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状态感知:智能系统的起点

2017-02-24 10:04
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状态感知:智能系统的起点

中国发明协会常务理事,发明方法研究分会会长,国内著名创新方法专家、两化融合/智能制造专家,《三体智能革命》副主编,《走向智能论坛》核心专家赵敏教授

在《三体智能革命》一书中,作者给出了分析判断一个系统是否智能的五个特征,即“状态感知、实时分析、自主决策、精准执行、学习提升。”这五条智能特征(每条4个字)就是著名的“20字箴言”。将这五条智能特征拆解开、分别组合,就能得到三个不同的智能系统级别。

一、智能系统的定义与级别

智能系统从初级到高级,大致分成三类(或三级):

1) 初级智能系统具备三个基本特征:状态感知、自动决策、即刻执行,即有感知,自决策,善动作。其感知和决策依据通常依靠以科学效应为主的工业智能来实现(例如利用光敏传感器自动开启和调光的智能路灯,数控车床防撞刀装置等),无需嵌入计算系统;

2) 恒定智能系统具备四个基本特征:状态感知、实时分析、自主决策、精准执行。这类系统效率极高,自主工作,但是智能水平在构建时预先设定,难以改动(例如具有感知衣料特性并自动决定洗衣策略的智能洗衣机等)。这样的系统必须嵌入计算内核,嵌入软件和知识,以工业智能为主,在自主决策环节可引入少量人工智能;

3) 开放智能系统具备五个基本特征:状态感知、实时分析、自主决策、精准执行、学习提升。具备这五个特征的人造系统是高度智能、有一定认知能力的系统,具备了自我改善、学习提升的持续发展能力(例如具有深度学习能力、可借助网络共享知识,并自主更新和优化程序的智能机器人,阿尔法狗等)。这样的系统具备强大的计算能力,需要使用人工智能技术或认知计算技术,可以实现对大数据的分析与处理,能不断应用、积累和创造知识。

由以上分级结果可以得出几个有益的结论:

第一,不同领域的智能系统、不同的智能现象,可以统一为以上五个智能特征来描述;

第二,构建智能系统是有技术路径的,首要步骤,就是实现“状态感知”,这是任何一种智能系统都要做到的第一步;

第三,数量巨大的初级智能系统早已有之,以自动化技术为主、由长期的工业技术积累所形成的工业智能和其它智能技术所构成。初级智能系统支撑了百年以来的工业发展;

第四,尽管初级智能系统尚不能构成完整的“智能制造”,但是智能制造一定是以初级智能系统作为起点、以恒定智能系统作为中坚来构建的,人工智能全面进入制造业还有待时日。

二、形形色色“传感器”

一个智能系统,始于感知,精于计算,巧于决策,勤于执行,善于学习(摘自《三体智能革命》)。

没有“状态感知”机器无法成为智能机器(即使实现了“状态感知”,还要同时具备其它条件才能实现)。要实现“状态感知”,就需要各种各样的“感应器件”。无论是智能制造、工业4.0工业互联网还是物联网,都离不开形形色色的传感器。作为传感器的“感应器件”其实很早以前就被人们发明了出来,并且在数千年以前就在发挥作用。

1、早期的“感应器件(效应物质)”

在没有出现“传感器”这个术语之前,早就有“具有感应功能的物质”作为“感应器件”存在,在TRIZ发明方法中把这种“具有感应功能的物质”叫作“效应物质”,即各种各样的带有科学效应的物质。如随便一块石头,可以感知到重力(物理效应),磁石中的磁场(物理效应)可以感知到方向,并且具有同极相斥、异极相吸的效应,皮毛摩擦后起静电(物理效应)可以吸附纸屑或头发、线圈中磁通量变化会产生感应电动势等。图1就是在工业革命前利用石头重力做动力的机器(笔者拍摄于柏林技术博物馆)。

图1 利用重力做动力的机器

在图1中,具有一定质量的石头感应到了引力场中的万有引力而表现为重力(重力约等于万有引力)。在重力的作用下,石头下坠形成的拉力为机器提供了动力。在这个机器中,石头构成了最原始的人造“感应器件”。类似的工业革命前的机器系统还有水磨,有高度差、有质量的水流在重力作用下形成流动并冲击水轮,由水轮转动而形成动力,来实现磨面(或舂米)。

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