人工智能助力裝備制造智能化

中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院總工程師 劉海濱

近年來，隨著深度學(xué)習(xí)理論的提出和AlphaGo戰(zhàn)勝人類圍棋世界冠軍，人工智能在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界及軍界等多個領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注，掀起了新一輪的研究和應(yīng)用熱潮，進入了一個全新的飛速發(fā)展時代。目前，我國、美國、日本及英國等國政府相繼推出人工智能國家發(fā)展戰(zhàn)略，期待在未來的競爭中占據(jù)先機，人工智能相關(guān)領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為全球科技創(chuàng)新的新焦點、國家經(jīng)濟發(fā)展的新引擎。準(zhǔn)確理解和把握國內(nèi)外人工智能發(fā)展趨勢、發(fā)展戰(zhàn)略和行動計劃，牢牢抓住我國大力發(fā)展人工智能及其產(chǎn)業(yè)的歷史機遇，具有非常重要的現(xiàn)實意義。同時，應(yīng)結(jié)合各自行業(yè)發(fā)展的特點，找準(zhǔn)人工智能和各行業(yè)融合發(fā)展的突破口，充分利用大數(shù)據(jù)、云計算、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新一代信息技術(shù)，針對我國重點行業(yè)和領(lǐng)域，培育新動能、發(fā)展新產(chǎn)業(yè)、形成新業(yè)態(tài)，從而推動我國經(jīng)濟的創(chuàng)新發(fā)展。

制造業(yè)是支撐我國實體經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。因此，國家需要加快人工智能核心技術(shù)突破，促進人工智能在制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)的推廣應(yīng)用，將人工智能技術(shù)融入裝備制造的全過程，助力裝備制造智能化發(fā)展，培育若干引領(lǐng)全球裝備制造的骨干企業(yè)和創(chuàng)新團隊，形成創(chuàng)新活躍、開放合作、協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

一、人工智能成為國家發(fā)展戰(zhàn)略

（一）美國的人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計劃

2016年10月，時任美國總統(tǒng)奧巴馬主持召開白宮前沿峰會，展望美國在未來50年的發(fā)展。峰會中白宮發(fā)布《國家人工智能研究與發(fā)展策略規(guī)劃》報告，為美國資助的人工智能（Artificial Intelligence）研究和發(fā)展制定策略，該報告主要包括以下7個方面的策略。

（1）對人工智能研發(fā)進行長期投資。用于知識發(fā)現(xiàn)的先進數(shù)據(jù)驅(qū)動方法增強人工智能系統(tǒng)的感知能力，了解人工智能的理論能力和限制，開展通用人工智能技術(shù)研究，開發(fā)可伸縮的人工智能系統(tǒng)，促進類人人工智能研究，開發(fā)更能干更可靠的機器人，改善硬件提升人工智能系統(tǒng)性能，開發(fā)適用于先進硬件的人工智能系統(tǒng)。

（2）開發(fā)人機協(xié)作的有效方法。尋求具備人類感知能力的人工智能新算法，開發(fā)用于人類機能增進的人工智能技術(shù)，開發(fā)用于數(shù)據(jù)可視化和人–機界面技術(shù)，開發(fā)更有效的自然語言處理系統(tǒng)。

（3）理解和應(yīng)對人工智能帶來的倫理、法律和社會影響。通過設(shè)計改進公平性、透明度和可追究性，建立倫理人工智能，設(shè)計倫理人工智能的架構(gòu)。

（4）確保人工智能系統(tǒng)的安全性。改進可解釋性和透明度，建立信任機制，增強校驗和驗證，建立防攻擊的安全策略，實現(xiàn)人工智能自演化中的安全性和價值一致性。

（5）開發(fā)適用于人工智能訓(xùn)練和測試的共享公共數(shù)據(jù)集和環(huán)境。為多類型的人工智能興趣和應(yīng)用開發(fā)和制作充足的可用數(shù)據(jù)集，使訓(xùn)練和測試資源適應(yīng)商業(yè)和公共利益，開發(fā)開源軟件庫和工具集。

（6）建立標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)評估人工智能技術(shù)。研制一系列人工智能標(biāo)準(zhǔn)，建立人工智能技術(shù)基準(zhǔn)，增加人工智能實驗平臺的可用性，組織人工智能標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)社團。

