人工智能對工業4.0關鍵技術引領探討

陳　巍

（珠峰財產保險股份有限公司， 北京　100055）

1　研究背景

2017年國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，人工智能作為引領未來的戰略技術，成為國際競爭的新焦點、經濟發展的新引擎。工業4.0本質上是將傳統的生產要素彼此連接構成巨大網絡，并通過互聯網將虛擬世界和現實世界實現更高層次的自動化控制，因此各學科實現人、機器和虛擬世界底層互連是工業4.0的要素之一。工業4.0戰略的核心是在互聯網和信息技術為基礎的互動平臺上，實現數字技術[1-3]、物聯網[4-5]、智能材料等眾多先進技術的融合，也包括生物產品的研發和制造[6]，大規模并行科學計算[7]，和觀測網數據實時監控與共享[8]。

人工智能是控制論、信息論、結構生物9等學科相互滲透的綜合性學科。在大數據進入各領域的今天，人工智能對科學問題基于底層技術的系統構建，才能真正實現工業4.0的數據化、網絡化、智能化。有了物聯網中基于底層設備的風險控制研究以及密鑰保護[10]，才能保證自動駕駛和航行構成涵蓋海陸空的空中立體交通系統[11-14]。工業4.0是新技術基礎上的工業化加信息化，正是因為系統中嵌入的新技術，比如移動設備自適應動態補丁[15]，寬帶和設備的健壯性網絡，虛擬現實和人機接口等智能方面，才能實現精益生產，使信息物理系統這個基石真正堅固，建立一個基于工業4.0的體現個性化和數字化的產品與服務生產模式。

2　工業4.0的關鍵新技術

1）智能探月采樣鉆頭：月球環境的特殊性[16-17]增加了鉆取采樣任務的難度[18]，采樣鉆頭對樣心的影響程度、破碎月壤所需的功耗等參數以及螺旋鉆桿與月壤顆粒相互摩擦所產生的輸土功耗曲線[19-21]均可以利用計算機得到。

2）安全系統：在數據規模、設備種類總量、攻擊方法[22]均爆發的時代，動態、細粒度的隨機化方案[23]可以降低攻擊[24]成功率，虛擬化硬件能很好地解決防御上的缺陷[25-26]。

3）陸面過程模式：基于通用陸面過程模式CLM 4.5構建了超高分辨率的陸面河岸生態水文模式[27-28]。高分辨率流域生態水文模式和人類地下取水用水的陸面模式在全球尺度上被構建[29-32]并且分辨率在不斷增加。

4）材料設計：機器學習用于探索鉑金屬在石墨和其他金屬存在下的抗毒性、穩定性[33-36]，精確預測全混式反應器以及鼓泡塔中細菌在不同反應階段的濃度[37-41]。計算機模擬跌落和沖擊環境可提高產品設計成熟度[42-43]。

5）結構生物和藥物設計：計算機輔助X射線晶體學發明了以DNA聚合酶β為Host,目標DNA為Guest的新一代快速結晶系統[44]。此系統直接查看藥物DNA高分辨率相互作用，目前已開發出有效殺傷乳腺癌和胰腺癌的新藥[45]。

6）計算機輔助藥物設計：拓撲衍生功能基團對已知藥物高通量基團篩并查進行抗癌藥物研發[46-50]。以蛋白藥物共結構為基礎的模擬篩查重建甾體類抗癌藥物與蛋白的作用[51]。

7）其他新技術：除其在視覺處理[52]和安全方面[53]的廣泛應用，人工智能在大計算量的流體力學和災害模型中也有廣泛應用：比如海波極值算法[54-55]和各種隱患消除的新技術等[56-59]。

3　結語

工業4.0發展過程中產生海量的數據，在工業人工智能領域，生產制造個性化、定制化將成為常態,為此互連互通和跨界，將制造業向智能化轉型，實現橫向、縱向的全價值鏈集成是必然趨勢。

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