第一章 软件定义工业新基础

第六节 智能时代的新自动化挑战

工业4.0研究院院长兼首席经济学家 胡权


        上个世纪50年代,控制论创始人诺伯特·维纳(Norbert Wiener)对自动化技术给人类社会带来的影响颇为忧虑,专门撰写了《人有人的用处:控制论与社会》(The Human Use of Human Beings: Cybernetics and Society)一书,在用通俗的语言介绍控制论的同时,也预测控制论应用将带来自动化发展趋势,同时,维纳还阐释了人类社会所面临的自动化挑战。
        所谓自动化挑战,是指自动化帮助人们摆脱繁重的体力和脑力劳动,但同时也会导致人们丧失工作的权力。1946年11月的《财富》杂志刊登了一篇名为《无需人的机器》(Machines Without Men)的文章,专门讨论“自动化工厂”,文章宣称,“无需劳动者的机器给我们带来了迫在眉睫的威胁与期望。”
        事实证明,当时所担忧的自动化挑战没有带来文章所描绘的结果,但这并不意味着人类社会无自动化挑战之忧,而是在于当时整个社会非常重视自动化带来的挑战,提出了一系列的解决办法。随着人工智能技术的深入应用,人类社会将进入智能时代,无人工厂和机器换人等高度自动化的应用,人类社会将再次面临新的自动化挑战。

一、为什么是智能时代?

        在1948年维纳正式出版《控制论:或关于在动物和机器中控制和通信的科学》(Cybernetics: or control and communication in the animal and the machine)的时候,模仿人类的智能就作为了一种目标,当时计算机技术还不够发达,要实现大量的人的各种功能,基本上不太可能,但在1956年的时候,人们就正式提出了人工智能的概念,可见智能化已经成为人类探索的重要领域之一。
        随着计算机技术的发展,伴随着摩尔定律持续多年发挥作用,以及云计算等技术的应用,计算机的能力得到了大大的扩展,作为计算机分支的人工智能,自然也进入了一个新阶段,这个阶段被不少人称为智能时代。
        1.中庸假说的概念
        虽然已经有不少媒体和行业人士把智能时代作为一种概念进行传播和应用,但从概念本身来讲,智能时代还缺乏严格的范式构建,因此,大家心目中的智能时代概念,各具特色,缺乏统一的认识。我们现在身处大变革时代,社会上出现了大量的新概念,每个概念也有不少的拥趸,形成了五花八门的概念及派别,即便在对未来工业的描述,也有德国的工业4.0、美国的工业互联网和中国的智能制造等。
        罗伯特·默顿(Robert King Merton)对此现象提出了“中庸假说”,他认为在一些特定时期,有一些概念主要基于经验数据,对严格界定的现象或关系进行概念化,虽然这样的方式可能对未来趋势有一定的揭示,但本质上仍然是解释性或描述性的,不具有严格的范式。
        即便如此,中庸假说并不是都一无是处。一个基于有限经验总结出来的概念和模型,只要没有被经验完全推翻,就不能断言这个概念毫无价值。如果创造概念的个人或群体,尽量遵循科学的原理,在提出概念之后,设计出一系列的分析工具,并指出实践或实现的路径,那么对于关注新概念相关领域的行业人士来讲,也拥有了一个分析的模板,从而找到历史经验在理论上的支撑点,实现理论与实践的统一。
        中庸假说的价值,更多体现在对大家的启发,而不仅仅是一个观点的阐述,它的重要意义在于为大家提供一个如何对客观事实进一步发掘的标杆,促使人们加强对概念描述内容的深刻认识。
        智能时代是一个新概念,但由于缺乏严格的定义,也只能是一个中庸假说的结果。目前对于智能时代的认识,大致分为互联网、产品或生产制造等流派,互联网领域的人士把智能时代认为是人工智能交互的应用,产品领域的人士则把焦点放到智能产品上,而关注生产制造的领域的人士,更愿意称智能制造。不管他们如何描述或定义智能时代,但智能时代是一个可以预见的未来。
        工业4.0研究院对这个时代的描述是三个高度化,也就是高度自动化、高度数字化(信息化)和高度网络化。在三个高度化驱使下的新工业经济,将给人类社会带来翻天覆地的变化。如果企业可以逐步实现自动化、数字化(信息化)和网络化,就可以提升企业生产制造的智能化,从而提升企业的竞争力。
        2.控制论的新应用
        众所周知,美国先进制造业和德国工业4.0概念和体系,都是基于信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)构建的,而信息物理系统的理论基础,可以追溯到1948年维纳发布的《控制论》一书,反之,2006年提出的信息物理系统概念,几乎是迄今为止控制论应用的最新成就。
        维纳在《控制论》一书中,明确指出控制论是一门新概念和新学科,他把控制论看作是一门研究动物(包括人类)、自动机器和有机体的控制和通信的理论,是将两者之中的某些控制机制加以类比,从而抓住一切通讯和控制系统所共有的特点进行概括而形成的(来源:《人有人的用处》一书)。简单地讲,控制论就是研究信息与控制的学科,用现代的术语来讲,也就是虚拟世界和物理世界首次正式融合的科学。
        当控制论这门学科产生之后,大量的计算机科学家、工业专家甚至于社会学家,都加入到了控制论进一步的研究中来。从实际效果来看,控制论在很多领域的应用成就斐然,特别是在工业自动化领域,控制论几乎成为其代名词。
        德国人在构建工业4.0概念和体系的时候,把可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的应用作为工业3.0的标志,本质上是控制论理论的一种实践应用。可编程逻辑控制器在自动化生产线上的应用,促使了自动化程度大大提高,推动了人类社会的工业化进程。
        不过,要实现维纳在《控制论》一书中描绘的智能化,很可能要利用信息物理系统这种技术。信息物理系统强调信息系统和物理系统之间的融合,它们之间的地位是平等的。为了实现复杂控制的自动化,需要使用大量的软件来实现,这些软件代表了所谓信息空间(或虚拟空间),当然,这些软件是跟物理系统(自动化设备)紧密结合在一起,而不可单独对待和不可分割的。
        总而言之,智能时代是一个中庸假说的概念,并无严格的定义和范式,但它基本上是半个多世纪前产生的控制论的一种发展应用,体现为信息物理系统在人类社会中广泛应用,这将推动自动化、数字化(信息化)和网络化进入到新的发展阶段,实现真正的智能化。

