AI技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用研究
——以阿里巴巴為例

吳思瑩

（東北財(cái)經(jīng)大學(xué)，遼寧 大連 116000）

一、引言

隨著AI技術(shù)的日趨成熟，AI技術(shù)相繼應(yīng)用到智能家電、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療系統(tǒng)等方面，逐漸影響著各個(gè)行業(yè)的未來(lái)走向與企業(yè)定位。在企業(yè)中合理運(yùn)用AI，不但能節(jié)約人力物力，使企業(yè)節(jié)省人力開(kāi)支與不必要花銷，而且能夠使企業(yè)效率在生產(chǎn)、物流中轉(zhuǎn)、售后服務(wù)等方面效率提高，并且有效降低各種資源損耗與浪費(fèi)。邊緣運(yùn)算科技、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)以及5G的高速發(fā)展，將促進(jìn)整個(gè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在很大程度上功能的整合，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的智能集成。人工智能所帶來(lái)的大規(guī)模工業(yè)使用場(chǎng)景，給中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)帶來(lái)了新機(jī)遇。在5G時(shí)代即將來(lái)臨的大背景下，人工智能技術(shù)以計(jì)算為基石，利用大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化流程，并以機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，大力推動(dòng)智慧生產(chǎn)技術(shù)和服務(wù)，將提升企業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率和效益，是技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的主要方面。如何推行工業(yè)的數(shù)字化，合理應(yīng)用AI技術(shù)與工業(yè)有效結(jié)合，改善管理與生產(chǎn)能力是我們需要思考的重大課題。

二、阿里巴巴對(duì)AI技術(shù)的應(yīng)用

業(yè)界有這樣的共識(shí)：行業(yè)實(shí)踐是檢測(cè)AI市場(chǎng)價(jià)值的唯一準(zhǔn)則。在過(guò)去的三年多時(shí)間里，阿里云憑借在城市、工業(yè)、農(nóng)村等領(lǐng)域的摸索，終于找到了一條富有特點(diǎn)的工業(yè)型AI路線。同時(shí)，阿里云還率先發(fā)起和推動(dòng)并踐行了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的融入，并結(jié)合了商業(yè)合作伙伴推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的落實(shí)。第一批促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)深層次大規(guī)模融合的阿里云經(jīng)過(guò)了與合作方的共同努力，率先在全球范圍內(nèi)推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)落地。

工業(yè)大腦是指運(yùn)用現(xiàn)有的工業(yè)和信息系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)，把大數(shù)據(jù)當(dāng)成整個(gè)環(huán)節(jié)的核心，將工業(yè)的整個(gè)生命周期中包括生產(chǎn)線上的產(chǎn)品從開(kāi)發(fā)到應(yīng)用的大一條龍數(shù)據(jù)，還包括由傳感器、機(jī)械等物理過(guò)程實(shí)際產(chǎn)生的物質(zhì)的大數(shù)據(jù)和工業(yè)上的一些實(shí)際應(yīng)用信息化數(shù)據(jù)，人與流程之間的關(guān)系數(shù)據(jù)等，并將這些數(shù)據(jù)加以分析、融合、進(jìn)行處理，從而形成生產(chǎn)環(huán)節(jié)一體化，從而建立工業(yè)的大數(shù)字孿生系統(tǒng)，與人工智能和優(yōu)化等算法相結(jié)合，使工業(yè)能力大幅度加強(qiáng)并完成價(jià)值的增值。首先，工業(yè)公司借助工業(yè)大腦實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)的集成和融合，從實(shí)體層面上與數(shù)據(jù)之間建立了聯(lián)系，并由此形成產(chǎn)業(yè)資源模型，從而建立了產(chǎn)業(yè)的大數(shù)據(jù)資源平臺(tái)。其次，在產(chǎn)業(yè)資源模型上，進(jìn)一步提升了控制優(yōu)化、排程排產(chǎn)、可預(yù)測(cè)性維護(hù)、工業(yè)視覺(jué)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)認(rèn)知圖譜等各類AI技術(shù)能力。再次，工業(yè)生產(chǎn)人腦可以支持公司龐大的計(jì)算力，也可以進(jìn)行同時(shí)管理大量工業(yè)生產(chǎn)時(shí)序數(shù)。最后，利用工業(yè)生產(chǎn)人腦優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，可以真正實(shí)現(xiàn)為公司成本、提高質(zhì)量、提高效率、增加利潤(rùn)等目標(biāo)。