（7）更好地把握國家人工智能研發(fā)人才需求。人工智能的發(fā)展需要一支強勁的人工智能研究人員團體。要更好地了解目前和將來人工智能研發(fā)對人才的需要，以確保有足夠的人工智能專家應(yīng)對本計劃中概述的戰(zhàn)略研發(fā)領(lǐng)域。

圖1 為美國人工智能發(fā)展規(guī)劃總體結(jié)構(gòu)，最底層（紅色）為影響人工智能系統(tǒng)開發(fā)最根本的基礎(chǔ)；這些基礎(chǔ)在策略（3）～（7）中進行了描述。中間層（紫色、中藍(lán)色）列出了發(fā)展人工智能所需要的大多數(shù)領(lǐng)域的研究。這些基本研究領(lǐng)域（包括基礎(chǔ)研究）在策略（1）及（2）中進行了概述。圖1的最頂層（深藍(lán)色）為預(yù)期將從人工智能發(fā)展中受益的應(yīng)用案例。人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計劃的這些構(gòu)成總體界定了聯(lián)邦投資的高水平框架，該框架可引導(dǎo)該領(lǐng)域的進展及積極的社會效益。

美國不同政府機構(gòu)也制定了各自的人工智能發(fā)展戰(zhàn)略。

（1）2018年9月7日，美國國防部表示，未來5年將投資20億美元用于人工智能研發(fā)，開發(fā)能夠進行學(xué)習(xí)并適應(yīng)環(huán)境不斷變化的機器。其投資重點為：網(wǎng)絡(luò)安全、檢測人工智能技術(shù)生成的虛假音頻或視頻、針對人機交互的“人機共生”項目。

（2）美國國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency）希望探索機器如何獲得與人相類似的交流和推理能力。

（3）美國聯(lián)邦政府表示，用于研究和發(fā)展人工智能的預(yù)算處于優(yōu)先級中的第二位，在美國制造業(yè)、太空探索和醫(yī)療創(chuàng)新之上。

（二）我國的人工智能發(fā)展戰(zhàn)略及總體部署

1.“三步走”戰(zhàn)略目標(biāo)

（1）到2020年，人工智能總體技術(shù)和應(yīng)用與世界先進水平同步，人工智能產(chǎn)業(yè)成為新的重要經(jīng)濟增長點，人工智能技術(shù)應(yīng)用成為改善民生的新途徑，為我國進入創(chuàng)新型國家行列和實現(xiàn)全面建成小康社會的奮斗目標(biāo)提供有力支撐。

（2）到2025年，人工智能基礎(chǔ)理論實現(xiàn)重大突破，部分技術(shù)與應(yīng)用達(dá)到世界領(lǐng)先水平，人工智能成為帶動我國產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的主要動力，智能社會建設(shè)取得積極進展。

（3）到2030年，人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心，智能經(jīng)濟、智能社會取得明顯成效，為我國躋身創(chuàng)新型國家前列和經(jīng)濟強國奠定重要基礎(chǔ)。

2.人工智能科技創(chuàng)新體系

人工智能科技創(chuàng)新體系可以概括為基礎(chǔ)理論體系、關(guān)鍵技術(shù)體系、基礎(chǔ)支撐平臺、高端人才培養(yǎng)這4個方面，圖2為體系各個部分的詳細(xì)組成結(jié)構(gòu)。

3.人工智能發(fā)展總體部署

發(fā)展人工智能是一項事關(guān)全局的復(fù)雜系統(tǒng)工程，要按照“構(gòu)建一個體系、把握雙重屬性、堅持三位一體、強化四大支撐”思路進行布局，形成人工智能健康持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略路徑。表1為形成人工智能健康持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略路徑的具體做法。

表1 形成人工智能健康持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略路徑的具體做法

二、人工智能引發(fā)產(chǎn)業(yè)革命

人工智能日益成為新一輪產(chǎn)業(yè)革命的引擎。在人工智能領(lǐng)域，我國大體上能與世界先進國家發(fā)展同步，完全有能力躋身新工業(yè)革命前列。我們應(yīng)該依托互聯(lián)網(wǎng)平臺提供的人工智能創(chuàng)新公共服務(wù)方式，加快人工智能核心技術(shù)突破，促進人工智能在智能制造、智能終端、智能農(nóng)業(yè)、機器人等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，培育若干引領(lǐng)全球人工智能發(fā)展的骨干企業(yè)和創(chuàng)新團隊，形成創(chuàng)新活躍、開放合作、協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。我國必須把握這一重大發(fā)展機遇，瞄準(zhǔn)國際人工智能發(fā)展趨勢，把人工智能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)升級改造有機結(jié)合起來，給經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)注入智能化的新動力。

