人工智能在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)四大應(yīng)用場(chǎng)景

宋穎昌

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的快速崛起，其海量的數(shù)據(jù)、內(nèi)嵌的高效算法和對(duì)算力的強(qiáng)大支撐能力，為AI在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用提供了土壤。尤其是，AI應(yīng)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)備層、邊緣層、平臺(tái)層、應(yīng)用層等四類應(yīng)用場(chǎng)景，正在推動(dòng)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式向?qū)崟r(shí)感知、動(dòng)態(tài)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、優(yōu)化迭代的智能化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，為工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)賦能。

一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是人工智能應(yīng)用的重要載體

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)覆蓋全流程生產(chǎn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是應(yīng)用人工智能的“ 燃料”。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)從數(shù)據(jù)的“量”和“質(zhì)”兩個(gè)角度入手，提升工業(yè)場(chǎng)景數(shù)據(jù)集的廣度和深度，為人工智能應(yīng)用提供支撐。從“量”上看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)匯聚了數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的設(shè)備和傳感器，對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、人員信息等要素實(shí)施泛在感知、高效采集和云端匯聚，實(shí)現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)的廣泛集成。從“ 質(zhì)” 上看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)構(gòu)建設(shè)備、產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)全面連接的數(shù)據(jù)交流網(wǎng)絡(luò)，充分挖掘?qū)崟r(shí)有效的工業(yè)大數(shù)據(jù)，搭建數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的賦能體系，為深度學(xué)習(xí)的模型訓(xùn)練提供了優(yōu)質(zhì)的訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集，切實(shí)提高人工智能模型自學(xué)習(xí)、自決策、自適應(yīng)的有效性。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)推動(dòng)工業(yè)知識(shí)算法化。算法是人工智能應(yīng)用的關(guān)鍵。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為工業(yè)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈連接的樞紐，打通了工業(yè)知識(shí)向工業(yè)算法轉(zhuǎn)化的通路，為構(gòu)筑工業(yè)領(lǐng)域人工智能算法庫(kù)提供助力。一方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)豐富了算法理論來(lái)源。依托工業(yè)機(jī)理基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)模型分析，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將隱性的工業(yè)技術(shù)原理、行業(yè)知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行代碼化、算法化，重構(gòu)了工業(yè)知識(shí)創(chuàng)造和應(yīng)用體系，面向特定工業(yè)場(chǎng)景提供針對(duì)性強(qiáng)、魯棒性高的算法。另一方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)降低了算法開發(fā)成本。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)提供開發(fā)環(huán)境和各類工具，助力開發(fā)者打造工業(yè)APP 與微服務(wù)體系，將各類工業(yè)知識(shí)封裝成可交易的模塊組件，推動(dòng)工業(yè)算法在更大的范圍、更高的頻次、更短的路徑上進(jìn)行創(chuàng)造、傳播和復(fù)用。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建協(xié)同算力資源池。工業(yè)場(chǎng)景具有環(huán)境參數(shù)復(fù)雜、工序步驟精細(xì)、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)，應(yīng)用人工智能技術(shù)時(shí)對(duì)算力要求較高。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基于云架構(gòu)匯聚企業(yè)內(nèi)外算力資源，根據(jù)實(shí)際需要統(tǒng)一調(diào)配，搭建廣泛聚集、高效協(xié)作的算力供給體系，為人工智能應(yīng)用提供穩(wěn)定支撐保障。在企業(yè)內(nèi)部，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)匯聚內(nèi)部算力資源構(gòu)建算力資源池，針對(duì)不同時(shí)段、不同用戶、不同級(jí)別的算力需求，基于大數(shù)據(jù)分析統(tǒng)籌使用內(nèi)部設(shè)備，提高設(shè)備使用效率。在企業(yè)外部，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)接各類算力提供商，通過(guò)租借、購(gòu)買等方式，補(bǔ)充企業(yè)內(nèi)部算力不足，提高整體算力水平，縮小人工智能應(yīng)用需求和實(shí)際算力之間的差距。

二、多維應(yīng)用場(chǎng)景加快人工智能與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)融合

設(shè)備層： 機(jī)器智能構(gòu)建新型人機(jī)關(guān)系。企業(yè)依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，在生產(chǎn)、控制、研發(fā)等領(lǐng)域的設(shè)備上運(yùn)用人工智能技術(shù)，構(gòu)建人機(jī)協(xié)同、互促共進(jìn)的新型人、機(jī)、物關(guān)系。一是設(shè)備自主化運(yùn)行，如復(fù)雜工料分揀、設(shè)備自運(yùn)行等。機(jī)械臂、運(yùn)輸載具和智能機(jī)床等產(chǎn)品通過(guò)搭載機(jī)器學(xué)習(xí)算法、路徑自動(dòng)規(guī)劃等模塊、實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工作環(huán)境和加工對(duì)象的動(dòng)態(tài)適應(yīng)，提高設(shè)備操作精度和復(fù)雜度。二是人機(jī)智能化交互，如動(dòng)作識(shí)別、語(yǔ)音用戶界面等。應(yīng)用語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)，打造人性化、定制化、高效化的人機(jī)交互模式，提升控制裝備在復(fù)雜工作環(huán)境的感知和反饋能力。三是生產(chǎn)協(xié)同化運(yùn)作，如協(xié)作機(jī)器人、仿生工位等。利用人工智能技術(shù)將人機(jī)合作場(chǎng)景轉(zhuǎn)變成學(xué)習(xí)系統(tǒng)，持續(xù)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，為操作員提供最優(yōu)生產(chǎn)環(huán)境。