二、自动化工厂的智能化

        毫无疑问,自动化是为了代替人的体力或脑力,它本质上是利用机器的力量(动力和计算能力),让机器可以实现比人更好的效率或效果。从技术的角度看,随着规模化应用范围更广,新型的技术应用效果会更好,这些自动化技术将比人类工作的效率和效果都要强大,当然,这会带来一个问题,人类的工作将被自动化改变。
        在戴维·F·诺布尔(David F. Noble)撰写的《生产力:工业自动化的社会史》(Forces of Production:A Social History of Industrial Automation)一书中,有一个章节就是“关于自动化工厂的争议”,其中主要指出了自动化工厂会带来工人的工作能力下降以及工人的失业,同时,作者也指出,新技术给人带来了新责任,然而当时没有法令规章对之进行监督,这才是可能造成未来工作影响的根本原因。
        1.以效率为目的的自动化
        自260年前英国第一次工业革命发生以来,人们追求生产效率的意图一直没有改变,甚至于成为工业化的唯一追求。能够在生产效率上获得最大进展的企业,就有机会在降低成本方面获得优势,从而可以实现哈佛商学院教授迈克·波特提出的三大基本战略之低成本战略。虽然这个结论仍然有争议,但在第一、二次工业革命的发展过程中,这几乎就是事实。
        我们知道,以机械化为特征的第一次工业革命,实现的自动化程度并不高,其生产力提升程度也不显著,这也是为什么在第一次工业革命时期,中国工业产值仍然处于全球领先地位的原因。但到了第二次工业革命,电气化应用带来的自动化程度进一步提升,这更高幅度提升了生产力水平,其生产效率也达到了新的高度。如果我们把可编程逻辑控制器应用的时期界定为第三次工业革命(德国工业4.0体系是这样定义的,哈佛商学院钱德勒教授也曾有类似想法,可以参考钱德勒的《信息改变了美国》一书),一直延续至今的这场工业革命,促使人们的生产力水平提升到了一个前所未有的程度。
        过去几百年的工业化进程,其目的都是提升效率,实现更高的生产力水平。这些改变,都是通过不断提高自动化水平来实现的。我们观察中国过去三十多年的工业化进程,不少能够在此过程中脱颖而出的企业,大都比竞争对手更早更好采用自动化设备和生产线。
        虽然目前还有大量的行业难以实现全面的自动化,但在一些产品模块化好、工艺流程简单、加工设备精密度不高的领域,全面实现高度自动化已经没有技术上的障碍。例如,在个人电脑、家电、家具等领域,已经有了很多几乎是“无人工厂”的高度自动化生产线。这些高度自动化的生产设备和系统的使用,大大降低了过往生产过程中的人为因素,在提高生产效率的同时,也通过精益化的生产,实现了更高质量的产品生产。
        迄今为止,自动化已经成为一些行业的标准配置,这些市场已经无法容忍没有自动化设备的生产方式,因为非自动化的生产,既没有效率,也无法体现其效果的不同,它们退出市场是一种必然,这也是自动化技术应用的结果。
        2.人工智能+自动化
        在1948年维纳发布《控制论》的时候,他所提出的控制论,本质上就是模拟人的思维和行为,但由于当时的计算机技术非常有限,要实现模拟人的头脑,完全做不到,虽然维纳在《控制论》一书中也提出了验证自动机是否具有较高水平(相当于是否有智能)的方法,但直到进入21世纪之后,各种智能化才得以一展身手。
