人機協(xié)同創(chuàng)新：面向智能制造的創(chuàng)新新范式

任宗強 陳淑嫻

以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化與先進制造業(yè)相結合為特點的新工業(yè)革命，正在加快全球經(jīng)濟結構的調(diào)整步伐并重塑當代制造業(yè)的競爭新格局。智能制造成為很多國家加速產(chǎn)業(yè)升級和產(chǎn)業(yè)鏈重構、擺脫經(jīng)濟停滯增長的重要抓手，我國也將其作為國家戰(zhàn)略進行積極布局。智能制造帶來的顛覆性創(chuàng)新是：“人+機器人”的新組合引發(fā)的生產(chǎn)方式和價值創(chuàng)造邏輯變革，它不僅催生數(shù)字經(jīng)濟、智能經(jīng)濟和體驗經(jīng)濟等新型經(jīng)濟形態(tài)，而且使組織生態(tài)發(fā)生顛覆性變化，深度滲入組織運營與管理全過程，其所引發(fā)的創(chuàng)新廣度和深度比以往任何時候都要深遠。波士頓咨詢報告《工業(yè)4.0：未來生產(chǎn)力與制造業(yè)發(fā)展前景》中指出，盡管向工業(yè)4.0完全轉型還需要20年時間，但在未來10年內(nèi)，一些關鍵的競爭優(yōu)勢將逐漸確立。在這種趨勢下，人類與日趨“聰明”的機器協(xié)作創(chuàng)新將成為未來創(chuàng)新的主要范式，二者結合形態(tài)與作用機理的發(fā)展層級，將逐漸成為一個時代生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標識，也是塑造未來發(fā)展新動能的關鍵。

隨著計算能力的進步，數(shù)據(jù)可用性的指數(shù)級增長，以及新技術設備成熟發(fā)展，機器不再只是“冰冷”的生產(chǎn)工具，而是與人類密切協(xié)作，共同推動生產(chǎn)方式從效率型向創(chuàng)新型轉變的能動要素（enabler），成為人類的新同事。但很多調(diào)研發(fā)現(xiàn)人類管理者仍對智能機器信任不足，或者將其作為役使工具，而迄今為止的理論研究也一直以人為中心（anthropocentric），沒有給智能機器留出活性空間，對人類與智能機器之間如何協(xié)作實現(xiàn)增強智能（augmented intelligence）、催生創(chuàng)新合力關注甚少，甚至陷入人機二元性悖論。從生產(chǎn)關系角度來看，企業(yè)競爭力不是僅通過使用新技術或機器換人就能實現(xiàn)的，很多學者呼吁要超越在“自然物質(zhì)+傳統(tǒng)大機器”生產(chǎn)方式下形成的思維與發(fā)展定式，以全新的視角重新審視“要素”“生產(chǎn)”等傳統(tǒng)經(jīng)濟學概念，找到適應未來的新生產(chǎn)體系和管理架構。因此，本文旨在探討“人+機器人”組合帶來的生產(chǎn)力與生產(chǎn)關系變革，總結當前企業(yè)智能制造實踐，提出人機協(xié)同創(chuàng)新是未來智能制造時代創(chuàng)新的一種新范式。

