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人工智能在工業互聯網平台的四大應用場景

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一、工業互聯網平台是人工智能應用的重要載體



工業互聯網平台覆蓋全流程生產數據。數據是應用人工智能的“燃料”。工業互聯網平台從數據“量”和“質”兩個維度入手,提升工業場景數據集的廣度與深度,為人工智能應用提供支撐。

從“量”的方麵看,工業互聯網平台匯聚了數以千萬計的設備和傳感器,對異構係統、運營環境、人員信息等要素實施泛在感知、高效采集和雲端匯聚,實現了海量數據的廣泛集成。

從“質”的方麵看,工業互聯網平台通過構建設備、產品、係統和服務全麵連接的數據交流網絡,充分挖掘實時有效的工業大數據,搭建數據自動流動的賦能體係,為深度學習的模型訓練提供優質的訓練集、驗證集和測試集,切實提高人工智能模型自學習、自決策、自適應的有效性。

工業互聯網平台推動工業知識算法化。算法是人工智能應用的關鍵。工業互聯網平台作為工業全要素、全產業鏈、全價值鏈連接的樞紐,打通了工業知識向工業算法轉化的通路,為構築工業領域人工智能算法庫提供助力。

一方麵,工業互聯網平台豐富了算法理論來源。依托工業機理基礎和數據模型分析,工業互聯網平台將隱性的工業技術原理、行業知識和專家經驗進行代碼化、算法化,重構了工業知識創造和應用體係,麵向特定工業場景提供針對性強、魯棒性高的算法。

另一方麵,工業互聯網平台降低了算法開發成本。工業互聯網平台通過提供開發環境和各類工具,助力開發者打造工業APP與微服務體係,將各類工業知識封裝成可交易的模塊組件,推動工業算法在更大範圍、更高頻次、更短路徑上創造、傳播和複用。

工業互聯網平台構建協同算力資源池。工業場景具有環境參數複雜、工序步驟精細、實時性要求高等特點,應用人工智能技術對算力要求較高。工業互聯網平台基於雲架構匯聚企業內外算力資源,根據實際需要統一調配,搭建廣泛聚集、高效協作的算力供給體係,為人工智能應用提供穩定的支撐保障。

在企業內部,工業互聯網平台匯聚內部算力資源構建算力資源池,針對不同時段、不同用戶和不同級別的算力需求,基於大數據分析統籌使用內部設備,提高設備使用效率。

在企業外部,工業互聯網平台對接各類算力提供商,通過租借、購買等方式,補充企業內部算力的不足,以提升整體算力水平,縮小人工智能應用需求和實際算力之間的差距。

二、多維應用場景加快人工智能與工業互聯網平台融合



設備層:機器智能構建新型人機關係。企業依托工業互聯網平台,在生產、控製、研發等領域的設備上運用人工智能技術,構建人機協同、互促共進的新型人、機、物關係。

一是設備自主化運行,如複雜工料分揀、設備自運行等。機械臂、運輸載具和智能機床等產品,通過搭載機器學習算法、路徑自動規劃等模塊,實現對不同工作環境和加工對象的動態適應,提高設備操作的精度和複雜度。

二是人機智能化交互,如動作識別、語音用戶界麵等。應用語音識別、機器視覺等技術,打造人性化、定製化、高效化的人機交互模式,提升控製裝備在複雜工作環境的感知和反饋能力。

三是生產協同化運作,比如協作機器人、仿生工位等。利用人工智能技術將人機合作場景轉變成學習係統,持續優化運行參數,為操作員提供最優的生產環境。例如,德國Festo公司基於仿生協作型機器人開發人機協作生產的智能化工位,可將人從重複性、危險性高的工作中解脫出來,提高了生產效率。

邊緣層:邊緣智能提升邊緣側實時分析處理能力。邊緣智能技術通過協同終端設備與邊緣服務器,整合計算本地性與強計算能力的互補優勢,從而減少非必要的數據傳輸、降低模型推理延遲與能耗。

具體有以下三類應用:一是智能傳感網絡。東方國信、寄雲科技等企業通過建設智能網關,動態實現OT與IT間複雜協議的轉換,提供安全高速的數據連接與數據采集服務,強化對帶寬資源不足和突發網絡中斷等異常場景的應對能力。

二是噪聲數據處理。天雲網、海爾集團等通過智能傳感器采集多維數據,利用基於人工智能的軟件識別減小確定性係統誤差,提高數據精度,從而實現物理世界隱性數據的顯性化。

三是邊緣即時反饋。思科、微軟等企業通過分布式邊緣計算節點進行數據交換,及時比對雲端廣播的模型和現場提取的特征值,基於邊緣端設備實現本地快速響應和操作優化,減少雲端運算壓力和處理延遲,實現雲端協同。