        从技术上讲,人工智能虽然出现了很多年(1956年一群科学家正式提出人工智能概念),但能够在真实的场景中发挥作用,目前可见的场景也屈指可数,即便2016年3月15日Google开发的AlphaGo战胜了人类的围棋高手,也只是人工智能的深度学习技术在一个严格限制的条件下的成功,还谈不上普遍的成就,但人工智能跟多种技术结合的前景,让人们充满了期待。
        我们可以理性的判断,将来人工智能跟自动化技术结合在一起,将产生巨大的作用。工业4.0研究院的技术专家在工厂的生产现场尝试应用人工智能,提高生产线的各种智能化,解决诸如预测性维护或智能生产分析等挑战。通过在自动化生产线上应用人工智能,达到加强自动化程度的目的,让以前不能完全实现的全自动化变成可能。通过人工智能在生产制造领域的应用,可以实现生产制造过程的智能化,这也就是本文所提出的智能时代。
        虽然维纳在发布《控制论》和《人有人的用处》两本书的时候,就已经预测到控制论应用之后的自动化将对人类社会造成影响,但对于人工智能加上自动化的发展前景,迄今还没有太多的专家提出实质性的分析。从笔者研究未来工业的经验来看,人工智能加自动化导致的高度自动化,将导致生产制造环节所需要的工人更少,这是一个必然的结论。
        3.无人工厂将成为常态
        虽然业内对无人工厂有很多争议,但随着人工智能等技术在生产现场的应用,自动化将高度发展,以前无法实现自动化的场景,将完全由自动化技术来达成,从而在大量的行业中实现无人工厂。因此,对于大部分行业来讲,虽然无人工厂实现的时间难以确定,但无人工厂将成为生产制造领域的常态,从产品设计、生产制造、渠道销售到产品服务的产品全生命周期来看,生产制造环节的全面自动化,也是一个主流。
        从企业经营来看,一方面需要设计好的产品,另外一方面还需要提供高质量的产品,同时还需要及时把大量产品交付给市场。了解生产制造的行业人士应该都清楚,具有竞争力的产品(同时满足以上三个条件)是难以通过人工来实现的,虽然可以利用经验丰富的技师手工制作,但要满足及时交付大量产品给市场,几乎无法通过人工来实现,这需要通过采用自动化工厂来满足这三个方面的要求。
        事实上,当产品设计已经完成,产品就进入到生产制造环节,这个时候的效率显得尤为重要,这也是工业革命以来的重点改善领域。威廉·拉佐尼克(William Lazonick)在《车间的竞争优势》(Competitive Advantage on the Shop Floor)一书中,就描述了第一次工业革命以来的车间革命,他们在车间投资巨大,其目的就是为了提高车间或工厂的生产效率,当然,还需要保证产品的质量。
        即便是现在,车间或工厂也难以实现全面的自动化,媒体喧嚣的所谓无人工厂,也只是在少数示范性工厂实现,这种示范性工厂并不需要真正产生实际生产效益,而只需要获得媒体、公众以及政府喜好即可。从能够产生实际效益的无人工厂来看,虽然短期内难以广泛推行,但利用诸如工业物联网、人工智能、工业大数据以及其他先进技术,已经逐步在一些行业不同程度实现。
        总的来讲,随着智能时代发展的深入,自动化将得以加强,特别是人工智能在生产制造领域的广泛应用,自动化工厂将演变为无人工厂,无人工厂也将成为高度自动化的最终结果,成为一种常态。既然无人工厂将成为常态,动辄万人的工厂也将成为历史,人类的工作也将发生改变。