工業(yè)管理大腦將自己的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與眾多企業(yè)管理工程師所使用熟悉專門(mén)進(jìn)行研究的生產(chǎn)能力數(shù)據(jù)進(jìn)行相互配合、交叉加以互補(bǔ)，找到了一個(gè)利用企業(yè)大腦可以有效放大生產(chǎn)能力的時(shí)間增量和同時(shí)降低企業(yè)能源消耗的有效方法——開(kāi)發(fā)出工業(yè)智能大腦2.0。工業(yè)智能大腦2.0將國(guó)際行業(yè)研究中的相關(guān)知識(shí)創(chuàng)新機(jī)理與國(guó)內(nèi)海量的相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)資料資源進(jìn)行緊密融合，并由AI和技術(shù)中心重新進(jìn)行了相互關(guān)聯(lián)和整合再造，從而為其帶來(lái)了顯而易見(jiàn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

阿里巴巴首度披露人工智能調(diào)用規(guī)模：每天調(diào)用超1萬(wàn)億次，服務(wù)全球10億人，日處理圖像10億張、視頻120萬(wàn)小時(shí)、語(yǔ)音55萬(wàn)小時(shí)、自然語(yǔ)言5千億句。在AI芯片、AI云服務(wù)、AI算法、AI平臺(tái)、產(chǎn)業(yè)AI，阿里巴巴實(shí)現(xiàn)全面引領(lǐng)。

阿里云宣布推出的阿里工業(yè)智能大腦包含了四個(gè)智能軟件開(kāi)放平臺(tái)，這些平臺(tái)具有全新的功能：人工數(shù)字智能雙胞胎、云邊緣化協(xié)同、模塊化的人工智能軟件應(yīng)用程序組裝和人工智能數(shù)據(jù)御數(shù)。同時(shí)，由于有了微軟的工業(yè)智慧大腦流程與自動(dòng)化應(yīng)用軟件開(kāi)放平臺(tái)2.0的自動(dòng)數(shù)據(jù)建模與數(shù)據(jù)分析的大計(jì)算功能，工業(yè)大腦企業(yè)工程人員能夠迅速地通過(guò)自動(dòng)建立在工業(yè)生產(chǎn)線過(guò)程中的各種設(shè)備以數(shù)字化方法拷貝一個(gè)物理對(duì)象，根據(jù)仿真對(duì)象在真實(shí)環(huán)境中的活動(dòng)情況，對(duì)生產(chǎn)、制造流程以及整個(gè)車(chē)間過(guò)程進(jìn)行虛擬仿真，進(jìn)而提升了制造企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)、制造業(yè)的整體生產(chǎn)效率的軟件應(yīng)用。通過(guò)工業(yè)機(jī)器人大腦來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)和制造中的操作流程，為企業(yè)達(dá)到了降本、增效、提質(zhì)的目標(biāo)。依托著制造業(yè)大腦開(kāi)放平臺(tái)2.0超強(qiáng)的全過(guò)程數(shù)據(jù)分析構(gòu)建與精煉技術(shù)能力，企業(yè)能夠迅速構(gòu)建產(chǎn)線數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用，并完成對(duì)生產(chǎn)物理設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與感知，進(jìn)而針對(duì)具體產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景完成了“樂(lè)高”形式的模塊化智能設(shè)備應(yīng)用研發(fā)。同樣，工業(yè)大腦開(kāi)放平臺(tái)2.0可對(duì)云端大數(shù)據(jù)挖掘優(yōu)化所提供的業(yè)務(wù)規(guī)則和模式，并經(jīng)過(guò)四級(jí)安全防護(hù)下放到邊緣側(cè)，以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)流程優(yōu)化和管控。