包括谷歌、IBM、Facebook和微軟在內(nèi)的世界各大公司紛紛加大在人工智能領(lǐng)域布局，這些公司早已在運行自己的人工智能實驗室。最近一個新趨勢是，各大公司紛紛開放了自己的研究資源平臺，以期吸引更多研究者在其上參與研究，其進展近況對比如表2所示。

三、人工智能的未來發(fā)展領(lǐng)域

根據(jù)國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，人工智能在生產(chǎn)生活、社會治理、國防建設(shè)各方面應(yīng)用的廣度和深度極大拓展，形成涵蓋核心技術(shù)、關(guān)鍵系統(tǒng)、支撐平臺和智能應(yīng)用的完備產(chǎn)業(yè)鏈和高端產(chǎn)業(yè)群，人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過1萬億元，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過10萬億元。經(jīng)過分析，本文選取2017年人工智能應(yīng)用最廣的城市、醫(yī)療、環(huán)保、工業(yè)這4個領(lǐng)域來展開研究。

（一）城市

城市是以非農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和非農(nóng)業(yè)人口集聚形成的較大居民點。城市的治理、服務(wù)、產(chǎn)業(yè)與每個市民息息相關(guān)，所以人工智能在城市中的應(yīng)用非常廣。圖3為人工智能在城市中應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)圖。

1.人工智能在城市治理模式中的應(yīng)用

未來的人工智能城市，將突破過往傳統(tǒng)智慧城市建設(shè)中分散于交通、安防、政務(wù)等領(lǐng)域的單點信息化應(yīng)用——徹底打通底層居民、車輛、終端的連接，形成萬物互聯(lián)的局面，并在中層基于 人工智能技術(shù)構(gòu)建感知與決策的“城市大腦”，最終支撐上層交通、安防、醫(yī)療等城市運營領(lǐng)域的應(yīng)用場景，形成彼此間緊密相連的人工智能城市應(yīng)用生態(tài)體系，而人工智能將成為城市治理的核心和“大腦”。城市數(shù)據(jù)大腦具有代表性的應(yīng)用體現(xiàn)在交通管理、司法治理、公共服務(wù)和城市管理4個方面。

表2 各大公司人工智能技術(shù)研發(fā)的進展情況

2.人工智能在城市服務(wù)模式中的應(yīng)用

在城市服務(wù)模式中，人工智能的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：形成以數(shù)據(jù)為驅(qū)動的城市服務(wù)機制，根據(jù)實時數(shù)據(jù)和各類型信息，綜合調(diào)配和調(diào)控城市的公共資源，最終實現(xiàn)自動智能化，為人們在城市的生活服務(wù)提供便利，打造運作效率最優(yōu)化的城市。在服務(wù)模式中，最重要的體現(xiàn)為生活綜合服務(wù)，其主要分為供應(yīng)和營銷兩大服務(wù)方面。

（1）供應(yīng)。城市的運行集中表現(xiàn)為供應(yīng)的管理，同時供應(yīng)鏈也是當(dāng)今人工智能領(lǐng)域的熱點話題。供應(yīng)鏈?zhǔn)侵竾@核心企業(yè)，通過對商流、信息流、物流、資金流的控制，從采購原材料開始到制成中間產(chǎn)品及最終產(chǎn)品，最后由銷售網(wǎng)絡(luò)把產(chǎn)品送到消費者受眾的一個由供應(yīng)商、制造商、分銷商直到最終用戶所連成的整體功能網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)。從定義中不難看出，供應(yīng)鏈遍布城市服務(wù)的方方面面，主要體現(xiàn)在采購、物流、定價等3個方面。

（2）營銷。本文城市服務(wù)模式中的營銷不局限于銷售的傳統(tǒng)狹義概念，而是指為城市中的每一位居民提供有效并且有針對性的信息，從而使得生活在城市中的居民感受到城市服務(wù)的周到。人工智能技術(shù)將主要應(yīng)用于收集、篩選、定位、預(yù)測這四大營銷步驟，從而為城市居民提供更加有意義的服務(wù)。