三、智能时代的新工业秩序

        对于善良的人来讲,技术应该永远服务于人类,改善人们的生活,提高人们的幸福感,而不是导致人们生活水平的恶化。在人类工作被大量替代的智能时代,无人工厂将大量出现,即便在服务领域,服务机器人等智能设备的使用,也将导致人们丧失工作的机会,这使得我们需要平衡技术与人之间的关系,构建新的工业秩序,这也就是智能时代的新自动化挑战。
        1.经济规律作用下的工作
        在大卫·兰德斯(David Landes)在《解除束缚的普罗米修斯》(The Unbound Prometheus)一书中,对工业革命的进展过程中的现象进行了解读,其中有一段关于学校毕业生的分析,“刚从学校里毕业的工程师所获得薪酬,有的竟能达到与有着数十年从业经验的工程师相当的水平……我们有足够的理由相信,这种失衡状态的出现并非偶然……它在很大程度上要归因于那些受过最新训练的人所具备的先进知识。”
        对于出现这种现象,大卫.兰德斯解释道,“过去曾经一度认为,这种对新来者的优待不过是市场暂时失调的反映,是市场供给滞后于不断增长需求的结果。”这样的看法忽视了新时代对工作者的新要求。不过,笔者认为,之所以出现这样的状况,还因为有人类的生产力大大提升,财富也不断增长,但这些增长的财富被分配到了新工作者身上。
        在智能时代,笔者也有理由相信,新的工作者也将比有数十年从业经验的从业者更高的工资水平,因为他们应该已经接受了智能时代所需要的各种新知识和新技能训练。
        市场经济的规律在智能时代仍将发挥作用,由于新型数字化工厂以及智能工厂将在生产制造领域大量应用,传统的工人、技师、工程师的现场服务组织方式已经不能适应智能时代的生产制造需要,将产生一些新型的工作者,他们与现有的工作者不同,他们精通现代工厂的运作方式,对各种智能化设备使用得心应手,这些新型工作者不仅比已工作了十几年的工程师获得的工资更高,甚至于比公司管理层的工资还高,显然,这种场景也不是不可能出现。
        随着智能时代的深化发展,还将出现新的工作分工,会出现一些新型的工作种类,例如,将来有可能出现一种专门为消费者做定制化设计的工作者,因为工业4.0时代的个性化定制会成为常态,消费者更需要有创意的新型工作者帮助他们实现产品或服务的定制,这已经不是传统意义上的工作形态了。
        无论怎样,智能时代的工作种类会发生天翻地覆的改变,很多我们习以为常的工作种类将减少或消失,而一些我们难以置信的工作种类会出现,或者这些工作种类不再以工作的方式出现,例如,滴滴和优步代表的共享经济模式,很难用传统的工作种类来界定,因为滴滴司机完全可能是公务员、教师或者家庭主妇,这已经不是传统意义上的工作了。
        2.人与机器人的协作
        虽然我们难以准确描绘未来工作的场景,但人的参与还是存在,人也许在电脑后面或者虚拟现实设备面前操作生产制造,同时,还有一个参与角色会大量出现,那就是机器人,不管是在生产制造现场还是餐馆服务现场,人需要跟机器人协作完成一些工作,新型工作者的同事很有可能是一台机器人。
        这样的场景已经在德国工业4.0的研究体系中呈现,德国阿尔冯斯·波特霍夫(Alfons Botthof)等编写的《工业4.0:开启未来工业的新模式、新策略和新思维》(Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0,德文)一书中,专家们对未来工作形态进行了描述,这些工业4.0专家期望解决一个过去工业化进程中存在的自动化挑战问题,也就是如何避免自动化导致人与机器(人)对立的问题。
