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陈光祖:新一代的人工智能将是建设汽车强国一个软平台

陈光祖:新一代的人工智能将是建设汽车强国一个软平台
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发布时间:2021-12-01 03:21:22

  2003 年福特汽车公司庆祝自己的 100 周年活动后,最终只归结一句线 多年世界汽车工业的发展是发明了发明的发明”。1908年福特应用流水线生产 T 型汽车和七十年代后期日本丰田汽车公司发明的“丰田看板生产”方式,被认为汽车进入人类社会的重大发明。到 80 年代初,美国麻省理工学院,组织世界上 54 位各种著名专家,应用五年时间进行调查和研讨,得出的结论是:以丰田汽车为主导的精益生产,有力地推动了世界汽车业巨大的发展,同时可以应用这种范式,用于人类社会中多行业上的使用,大大的改变了人类社会经济发展的命运,对社会的生产力发展具有深远意义,至今仍然起到相当良好的可用价值,因此汽车被认为是“改变世界的机器”。但进入了21 世纪,随着世界上科学技术的爆发式增长,无限的开拓了人类社会和经济突破性变革。这种以知识化的威力,使汽车产业的本质也发生了巨大的变化,而且促使这个变化的一种核心力量是人工智能渗透和融合,起到极为重要的作用,这使世界汽车工业本质起到了新的变化,那就是,如果说二十世纪汽车是改变世界的机器,而二十一世纪汽车将成为被世界改变的机器。

  那么,汽车质的变化的表现是什么?我们说传统汽车只是一种代步的工具,而现代化的汽车则是具有个性化、多样化、可移动的高级享受装备,这是因为人工智能科技不断广泛深入应用的必然趋向,智能化成为现代化汽车一种核心驱动力,是汽车成为“万物之灵”。通俗一些说法:传统汽车是四个轮子上装上沙发,而现代化汽车是四个轮子上应用上超级计算机,传统汽车可叫是“鸭子”,现代化汽车则是“兔子”,还可以说传统汽车是“马力时代”,现代化汽车则是“算力时代”。必须说明,当代相当长一段时间,仍需对传统汽车进行转型升级工作,而且要放在一定高度的位置,不是不管了。

  什么是人工智能?英文缩写 AI,它是研究应用于模拟,延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新型的科学,属于计算机的一个分支。

  当代人工智能看起来十分的时尚,前沿和热态,但却从它的发展历程看,却是经历不断进取,又是不断反复,困惑停顿、跌宕起伏的70 多年不平凡的进化式演化过程。被称为世界计算机和人工智能之父的艾伦麦席森图灵,在 1950 年发表一篇涉及具有人工智能的论文,叫“图灵测试”。它是设想在一个房间里向机器人进行交流的一种意念和做法,这是世界第一次出现人工智能概念的推理。到 1956 年约翰麦卡锡发表一篇“计算机与认知科学”的论文,把人工智能正式作为一种科学项目确立,并设想人们一定会不断创造智能的机器,以此来推动人类社会更好地发达。于是人工智能作为一门学科,在世界一些地方开创,人工智能进入一个萌芽时期。