3.人工智能在城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用

產(chǎn)業(yè)發(fā)展是指產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生、成長和進化過程，既包括單個產(chǎn)業(yè)的進化過程，又包括產(chǎn)業(yè)總體，即整個國民經(jīng)濟的進化過程。在城市這個區(qū)域概念上，我們可以認(rèn)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展是指城市中某些產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生、成長和進化過程，是關(guān)乎整個城市經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。

人工智能技術(shù)的發(fā)展，為城市整體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新鮮的血液，一大批新型產(chǎn)業(yè)應(yīng)運而生。本文將對自動駕駛與機器人兩大產(chǎn)業(yè)進行簡要的分析。

（1）自動駕駛。自動駕駛主要指自動駕駛汽車，它是一種通過電腦系統(tǒng)實現(xiàn)無人駕駛的智能汽車。自動駕駛汽車依靠人工智能、視覺計算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，讓電腦可以在沒有任何人類主動的操作下，自動安全地操作機動車輛。在定位方面，人工智能視覺導(dǎo)航對基礎(chǔ)設(shè)施的要求較低，被認(rèn)為是最有前景的導(dǎo)航方法。在識別方面，人工智能的圖像識別與感知可幫助汽車在行駛過程中收集和處理周圍環(huán)境信息。在深度學(xué)習(xí)方面，它是源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種高效的機器學(xué)習(xí)方法，可以提高汽車識別道路、行人、障礙物的時間效率。

（2）機器人。運用人工智能技術(shù)的機器人，結(jié)合專家的知識和經(jīng)驗，是可以求解專業(yè)性問題的具有人工智能的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。同時，人工智能中的語音識別、自然語言處理等技術(shù)的應(yīng)用，可以使得機器人更加貼近于真實的人類，行使交流的功能。

（二）醫(yī)療

人都會經(jīng)歷生老病死，也就意味著需要一定的醫(yī)療救助，而現(xiàn)階段我國的醫(yī)療資源非常緊缺，需要醫(yī)生具有豐富的臨床經(jīng)驗，現(xiàn)在醫(yī)療和人工智能的結(jié)合能有效解決一些醫(yī)療行業(yè)的關(guān)鍵問題。圖4為人工智能在醫(yī)療中應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)圖。

1.人工智能在輔助診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用

輔助診斷系統(tǒng)分為分級診療和病理診斷標(biāo)準(zhǔn)。

分級診療是將大量常見病、多發(fā)病、慢性病的病人，從三級醫(yī)療機構(gòu)中、從專家手中，轉(zhuǎn)移到基層醫(yī)療機構(gòu)的全科醫(yī)生手中。大數(shù)據(jù)和人工智能將有助于推動實現(xiàn)原來需要專家才能做到的診斷，現(xiàn)在由基層醫(yī)生借助于智能輔助系統(tǒng)，就能進行初步的診斷工作。

人工智能與人腦相比的優(yōu)越性在于，可以更高效地處理海量數(shù)據(jù)，迅速找到一些特征和規(guī)律，并將其應(yīng)用在數(shù)字病理診斷的發(fā)展中去，使計算機能夠自動檢測數(shù)字切片中的病變區(qū)域并定量評估各項指標(biāo)，幫助病理醫(yī)生做出快速、準(zhǔn)確、重復(fù)性高的病理診斷。

2.人工智能在醫(yī)療機構(gòu)中的應(yīng)用

醫(yī)療行業(yè)信息化建設(shè)呈現(xiàn)明顯的兩級分化特征，大型醫(yī)療健康機構(gòu)已進入系統(tǒng)整合階段，而相當(dāng)數(shù)量的醫(yī)療健康機構(gòu)依然處于系統(tǒng)建設(shè)階段。

（1）基礎(chǔ)應(yīng)用階段。該階段是信息化初級階段，主要進行從單機到局域網(wǎng)局部的信息交流和共享，基本的管理信息系統(tǒng)應(yīng)用（OA、財務(wù)管理等），互聯(lián)網(wǎng)接入和WEB網(wǎng)站，支持服務(wù)占據(jù)IT服務(wù)需求主流。

（2） 系統(tǒng)建設(shè)階段。該階段是管理驅(qū)動階段，根據(jù)“急需先行”原則，開發(fā)建設(shè)適應(yīng)生產(chǎn)、管理需要的應(yīng)用系統(tǒng)，首先需解決生產(chǎn)管理中的瓶頸問題，尚無信息化總體規(guī)劃，應(yīng)用系統(tǒng)仍為以“部門級”為主，開始建設(shè)廣域網(wǎng)。

