工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺為制造業(yè)智能化關(guān)鍵問題解讀

時間：2019-10-28 11:31:16

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺作為當下國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型晉級的利器。制造流程怎么改變？人工智能怎么融入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開展進程中？在這個進程中存在哪些機遇和應戰(zhàn)？

10月18日，在2019工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺全球峰會上，中國工程院院士、東北大學學術(shù)委員會主任、流程工業(yè)歸納自動化國家重點試驗室主任柴天佑發(fā)表了主題講演《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)人工智能》，

給出了這些工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開展前期要害問題的答案。

? 以下為柴天佑院士講演全文，本意的收拾：

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺開展初期存在的四個問題

首先簡單回顧一下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開展現(xiàn)狀。

美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)首要做的作業(yè)是資產(chǎn)優(yōu)化，為不同企業(yè)向服務型企業(yè)轉(zhuǎn)型供給一個形式。

德國工業(yè)4.0也代表著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，他們當時以制造流程優(yōu)化為意圖，強調(diào)完結(jié)特性定制的高效化，為中小企業(yè)開展供給模板。

其實，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開展到今日，還存在一些問題：

榜首，缺少IT和OT技能交融。現(xiàn)在咱們所選用的互聯(lián)網(wǎng)技能，包含5G、邊際核算、云渠道技能，和現(xiàn)在咱們第三次工業(yè)革命構(gòu)成的PLC、DCS管控體系，從硬件軟件缺少深度交融。

第二，缺少在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，制造業(yè)轉(zhuǎn)型晉級新形式和高質(zhì)量開展研討。

第三，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)缺少與工業(yè)人工智能技能的深度交融。

第四，針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實踐落地，缺少體系體系架構(gòu)、功用體系、自主可控的中心要害技能與施行途徑的深入研討，特別是缺少智能制造體系的新一代硬件、軟件和體系及要害中心技能。

跨企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系：從人類感知到智能決議計劃

咱們跨企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應該怎么走？下圖給出了這一問題的答案。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

跨企業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系包含「外網(wǎng)體系+跨職業(yè)智能化的軟件渠道+不同企業(yè)的信息化體系」，然后經(jīng)過體系的安全機制將其進行互聯(lián)。

跨企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系的首要方針功用包含：

榜首，對企業(yè)的安全進行監(jiān)控和預警；

第二，對企業(yè)能耗進行監(jiān)測和預警；

第三，對企業(yè)環(huán)境檢測和預警；

第四，關(guān)于不同的中小企業(yè)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)驅(qū)動，進步企業(yè)管理和決議計劃智能化水平。

關(guān)于集團企業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系而言，體系包含「內(nèi)網(wǎng)體系+集團企業(yè)智能化軟件渠道+企業(yè)內(nèi)部各類自動化體系」，然后經(jīng)過特別的安全體系和機制完結(jié)互聯(lián)。

這一體系首要方針功用包含：

榜首，在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，完結(jié)企業(yè)經(jīng)營管理和決議計劃的智能優(yōu)化；

第二，完結(jié)制造業(yè)企業(yè)向服務型轉(zhuǎn)型，即企業(yè)不再只是出產(chǎn)產(chǎn)品，一起還要對產(chǎn)品的售后服務，以及將來的產(chǎn)品維護、運維供給服務。

第三，完結(jié)供應商企業(yè)、供貨商企業(yè)集成優(yōu)化，使企業(yè)的經(jīng)營決議計劃既考慮到工況，又考慮到供應鏈，構(gòu)成一個優(yōu)化的決議計劃。

那么，一個企業(yè)級體系將來怎么開展？下圖就反應了一個企業(yè)一定有出產(chǎn)制造性，本來是由核算機管控體系。

今日的狀況下，由于核算機管控體系首要是為工業(yè)進程操控，工業(yè)進程的邏輯和回路操控、監(jiān)控所搭建。隨后又基于此，加入MES（制造履行體系）、ERP（企業(yè)資源計劃管理體系）信息。

可是在這樣的工業(yè)信息化進程中并沒有考慮智能化的問題，也沒有考慮到在工業(yè)大數(shù)據(jù)環(huán)境，要想將這些功用加強，必然要做以下作業(yè)：

榜首，要做智能傳感。現(xiàn)在的傳感感知是靠人，這些感知怎么經(jīng)過智能傳感、無線傳輸、邊際核算，去猜測、優(yōu)化決議計劃、大數(shù)據(jù)監(jiān)控，并向上接入工業(yè)云。

為什么需求工業(yè)云？工業(yè)進程的數(shù)據(jù)是變化，經(jīng)過某一段數(shù)據(jù)練習的模型無法用到整個出產(chǎn)進程中，因此必需求做一個自適應的機器學習體系。再加入物聯(lián)網(wǎng)技能，也就構(gòu)成了現(xiàn)在的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)+企業(yè)智能化軟件渠道。

關(guān)于這個體系而言，必需求考慮工業(yè)網(wǎng)絡化體系安全，這是有特別的安全要求的。這樣，這個體系就完結(jié)了制造流程的全局化、特性制造流程化。