邊緣層：邊緣智能提升邊緣側(cè)實(shí)時(shí)分析處理能力。邊緣智能技術(shù)通過(guò)協(xié)同終端設(shè)備與邊緣服務(wù)器，整合計(jì)算本地性與強(qiáng)計(jì)算能力的互補(bǔ)性優(yōu)勢(shì)，從而減少非必要數(shù)據(jù)傳輸、降低模型推理延遲與能耗。具體表現(xiàn)為以下三類應(yīng)用：一是智能傳感網(wǎng)絡(luò)。東方國(guó)信、寄云科技等企業(yè)通過(guò)建設(shè)智能網(wǎng)關(guān)，動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)OT 與IT 間復(fù)雜協(xié)議轉(zhuǎn)換，提供安全高速的數(shù)據(jù)連接與數(shù)據(jù)采集，加強(qiáng)對(duì)帶寬資源不足和突發(fā)網(wǎng)絡(luò)中斷等異常場(chǎng)景的應(yīng)對(duì)能力。二是噪聲數(shù)據(jù)處理，航天云網(wǎng)、海爾集團(tuán)等通過(guò)智能傳感器采集多維數(shù)據(jù)，利用基于人工智能的軟件識(shí)別并減弱確定性系統(tǒng)誤差，提高數(shù)據(jù)精度，實(shí)現(xiàn)物理世界隱性數(shù)據(jù)的顯性化。三是邊緣即時(shí)反饋。思科、微軟等企業(yè)通過(guò)分布式邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，及時(shí)比對(duì)云端廣播的模型和現(xiàn)場(chǎng)提取的特征值，基于邊緣端設(shè)備實(shí)現(xiàn)本地快速響應(yīng)和操作優(yōu)化，減少云端運(yùn)算壓力和處理延遲，實(shí)現(xiàn)云端協(xié)同。

平臺(tái)層：大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建“數(shù)據(jù)+ 認(rèn)知”算法庫(kù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基于PaaS架構(gòu)，打造由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)分析和工業(yè)模型等組成的整體數(shù)據(jù)服務(wù)鏈，把基于數(shù)據(jù)科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的兩類工業(yè)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)沉淀在可移植、可復(fù)用的人工智能算法庫(kù)中。在數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域，企業(yè)構(gòu)建以機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)為核心的數(shù)據(jù)算法體系，綜合利用大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和智能控制等算法，通過(guò)仿真和推理解決已知工業(yè)問(wèn)題。在認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域，企業(yè)從業(yè)務(wù)邏輯原理出發(fā)，通過(guò)搭建知識(shí)圖譜、專家系統(tǒng)為代表的認(rèn)知算法體系，解決機(jī)理未知或模糊的工業(yè)問(wèn)題，如企業(yè)智能決策、風(fēng)險(xiǎn)管理等。例如，西門子、IBM、華為等公司通過(guò)構(gòu)建供應(yīng)鏈知識(shí)圖譜，匯集氣象信息、媒體信息、交通信息、物流信息等信息資源，提高供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)管理效率。

