软件定义的系统与知识自动化:从牛顿到默顿的平行升华

　　【论文摘要】知识自动化是智能化、人机化、自动化等的有机融合.从Cyberspace、社会信号和默顿系统等的兴起这一时代特征为出发点，讨论知识自动化的意义与相关发展问题，从智能算法到知识机器人讨论其技术基础及趋势，从软件定义的系统和流程探讨其与系统工程的内在关联，从平行系统的角度阐述其在复杂控制和管理过程中的重要作用.
　　【论文关键词】知识自动化，知识机器人，网络空间，社会信号，默顿系统，平行系统，平行控制，社会物理网络系统引用格式王飞跃.软件定义的系统与知识自动化：从牛顿到默顿的平行升华.　　
　　何谓知识自动化？为何知识自动化？
　　知识自动化最直接、最直观、最简单的定义就是：知识工作的自动化 .其实，这只是把“知识自动化”的定义问题转化为“知识工作”的界定问题, 而且不能反映出知识自动化全部与本质性的内涵. 然而，2013年麦肯锡全球研究所发布《颠覆技术：即将变革生活、商业和全球经济的进展》的报告 ,预测了 12项可能在2025年之前决定未来经济的颠覆性技术，其中代表“知识工作的自动化”之智能软件系统位居第二，列于“移动互联网”之后，“物联网和云计算”之前；这一分析预测使得“知识自动化” 就是“知识工作的自动化”的认识一时风行于整个世界，引起业内外的一片热议，客观上推动并普及了知识自动化的理念和认识.麦肯锡的报告对什么是 “知识工作”也从三个方面作了简短的界定，按照文献[3]的总结，可以概括为：“所谓知识工作，泛指那些需要专门知识、复杂分析、细致判断及创造性解决问题技巧才能完成的任务显然，这差不多还是定义的转移再加文学上的描述，但也确实反映了知识自动化领域目前的现状.
　　为什么需要知识自动化？简洁的回答就是：工业时代需要工业自动化，知识时代必须知识自动化. 工业时代的发展在许多方面对人类的体力提出了 “非分”的要求，迫使人们必须依靠工业自动化的手段来“补偿”其体能上的不足，才能够去实施、运营、维护各类大型或精密的系统和过程；同理，面临物联网、大数据、云计算、智能技术等，正在迅速兴起的知识时代也对人类的智力提出了更高、更加“非分” 的要求，人们更需要借助知识自动化的方法来“弥补”其智能上的不足，进而才能去完成各种层出不穷的不定、多样、复杂任务.如文献[3 -4]所指出的，一项知识工作一般包含许多活动，具有很强的不确定性、多样性、复杂性（UDC: Uncertainty, diversity, complexity),故与工业或制造自动化不同，很难通过自动化完全取代人在其中的作用.除了像打字、电话接线、银行柜台、机票登记等简单的任务可以通过计算机和软件代替人外，多数情况下自动化工具只是减轻了人的工作量，但仍需要人的合作才能完成整个的知识工作.因此，不论狭义的知识工作的自动化还是广义的知识自动化，往往都不能完全把人替掉，但却对人的技能和知识水平提出了新的要求.目前，实现知识自动化之主要方法和技术包括智能控制、人工智能、机器学习、人机接口、基于大数据的智慧管理等，但从物理过程的自动化到虚拟空间里的自动化是培育和发展知识自动化的关键.
　　根据麦肯锡的报告，目前各领域已有2.3亿余知识工作者，占全球雇员的9%，但雇用成本却是相应全球成本的27%.该报告预计到2025年，知识工作的自动化每年可直接产生6.7万亿美元的经济价值，不计自动化所带来的效率间接提高，相当于额外1.4亿个全职雇员的产出.然而，在此报告所预测的12项颠覆技术之中，知识工作的自动化受到媒体关注的程度差不多是最低的，与其在人人所关心的许多方面可能担当的主导角色十分不符, 如未来工作性质的改变、组织结构的改变、经济增长的驱动方式、提高生产力的途径等.实际上，就是在自动化专业人士之中，由于过去主要关注的是物理过程的自动化，较少有人重视甚至意识到知识工作的自动化之重要性；特别是很多人认为这属于人工智能或计算机领域，没有从建模、分析、控制、管理等过程自动化的角度系统性地将方法与应用有机地结合起来，认清其知识自动化的本质[3].显然，这一状态需要尽快改变，中国学者可以在这方面发挥重要和引导性的作用.
　　近年来，中国学者十分关注知识自动化这一新兴领域，积极投入相关问题的讨论与研究[5-91.特别是在流程工业的知识自动化方面，国家自然科学基金委员会信息学部多次组织相关学者举办了包括 “双清论坛”在内的学术及战略研讨会，初步形成流程工业知识自动化研究和应用的共识与规划.国际上，知识自动化的工作目前主要由相关企业推动，关注市场需求、生产管理和产品功能；学术界，特别是控制领域，还鲜有人参与讨论和研究.然而，知识自动化必将在智慧社会、智能产业、智能制造及所谓的“工业4.0”、“工业5.0”中起核心的作用，我们必须关注相关的发展态势和趋势[10-15]. -定程度上, 在知识自动化的研发上，中国学者起步早、起点高, 希望能够尽快形成知识自动化的体系框架，发展相关的理论、方法、算法系统，并在实践中应用、验证、完善，发挥实效.