  AI 的发展大致分为四个阶梯。在上世纪 60 年代,属于弱人工智能发展阶段,那时AI 发展特色属于更多推理的研究,计算机技术也不太先进难以支持,也就是说计算机如何基于 AI 知识的非结构性数据被认为AI 还处于“几童水平的认识”,还需努力成长,被称为仅是符号主义的年代,这样整体社会科学水平难以支持情况下,迫使 AI 发展进一步进入一个低谷时期;到了 90 年代后,计算机运算达到一个新水平,当年初期发展的专家系统和人工神经网络,促使AI 发展出现欣欣向荣景象。到 1916 年阿尔法围棋应用人工智能程序,打败世界围棋冠军,引发全球极度关注,但这种单一化的AI 科学还难以主宰AI 的主流,就是说你可以是在围棋打败围棋冠军,但你要下象棋就不行了,但这一时段 AI 已经可以与人比肩思考相对应,AI 在某一专门领域可以超过人的思维,被称为强人工智能年代的到来,用哲理来说叫“连接年代”。进入 21 世纪,随着计算机、网络、电子化等技术巨大进步,给 AI 爆发性发展带来很好机遇和条件,AI 进入一个超级化发展时期,即通用化,在世界所有领域 AI 都可以持续深入的界入,特别是人工智能,计算机科学,神经科学,信息多维化科学多种学科的密切融合,更有效地模拟和综合人类的智慧,并开创了智能控制论的新篇章,可以促使处理 AI 性能极强和非线性函数逼近能力,达到自组织,自学习,自推理的功能。AI 的处理能力大大的强过人脑已成现实,从哲理上讲,被称为“自学习年代”。而未来 AI 的发展趋向是什么?这是众多科技界人士更为关怀,那可能是“类脑智能”年代,这是当代众多高新科技发达融合必然途径。脑工程是促使 AI 发展构成有机的人脑运行机制和认知,以强化计算模数为手段,通高端软硬件协同实现的机器智能,如推行神经形态芯片,类脑计算机、深层次智能网络科技,使脑工程涌现自主意识,进而推动AI 的智能化高度进化、学习、记忆、识别、会说、会干、推理、决策。如IBM 已推出类脑芯片,谷歌应用脑工程,积极在生物学上布局应用,微软提出脑意识网络架构,声称可具备解释性新型脑类行为系统。我们在脑工程上也具备相当的力量和成果。如具有超级计算和的算力的量子计算机已经问世,美国国家航天局(NASA)称,量子计算机仅需 3 分半时间就可以完成全球目前最快的超级计算机的顶点是一万年计算机才能完成的。现在量子计算机的“量子比特”还处于 5~10 比特左右,而目标是要达到 100 量子比特,那才是惊人的运算能力。华为任正非表示,量子计算机出现将让那些以区块链为基础的虚拟货币毫无价值,美国称要搬出 6G 与中国 5G 对决这些多是人脑工程为背景的“作品”。于是世界上一场“软战争”打起来了,我们想极力在AI 事业上实行“多边主义”强调合作共赢,但一些发达国家正在推行自己垄断行为,先在科技领域开战。

  从哲理上看,“人脑智能”有一种“奇点”,也是由于智能化大发展,世界经济学家提出将出现,“奇点经济”和“奇点社会”,如可能出现世界上人类和机器人对抗衡的局面,人类只好跑到月球和火星上去生活,还有说人与机器人会出现“混血儿”问题。美国还创办一所相当规模的“奇点大学”,可见对奇点的追求有多么的高。当然也都是科学家对“奇点”预测性部分观念,更多的“奇点”还是正面的、聪明的、高创意的。

  下面列举一些汽车 AI 比较典型的应用事例:汽车智能座舱:这是汽车客人最感兴趣一种智能装置,通过车联网云端服务,人们可在车内看到众多的应用场景,如行车状态,自家视频、电影、玩游戏、购物、卡拉 ok,学习和工作会议,而且视屏越来越大,显示功能多样化,可用语音,手势,面部多种交互指引,以至AR/VR 出现,现在有的应用前窗玻璃也可显示你要的信息,不用低头看屏幕了,这样座舱十分酷炫。

  汽车自动驾驶已成为人工智能一个重大载体和热点,按 SAE 对自动驾驶层次定义分五级:L0 驾驶员完全掌控车辆;L1 辅助驾驶, 某些机构能实现辅助驾驶任务;L2 部分自动驾驶,即某些系统已可实现自动驾驶,但驾驶员还得需要监控;L3 有条件自动驾驶,自动驾驶已能完成某些自动驾驶任务,驾驶员仍离不开驾驶室,准备必要时重新取得驾驶的控制;L4 高度自动驾驶,即完全自动驾驶,已无需驾驶员了,也可能不需要设置方向盘了。马斯克说:“如果你购买一辆没有带自动驾驶系统功能的汽车,你就像买匹马车一样”。预计到 2030 年我国电动汽车产销量将达到 1500 万辆,保有量 8000 万辆, 在新车中不同等级的自动驾驶功能的渗透率将达 70%。电动车百人会预测 2025 年我们将实现完全自动驾驶汽车的量产,2028 年所有运营性的车辆将实现无人驾驶。IHS 预测,2035 年自动驾驶汽车全球总销量为 1180 万辆,而无人驾驶全自动化汽车将于 2030 年面世,到 2050 年几乎所有汽车将是自动驾驶汽车或自动化驾驶的商务车。一汽集团表示,在“十四、五”期间将投放 50 款新能源汽车型,其中 30 款以上为自主品牌,到 2025 年新能源汽车中的智能网联车,L2 渗透率达52%,L3 达 10%,L4 达 0.5%。2020 年 2 月,我们国家发改委,工信部等 11 个国家部委联合下文,关于《智能汽车创新发展战略》的通知,指出到 2025 年中国标准智能汽车的技术创新,产业生态,基础设施,法规标准,产品监管和网络安全体系要基本形成。到 2035年至 2050 年中国标准智能汽车体系全面建成,更加完善,安全高效, 绿色,低碳,文明的智能汽车强国愿景逐步实现,智能汽车满足人民日益增长的美好生活需要。特别是汽车产业要积极应对“碳高峰”和“碳中和”的行动,更好推动“双碳”目标的实现。