（3）系統(tǒng)整合階段。該階段是信息化總體規(guī)劃階段，采取總體規(guī)劃、分步實施、重點突破策略，伴隨醫(yī)療健康機構(gòu)流程重組，全面整合已有的孤立的應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫，開始建設(shè)ERP/SCM/CRM等“企業(yè)級”應(yīng)用系統(tǒng)，完善基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，集成服務(wù)需求增強。

（4） 應(yīng)用整合階段。該階段的信息化應(yīng)用水平較高，信息化戰(zhàn)略發(fā)揮效益，信息化工作以應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化為主，醫(yī)療健康機構(gòu)信息化基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)比較完善，更加關(guān)注整個信息化體系的安全性、能力規(guī)劃及可持續(xù)。

（5） 價值整合階段。該階段是信息化建設(shè)高級階段，核心醫(yī)療健康機構(gòu)將信息化建設(shè)模式輸出到供應(yīng)鏈和銷售鏈，提升整個價值鏈的信息化應(yīng)用水平，建立面向全球的電子商務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)價值鏈內(nèi)部的協(xié)同工作。

3.人工智能在藥品研發(fā)中的應(yīng)用

人工智能可應(yīng)用于藥物開發(fā)的不同環(huán)節(jié)，包括鎖定致病蛋白質(zhì)、篩選對蛋白質(zhì)起作用的藥物成分、藥物有效性/安全性預(yù)測、構(gòu)建新型藥物分子、篩選生物標(biāo)志物和研究新型組合療法等。

（1）新藥開發(fā)。建立兩個計算機網(wǎng)絡(luò)，稱為生成式對抗網(wǎng)絡(luò)(簡稱GANs)。其中一項研究提出了可能具有治療特性的新分子；另一種則是否定哪些藥物治療無效。第一個網(wǎng)絡(luò)一直試圖“欺騙”后者，讓后者接受新的分子作為合法藥物，這兩種方法都能更好地了解疾病治療應(yīng)該是什么樣子。一旦它們通過相互測試，這些網(wǎng)絡(luò)就可以用來檢測化合物，以檢測它們的治療潛力。

（2） 藥物有效性/安全性預(yù)測。一種物質(zhì)變成藥物，必須要具備安全性、有效性的特征，而在新藥研發(fā)過程中提前預(yù)測，則可以極大程度地提高研發(fā)成功率。通過超級計算機分析數(shù)據(jù)庫，并用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析化合物的構(gòu)效關(guān)系，于藥物研發(fā)早期評估新藥風(fēng)險。

（3）藥物挖掘。藥物挖掘是人工智能應(yīng)用最早且進展最快的領(lǐng)域，通過計算機模擬，可以對藥物活性、安全性和副作用進行預(yù)測，其過程主要有數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)軟件攝取及分析信息。

（4）篩選生物標(biāo)志物。研究人員將健康樣品和各種疾病樣品送入人工智能平臺，利用數(shù)萬個數(shù)據(jù)點建立不同的模型，并最終找出橫跨這些模型的熱點，這些熱點可代表生物標(biāo)記或藥物靶點。

（5）研究新型組合療法。研究人員通過機器學(xué)習(xí)分析大量孤立的數(shù)據(jù)來源，實時交互得到有證據(jù)的結(jié)果，用于疾病領(lǐng)域新藥物靶點的發(fā)現(xiàn)、組合療法的研究和患者治療策略的選擇中。

4.人工智能在個人健康中的應(yīng)用

（1）健康管理。人工智能在健康管理中的應(yīng)用主要分為健康體檢大數(shù)據(jù)智能分析、定制智能健康干預(yù)方案。前者主要通過收集用戶的身體健康信息及數(shù)據(jù)分析，為用戶提供個性化的健康管理方案；后者主要通過飲食、運動、心理、用藥、檢測及教育這6個方面的指導(dǎo)對用戶進行健康的管理。

（2）基因測序。作為一項全新的前沿技術(shù)，基因檢測不僅能準(zhǔn)確檢測出人體的基因信息，還能在此基礎(chǔ)上依靠生物信息技術(shù)計算出人體罹患癌癥、心腦血管疾病、糖尿病等多種疾病的風(fēng)險，從而進行早期預(yù)防與精準(zhǔn)治療。

