人工智能對工業(yè)4.0關(guān)鍵技術(shù)引領(lǐng)探討

陳　巍

（珠峰財產(chǎn)保險股份有限公司， 北京　100055）

1　研究背景

2017年國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，人工智能作為引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略技術(shù)，成為國際競爭的新焦點、經(jīng)濟發(fā)展的新引擎。工業(yè)4.0本質(zhì)上是將傳統(tǒng)的生產(chǎn)要素彼此連接構(gòu)成巨大網(wǎng)絡(luò)，并通過互聯(lián)網(wǎng)將虛擬世界和現(xiàn)實世界實現(xiàn)更高層次的自動化控制，因此各學(xué)科實現(xiàn)人、機器和虛擬世界底層互連是工業(yè)4.0的要素之一。工業(yè)4.0戰(zhàn)略的核心是在互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的互動平臺上，實現(xiàn)數(shù)字技術(shù)[1-3]、物聯(lián)網(wǎng)[4-5]、智能材料等眾多先進技術(shù)的融合，也包括生物產(chǎn)品的研發(fā)和制造[6]，大規(guī)模并行科學(xué)計算[7]，和觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控與共享[8]。

人工智能是控制論、信息論、結(jié)構(gòu)生物9等學(xué)科相互滲透的綜合性學(xué)科。在大數(shù)據(jù)進入各領(lǐng)域的今天，人工智能對科學(xué)問題基于底層技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)建，才能真正實現(xiàn)工業(yè)4.0的數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。有了物聯(lián)網(wǎng)中基于底層設(shè)備的風(fēng)險控制研究以及密鑰保護[10]，才能保證自動駕駛和航行構(gòu)成涵蓋海陸空的空中立體交通系統(tǒng)[11-14]。工業(yè)4.0是新技術(shù)基礎(chǔ)上的工業(yè)化加信息化，正是因為系統(tǒng)中嵌入的新技術(shù)，比如移動設(shè)備自適應(yīng)動態(tài)補丁[15]，寬帶和設(shè)備的健壯性網(wǎng)絡(luò)，虛擬現(xiàn)實和人機接口等智能方面，才能實現(xiàn)精益生產(chǎn)，使信息物理系統(tǒng)這個基石真正堅固，建立一個基于工業(yè)4.0的體現(xiàn)個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)生產(chǎn)模式。

2　工業(yè)4.0的關(guān)鍵新技術(shù)

1）智能探月采樣鉆頭：月球環(huán)境的特殊性[16-17]增加了鉆取采樣任務(wù)的難度[18]，采樣鉆頭對樣心的影響程度、破碎月壤所需的功耗等參數(shù)以及螺旋鉆桿與月壤顆粒相互摩擦所產(chǎn)生的輸土功耗曲線[19-21]均可以利用計算機得到。

2）安全系統(tǒng)：在數(shù)據(jù)規(guī)模、設(shè)備種類總量、攻擊方法[22]均爆發(fā)的時代，動態(tài)、細粒度的隨機化方案[23]可以降低攻擊[24]成功率，虛擬化硬件能很好地解決防御上的缺陷[25-26]。

3）陸面過程模式：基于通用陸面過程模式CLM 4.5構(gòu)建了超高分辨率的陸面河岸生態(tài)水文模式[27-28]。高分辨率流域生態(tài)水文模式和人類地下取水用水的陸面模式在全球尺度上被構(gòu)建[29-32]并且分辨率在不斷增加。

4）材料設(shè)計：機器學(xué)習(xí)用于探索鉑金屬在石墨和其他金屬存在下的抗毒性、穩(wěn)定性[33-36]，精確預(yù)測全混式反應(yīng)器以及鼓泡塔中細菌在不同反應(yīng)階段的濃度[37-41]。計算機模擬跌落和沖擊環(huán)境可提高產(chǎn)品設(shè)計成熟度[42-43]。