歷次工業(yè)革命都以重大的“突破性”技術變革為基礎，重構已有產(chǎn)業(yè)體系和生產(chǎn)方式并催生出新興產(chǎn)業(yè)。從演化經(jīng)濟學角度來看，即佩雷斯提出的技術-經(jīng)濟范式發(fā)生革命性變化，表現(xiàn)為關鍵生產(chǎn)要素到產(chǎn)業(yè)體系機制的根本變遷。以蒸汽和水力、電力、石油、計算機四場工業(yè)革命為例，茲拉特科和保羅將四種動力源之間的技術替代過程，梳理為直線管理、科學管理、戰(zhàn)略結構和業(yè)務流程四代管理模型的演進。但是即便同一技術集群，不同創(chuàng)新情境也會孕育出主導設計的差異而引致不同的研發(fā)機制和技術軌道，比如羅斯韋爾認為20世紀50年代以來經(jīng)歷了技術推動型、需求拉動型、技術市場耦合互動型、并行集成型和系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡化型五代技術創(chuàng)新過程演變，丹尼斯則從研發(fā)管理視角提出研究實驗室為主、業(yè)務單元開發(fā)、研發(fā)項目為主、跨部門并行研發(fā)、跨界聯(lián)盟分布式研發(fā)、松散網(wǎng)絡結構中重新聚焦研發(fā)的六代模式。此外，國內(nèi)外學者還總結了近30多年來不同情境下的創(chuàng)新范式，例如用戶創(chuàng)新、開放式創(chuàng)新、樸素式創(chuàng)新、責任式創(chuàng)新等，強調(diào)通過創(chuàng)新技術和優(yōu)化資源配置，進一步釋放人的創(chuàng)造潛力。這些理論與范式的探索都高度契合了各階段技術進步的具化情境，確立了技術-經(jīng)濟范式指導產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律的核心地位。

在機械化生產(chǎn)時代，機器主要是作為一種“工具機”延伸人類肌肉力量、提高人類勞動生產(chǎn)能力。自動化時代，嵌入計算和存儲功能的程控機器可按照特定方式主動響應人的操作指令。進入智能化時代，新型機器人具備感知、認知和執(zhí)行功能，可與人類進行自然交流、理解人類需求，這種行為特征近似人類的仿人機器（humanoid machine）被稱作智能機器人，成為交互式網(wǎng)絡中擬人化的組成部分。從制造業(yè)由機械化走向智能化的轉型進程來看（見圖1），機器嵌入并滲透到制造業(yè)的社會生產(chǎn)領域就是科技發(fā)展的軌跡。沿著這個軌跡，機器能力獲得從簡單機械化到認知功能化，甚至情感的提升。人與機器的關系也隨之被重新定義，并對幾百年來賴以生存的“傳統(tǒng)工具+經(jīng)驗決策”的管理模式提出挑戰(zhàn)，人們開始產(chǎn)生這樣的疑問：傳承了百余年的管理理論和理念是否仍適用或已經(jīng)過時？學術界也因此提出“我們過去使用的舊工具已然變得無效，唯有一場新管理革命，才能讓我們做得更好”。可以預見，這次新工業(yè)革命不僅是一場技術革命，更是一場思維與認知的革新，將人類認識世界的科學研究帶入數(shù)據(jù)挖掘為主的第四范式時代，而且技術的根本性進展與情境因素將合力影響未來的技術軌道與主導設計。

正如《奇點臨近》一書所預測，下一階段的智能發(fā)展將是人類與機器的聯(lián)合，即嵌入人類大腦中的智慧將與容量更大、運算更快的機器智能相結合，在不同層次給社會生產(chǎn)制造帶來范式增長，人類與機器成為同事正在變?yōu)楝F(xiàn)實，人機共生協(xié)同將成為常態(tài)。“人+機器人”組合的新組織形態(tài)正給社會創(chuàng)新和企業(yè)商業(yè)行為帶來肉眼可見的積極作用，包括投入要素、工作模式、創(chuàng)新主體、價值體系等因素都發(fā)生著深刻轉變（見圖2），原有的創(chuàng)新管理理論與實踐所依據(jù)的先決條件也將被顛覆。我們認為，創(chuàng)新過程模型已經(jīng)進階到人機二元智能體協(xié)同創(chuàng)新的新階段。按照托馬斯·庫恩的定義，一個穩(wěn)定的范式如果不能提供解決問題的適當方式，需要采取全新的視角來解釋這些變化時，即出現(xiàn)范式轉移。多西、弗里曼、佩雷斯等人在提出科技產(chǎn)業(yè)革命形成技術經(jīng)濟范式時也曾預測，當時正在擴散的信息技術革命將對現(xiàn)有的技術經(jīng)濟范式進行徹底改造。而今天，這個新范式已經(jīng)出現(xiàn)。

