HPS到HCPS谈智能制造系统演进

2017年12月7日，在南京举办的“世界智能制造大会”上，中国工程院院长周济发表了题为《关于中国智能制造发展战略的思考》的报告，系统阐述了对我国智能制造发展的看法。报告中周济院士提到了一个观点，即随着智能制造战略的持续推进，传统制造过程中的人与物理系统之间的关系正在由人-物理系统（HPS）二元体系向人-信息-物理系统（HCPS）三元体系转变，该观点的提出引发了业界专家的普遍思考。

图1传统制造中“人-物理系统”体系

周济院长认为，传统制造主要包含人和物理系统两大部分，人通过对机器的控制实现人与机器之间的交互。机器通过接收人下达的各种指令完成生产工作。同时，人还要接收机器反馈的各种状态信息完成相关的感知、分析决策以及学习认知等工作，从而使人机系统形成完成的工作闭环。在传统制造过程中，物理系统主要是用来替代人类从事大量的体力劳动，降低对人的需求，并提升产品质量和生产效率。因此，传统制造系统就是一个人-物理系统（HPS）。

图2第一代和第二代智能制造体系

随着信息化的发展，企业逐渐将人从事的感知分析和决策工作中独立出来，用信息系统替代人来分析和决策，通过信息系统与物理系统的融合来实现对机器的控制，让信息系统替代人来完成更多更复杂的体力劳动。由此推动传统的人-物理系统向人-信息-物理系统的演变。周院士将这个过程称为第一代和第二代智能制造体系。这个体系涵盖了美国提出的CPS理论和西门子提出的数字双胞胎的概念。

图3新一代智能制造体系

当前，随着智能制造战略的持续深化应用，周济院长将新一代智能制造系统在第一代和第二代智能制造体系的基础上做了进一步的深化。最本质的特征就是它的信息系统发生重大变化，增加了认知和学习的功能。在上一代的信息系统当中主要只有感知、分析和决策和控制的功能，现在增加了一个新的功能，就是认知和学习功能，这个功能是从人开始赋予信息系统自主学习功能，让信息系统不仅具有强大的感知计算分析和控制能力，更加具备了学习提升和产生知识的能力。

业界专家普遍认为，在新一代智能制造系统中，人将部分学习型的脑力劳动转移给信息系统，让信息系统具有了“认知能力”，人和信息系统的关系发生了根本性的变化。在老第一代和第二代智能制造体系的当中，人和信息系统的关系是“授之以鱼”，而在新一代智能制造体系当中，人和信息系统的关系变成了“授之以渔”。

笔者认为，周济院长在报告中提出的HCPS体系，不但融入了国外提出的CPS理念，而且强调了人在智能制造中发挥着核心作用。在智能化系统中，只有将人的认知能力赋予机器，才能让整个系统具备智能。而在这一过程中需要经历从大数据向大知识体系转变，促进数据的体系化和知识的模型化，让机器具备自主知识学能力，通过建立模型实现自我学习能力的提升，甚至促进知识在机器与机器之间传播。当机器可以自动生产和传播知识之时，就能真正的实现“授之以渔”。未来，人类或许可以完全脱离生产活动，成为真正的智能创造者。