5）結(jié)構(gòu)生物和藥物設(shè)計：計算機輔助X射線晶體學(xué)發(fā)明了以DNA聚合酶β為Host,目標DNA為Guest的新一代快速結(jié)晶系統(tǒng)[44]。此系統(tǒng)直接查看藥物DNA高分辨率相互作用，目前已開發(fā)出有效殺傷乳腺癌和胰腺癌的新藥[45]。

6）計算機輔助藥物設(shè)計：拓撲衍生功能基團對已知藥物高通量基團篩并查進行抗癌藥物研發(fā)[46-50]。以蛋白藥物共結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的模擬篩查重建甾體類抗癌藥物與蛋白的作用[51]。

7）其他新技術(shù)：除其在視覺處理[52]和安全方面[53]的廣泛應(yīng)用，人工智能在大計算量的流體力學(xué)和災(zāi)害模型中也有廣泛應(yīng)用：比如海波極值算法[54-55]和各種隱患消除的新技術(shù)等[56-59]。

3　結(jié)語

工業(yè)4.0發(fā)展過程中產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，在工業(yè)人工智能領(lǐng)域，生產(chǎn)制造個性化、定制化將成為常態(tài),為此互連互通和跨界，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)橫向、縱向的全價值鏈集成是必然趨勢。

[1]Chen,B.Overcoming Calibration Problems in Pattern Labeling with Pairwise Ratings:Application to Personality Traits[C]//Computer Vision-ECCV 2016 Workshops Springer,Cham,2016：419-432.

[2]Ponce-López,V.ChaLearn LAP 2016:First Round Challengeon First Impressions-Dataset and Results[C]//Computer VisionECCV 2016 Workshops Springer,Cham,2016：400-418.

[3]Escalante,H.J.ChaLearn Joint Contest on Multimedia Challenges Beyond Visual Analysis:An overview[C]//2016 23rd International Conference on Pattern Recognition（ICPR），2016：67-73.

[4]Chen,B.Cyber-physicalsystemenablednearbytrafficflow modelling for autonomous vehicles[C]//36th IEEE International Performance Computing and Communications Conference,Special SessiononCyberPhysicalSystems:Security,Computing,and Performance（IPCCC-CPS）.IEEE，2017.

[5]Chen,B.&Wang,B.Location Selection ofLogistics Center in e-Commerce Network Environments[J].American Journal of Neural Networks and Applications，2017，3（4）：40-48.

[6]Kou,Y.&Others.Structural and kinetic study of N7-methyl,N7-benzyl and C8-chloro guanine lesions using human DNApolymeraseβ[D].2015.

[7]曾毓金，謝正輝.基于CMIP5模擬的中國區(qū)域陸氣耦合強度評估及未來情景預(yù)估[J].氣候與環(huán)境研究 2015，20（3）：337-346.

[8]Jia,B.Diurnal and seasonal variations of CO2fluxes and their climate controlling factors for a subtropical forest in Ningxiang[J].Adv.Atmos.Sci，2015，32（4）：553-564.

[9]Koag,M.-C.Transition-state destabilization reveals how human DNA polymeraseβproceeds across the chemically unstable lesion N7-me thylguanine[J].NucleicAcidsRes,2014，42（13）：8755-8766.

[10]Chen,Y.Secure In-Cache Execution[C]//Research in Attacks,Intrusions,and Defenses Springer,Cham,2017：381-402.

[11]Wang,L.-P.Application of linear mean-square estimation inocean engineering[J].China Ocean Eng，2016，30（1）：149-160.

[12]Wang,L.-P.A new model for calculating the design wave height in typhoon-affected sea areas[J].Nat.Hazards 2013，67（2）：129-143.

[13]Yang z.Predicting Joint Return Period Under Ocean Extremes Based on a Maximum Entropy Compound Distribution Model[J].International Journal of Energy and Environmental Science.2017（2）：117-126.

[14]Wang,L.A new method to estimate wave height of specifiedreturn period[J].Chin.J.Oceanol.Limnol，2017，35（5）：1 002-1 009.

[15]Chen,Y.et al.Adaptive android kernel live patching[C]//Proceedings of the 26th USENIX Security Symposium（USENIX Security 17），2017.