要素：機器從資產(chǎn)轉向智力投入

機器不再是一種資產(chǎn)投入，而是一種智力投入，能模仿生物進行感知、推理和學習等智能活動，通過機器學習算法集成方程、邏輯和規(guī)則等，將數(shù)據(jù)一步步轉化為智慧。這意味著機器智能是能夠從生產(chǎn)端嵌入價值流，與人類密切協(xié)作、共同推動生產(chǎn)方式從效率型向創(chuàng)新型轉變的能動要素。數(shù)據(jù)和機器成為新的生產(chǎn)要素和新的勞動生產(chǎn)者，這將打破人類勞動力、資本、土地等有限供給對社會生產(chǎn)長足進步的制約。

工作模式：人機由分離走向耦合協(xié)同

機器早期在單獨/部分共享工作區(qū)輔助作業(yè)時，完全由人類單方面設定指令操控，基本只是共存的工作模式，沒有任何耦合的協(xié)作過程。隨著人工智能的成熟，人與機器的智能學習軌跡不再分割，而具有很強交互性，人可以近距離與機器交互，協(xié)同作業(yè)，機器可以通過情境分析、圖像識別及深度學習等向人類的思維靠攏。例如，越來越多的協(xié)作機器人通過配置傳感器擁有視覺和觸覺功能，當感觸周圍人員接近時可以降低轉速，調(diào)整方向來實現(xiàn)與人類同事安全相處。除共享工作區(qū)外，二者甚至還能達成目標共享，通過緊密的流程銜接和協(xié)調(diào)共同完成工作任務，工作模式實現(xiàn)由分離到共存，共存到協(xié)作/協(xié)調(diào)乃至協(xié)同的飛躍。

創(chuàng)新主體：進入人機“二元”智能體協(xié)同創(chuàng)新新時代

AI技術在速度、精確、重復、預測、可測度等方面，體現(xiàn)出人類智能無法企及的優(yōu)勢，賦能機器在識別、挖掘、加工與深度利用大數(shù)據(jù)等生產(chǎn)方向和內(nèi)容增值方面發(fā)揮重要作用；而人類本身則在即興創(chuàng)作、敏捷反應、評判和領導等能力上具有獨特優(yōu)勢。當人機智能開始結合并呈共同“進化”之勢時，機器的應用逐漸從低層次工作領域擴展到高層次領域，人們也從繁瑣的重復性事務中解放出來，將更多精力聚焦到能夠發(fā)揮個人創(chuàng)造力的興趣和專長方面。人類與機器之間從役使關系逐漸發(fā)展為伙伴關系，這樣既有利于激發(fā)人類的自主性創(chuàng)新，又能促進人機對“智能創(chuàng)新”的實施落地。例如，“人+機器”的異質(zhì)智能組合體擁有“先見之明”，在社會生產(chǎn)和分配模式上具有更精準的預測和優(yōu)化能力，從而創(chuàng)造出更大增量價值。創(chuàng)新進入到“二元”智能體協(xié)同新時代，越來越多人呼吁將智能機器看作人類的“新同事”。

價值體系：趨向動態(tài)的社會化、泛在化、按需供給的創(chuàng)造邏輯

AI除了具備數(shù)字技術的基本特征之外，還具有連接性、認知能力和不可察覺性的特征。一方面，當機器利用數(shù)據(jù)做出情境判斷與人類經(jīng)驗進行整合時，能夠減少過度擬合和經(jīng)驗主義導致的偏差，創(chuàng)造出數(shù)據(jù)驅(qū)動的有效洞見，以人機協(xié)同新形態(tài)優(yōu)化創(chuàng)新環(huán)境，對創(chuàng)新功能提升、創(chuàng)新價值積累提供技術支撐。比如協(xié)助企業(yè)員工動態(tài)處理生產(chǎn)過程中的要素配置、生產(chǎn)線切換、設備提前保護等事項。另一方面，廣泛的人機智能組合體會形成創(chuàng)新群落，通過挖掘、吸收、轉化隱性知識的過程進行價值聚合與利用，在各能力節(jié)點充分激發(fā)疊加效應、聚合效應和倍增效應，進而催生出新的生產(chǎn)力。以能力生態(tài)進一步賦能社會化、泛在化、按需供給的共建共創(chuàng)共享的價值體系，實現(xiàn)價值動態(tài)整合和整體效益提升。這將是對社會發(fā)展的重大創(chuàng)新，也將深刻影響創(chuàng)新主體的經(jīng)營方式。