  加速建设智能化柔性汽车产品生产系统。这是工业 4.0 一个重点组成部分,是一个由数控机床,移动式工业机器人、智能仓储,AGY 运载等机构和数字化、自动化、网联化控制系统有机结合而组合的柔性智能制造系统。在这样工厂里基本上很少有人工操作,而设置全景监控室,对工厂生成全过程每个细节都能清晰捕获,通过嵌入以太网接口软件,还可以实行远程客户端实时监控的配置。柔性制造模式,实际是一种定制,以需定产,面向客户的导向,在电子商务领兴起C2B,即先有客户才有商务,另一方面在内部进行自动化系统的改造更新,不断从刚性走向柔性的高度化,低成本,高质量的柔性制造水平发展。我曾经在日本看过一条汽车零部件生产自动线,当流水线放进一个零件时,传感器即给识别,接着一条自动生产线的各种加工装置,如刀具,夹具,辅具、模具等立即自行调整,在二、三分钟内对零件进行加工,当人们再将另一不同规格零件放进去时,又重复着进行自动更换加工装置,这不算高度柔性加工水平但也感到新奇。当代柔性制造实际已达到以软件定义的水平,软件可使柔性制造建立起并行工程,虚拟现实,功能模块化,应对多用功能,可实现全过程自动化生产,被称为“功能权术”。

  智慧交通是一种城市交通感知的知识/数据中台,是基于现代电子信息技术,而面向交通运输服务的工程系统,突出特色是以信息收集,处理,分析,交换,发布,利用为主线G,物联网,云计算,人工智能,自动控制,多样化科技应用上,被称为 ITS。现在主要用于交通安全,便捷,防堵,更进一步要为推行汽车自动化驾驶服务,即建设人、车、路、环境综合性智能属性,其更高层面是建设一个智慧的城市,两者是相辅相成,智慧交通需要智慧城市基础设施的支持,智能汽车和智慧城市协同发展是一个十分复杂系统,目前正从机制和示范试点工作入手。

  给汽车生态效应一个发展空间:当代汽车产业带给人民巨大的好处,让人们工作的生活过的十分潇洒,但汽车的大量应用,也给社会和地球带来不少“寒冬”,特别是大量汽车事故,交通堵塞,尾气排放,危及人们吸毒和地球上温室效应;这些正是“一叶落知天下秋”,这是汽车产业必须彻底改变原有生存方式,建设新型的,向零事故,零排放,绿色化,无碳化应用方向,也就是在汽车使用本质上与人类社会环境的“正熵流”排除,而引入“负熵流”,确切的把握好汽车科技和社会应用系统,特别是智能化持续应用程序与环境协调的良好界定,还进一步研讨汽车生态问题与社会环境,能量,科技水平及应用状态信息交互交流,都有着自然过程的交互、耦合、互动的关系,可以说汽车的生态现象和技术的生态如何从理论上,应用上,经验上,资源上的匹配,还需要深入的挖掘,还要再提炼汽车生态学问的人才和教育和生态文明策略的建设上下苦功夫。

  这里我想简要说一下“硅谷生态圈”创新的“雨林法则”,很值得参照,这是硅谷成功的重要奥秘之一。硅谷的成功不仅是乔布斯,扎克伯格,有微软,谷歌,苹果,英特尔,惠普,思科值得学习,更重要的最成功的模式是构建一个茂密的热带雨林,一个生机勃勃的热带雨林,在这里不仅是有参天大树,还有丰富多样的植被,动物和昆虫,还有地下盘绕相通的根茎和极大批看不见的细菌提供流动的营养。这就是硅谷生态圈的形象化和形成世界顶级创新基地的元素和背景。据说中国约二千家企业在硅谷设立办事和研发分支机构,在汽车方面可能有三十多家,我到美国时也常到硅谷去看看,谈不上学习,是去体验,他山之石,可以攻玉,我们相信未来一定会打造应用硅谷生态圈经验,形成汽车产业一批优良的中国“硅谷生态圈”,我们现在已拥有的一批生态圈水平很高,不低于国际上一般的产业生态圈,但还没有达到硅谷生态圈的水平和素质。