　　本文将从Cyberspace、社会信号和默顿系统的兴起这一时代特征为起点，讨论知识自动化的意义与相关的科学问题，从智能算法到知识机器人看其技术基础及趋势，从软件定义的系统和流程探讨其与系统工程的内在关联，从平行系统的角度研究其在复杂控制和管理过程中的重要作用.本文的目的是抛砖引玉，以期唤起更多学者关注知识自动化这一新兴的研究与应用领域.
　　1时代的需求：Cyberspace和社会信号的涌现与挑战可以从许多角度去审视知识自动化，但本文认为，Cyberspace的兴起和社会信号的涌现，是当今时代对知识自动化之最大的需求.
　　过去一百多年，工业自动化是利用物质和信息以“人造”方式建设物理世界的核心方法和技术之一，而新兴的知识自动化将是利用智能算法构建物理世界和Cyberspace中各类“人工”的智慧组织、过程、产品之关键途径和工具.从自动化的视角看，第一次工业革命的特征是机械自动化，第二次工业革命的特征是电气、电子自动化，但本质还都是物理过程的自动化，主要特色是利用自然科学的定律，如牛顿定律等，对过程进行精确地建模，再实施控制，落实设定的目标.计算机和网络系统的兴起，开始了虚拟空间里的信息过程自动化时代，其特色是多数过程不再是物理实在的，而是人为规定的“人工” 流程，如管理措施、法律程序、交易步骤等.大型生产的企业资源规划（Enterprise resource planning， ERP)、制造执行系统（Manufacturing execution system，MES)、电子商务系统等，实质上都是信息自动化，只不过是人在系统之外，相对而言自动化程度不高而已.目前，网络空间里的许多信息系统正向“人”在其中的智能自动化方向发展，这一趋势必然导致对知识自动化的更高要求.
　　例如，最新统计显示，2014年大多数网站，尤其是中小网站的网络流量之63%?80%已经是互联网“机器人（Internet bots)”产生的，人类本身造就的流量已经不到37%，而两年前这两个数据还平分秋色，分别是51%与49%.这只是知识自动化最基本，甚至可以说是最初等的体现形式，但多数人无从感知“人机”之别，表面上的“人在其中”，实质上所引发的“机进人退”之速度不能不令人担心.特别值得注意的是，超过一半的互联网“机器人”流量是各色各样的“恶毒（Malicious)”流量，这使如何在 Cyberspace里安全有效地实施知识自动化的任务变得更加迫切.
　　显然，知识自动化是信息自动化的自然延伸与提高，是“人”嵌在自动化之中的必然要求，也是从物理世界的自动化控制转向人类社会本身的智能化管理的基础.而且，这一基础必须借助于虚拟空间里的自动化才能实现和完善，否则，就像一些简单的代数方程在实数空间中无解一样，我们也难以单纯地在实际的物理空间中落实知识自动化，进而实现能够动态变化、实时反馈的智能化企业和社会的管理[2].正因为此，我们提出了以人为本、面向物理世界和Cyberspace融合的社会物理网络系统 (Cyber-physical-social systems，CPSS)之概念[16].
　　其实，作为自动化学科基础的控制论之本意就是社会控制与管理.19世纪初著名的法国科学家安培首次提出控制论一词时，就把这一学科定义为国务管理的科学.但正如钱学森在其《工程控制论》的开篇里所称，“安培企图建立这样一门政治科学的庞大计划并没有得到结果，而且，恐怕永远也不会有结果”.即使之前的《控制论》作者维纳也在其书中认为，社会控制与管理的设想是“虚伪的希望”或“过分的乐观。
　　为什么钱学森和维纳当时会有这样的看法？我们认为，关键是因为60多年前，这个世界还缺乏实时、有效、充分的社会信号和信息.这是为什么长期以来控制论无法尝试其本源之要害，也是知识自动化只有在今天才可能实现的原因：知识自动化所需的知识信号，必然是物理信号与社会信号的融合，只有物理信号，没有社会信号，不可能实施知识自动化.简言之，Cyberspace为知识自动化提供了发展的基础设施与平台，但社会信号为其发展提供了基本动机与动力.
　　工业时代，各类传感器的出现使得物理信号的应用成熟、普及、深入，更使得工程控制论在物理过程的自动化中发挥了极其重要的作用，成为现代工业生产的支柱技术.今天，在基于互联网的 Cyberspace里，从社会媒体、社会网络、社会计算, 直到计算社会，我们已经迅速地跨入了以社会事务信息为主体的“大数据”时代.关于社会和政务的数据及信息，现在不但充分、实时，有时还出现“超载”现象.这种情况下，面向其本意的社会管理之 “控制论”难道还是“虚伪的希望”、“过分的乐观” 或“恐怕永远也不会有结果”吗？现实已经给出肯定的答案：希望是真实的，乐观是有据的，而且一定会有结果.但“果”只能“结”在物理空间和虚拟空间 Cyberspace融合的求解空间之中，而且关键在于引入社会信号，构建专业和社会性的知识传感网络，认知和感知社会或企业等组织，通过CPSS，实现智慧运营和管理，其中知识自动化将发挥核心的作用[18].
　　虚拟的Cyberspace及其中的社会信号为我们带来很多挑战，但也为自动化领域带来空前的机遇，更使得知识自动化势在必行，必将成为知识时代智能技术发展的必然趋势.
　　2基础科学问题:从牛顿到默顿的升华

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