企業(yè)工業(yè)網(wǎng)絡化體系的意圖是履行定制化出產(chǎn)使命。當然，關(guān)于這樣一個體系而言，必需求考慮工業(yè)網(wǎng)絡化體系的安全，工業(yè)體系有其特別的安全需求。

下面以一個制造流程的智能體系為例，來說明怎么完結(jié)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)使用。如下圖所示。

現(xiàn)在的出產(chǎn)線，無論是離散出產(chǎn)線，還是流程出產(chǎn)線，底層都是加工配備。在流程工業(yè)中都會有一個操控體系，所以咱們看到的出產(chǎn)線是自動化，這樣出產(chǎn)線完結(jié)的自動化是有條件：在一種產(chǎn)品、一定鴻溝條件下，經(jīng)過人利用信息化體系，經(jīng)過工藝工程師把這個體系的指令和工藝參數(shù)確認后，完結(jié)自動化出產(chǎn)線。如果將來要完結(jié)特性化定制出產(chǎn)，即出產(chǎn)條件變化的狀況下，完結(jié)實踐落地使用時，人怎么在其間起到作用？

如上圖所示，實踐上，人能夠從信息化體系取得工況數(shù)據(jù)，可是工況的信息還要靠人，人有感知、視覺、聽覺等才能，包含需求召開匯報會、調(diào)度會，為什么？便是由于用人拿到的這些信息，需求由人來決議計劃。也便是說人根據(jù)工況信息進行決議計劃和規(guī)劃，要決議計劃企業(yè)的歸納出產(chǎn)指標、決議計劃企業(yè)的工藝參數(shù)、決議計劃操控體系的指令，再下達到操控體系，這條自動化出產(chǎn)線據(jù)此來完結(jié)方針出產(chǎn)。

可是咱們都知道，人自身是難以處理多元信息的感知的，人難以快速核算多元信息的感知，再加上人會由于常識水平的不同、才能不同，決議計劃往往也不一致。所以在這種狀況下，下一步就要將這個體系變成一個新的體系。

新體系的方針是完結(jié)企業(yè)高效化決議計劃和出產(chǎn)，這個體系終究變?yōu)閮蓚€體系，把底層人操控的操控體系和加工體系，轉(zhuǎn)換成為智能操控體系；把一切信息化分層決議計劃，轉(zhuǎn)換成為人機協(xié)作的智能優(yōu)化體系，終究由本來的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成兩層結(jié)構(gòu)。

例如ERP、制造履行體系、MES、離散工業(yè)裝置操控體系，流程工業(yè)進程操控體系，曩昔的體系從企業(yè)方針、資源計劃調(diào)度，以及工業(yè)參數(shù)、出產(chǎn)指令都是依托人來決議計劃，所以無法完結(jié)這三層的集成。

未來的狀況就會構(gòu)成上圖右側(cè)這樣的兩層結(jié)構(gòu)，一個是智能自主操控體系，一個是人機協(xié)作的智能優(yōu)化決議計劃體系，這樣的制造流程智能自主體系將隨決議計劃指令協(xié)同途徑完結(jié)制造流程的高效化和可猜測化。

從工業(yè)自動化到工業(yè)人工智能，怎么轉(zhuǎn)型？

將來的制造流程智能體系的開展方向是怎樣的呢？

如上圖所示，在工業(yè)現(xiàn)場制造流程中，加入了DCS、智能傳感、5G網(wǎng)絡、智能核算單元和操控云，構(gòu)成這樣一個智能體系；右側(cè)還有一個數(shù)字孿生體系，這個數(shù)字孿生體系和制造流程徹底一樣，經(jīng)過不斷校正，并與和現(xiàn)場一樣的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系進行交互，將它研討的算法直接在這個體系環(huán)境下試驗，試驗完之后直接用到出產(chǎn)中，將來把工業(yè)的試驗盡量削減，這是咱們講的數(shù)字孿生體系。

當然，這樣的體系有必要選用人工智能技能來完結(jié)。

談到人工智能技能，咱們會區(qū)分強人工智能和弱人工智能，強人工智能是指擁有和人一樣的智慧，以及全面的智能。可是今日一些人以為強人工智能是無法完結(jié)，當然也有人以為完結(jié)強人工智能大約需求50年。咱們今日能夠完結(jié)的是弱人工智能，特點是針對一個特定的場景、方針要比人做得好。例如現(xiàn)在的人工智能技能能夠用于開車（自動駕駛），也能夠用于下棋，可是不能兩者兼?zhèn)洹?/div>

在工業(yè)使用中，將來應該是完結(jié)工業(yè)環(huán)境使用的特別人工智能技能，到今日為止，人工智能仍然沒有咱們公認的界說，可是他的中心方針是要完結(jié)智能行為的自動化和可仿制，不是單一技能，是特定使命的技能集合。