（三）環(huán)保

近些年，我國對環(huán)境保護非常重視，人工智能的應(yīng)用大大減輕投入環(huán)保的人力，通過智能監(jiān)測、污染治理、環(huán)境模擬來達(dá)到保護環(huán)境的目的。圖5為人工智能在環(huán)保中應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)圖。

1. 人工智能在智能監(jiān)測中的應(yīng)用

智能監(jiān)測是指利用各種傳感器技術(shù)、移動計算、信息融合等技術(shù)對空氣狀況、海洋環(huán)境、水質(zhì)情況、生態(tài)環(huán)境及城市環(huán)境質(zhì)量5方面進行全面有效地監(jiān)控，通過分析各地環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)對環(huán)境的實時監(jiān)控和綜合分析，為采取合理的環(huán)境治理措施和污染預(yù)警提供更客觀、有效的依據(jù)。

（1）空氣監(jiān)測。空氣質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)由若干子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)等組成。測定空氣中各項參數(shù)指標(biāo)并計算，通過將數(shù)據(jù)傳輸至環(huán)保主管部門，實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的無人化遠(yuǎn)程實時監(jiān)測，做到實時監(jiān)控和應(yīng)急預(yù)警。

（2）海洋監(jiān)測。海洋污染物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要監(jiān)測海洋中各種重金屬元素和其他污染物的含量與變化，以及海洋生物的生存狀態(tài)等，計算各種數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)和圖表提交給海洋管理部門，實現(xiàn)對我國海洋領(lǐng)域的水質(zhì)進行在線監(jiān)測和管理。

（3）水質(zhì)在線監(jiān)測。水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)通過對水樣及預(yù)處理系統(tǒng)進行控制，從而實現(xiàn)了對水樣的環(huán)境參數(shù)進行測量控制預(yù)警等功能。

（4）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測某區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的溫度、水分、植被覆蓋率、動物遷徙等情況，來判斷監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境變化。

（5）城市環(huán)境監(jiān)測。城市環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)通過污染源監(jiān)測系統(tǒng)平臺，對各個城市重點污染源污染物的排放總量、噪聲污染、粉塵污染實施實時監(jiān)測。

2. 人工智能在污染治理中的應(yīng)用

環(huán)保部門借助人工智能技術(shù)，結(jié)合衛(wèi)星圖像、傳感器以及監(jiān)測儀器等手段，精準(zhǔn)且快速地確定污染源，助力早期污染檢測，更好地保護自然資源，促進生態(tài)與經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展。其中，人工智能主要為實時監(jiān)控、基本屬性查詢、輔助決策及經(jīng)濟核算這4個部分服務(wù)。

3.人工智能在環(huán)境模擬中的應(yīng)用

（1）水環(huán)境。為了提高研究者對水環(huán)境的認(rèn)識并做出更加切合實際的決策，就需要借助水質(zhì)模型來定量化水質(zhì)變化過程，其在一定程度上能夠定量反映水質(zhì)變化規(guī)律。其中水環(huán)境的模擬有智能監(jiān)測與預(yù)警、綜合智能管理平臺這兩個方面的服務(wù)功能。

（2）大氣環(huán)境。通過模擬大氣環(huán)境，有助于提高空氣污染模擬的科學(xué)性，從而為空氣污染治理提供更加合理的決策支持。其中大氣環(huán)境模擬主要有環(huán)境質(zhì)量感知、后臺應(yīng)用系統(tǒng)這兩個主要的應(yīng)用功能。

（四）工業(yè)

工業(yè)生產(chǎn)主要是對自然資源及原材料進行加工或裝配的過程，這是一個工作比較艱苦的行業(yè)，要求從事此行業(yè)的人有一定的體能和技能。人工智能滲入工業(yè)的供應(yīng)鏈、研發(fā)、生產(chǎn)、營銷中，有效減少生產(chǎn)消耗，降低運輸成本。圖6為人工智能在工業(yè)中應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)圖。

1.人工智能在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用

如今，在如此龐大的網(wǎng)絡(luò)、用戶、商品的前提下，只靠人的計算已經(jīng)很難滿足精細(xì)運營管理的需求，所以人工智能在整個供應(yīng)鏈中的作用越來越重要。企業(yè)可以在供應(yīng)鏈的智能預(yù)測、智能商品、智能定價、智能庫存、科學(xué)分配訂單、風(fēng)險控制系統(tǒng)等多個環(huán)節(jié)采取智能化的應(yīng)用。

