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北自所软件事业部首席专家蒋明炜:深化AI赋能 加快新一代信息技术与制造业融合发展

资讯 来源:中国科技网 2021年05月08日 1303次浏览 扫描二维码
党中央国务院高度重视以人工智能为代表的新一代信息技术与制造业融合发展。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出“推动互联网、大数据、人工智能等同各产业深度融合”。2020年6月,习近平总书记主持的中央深改委第十四次会议审议通过了《关于深化新一代信息技术与制造业融合发展的指导意见》,指出要加快推进新一代信息技术和制造业融合发展,加快制造业生产方式和企业形态根本性变革,提升制造业数字化、网络化、智能化发展水平。
人工智能AI(Artificial Intelligence)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器或系统,研究领域包括:机器视觉、自然语言处理、知识表现、智能搜索、推理、规划、机器学习、知识获取、组合调度问题、感知问题、模式识别、自动程序设计、不精确和不确定的管理、人工生命、神经网络、复杂系统、遗传算法。人工智能技术与制造业的融合将极大的推动产品智能、研发设计智能、经营管理智能、生产制造智能、制造服务智能和决策智能。下面就AI技术在以上领域的落地谈谈我的认识。
一、人工智能技术与制造业融合应用的总体架构
人工智能技术在制造业企业智能化生产中的应用主要包括三个层级:数字化平台、智能技术平台和应用场景。
(一)大数据平台是人工智能技术应用的基础
海量的数据资源是人工智能技术融合应用的基础条件。首先,生产装备、仓储物流装备要实现数字化,安装各种传感器、控制装置、数据采集装置、智能芯片,通过物联网或服务网平台实现万物互联,采集大量的设备及产品工艺运行参数,为优化控制提供数据。其次,通过一系列工业软件:研发设计软件CAD、CAE、CAPP、PLM、CAM,生产经营管理软件ERP、SRM、CRM、PM,制造执行系统MES,实现产品设计、工艺设计数字化,经营管理和生产制造过程的数字化。最后,所有上述数据通过大数据平台、企业知识图谱或专家系统将海量数据进行清洗、分类、储存,为人工智能的应用提供基础支撑。
(二)智能技术是人工智能技术应用的关键
当前,一批人工智能企业开发了一系列人工智能通用工具、软件、产品、以及开放开源平台。制造企业通过购买成熟的人工智能产品,充分利用开源开放平台,将人工智能技术应用于不同的优化场景。这些产品如图形识别、人脸识别、声音识别、自然语言交互、人机交互、机器学习、深度学习、增强学习、决策分析、人工智能操作系统等。
(三)应用场景是人工智能技术落地的关键
制造企业大数据平台产生的大量数据,根据不同的应用场景,选择人工智能的工具、模型、算法,实现人工智能技术在智能设计、智能产品、智能经营、智能生产、智能服务、智能决策中的应用。
二、人工智能技术与制造业融合的典型场景
(一)人工智能技术在智能设计中的应用
智能设计是指通过深化CAX的应用,在设计知识库、工艺知识库、专家系统的支持下,开展基于模型定义(MBD)和数字孪生的产品设计和工艺设计,通过在虚拟环境下设计出数字孪生产品,对其结构、性能、功能、工艺过程进行模拟仿真和优化,同时支持并行设计、协同设计,从而最大限度缩短产品设计、试制周期,快速响应客户需求,提高产品设计的创新能力。人工智能在智能设计中有诸多应用,例如:基于数字孪生的产品研发设计、基于PLM/MDM的研发设计知识管理、产品配置专家系统、参数化设计、基于人工智能的数控编程等。
(二)人工智能技术在智能产品中的应用
智能产品是指通过将先进制造技术、自动控制技术、传感技术、软件技术、嵌入式系统和AI的集成和深度融合,从而具有感知、分析、推理、决策、控制,信息存储、传感、无线通信等功能,并可通过物联网实现远程监控、远程服务的能力的产品。典型的智能产品包括智能加工中心、无人机、无人船、无人驾驶汽车、智能仪表等。产品智能化是决定企业生死存亡的大事。对于大多数机电产品,均有实现智能化的需求。人工智能技术在智能产品中得到了最充分的应用,如:机器视觉及图像识别、语音识别、深度学习、优化算法、优化控制等。