人機協(xié)同系統(tǒng)是一個由人和計算機組成的計算推理系統(tǒng)，而人機協(xié)同創(chuàng)新是指人與智能機器通過系統(tǒng)頻繁交互，在工作上達成協(xié)同合作、在智慧上形成優(yōu)勢互補，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息等生產(chǎn)要素價值倍增，以更高層次的知識整合進行創(chuàng)新活動。這是一個形成混合智能、構建增強智能的過程，將涌現(xiàn)出新的生產(chǎn)關系和創(chuàng)新主導設計，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會價值：第一，借助物聯(lián)網(wǎng)感知獲得“物”的原始數(shù)據(jù)和事件，然后通過內(nèi)容/知識網(wǎng)進一步加工抽取出所需的信息，傳遞到人與機器；第二，人處理擅長的“應然”等價值取向的主觀信息并接受機器算法的驗證，機器處理擅長的“實然”數(shù)據(jù)，同時感知人類處理“應然”信息的依據(jù)，進一步優(yōu)化自身算法；第三，人與機器通過互補性計算推理凝聚智慧共識，形成融合決策，實現(xiàn)對勞動和物的創(chuàng)造性控制，整體是一個包含感知、識別、響應的智慧控制閉合回路；第四，擴展開來講，機器和人也可以與外部建立鏈接，組成更廣泛的開放式人機協(xié)同創(chuàng)新（見圖3）。

人機協(xié)同創(chuàng)新不同于智能決策支持系統(tǒng)，不是“人幫機、機幫人”的二分體系，而是雙向閉環(huán)的、既包含生物體又有智能人工裝置的有機系統(tǒng)，兩者信息無縫交互、融合智慧形成混合智能。首先，人與機器的交互已從簡單的機械指令交互，向多通道多模態(tài)同時作用的自然交互演變。其次，二者之間的互補性也不再局限于物理關系層面，而是將機器在存儲、搜索、計算方面的獨特優(yōu)勢與人的推理、反饋、聯(lián)想、頓悟等能力有機融合，形成創(chuàng)新合力，以前所未有的方式共同學習和創(chuàng)新。

從現(xiàn)階段的智能技術應用情況及未來發(fā)展趨勢來看，人機協(xié)同創(chuàng)新具有分散化、數(shù)字化、透明化等外在特征，其內(nèi)在特征則為機器智能自主性、知識創(chuàng)造雙元性和人機協(xié)同整體論。

機器智能的自主性

機器智能也是通過學習得以發(fā)展，而且機器學習的算法能力呈指數(shù)級增長，因此機器成長速度在智商和能力等方面是遠超人類的。隨著信息技術的深度發(fā)展，人工智能賦能的機器越來越具有獨立自主性：一是人與機器形成一個實踐共同體，兩者都在主動學習中尋求交互與調(diào)諧，因為機器對海量數(shù)據(jù)的分析檢驗能力可以有效降低或消除人類經(jīng)驗決策中的噪音，而人類批判性思維等獨有見解是保障機器學習系統(tǒng)可解釋度的重要因素；二是智能機器之間具有自組織功能，可以在基于物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)設備之間共享資源，進行自主分析和決策來響應環(huán)境變化，并通過高層次整合功能對兼容有效的元知識進行標識以便復用，體現(xiàn)出“信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行”的自組織功能。例如，博世力士樂推出一套半自動去中心化生產(chǎn)流程系統(tǒng)，不同工作站可以通過射頻識別碼感知每件產(chǎn)品需要進行的生產(chǎn)步驟，并自動執(zhí)行生產(chǎn)。更為重要的是，智能機器具有自主學習能力，不再只是復制人類智能，他們可在自我反饋循環(huán)中通過迭代運算獲得能力進化，做到全方位感知甚至預知用戶的潛在需求。