        在描述解决自动化挑战的办法中,考虑人与机器(人)的协作是最为关键的思路,这样既可以提高生产制造过程的智能化程度,还可以让人获得工作的机会。换句话来讲,工业4.0不是为了实现彻头彻尾的无人工厂,而是为了让人与机器(人)能够共存。
        日本非常关注未来工业演进过程中机器人的作用,在日本发布的《日本新机器人革命》报告中,未来智能机器人(应用了人工智能的机器人)可以更好的解决日本人口老化的问题。工业机器人可以在无人工厂中不断工作,生产人们所需要的各种产品,而服务机器人在各种场所帮助老年人,或者提供各种自动化的服务,实现了一个未来机器人社会。
        总的来讲,人与机器人的协作将变得不可避免,这也是智能时代的主要特征之一,如果人与机器人的协作良好,那么人类就有了解决新自动化挑战的办法,但如果人与机器人的协作有问题,人类也许会面临覆顶之灾,这也是不少人工智能专家所担忧的。
        3.中国制造2025与智能制造
        对于智能时代的来临,全球投入了大量的关注,中国也不例外,出于各种方面的考虑,中国把国家制造业战略称为“智能制造”,与美国先进制造业和德国工业4.0遥相呼应,形成了中国对未来工业的一种思考,并在2015年5月8日发布了《中国制造2025》,确定了未来十年的发展体系。
        在中国制造转型升级过程中,国家相继推出了两化(深度)融合、互联网+、智能制造等概念,地方政府也推出了诸如机器换人等产业支持政策。据工业4.0研究院观察,目前不管是国家智库,还是独立专家,关注智能化给我们的产业及企业带来影响的多,而关注智能化对我们社会带来影响的少。
        西方国家在推进工业化进程中,对工业革命给社会带来的影响研究颇多,甚至于有专家在1835年就写了《制造业哲学》(The Philosophy of Manufactures)一书,其后关注工业革命的书籍只能用汗牛充栋来描述。对于进入到第二次工业革命阶段的电气化和自动化,也有不少著作进行论述,到1948年维纳发布的《控制论》,已经指出了自动化对人们造成的社会影响。当然,对于智能时代的高度自动化影响,前面提及的《工业4.0:开启未来工业的新模式、新策略和新思维》一书就进行了较为深刻和全面的分析论述。
        中国制造似乎对于机器换人带来的影响避而不谈(笔者相信不少专家已经意识到了),更缺乏社会学家或专家进行研究,相信进一步的智能化设备应用导致的自动化程度加深,更会影响我们产业及经济的稳步发展,需要提醒相关专家关注并研究。
        笔者认为,如果要使中国制造转型升级成功,并引领未来工业的发展,现在就应该重视(新)自动化挑战,也就是应该从社会学或经济学的多个视角考虑自动化设备的应用,以及数字化工厂或智能工厂给工作场景带来的影响。在设计未来产业及工作模式的时候,应该深入考虑人与机器(人)的协同,实现真正持续的发展。

四、总结

        以自动化为核心特征的人类工业化进程,大大改变了人类社会的形态,其影响的范围甚至于包含了政治、经济和哲学等领域。笔者相信,随着人工智能为基础的智能化进程的开始,人类社会将很快进入智能时代,这将为人类社会发展提出新的自动化挑战,那就是人与机器(人)如何共处?我们现在需要深入思考,找到相关的解决办法,才可能发挥技术的正面价值,避免负面影响带来的不良后果。

        (本文引自《清华管理评论》, 2016 (9) :70-77)