智能制造的未來邁向平行時代的工業5.0

黃振添

（廣東省粵東技師學院梅州分校，廣東 梅州 514031）

前言

當前大數據、云計算、互聯網以及人工智能技術在工業領域得到廣泛應用，制造業面臨更多的發展機遇，開始逐步實現智能化生產。新的發展背景下，工業化發展應結合信息與工業技術，同步進行信息化、工業化、城鎮化以及農業現代化等工作，實現持續增長，明確新型制造業的發展方向。智能制造屬于復雜系統，主線為智能生產，產業變革的關鍵在于以智能服務為中心，以物理系統為基礎設施。當前工業4.0 以CPS 為基礎，有機結合機器、資源以及產品，通過信息技術構建個性化、數字化以及網絡化的制造模式，改變創新價值。在此背景下，社會將進入虛實交互的平行時代，即工業5.0，實現動態執行與平行化，保證閉環反饋。工業5.0 進一步強化了信息與物力技術的融合，形成社會物理信息系統，以虛擬人工系統為核心，引導工業進入平行產業時代。據此，本文以虛擬制造為基礎，分析了智能新模式平行制造，以期打造平行演化、協同優化的智能制造系統。

一、平行制造的框架與流程

（一）平行制造框架

構建平行智能化結構模型，包括對象、感知層、存儲層、知識層、智能層、應用層等六個層面，包括物理系統、社會系統以及信息系統，利用信息交互網絡、RFID 網絡等組成感知系統，存儲感知數據信息。同時，在生產數據庫與辦公數據庫系統存入感知層網絡數據，并在至十層利用機器學習、計算智能化等方法獲取表達知識，自動匹配。智能層則平行執行，實現描述智能、預測智能以及引導智能，在生產層面實現決策知識、協同制造以及柔性制造。

（二）平行制造的技術

一是社會物理信息系統，CPSS中數據與信息流主要包括物理系統傳感器、社會計算數據、人工系統以及虛擬人工系統數等，應基于社會計算數據，建模人工系統。但傳統建模具備一定的復雜性，還應綜合利用知識自動化數，構建完善的平行系統。二是ACP方法，利用Agent智能體等數據構建復雜系統，解決解析建模問題，以計算機為實驗室預測解析人工系統，平行執行系統的管控與引導功能。三是自動獲取知識，保證循環知識產生、獲取、應用等流程，在發展中實現再創造。自動應用知識過程中，應實現內在循環，在知識自動化研究核心貫穿數據到知識、知識到人的行為。通過視頻解析、數據挖掘等方法產生知識，結合專家經驗與數據挖掘技術，實現智能化處理，形成具備一定價值與實效性的有效知識。獲取知識時應主動搜索，以電子商務為依托，將商品信息與建議對策發送至客戶，根據用戶的實際情況確定針對性的服務或產品。之后企業合理調整組織結構，根據知識子系統繪制知識導圖，引入管理培訓模式組建系統的組織架構，以此調整運行模式，全方位提高競爭實力。最后，分析評價知識應用效果，創造更多新知識，制定可行的知識產生與應用機制，合理控制知識應用周期，引入新型知識應用方法。四是構建網絡、平臺、安全綜合一體功能平臺，發揮實體經濟與互聯網作用，建設工業智聯網，在結合實體經濟與互聯網技術的基礎上，保證互聯網產業知識供給量，實現現代化經濟的科學發展。為了滿足新時代工業發展需求，還應結合實際改良工業運行方式，在互聯網基礎上，以知識自動化為核心，獲取、表達以及交換知識，達成智能群體間的協同互動，構建智能工業新業態。五是軟件定義技術，打破常規網絡架構與流程，通過開放軟件定義API 靈活重構網絡功能，改善網絡擴展性與靈活性，為下一代網絡發展提供基礎。知識自動化的核心技術便是流程與系統軟件化，應在系統流程與分析決策過程中融入社會、人以及知識等因素，為知識自動化設計打下基礎[1]。