知識創(chuàng)造的雙元能動性

傳統(tǒng)的知識管理認為人是知識創(chuàng)造的唯一能動因素，但智能機器人可以通過集成方程、邏輯和規(guī)則，對自動采集與交換的數(shù)據(jù)和信息進行加工生成新的人工制品知識（artifact），擴大創(chuàng)新知識圖譜。一方面，智能機器人可利用認知和思維邏輯創(chuàng)造新知識，通過深度學習的內(nèi)在結構從大量原始數(shù)據(jù)中學習、抽象出規(guī)律，幫助人類在相關領域了解更詳細的專業(yè)知識，進一步挖掘潛在的理論機制。尤其是在許多涉及人類反應的動態(tài)系統(tǒng)中，機器神經(jīng)網(wǎng)絡利用積累的數(shù)據(jù)信息，將連續(xù)事件之間的關系（比如延遲知識）顯性化，將有助于提高知識網(wǎng)絡的解釋能力。另一方面，智能機器生成的知識具有默會性。智能機器可通過錯綜復雜的計算程序解碼，形成新的數(shù)據(jù)信息，并構建相關的模型和知識系統(tǒng)庫。這些模型有的會超出人類的理解范疇，但卻在機器特定的邏輯結構和技術裝置中體現(xiàn)著知識默會性。例如，機器的多層神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊邏輯被看作“異類確證”和“超現(xiàn)實表征”。因此，如果忽略機器的隱性知識，單純強調(diào)人的主動性，認知偏差往往會導致判斷失誤。唯有充分認識智能化時代人與機器的知識創(chuàng)造二元性，構建人機知識有效集成的知識場，才能充分發(fā)揮人機協(xié)同優(yōu)勢，實現(xiàn)人機混合智能。

人機協(xié)同的整體論

雖然生物體和機器在設計原理上明顯不同，但二者處同一環(huán)境時將圍繞一致的功能目x標組成一個社會物理信息系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，實時感知網(wǎng)絡和語義融合網(wǎng)絡是使人的智慧動能與機器的技術邏輯得到有效結合的核心前提。一方面，實時感知網(wǎng)絡能促進人類與機器學習系統(tǒng)之間的交互，通過高頻共享數(shù)據(jù)和知識資源幫助人類挖掘非對稱、非完全信息背后的內(nèi)生邏輯，同時在保障機器學習可靠性和穩(wěn)健性的前提下降低機器對數(shù)據(jù)的需求和能耗，以人機最佳連接方式構建協(xié)同智能體，更有效率地應對動態(tài)環(huán)境中不確定因素。另一方面，語義融合網(wǎng)絡能夠促使人機學習系統(tǒng)形成一個連續(xù)迭代的反饋循環(huán)。因為機器學習與深度學習和神經(jīng)網(wǎng)絡具有高度的關聯(lián)性，信息技術和生物技術的有機結合將在高階的多模態(tài)感知、多領域推理中，實現(xiàn)人機結合、知行合一、虛實一體的“合一體”平行智能。即人類深層語義的長短期記憶、卷積和復發(fā)性深神經(jīng)網(wǎng)絡、多任務學習等功能反饋到算法優(yōu)化中，讓機器智能在越來越多領域取得突破性發(fā)展，而更聰明、更可靠、更準確的算法則將進一步幫助人類掌握任務中更抽象、更細粒的概念，這是互相增強的集體智慧，而非分離的人類智能拓展或機器功能提升。

人類與機器互動的思維與文化認同感不斷增強，衍生出人機高度融合的社會新特征：人的決策與智能算法高度融合、技術指標與價值目標密切關聯(lián)、算法規(guī)制與社會規(guī)范合為一體。人機行為模式將被視為一個整體進行考慮，并不斷更新人們對人機協(xié)同創(chuàng)新以及人機協(xié)同系統(tǒng)對所處環(huán)境的釋義性認識，即卡爾·維克提出的意義建構思想。一方面，人機協(xié)同創(chuàng)新要求企業(yè)通過內(nèi)部戰(zhàn)略、組織、文化等全要素創(chuàng)新來提供架構支撐，例如企業(yè)要組織必要的溝通和培訓，及時修正“機器換人”的狹隘觀念；另一方面，人機協(xié)同系統(tǒng)的開放式創(chuàng)新是在全時空進行的，因而企業(yè)在實踐時要時刻強調(diào)情境性。例如，英特爾公司經(jīng)歷6年才走出一條立體化、全方位、有機的生態(tài)創(chuàng)新之路：向下連接機器人產(chǎn)業(yè)鏈，向上承載相關的資源、服務、應用等各類要素，并與政策支持和安全保障建立緊密的聯(lián)系，建立人機參與主體間的良性互動機制。