  高度化控制系统的自组织,自学习的人工智能化应用而产生的,这样算也 60 多年的日子。早期的 AI 控制属于经典计算机应用数字和逻辑思维处置的工具,要人们预先编制程序和数字方程,采用串行方式进行计算,从理论上属功能主义,在固定的控制模型框架下,力求对被控制对象进行描述和安排,虽也叫“电脑”,也只对其线性界面实行控制。而现代化的AI 智能计算机,要在极端复杂,多变,不确定的的状况下,来处置非线性,自组织,自学习的结构主义行为,特别是注重研究人工神经系统,在模糊、动态、串行的状态下,随机处置识别,机动决策,迫使难点达到被控制,朝着目标期望方向逼近。所以这两种计算运作方法是有本质上区别的。当代先进的AI 计算机运行特点有:高度知识化分布式存贮;有能力在极度化网络中寻找和输入,并求解输出,这叫内存式存贮。并行结构和处理能力:这种模仿神经网络的并行工作方式,为高速处理信息计算创造条件。容错性:这是指在完整的,有错误的信息中能做出完整正确结论的能力,大脑的容错性是极为重要的智慧形式。具有自组织,自学习,自适应能力:就像人们学会骑自行车和开汽车的过程,就是脑神经自学习、自组织的过程。非局限性:一个系统的某一整体行为,不仅取决于该系统的单元个性,而是由整体单元之间相互连接,相互作用所决定。非线性:在某些神经网络中,单元间具有非线性连接,而神经网络计算方法却具有这方面更好性的性能。非凸性:这是指系统的能量函数有多个极值,故系统具有多个稳定的平衡态,也将引导系统演化结果的多样表达的原因。创造性:当代的人工智能自身也在不断的创新迭代中。

  当代神经网络控制已成为涉及神经生理学、科学、认知科学、心理学,数理科学、计算机科学、信息网络科学、微电子科学以及光学等多学科综合性前沿学科,新兴的边缘学科是 21 世纪科技一项重大制高点之一,对于推动现代化汽车产业高质量发展也具有完美的作用。

  所以我们认为,智能控制系统工程是以微机模拟智能实现智能控制为主线,反映其理论、方法和系统设计及其实用技术的系统工程。这样智能控制模型含盖着,现代控制论的多种学科。如专家系统:这是一个具有大量专门知识与经验的程序系统,可根据一个或多个人类专家提供的特殊领域知识,经验,推理和判断,而应用计算机程序作出的判断;神经网络控制:主要应用人工神经元,形成一个多输入的输出元件,经各神经元间传递强度的信号把神经元“激活”,达到满足系统最佳控制的目标,这已成为智能控制一种重要形式;模糊自动控制:以模糊语言及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制,达到对事物的模糊系统识别,预测和自适应、自组织的控制目的,把模糊量化,经计算机控制其离散化模糊量达到精确化判决;混沌控制与预测:对控制系统最好表达是稳定性和最佳性,混沌控制目的恰是在防止发生混沌的状态下,以积极利用混沌控制,以达到改善和提升控制系统性能;遗传算法与人工生命:按照达尔文的进化论引入演变的遗传算法和人工生命策略,可以避开许多难以用传统数学和其他人工智能解决的科研和工程的另一种优化思路,这是应用自然界自然选择的优化思想,经重新组合和生物化系统的特色运算,具有认知的扩展性和活力;耗散结构:这是一个远离平衡态的非线性的开放计算系统,当系统内部某个参量的变化达到一个阀值时,系统可能发生突变,即非平衡相变,而发生混沌无序的状态,通过耗散结构,使在空间和功能上进入新稳定的有序结构上;协同结构:主要研究远离平衡态的开放系统与外界有物质或能量交换情况下,通过内部协同作用,自发地出现时间,空间和功能上有序结构。近年已获得加快发展,成为主要现代科学的最新成果之一,并从微观上尽力向宏观过渡。协同论创始人哈肯说,他把这个学科称“协同学”,一方面是研究对象子系统的联合作用,另一方面,它又可以和不同学科合作,来发现自组织系统的原理和作用。这里仅是对控制系统工程软件的简要介绍,还有不少软件问题因篇幅和学习问题,还有待今后进一步阐述。

  在汽车产业进入“以软件为中心”的发展年代,人工智能有怎么多新软件学科的大发展,形成有目的性行为和理念赋予汽车产业创立新型的控制论奠定重要基础。钱学森说:“自动控制是建立在系统概念上,所以控制论也要作为系统工程的一个主要理论基础我们认为控制理论的大系统,以至巨系统,多级控制是很有意义的,一定要提倡”。这对建设汽车智能控制系统工程很有指导意义。