二、制造情報到制造智能

（一）制造情報

通過制造業大數據構建制造業情報系統，包括企業內部工業大數據與外部上下游及業態相關互聯網大數據，以有效解析、處理、傳感情報信息，為實驗的科學進行提供數據依據。在智能制造過程中，企業應有效收集原材料價格與銷售信息情況，分析外部生態環境數據信息，以文本、圖像以及視頻等形式將信息分布于不同媒體中，動態感知社會媒體，統一異構多源數據，集中智能管理。工作人員應研究網頁信息，利用聚焦爬蟲技術建立制造情報系統，校正、清洗研究數據，且還應構建面向制造業的媒體信息庫，包括事件庫、實體庫、觀點庫以及情感庫等，研究數據同義詞聚類與相關要素關系。

（二）制造智能

平行制造將企業看做開放系統，在感知企業外部信息的基礎上，分析支持制造業管控。由此，平行制造主要利用ACP 方法與知識自動化技術，結合制造情報系統，實現制造的描述智能、引導智能以及預測智能等功能的實現。

（三）制造的描述智能

軟件定義的系統等軟件技術屬于知識自動化的核心技術，為了靈活處理CPSS 問題，應將社會、知識以及人等因素納入相關流程，實現智能制造的描述智能，保證數字化、透明化發展制造業，保證公平性。

1.軟件定義過程

將產品全生命周期管理模式應用至平行制造過程，實現產品戰略、產品市場、產品開發、產品規劃以及產品需求的數字化與軟件化處理，合理調配資源，實行進度計劃管理，包括生產產品、銷售產品、設計產品以及使用產品等流程，以公平化實現產品全生命周期的管理。

2.軟件定義的工廠

一是針對人員行為建立運行模式，包括個人與組織行為，在考慮人的同質性與異質性的基礎上，將人的數據納入建模系統中華，利用社會網絡與復雜網絡，基于Agent 智能體方法，融合員工、班組、車間與生產計劃等因素，制定運行軟件，多級化管理企業經營。二是對制造設備建模，確定設備輸入與輸出產量之間關系，通過映射分析設備使用過程，為設備安全管理與成本核算工作提供量化數據。三是軟件定義，利用Agent 智能體方法，對礦石、輔料、合金以及備件等生產材料進行建模。四是軟件定義方法，利用仿真軟件建模，綜合化學反應、單元操作以及熱力學原理等基礎學科，利用數學解析方法構建方程式。五是軟件定義環境，針對生態環境，對上下游企業、同行企業進行建模[2]。

（四）制造的預測智能

結合企業外部互聯網大數據與情報分析系統，智能預測制造生產管理過程，覆蓋包括全部運作環節，融合了工業復雜性。對此，應綜合物流周轉、交貨期限、生產效率以及運營成本等因素制定具體生產計劃，保證生產、能源、物流以及上下游等動態工作的順利進行。企業應根據訂單與大致市場預測制定合同計劃，分解月計劃、旬計劃以及日計劃，保證可調控性與動態性。人工系統應結合情報系統外界環境數據，優化計算生產計劃，對接上下游企業數據，利用知識自動化技術實現預測智能。比如在生產預測中，分為短期與中期預測，為經濟決策與行業發展提供依據。

（五）制造的引導智能

工業制造還應發揮引導智能作用，明確計算試驗與軟件定義模式虛實互動物理與人工系統，執行平行系統，保證工業引導的智能化。工作人員在計算試驗期間，應將數據輸入人工系統與物理系統，保證生產計劃方案的深度優化，避免受到社會與物理系統的干擾。通過輸入與輸出系統，人工系統可以實現自動學習，根據模型存在的問題進行矯正，利用情報系統保證外部生態大數據的感知性，之后利用新型人工系統智能預測生產，針對問題動態優化，保證物理系統與人工系統引導功能的有效實現[3]。

（六）邁向社會制造

平行制造過程中，應根據大規模生產需求，確定消費者驅動平行制造模式。社會制造進程中，產消者在購買消費產品的同時，也屬于產品生產的間接參與者。生產過程以產銷驅動為動力，通過眾包模式設計、制造、銷售社會制造產品，利用3D 掃描、大數據、3D 打印等技術區塊鏈生產，獲得更多信譽度，形成資源的共享式分布，實現大規模個性定制的虛擬化、網絡化、智能化以及分布化。

結束語

工業5.0 時代智能制造以虛實互動的CPSS 為工業環境，融合使用機器學習、云計算以及大數據等技術，構建情報系統時結合社會需求情況，打造數字化運行平臺，保證制造系統的主動適應，通過信息化與工業化的深度融合，廣泛普及平行企業與平行制造。