[16]田野，鄧宗全，唐德威，等.月球次表層取心鉆具功耗特性及地面模擬實驗[J].吉林大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2016（1）：166-171.

[17]鄧宗全，田野，唐德威，等.用于地外星體探測的一種新結(jié)構(gòu)取心鉆頭研究.機械工程學(xué)報[J].2013（19）：104-110.

[18]Tian Ye&Deng Zong-Quan.Coring Bit with Enhanced Structural Parameters for Improved Lunar Soil Sampling and Reduced Mechanical Disturbance[J].J.Aerosp.Eng，2016，29（4）：40.

[19]Tian,Y.Drilling power consumption and soil conveying volume performances of lunar sampling auger[J].Chin.J.Mech.Eng.2015，28（3）：451-459.

[20]Tian,Y.Analysis of Structural Parameters of Flexible SpiralConveyor Blades and Study of its Transmission Power[J].Ammonia Plant Saf.Relat.Facil 2012（200）：455-458.

[21]Tian,Y.Design of New Flexible Spiral Conveying Mechanismand Experimental Device[J].Ammonia Plant Saf.Relat.Facil 2013（469）：418-421.

[22]Chen,Y.Downgrade Attack on TrustZone[J].arXiv[cs.CR]，2017.

[23]Chen,Y.Remix:On-demand Live Randomization[C]//in Proceedings of the Sixth ACM Conference on Data and Application Security and Privacy，2016：50-61.

[24]Gruss,D.Prefetch Side-Channel Attacks:Bypassing SMAPand Kernel ASLR[C]//in Proceedings of the 2016 ACMSIGSAC Conference on Computer and Communications Security，2016:368-379.

[25]Wang,X.SecPod:a Framework for Virtualization-based Security Systems[C]//USENIXAnnualTechnicalConference，2015：347-360.

[26]Wang,X.Design and Implementation of SecPod,A Frameworkfor Virtualization-based Security Systems[J].IEEE Trans.Dependable Secure Comput，2017（1）：1.

[27]Liu,S.Discharge Estimation for an Ungauged Inland River in an Arid Area Related toAnthropogenic Activities:ACase StudyofHeihe River Basin,Northwestern China[J].Advances inMeteorology，2016.

[28]Zeng,Y.Ecohydrological effects of stream aquifer water interaction:a case study of the Heihe River basin,northwestern China[J].Hydrol.Earth Syst.Sci，2016，20（6）：2 333-2 352.

[29]Zeng,Y.Effects of anthropogenic water regulation and groundwater lateral flow on land processes.J[J].Adv.Model.Earth Syst，2016，8（3）：1 106-1 131.

[30]Zeng,Y.Seasonal effects of irrigation on land-atmospherelatent heat,sensible heat,and carbon fluxes in semiarid basin[J].Earth System Dynamics，2017，8（1）：113.

[31]Zeng,Y.Hydrologic and Climatic Responses to Global Anthropogenic Groundwater Extraction[J].J.Clim，2016，30（1）：71-90.

[32]Xie,Z.-H.Coupled modeling of land hydrology-regional climate including human carbon emission and water exploitation[J].Advances in Climate Change Research，2017，8（2）：68-79.

[33]Gasper,R.Adsorption ofCOonLow-Energy,Low-SymmetryPtNanopa rticles:Energy Decomposition Analysis and Prediction via Machine-Learning Models.[J]J.Phys.Chem.C，2017，121（10）：5 612-5 619.

[34]Shi,H.,Self-Consistent Charge Density-Functional Tight-Binding ParametrizationforPt-Ru Alloys[J].J.Phys.ChemA，2017，121（12）：2 497-2 502.

[35]Shi,H.First-Principles Predictions of Structure Function Relationships of Graphene-Supported Platinum Nanoclusters[J].J.Phys.Chem.C，2016，120（22）：11 899-11 909.

[36]Shi,H.Ab initio and classical simulations of the temperature dependenceofzeoliteporesizes[J].Green Chem，2014，16（2）：875-884.