平台層:大數據分析構建“數據+認知”算法庫。工業互聯網平台基於PaaS架構,打造由數據存儲、數據共享、數據分析和工業模型等組成的整體數據服務鏈,把基於數據科學和認知科學的兩類工業知識經驗沉澱在可移植、可複用的人工智能算法庫中。

在數據科學領域,企業構建以機器學習、深度學習為核心的數據算法體係,綜合利用大數據分析、機器學習和智能控製等算法,通過仿真和推理解決已知的工業問題。例如,美國康耐視公司開發了基於深度學習的工業圖像分析軟件,能以毫秒為單位識別缺陷,解決傳統方法無法解決的複雜缺陷檢測、定位等問題,使檢測效率提升30%以上。

在認知科學領域,企業從業務邏輯原理出發,通過搭建以知識圖譜、專家係統為代表的認知算法體係,解決機理未知或模糊的工業問題,如企業智能決策、風險管理等。實際上,西門子、IBM、華為等公司通過構建供應鏈知識圖譜,匯集氣象、媒體、交通和物流等信息資源,大大提高了供應鏈風險管理效率。

應用層:商業智能提升工業APP數據挖掘深度。開發者依托工業互聯網平台提供的開發工具和框架,麵向不同工業應用場景,開發搭載人工智能的特定工業APP,利用人工智能手段賦能現有生產過程,為用戶提供各類在平台定製開發的智能化工業應用和解決方案。

主要有以下幾類:一是預測性維護。利用機器學習方法擬合設備運行複雜非線性關係,提升預測的準確率,降低運維成本與故障率。德國KONUX公司結合智能傳感器及機器學習算法構建設備運行模型,使機器維護成本平均降低了30%。

二是生產工藝優化。依托深度學習繞過機理障礙,通過挖掘數據隱藏特征間的抽象關係建立模型,並找出最優參數組合。TCL格創東智針對液晶麵板的成膜工序,通過機器學習算法實現了關鍵指標的預測與品質優化,年收益達到近千萬元。

三是輔助研發設計。通過應用知識圖譜、深度學習等技術構建設計方案庫,對設計方案提供實時的評估反饋。美國UTC依靠知識圖譜解決了多個產品研發問題,設計出的換熱器傳熱效率能提高80%,設計周期僅為原來的1/9。

四是企業戰略決策。利用人工智能擬合工業場景中的非線性複雜關係,提取非結構化數據構建知識圖譜和專家係統,為企業提供戰略方案選擇。美國初創公司Maana聚焦石油和天然氣領域,協同應用知識圖譜與數據科學,為GE、殼牌、阿美等石油巨頭提供企業級決策建議。

三、幾點建議



夯實產業基礎,突破人工智能與工業互聯網平台融合的關鍵共性技術。一是構建高質量的公共數據集。鼓勵滿足條件的工業互聯網平台企業開放具備一定規模的生產環境、視頻圖像、文本對話等數據集,建立高質量的公共測試數據庫。

二是加大算法研發應用力度。推動科研院所、行業龍頭企業開展協同研發和創新應用,圍繞卷積神經網絡、遞歸神經網絡等算法開發相關工具,完善開發環境。

三是提升算力支撐能力。引導和培育一批算力提供商和算力交易平台,探索算力租賃、交易、托管等新服務模式。

聚焦場景應用,引導加快麵向工業互聯網平台的人工智能產品開發。一是加快重點智能設備研發。加快智能傳感控製、智能檢測裝配、智能物流倉儲等重點技術裝備的開發,布局和積累一批核心知識產權。

二是突破邊緣智能核心技術。重點突破圖形處理器、現場可編程門陣列、專用集成電路等一批關鍵核心技術,提高硬件基礎支撐能力,實現圍繞邊緣設備的感知、控製、決策和執行等功能。

三是加快行業機理模型沉澱。聚焦AI工業應用,建設工業互聯網模型算法公共測試驗證中心,堅持以測帶建、以測促用。

四是培育基於AI的工業APP。引導工業互聯網平台企業搭建製造業創新中心,開放開發工具和知識組件,構建開放共享、資源富集、創新活躍的工業APP開發生態。

完善生態體係,構建工業互聯網平台跨界融合新模式。一是強化示範引領。在現有工業互聯網平台相關專項和試點示範中,增添人工智能方向的應用試點,加快推動複雜環境識別、新型人機交互等人工智能技術與工業互聯平台融合發展。

二是優化公共服務。麵向語音識別、視覺識別、自然語言處理等領域,建設能夠提供知識圖譜、算法訓練、產品優化等共性服務的平台和開源社區。

三是增強人才儲備。鼓勵高等院校設置人工智能工業應用課程,開展人工智能專題教育和培訓,加緊培育一批急需的人工智能人才。

四是加強宣傳推廣。通過開展現場會、人工智能大賽等形式,凝聚行業共識,提高公眾認識,挖掘優秀做法,推廣典型案例,積極營造產業發展的良好氛圍。

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