2. 人工智能在研發(fā)中的應(yīng)用

隨著人工智能的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域已經(jīng)用到人工智能技術(shù)來提高生產(chǎn)力。人工智能必然也將廣泛應(yīng)用到研發(fā)的過程中，從而提高工業(yè)中研發(fā)的效率及質(zhì)量。本文主要從設(shè)計表達(dá)和分析計算兩個方面簡要介紹人工智能的應(yīng)用。

（1）設(shè)計表達(dá)。設(shè)計表達(dá)是利用設(shè)計概念并以其為主線貫穿全部設(shè)計過程的設(shè)計方法，是從分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的、可組織的、有目標(biāo)的設(shè)計活動。其過程中最常用的就是CAD，設(shè)計的核心是智力創(chuàng)造，但傳統(tǒng)CAD技術(shù)并未能對這一部分工作提供有力的輔助和支持。智能CAD系統(tǒng)和虛擬系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展，將傳統(tǒng)的“硬”模型利用計算機三維建模技術(shù)變?yōu)槟芊磸?fù)修改的數(shù)字“軟”模型，通過計算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫與顯示裝置，配合動態(tài)仿真，能從生產(chǎn)和使用的觀點全方位檢驗設(shè)計。

（2）分析計算。研發(fā)過程中往往需要對大量數(shù)據(jù)進行分析，這就需要用到超級計算技術(shù)。數(shù)據(jù)中心依托服務(wù)器集群搭建高性能計算（HPC）專區(qū)，全面滿足工業(yè)制造等場景中的超大計算需求，助力工業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與實體經(jīng)濟的深度融合。

3. 人工智能在生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著新一輪工業(yè)革命的發(fā)展，工業(yè)轉(zhuǎn)型的呼聲日漸高漲。面對信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的革新浪潮，許多國家都提出了工業(yè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，這些戰(zhàn)略的核心都是利用新興的信息化技術(shù)來提升工業(yè)的智能化應(yīng)用水平，進而提升工業(yè)生產(chǎn)在全球市場的競爭力。

（1）工廠智能化。工廠智能化就是將人工智能技術(shù)應(yīng)用在工廠的設(shè)備中，提高工廠器械的智能化。主要分別體現(xiàn)在數(shù)字化工廠和智能制造方面，前者可實現(xiàn)實時的生產(chǎn)調(diào)整，根據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)和用戶需求計算調(diào)整設(shè)備參數(shù)，達(dá)到個性化生產(chǎn)；后者是將制造自動化擴張到柔性化、智能化和高度集成化。

（2）人資智能化。人資智能化主要體現(xiàn)在員工機器人和全價值鏈價值平臺，前者主要用智能化機器人代替人工崗位，達(dá)到高效低成本的目標(biāo)；后者是搭建企業(yè)質(zhì)量管理平臺，并進行自動化和信息化建設(shè)，為智能制造的實現(xiàn)鋪平道路。

4.人工智能在營銷中的應(yīng)用

隨著技術(shù)的日益成熟，人工智能正不斷擴大在營銷領(lǐng)域的應(yīng)用，已經(jīng)有許多人工智能技術(shù)被應(yīng)用到企業(yè)的營銷推廣中。

（1）程序化推送。廣告投放是人工智能在營銷中的應(yīng)用之一。在廣告投放中應(yīng)用人工智能技術(shù)后，系統(tǒng)可以通過多個維度來判斷投放對象與目標(biāo)消費群體的契合度，并根據(jù)分析結(jié)果，給出不同的投放方案。目前，受限于后臺技術(shù)規(guī)則和投放方案的數(shù)量，人工智能技術(shù)在廣告投放中的應(yīng)用范圍和深度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

（2）營銷洞察。每天都有大規(guī)模的數(shù)據(jù)從各行各業(yè)中產(chǎn)出，而這些數(shù)據(jù)能夠非常好的為營銷人員優(yōu)化方案。盡管這些數(shù)據(jù)非常龐大并已經(jīng)到達(dá)了人類處理不了的程度，但對人工智能來說，卻幾乎是小菜一碟。

四、人工智能與裝備制造

（一）人工智能助力裝備制造智能化提升的方式

“工業(yè)4.0之父”、德國人工智能研究中心首席執(zhí)行官沃爾夫?qū)ね郀査固卦f，人工智能和工業(yè)密切相關(guān)，人工智能是工業(yè)4.0的驅(qū)動力，是實現(xiàn)智能制造的一把重要鑰匙。