對此，我們提出整體的人機協(xié)同的社會建構觀點：人機協(xié)同創(chuàng)新系統(tǒng)是一個社會建構過程，是通過技術、結構與制度設計使人與智能機器的相互關系符合安全、自由、倫理等基本社會價值標準，并通過學習、推理和計算將情境變化編碼到人機協(xié)同創(chuàng)新系統(tǒng)中，形成社會化特征的人工智能有機體，為組織決策提供可行的候選解決方案，改變我們對社會和經(jīng)濟生活方方面面的認知觀念和認知結構。結合華為、美的、海爾等企業(yè)的實踐案例，本文基于弗萊米施等人對人機協(xié)同工作系統(tǒng)界定的四個基本概念——能力、權限、控制和責任，與物理組合和關系連接構成人機協(xié)同創(chuàng)新社會建構框架的三大主要板塊，列示出各自的功能和行為（見表1），厘清人機協(xié)同系統(tǒng)的結構與人機行為之間的關系。

雖然當前科技發(fā)展水平與理想的“科學奇點”還有距離，但主體智能化作用正在日益凸顯。當馬斯克研發(fā)的Neuralink腦機接口芯片開始嘗試把科幻片中的人機智能混合體轉變?yōu)楝F(xiàn)實時，人機協(xié)同的智能化發(fā)展逐漸勢不可擋，未來組織將呈人機共生新生態(tài)，以傳統(tǒng)管理模式應對科技革命的深度沖擊顯得力不從心。尤其隨著創(chuàng)新愈發(fā)具有挑戰(zhàn)性，要從中脫穎而出，企業(yè)應該轉而關注人機協(xié)同的學習和組織模式。因此，本研究提出了人機協(xié)同創(chuàng)新作為面向未來智能制造的一種新范式，是創(chuàng)新活動的一種新模式、新方法和新范例，將通過系統(tǒng)整合人的判斷力、靈活性、創(chuàng)造力等，以及智能機器的準確性、速度和邏輯等，以混合智能與增強智能的構建形成創(chuàng)新合力，成為賦能未來制造業(yè)的全新引擎。企業(yè)應該根據(jù)新規(guī)則設計一個全新的生產(chǎn)體系和管理架構，組成一個分布式、高效和靈活的自組織系統(tǒng)，充分釋放人與技術的生產(chǎn)力，適應高度智能、互聯(lián)的產(chǎn)品與全數(shù)字價值鏈的變革。

未來人與智能機器之間的組織行為與結構關系，也存在三方面問題亟待探索和回答。第一，人機協(xié)同體系涉及到人與機器之間的行為規(guī)制、道德倫理、權力秩序等諸多方面，其中角色定位以及思維邏輯與倫理道德等因素的交互作用值得深入研究，比如考慮人機共同體在不同情境下思想行為的新定位和交互關系。第二，嵌入全新的思維邏輯等多因素并考慮因素之間的交互作用后，如何演化人機協(xié)同的網(wǎng)絡結構和組織關系，充分發(fā)揮人機協(xié)同系統(tǒng)在研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的商業(yè)網(wǎng)絡中的優(yōu)勢。第三，探析如何發(fā)揮人機協(xié)同的創(chuàng)新機制，包括人與機器合作學習與知識創(chuàng)造機制，以及人機協(xié)同提升創(chuàng)新能力的過程與模式。

本文資助項目：國家社科基金項目：面向智能制造的傳統(tǒng)企業(yè)創(chuàng)新能力提升機制與路徑研究（17BGL044）