現(xiàn)在的人工智能算法是靠數(shù)據(jù)練習得到的，它的準確率是高，可是為什么高，咱們說不清楚。

人工智能下一步開展方向?qū)牵?/div>

榜首，由現(xiàn)在的不行解說的人工智能，開展到可解說的人工智能技能。由于只要可解說，人才能夠進行推理。

第二，人工智能將會向智能體系開展。工業(yè)流程中咱們現(xiàn)在使用的是自動化操控體系，將來將會改變?yōu)橹悄懿倏伢w系。

現(xiàn)在的人工智能和自動化之間有什么相同點和不同點？

從方針來講，自動化削減了人的膂力和腦力勞動，然后進步作業(yè)效率的作用和效益，AI是人的智能行為的仿制，它們選用的手段是一樣的，都是算法和體系。此外，它們的共同點還在于都是經(jīng)過機器延伸和增強人類的感知、認知決議計劃履行功用，使人增強知道國際和改造國際的才能，去完結(jié)人無法完結(jié)的特定使命，或者是特定使命比人完結(jié)得更好。

不同之處在于，它們處理問題的方針是不同的。

咱們現(xiàn)實生活中有兩類研討方針：

榜首類是機理清楚，動態(tài)能夠用微分方程調(diào)控，靜態(tài)能夠用代數(shù)方程描述的方針，經(jīng)過咱們所學到的機理常識，咱們知道了其間的因果關(guān)系，能夠經(jīng)過因果關(guān)系以小數(shù)據(jù)來進行建模、剖析、操控和優(yōu)化。

第二類是如圖畫這類很難用數(shù)學模型（微分方程、代數(shù)方程等）描述的方針，它的信息是在一個空間里面，是一個大數(shù)據(jù)范疇，這時候能夠用大數(shù)據(jù)和機器學習來處理和建模，這是今日的人工智能技能。

所以人工智能技能開展到今日的深度學習是基于大數(shù)據(jù)完結(jié)的，可是今日的效果有一個條件，便是有必要是一個封閉環(huán)境下的大數(shù)據(jù)。咱們今日在工業(yè)中所遇到的方針，它的整個機理不明晰，難以樹立數(shù)學模型，咱們現(xiàn)在的技能，咱們各類專業(yè)常識是無法解決這樣問題的；另外，工業(yè)中的輸入輸出信息處于開放環(huán)境，是可變的（且不確認），人的決議計劃并無法將一切因素都考慮到。

在這樣的狀況下，再加上工業(yè)上的信息難以獲取，特別是多元信息的獲取，咱們的決議計劃方針是抵觸的（咱們要質(zhì)量好，那么它的產(chǎn)值不一定高；產(chǎn)值高，成本不一定低）。

這類方針應該是咱們未來將自動化和人工智能技能相結(jié)合開展新的技能，即工業(yè)人工智能技能。

關(guān)于工業(yè)人工智能，各個國家都極為注重，包含美國、德國等，中國的智能制造業(yè)也是把下一代的人工智能技能使用到工業(yè)制造中。所以下一步的方針是將工業(yè)制造完結(jié)智能化。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系研制思路

什么是工業(yè)人工智能的含義？

當時來看，針對產(chǎn)品與工藝設計、經(jīng)營管理與決議計劃、制造流程運轉(zhuǎn)管理與操控等工業(yè)出產(chǎn)活動中現(xiàn)在仍然依托人的感知、認知、剖析與決議計劃才能和經(jīng)驗與常識來完結(jié)的常識作業(yè)，完結(jié)常識作業(yè)的自動化與智能化來明顯進步經(jīng)濟效益。

以制造流程常識作業(yè)為例，現(xiàn)在有三類作業(yè)：運轉(zhuǎn)工況多源信息感知與識別，經(jīng)營層、出產(chǎn)層和運轉(zhuǎn)層的協(xié)同決議計劃，以及以企業(yè)歸納出產(chǎn)指標優(yōu)化為方針，自動協(xié)同制造配備操控體系的動作。

人工智能在短期內(nèi)的中心經(jīng)濟方針是什么？

是以以前無法完結(jié)自動化的使命完結(jié)自動化。

最近美國提出的“補充和增量人類才能的AI體系”，實踐上都是人類常識作業(yè)才能怎么起作用。

鑒于這種狀況，接下來咱們將會面對三方面應戰(zhàn)：

榜首，雜亂工業(yè)環(huán)境下多元信息的動態(tài)感知；

第二，預報模型，由于咱們下一步要做的事是要比人強，人最大的才能是推理，要比人強，需求具備猜測才能；

第三，決議計劃與操控進程集成優(yōu)化。

由此也需求三項技能：雜亂工業(yè)體系的動態(tài)感知技能、雜亂工業(yè)環(huán)境下5G快速可靠傳輸技能、云邊端協(xié)同智能算法完結(jié)技能。

針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系研制的詳細思路，柴天佑院士終究也總結(jié)為以下幾點：

榜首，找準問題，應該找在工業(yè)進程的感知、認知、決議計劃中的履行問題，選好場景；

第二，確認方針，以最優(yōu)異的常識作業(yè)者為方針，并終究進行逾越；

第三，選用CPS思維，也便是選用體系為方針的研討思路，把核算資源和物理資源交融，研討更強壯的體系。這兒就應該把研制工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系與研制面向特定范疇的工業(yè)體系結(jié)合起來。這兒詳細又包含三部分：