1.設(shè)計融智

提升人機協(xié)作的智能化設(shè)計能力，將大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)融合于需求分析與產(chǎn)品設(shè)計過程，通過大量案例學(xué)習(xí)，模擬人類思維活動，能夠更多、更好的承擔(dān)設(shè)計過程中的各種復(fù)雜任務(wù)，輔助設(shè)計人員開展更有創(chuàng)新的設(shè)計工作。智能設(shè)計的構(gòu)建圖如圖7所示。

2.生產(chǎn)融智

增強機器自主生產(chǎn)能力，將人工智能技術(shù)嵌入生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)，使得機器能在更多復(fù)雜情況下實現(xiàn)自主生產(chǎn)，目前主要應(yīng)用在工藝優(yōu)化和智能質(zhì)檢等方面。智能生產(chǎn)的構(gòu)建如圖8所示。

3.服務(wù)融智

提高營銷和售后的精準(zhǔn)服務(wù)水平，利用人工智能算法，為制造企業(yè)提供更精準(zhǔn)的增值服務(wù)。三一重工結(jié)合騰訊云，把分布全球的30萬臺設(shè)備接入平臺，利用大數(shù)據(jù)和智能算法，遠(yuǎn)程管理龐大設(shè)備群的運行狀況，實現(xiàn)故障風(fēng)險預(yù)警。智能服務(wù)的組成如圖9所示。

（二）航天裝備制造的特征及發(fā)展路線

航天裝備制造具有制造學(xué)科交叉、系統(tǒng)性強，產(chǎn)品復(fù)雜程度高、定性強，產(chǎn)品使用環(huán)境條件極端、要求嚴(yán)苛，制造過程復(fù)雜特殊，以及產(chǎn)品制造協(xié)作面廣等5個方面的特征。

我國航天裝備制造將在2020年完成以全集成自動化為核心的數(shù)字化工廠的目標(biāo)，2025年完成智能化柔性制造的目標(biāo)。前者主要打通全三維數(shù)字化設(shè)計、虛擬仿真、數(shù)字化加工、數(shù)字化檢測、虛擬裝配和智能管理與分析決策的整條裝備制造鏈，建設(shè)形成典型航天產(chǎn)品數(shù)字化工廠；后者主要融合應(yīng)用信息物理系統(tǒng) （CPS）、工業(yè)大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)、認(rèn)知制造、云制造等技術(shù)，形成適應(yīng)航天多型號研制并舉的異地協(xié)同智能化柔性制造模式。

五、發(fā)展建議

自1956年人工智能的概念提出以來，已經(jīng)有60多年的發(fā)展歷史，其發(fā)展并不是一帆風(fēng)順，而是經(jīng)過了若干次大的起伏和挫折。這次人工智能的再一次興起，將給人類社會帶來新的發(fā)展機會，特別是在我國進入新時代，面臨新一輪改革發(fā)展的關(guān)鍵時刻，人工智能技術(shù)將為我們提供一個換道超車的機會，引領(lǐng)我國新經(jīng)濟時代的發(fā)展。在人工智能領(lǐng)域，現(xiàn)階段我國大體上能與世界先進國家發(fā)展同步，完全有能力躋身新工業(yè)革命前列。我們必須把握國際人工智能發(fā)展趨勢，把人工智能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)升級改造有機結(jié)合起來，為經(jīng)濟發(fā)展和新經(jīng)濟時代注入智能化的新動力。

雖然人工智能有著非常廣闊的發(fā)展前景，但歷來這個領(lǐng)域的發(fā)展就是既充滿誘惑又不乏挑戰(zhàn)的，沒有人能確定它的發(fā)展不會再經(jīng)受挫折，也沒有人知道一旦成功實現(xiàn)最終目標(biāo)會給人類社會帶來多么大的輝煌和巨變。我們有理由相信，從現(xiàn)在開始到2030年，將是一個人工智能快速發(fā)展的階段。人工智能將改變各行各業(yè)的生產(chǎn)和工作方式，也將催生許多新行業(yè)、新領(lǐng)域、新業(yè)態(tài)，并將引領(lǐng)我國新經(jīng)濟時代發(fā)展，最終將全面改變世界和人類生活。