  这里我还想说在国外看到一些有趣的汽车人工智能的事例:智能座椅:在发达国家驾车大多是车主,于是想研发一种新型的人工智能座椅装备在比较豪华的汽车上,在座椅内装备有不少传感器,电驱动机和气体泵,你买车时,对家人先进行人体工程测定,当你驾车时,按下你按钮,座椅就按你的体质开动,使你对驾车感动舒适和快感。

  分布式汽车空调:往往在一辆车内坐上几个人,这样车上装要人体测定传感器,对每个人的通过皮肤进行测定,这样在车内每个人的空调温度和温量都有不同,如老人、小孩需要适中的温度,太高、太低都对身体有影响。前保险杠安全气囊:汽车安全很重要,一辆豪华汽车往往都装有 20 多个安全气囊,但这都是对车内人员使用,现在想研发一种前保险杠安全气囊,当你车撞到前面路人时,气囊会爆发,而且有一片状形式,可使被撞人的身体有些被托住,不会压进底盘而遇害风险减少,并能自动急刹车,这样对人的损伤降低很多。

  近年习总书记就发展新一代人工智能的重大意义,强调要加强领导、做好规划、明确任务、夯实基础,促进其同经济社会的深度融合,推动新一代人工智能的健康发展,作出一系列重要指示,请看:

  2018 年 10 月 31 日在中共中央政治局第九次集体会上重要讲话摘录:人工智能是一种是新一轮科技革命和产业革命的重要驱动力,

  加快发展新一代人工智能是我们赢得全球科技竞争主动权重要战略抓手,是推动我国科技跨越发展,产业优化升级,生产力整体跃升的重要战略资源。

  要加强基础理论研究,支持科学家勇闯人工智能科技前沿的“无人区”,努力在人工智能发展方向和理论、方法、工具、系统等方面取得变革性,颠覆性突破,确保我国在人工智能这个重要领域的理论走在前面,关键核心技术占领制高点。

  我国经济已由高速增长阶段向高质量发展阶段,正处于转变发展方式,优化经济结构,转换增长动力的攻关期,迫切需要新一代人工智能等重大创新添薪续力。

  要加强人工智能同保障和改善民生结合,从保障和改善民生,为人民创造美好生活的需要出发,推动人工智能在人们的日常生活、学习、生活中的深度运用,创造更加智能的工作方式和生活方式。

  新一代人工智能正在全球范围蓬勃兴起,为经济社会发展注入了新动能,正在深刻改变人们的生产生活方式,把握好一切发展机遇,处理好人工智能在法律、安全、就业、道德、伦理等方面提出的新课题,需要各国深化合作,共同探讨。

  中国正致力于实现高质量发展,人工智能发展应用有力提高经济社会发展智能化水平,有效增强公共服务和城市管理能力。中国愿意在技术交流,数据共享,应用市场等方面同各国开展交流合作,共享数字经济发展机遇。

  人工智能、大数据、量子通信、生物技术等新一轮科技革命和产业变革正积聚力量,催生大量新产业、新业态、新模式,给全球发展和人类生产生活带来翻天覆地的变化,我们要抓住这个重大机遇,推动新兴市场国家和发展中国家实现跨越式发展。

  要推进互联网、大数据、人工智能同实体经济的深度融合,做大做强数字经济,要以智能制造为主攻方向推动产业技术和优化升级, 推动制造业产业模式和企业形态根本性能转变,以“鼎新”带动“革故”,以增量带动存量,促进我国产业迈向全球价值链中高端。

  2018 年 5 月 28 日,在中科院十九次院士大会,中国工程院第 14次院士大会上讲话:

  我们要坚持创新驱动发展,加强在数字经济、人工智能、纳米技术、量子计算机等前沿领域合作,推动大数据、云计算、智慧城市建设,连接成 21 世纪的数字丝绸之路。

  以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发,人工智能、虚拟现实等技术日新月异,虚拟经济与实体经济的结合,将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。

  面对当代世界科技浩浩荡荡发展的新潮流,总书记对发展新一代人工智能的系列教导,使人们感到十分的亲切,确切,这样我们汽车产业务要努力遵循总书记教导的精神,把汽车产业新一代人工智能产品应用得更快些、更好、更多,一步一个脚印的,踏踏实实的走向市场化,以此对开创汽车强国充满信心和决心。

  在纪念中国百年华诞来临时刻,我作为一名退休职工的党员,一名汽车老人,力所能及书写探讨发展汽车人工智能的文章,以此作为极为微薄的礼品,献给我亲爱的母亲中国。