(三)人工智能技术在智能经营中的应用
智能经营是指将先进的管理理念,如精益生产、敏捷制造、网络化协同制造等,融入企业资源计划ERP、供应商关系管理SRM、客户关系管理CRM系统之中,在传统产、供、销、存、人、财、物管理信息化基础上,基于AI等新一代信息技术实现整个价值链上从客户需求、产品设计、工艺设计、智能制造、进出厂物流、生产物流到售后服务等各环节的业务协同、计划优化和控制。智能经营使得任何客户的需求、变动、设计的更改可在整个供应链的网络中快速传播,并可做出及时响应。人工智能技术在智能经营中的应用包括:构建基于模型驱动的供应链计划控制体系,用户画像、营销风险管理,机器人流程自动化RPA,企业知识管理;供应商寻源和管理,成本优化和控制,财务分析及财务风险分析等。
(四)人工智能技术在智能生产中的应用
智能生产系统由智能装备、智能控制、智能物流、制造执行四个分系统组成,通过接受ERP的生产指令,进行优化排产、资源分配、进度跟踪、智能调度、设备运行维护和监控,过程质量的监控和分析,产品追溯,绩效管理等。智能化生产装备和控制系统,组成多条柔性生产系统FMS、FMC、FML,可实现产品的智能化加工与装配;智能化的仓储物流设备,可实现生产过程物流的自动传输、装卸作业;数字车间,通过应用数字孪生技术构建物理车间的虚拟映射,进而实现工艺过程模拟仿真和优化控制。总之,智能生产系统可实现从生产任务下达到产品交付全过程的人、机、料、法、环的优化管理和闭环控制。人工智能技术在智能生产中的应用包括:生产装备、生产线、物料存储搬运智能化,最优作业计划APS,在线质量检测、分析和控制,基于深度学习的质量改进、工艺过程优化,机器视觉在制造业中的应用等。
(五)人工智能技术在智能服务中的应用
智能服务则是运用人工智能技术,按客户的需求提供主动的个性化服务,即通过捕捉用户的原始信息,并基于后台积累的用户数据构建用户需求结构模型,进行数据挖掘和商业智能分析,主动为用户提供精准、高效的服务。AI在智能服务的应用主要有:故障诊断库、维修知识库、预防性维修模型库,客户服务机器人,设备远程运维服务等。
(六)人工智能技术在智能决策中的应用
在智能化生产环境下,企业积累了大量的产品技术数据、生产经营数据,设备运行数据,以及设计知识、工艺知识、管理知识、产品运维知识等。通过建立智能决策系统,可对上述数据进行搜集、过滤、储存、建模,并应用大数据分析工具和人工智能技术,为各级决策者获得知识和洞察力,提高决策的科学性。人工智能技术在智能决策中的应用场景包括:战略管理、经营决策、投资决策、风险分析等。
三、拥抱人工智能,实现企业转型升级
人工智能技术与制造业的融合创新是制造业转型升级的永恒主题,是提高制造企业核心竞争能力,实现转型升级的必由之路。未来,企业在推进人工智能技术融合应用的过程中,需要注意以下三点:
一是要深化对人工智能的认识和理解。人工智能技术是一个宽范畴的技术,从有若干规则的专家系统到深度神经网络、认知计算,从简单的智能马桶到无人机、无人船、自动驾驶汽车等。企业要深化对人工智能技术的理解,千万不能将人工智能技术神秘化而敬而远之。
二是要善于运用成熟的人工智能技术产品。人工智能技术是一项非常复杂的技术,专业人工智能的公司已开发了许多成熟的技术和产品,如:图形识别技术、语音识别技术、人工智能算法、人工智能芯片等。企业要充分挖掘和应用外部资源,善于应用成熟技术和产品,将技术切实转化为生产效率和经济效益的增值,切不可为技术而技术,本末倒置。
三是要着力将AI技术融入到企业的发展战略之中。企业需从战略高度重视人工智能技术的融合应用,研究制定人工智能发展规划,确立人工智能融合应用的目标、方向、重点任务和实施计划,推动人工智能融入产品生命全周期和企业运营全链条。

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