[37]Chen,J.Metabolic modeling of synthesis gas fermentation inbub-ble column reactors[J].Biotechnol.Biofuels，2015（8）：89.

[38]Chen,J.Spatiotemporal modeling of microbial metabolism[J].BMC Syst.Biol，2016（10）：21.

[39]Phalak,P.Metabolic modeling of a chronic wound biofilm consortium predicts spatial partitioning of bacterial species[J].BMC Syst.Biol，2016，10（1）：90.

[40]Chen,J.In silico metabolic engineering of Clostridiumljungdahlii for synthesis gas fermentation[J].Metab.Eng，2016（38）：389-400.

[41]Chen,J.Experimental testing of a spatiotemporal metabolic model for carbon monoxide fermentation with Clostridium autoethanogenum.[J].Biochem.Eng.J，2018（129）：64-73.

[42]田野，趙雪微，智慧，等.新型轉(zhuǎn)輪式紅酒包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計及其跌落有限元分析[J].包裝工程，2013（19）：51-54.

[43]田野.月球表層土壤初級包裝裝置研究[J].包裝工程，2014（11）：76-79.

[44]Kou,Y.N7 methylation alters hydrogen-bonding patterns of guanine induplexDNA[J].J.Am.Chem.Soc，2015，137（44）：14067-14 070.

[45]Cheun,Y.Synthesis,structure,and biological evaluation of a platinum-carbazoleconjugate[J].Chem.Biol.DrugDes，.2018，91（1）：116-125.

[46]Cheun,Y..Transetherification-mediated E-ring opening andstereoselective‘Red-Ox’modification of furostan[J].Steroids，2012,77（3）：276-281.

[47]Kou,Y.UnexpectedopeningofsteroidalE-ringduringhypoiodite-mediated oxidation[J].Tetrahedron Lett，2013，54（31）：4 106-4 109.

[48]Kou,Y.Synthesis of 14′,15′-dehydro-ritterazine Y via reductive and oxidative functionalizations of hecogenin acetate[J].Steroids，2013，78（2）：304-311.

[49]Cheun,Y.Synthesis of C17-OH-north unit of ritterazine Gvia‘Red-Ox’modifications of hecogenin acetate[J].Steroids，2013，78（7）：639-643.

[50]Kou,Y.Application of hypoiodite-mediated aminyl radicalcyclization to synthesis of solasodine acetate[J].Steroids，2012，77（11）：1 069-1 074.

[51]Koag,M.C.Synthesisandstructureof16,22-diketocholesterol bound to oxysterol-binding protein Osh4[J].Steroids，2013，78（9）：938-944.

[52]Zhang,S.Nondestructive Ultrasonic Testing in Rod StructureWith aNovleNumericalLaplaceBasedWaveletFiniteElement Method[C]//Latin American Journal of Solids and Structures,2018.

[53]Zhang,Y.Adaptive Kernel Live Patching:An Open Collaborative Effort to Ameliorate Android N-day Root Exploits[J].In Proceedings of Black Hat，2016.

[54]王莉萍，劉桂林，王莉，等.一種基于最大熵原則的臺風(fēng)影響海域設(shè)計波高推算新方法：ZL 201010595815.0[P].2015-08-19.

[55]王莉萍，劉桂林，陳柏宇，等.一種考慮臺風(fēng)影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法：ZL 201010595807.6[P].2013-03-20.

[56]劉桂林，鄭振鈞，王莉萍，等.一種動力消波裝置及使用方法：ZL 2015 1 0575336.5[P].2017-11-03.

[57]劉桂林，曹文亮，王莉萍，等.水中潛、浮體艙內(nèi)液面固化裝置：ZL 20152 0763529.9[P].2016-01-13.

[58]陳柏宇，劉桂林，鄭振鈞，等.一種動力消波裝置：ZL 2015207009 65.1[P].2016-01-13.

[59]劉桂林，鄭振鈞，王莉萍，等.一種動力式消能防波提：ZL 201620 455212.3[P].2016-12-07.