應(yīng)用層： 商業(yè)智能提升工業(yè)APP數(shù)據(jù)挖掘深度。開發(fā)者依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供的開發(fā)工具和框架，面向不同工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)搭載人工智能的特定工業(yè)APP， 利用人工智能的手段賦能現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程，為用戶提供各類在平臺(tái)中定制化開發(fā)的智能化工業(yè)應(yīng)用和解決方案。主要分為以下幾種：一是預(yù)測(cè)性維護(hù)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法擬合設(shè)備運(yùn)行復(fù)雜非線性關(guān)系，提升預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，減少運(yùn)維成本與故障率。德國(guó)KONUX公司結(jié)合智能傳感器及機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建設(shè)備運(yùn)行模型， 使機(jī)器維護(hù)成本平均降低30%。二是生產(chǎn)工藝優(yōu)化。依托深度學(xué)習(xí)繞過(guò)機(jī)理障礙，通過(guò)挖掘數(shù)據(jù)隱藏特征的抽象關(guān)系建立模型，并找出最優(yōu)參數(shù)組合。TCL格創(chuàng)東智針對(duì)液晶面板的成膜工序，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵指標(biāo)的預(yù)測(cè)與品質(zhì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)年效益近千萬(wàn)元。三是輔助研發(fā)設(shè)計(jì)。通過(guò)應(yīng)用知識(shí)圖譜、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)構(gòu)建設(shè)計(jì)方案庫(kù)，對(duì)設(shè)計(jì)方案提供實(shí)時(shí)評(píng)估反饋。美國(guó)UTC依靠知識(shí)圖譜解決多因素產(chǎn)品研發(fā)問(wèn)題，設(shè)計(jì)出的換熱器其傳熱效率提高了80%，設(shè)計(jì)周期僅為原來(lái)的1/9。四是企業(yè)戰(zhàn)略決策。利用人工智能擬合工業(yè)場(chǎng)景中的非線性復(fù)雜關(guān)系，提取非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)構(gòu)建知識(shí)圖譜和專家系統(tǒng)，為企業(yè)提供戰(zhàn)略方案選擇。美國(guó)初創(chuàng)公司Maana聚焦石油和天然氣領(lǐng)域，協(xié)同應(yīng)用知識(shí)圖譜與數(shù)據(jù)科學(xué)，為GE、殼牌、阿美等石油巨頭提供企業(yè)級(jí)決策建議。

三、建議和舉措

夯實(shí)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)， 突破人工智能與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)融合關(guān)鍵共性技術(shù)。一是構(gòu)建高質(zhì)量公共數(shù)據(jù)集。鼓勵(lì)滿足條件的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)企業(yè)開放具備一定規(guī)模的生產(chǎn)環(huán)境、視頻圖像、文本對(duì)話等數(shù)據(jù)集，建立高質(zhì)量公共測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)。二是加大算法研發(fā)應(yīng)用力度。推動(dòng)科研院所、行業(yè)龍頭企業(yè)等開展協(xié)同研發(fā)和創(chuàng)新應(yīng)用，圍繞卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法開發(fā)相關(guān)工具和開發(fā)環(huán)境。三是提升算力支撐能力。引導(dǎo)培育一批算力提供商和算力交易平臺(tái)，探索算力租賃、交易、托管等新服務(wù)模式。

聚焦場(chǎng)景應(yīng)用，引導(dǎo)加快面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的人工智能產(chǎn)品開發(fā)。一是加快重點(diǎn)智能設(shè)備研發(fā)。加快智能傳感控制、智能檢測(cè)裝配、智能物流倉(cāng)儲(chǔ)等重點(diǎn)技術(shù)裝備開發(fā)，布局和積累一批核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)。二是突破邊緣智能核心技術(shù)。重點(diǎn)突破圖形處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、專用集成電路等一批關(guān)鍵核心技術(shù)，提高硬件基礎(chǔ)支撐能力，實(shí)現(xiàn)圍繞邊緣設(shè)備的感知、控制、決策和執(zhí)行等功能。三是加快行業(yè)機(jī)理模型沉淀。聚焦AI 工業(yè)應(yīng)用建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模型算法公共測(cè)試驗(yàn)證中心，堅(jiān)持以測(cè)帶建、以測(cè)促用。四是培育基于AI的工業(yè)APP。引導(dǎo)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)企業(yè)搭建制造業(yè)創(chuàng)新中心，開放開發(fā)工具和知識(shí)組件，構(gòu)建開放共享、資源富集、創(chuàng)新活躍的工業(yè)APP開發(fā)生態(tài)。

完善生態(tài)體系，探索形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)跨界融合新模式。一是強(qiáng)化示范引領(lǐng)。在現(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相關(guān)專項(xiàng)和試點(diǎn)示范中，增添人工智能方向應(yīng)用試點(diǎn)，加快推動(dòng)復(fù)雜環(huán)境識(shí)別、新型人機(jī)交互等人工智能技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)平臺(tái)融合發(fā)展。二是優(yōu)化公共服務(wù)。面向語(yǔ)音識(shí)別、視覺(jué)識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域，建設(shè)提供知識(shí)圖譜、算法訓(xùn)練、產(chǎn)品優(yōu)化等共性服務(wù)的平臺(tái)和開源社區(qū)。三是增強(qiáng)人才儲(chǔ)備。鼓勵(lì)高校設(shè)置人工智能工業(yè)應(yīng)用課程，開展人工智能專題教育和培訓(xùn)，加快培育一批行業(yè)急需的人工智能領(lǐng)域人才。四是加強(qiáng)宣傳推廣。通過(guò)深度行、現(xiàn)場(chǎng)會(huì)、人工智能大賽等形式，凝聚行業(yè)共識(shí)，提高公眾認(rèn)識(shí)，挖掘優(yōu)秀做法，推廣典型案例，營(yíng)造產(chǎn)業(yè)發(fā)展良好氛圍。