阿里云推出的工業(yè)智能大腦2.0正面向著我國(guó)產(chǎn)品制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域一批配備具有前沿技術(shù)和產(chǎn)品核心市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)創(chuàng)新型龍頭企業(yè)，完成其對(duì)于企業(yè)合作伙伴的全方位產(chǎn)品服務(wù)鏈條和賦值功能，使其完成從一個(gè)我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)大中小微企業(yè)的大腦智能化制造發(fā)展進(jìn)程到一個(gè)加速轉(zhuǎn)型的進(jìn)程。截止到現(xiàn)在，阿里云已經(jīng)成熟應(yīng)用了涵蓋混凝土、鋼材、化工、垃圾焚燒等眾多國(guó)內(nèi)工業(yè)重要領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用到行業(yè)。未來(lái)，阿里云推出的工業(yè)智能大腦2.0的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛，功能也將會(huì)更加完備。

阿里云表示，這些基于AI的智能管理技術(shù)已經(jīng)在整個(gè)全球很大范圍內(nèi)，從各行各業(yè)的企業(yè)都成功實(shí)現(xiàn)了顯著的高效降本和增加效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了降成本與提高效率是企業(yè)管理水平質(zhì)的飛躍。在阿里云應(yīng)用于目前的我國(guó)水泥廠配網(wǎng)生產(chǎn)中，工業(yè)操作人員大腦具有3.0的智能工業(yè)人員視覺(jué)系統(tǒng)AI型的技術(shù)控制能力，它不僅可以有效消除復(fù)雜的建筑背景、光線等復(fù)雜因素造成的視覺(jué)干擾，對(duì)于燃燒火焰的變化類型和燃燒溫度可以進(jìn)行準(zhǔn)確歸類，自動(dòng)地快速完成對(duì)配電設(shè)備的最終端優(yōu)化和自動(dòng)控制，完全超過(guò)人工處理效率和速度并且處理得更加完美；在目前我國(guó)的并網(wǎng)電力行業(yè)，工業(yè)人員大腦3.0的智能配電組網(wǎng)“虛擬調(diào)度員”通過(guò)對(duì)配網(wǎng)知識(shí)和調(diào)度圖譜的進(jìn)行深入分析學(xué)習(xí)，已經(jīng)可以使他們能足夠準(zhǔn)確地快速完成50%的配網(wǎng)調(diào)度工作任務(wù)，每年至少可以為各個(gè)工業(yè)地區(qū)和地級(jí)市政府配網(wǎng)公司人員節(jié)約上千萬(wàn)元的工作時(shí)間和人力成本，進(jìn)而提高了企業(yè)在整個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

在都市和工業(yè)生產(chǎn)情景上，由阿里云開(kāi)發(fā)的超級(jí)人工智能ET頭腦也將得以全面運(yùn)用。據(jù)理解，ET城市頭腦將使杭州試點(diǎn)地區(qū)的交通時(shí)間縮短15.3%，救護(hù)人自行到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)上的時(shí)限也縮短了一半。ET產(chǎn)業(yè)頭腦在良品率提高、事件發(fā)生率預(yù)測(cè)等制造業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域中也大顯身手，助力了協(xié)鑫光電、中策膠業(yè)、天合光能、盾安新能源等大型生產(chǎn)公司創(chuàng)造了收益數(shù)十億元。在天合光能的成功例子中，阿里云ET產(chǎn)業(yè)頭腦協(xié)助其提高了電池片A品率至百分之七以上，是業(yè)內(nèi)第一個(gè)按效果付費(fèi)的IT業(yè)務(wù)案例。另外，在產(chǎn)業(yè)AI的實(shí)踐中，阿里巴巴不斷得到行業(yè)的認(rèn)可。2017年11月，中國(guó)國(guó)家科技部發(fā)布的第一批四個(gè)我國(guó)人工智能開(kāi)放創(chuàng)新平臺(tái)名錄，阿里云ET城市大腦在列。在烏鎮(zhèn)全球網(wǎng)絡(luò)會(huì)議上，阿里云ET大腦榮獲了全球網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)軍技術(shù)成果獎(jiǎng)。

三、AI技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的結(jié)合

在工業(yè)領(lǐng)域，生產(chǎn)制造是最重要的環(huán)節(jié)。生產(chǎn)制造的目標(biāo)是提質(zhì)、增效、降本和減存，這也是AI中臺(tái)優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的目標(biāo)。我們必須準(zhǔn)確把握信息化和工業(yè)化的概念，“工業(yè)化”的準(zhǔn)確含義是“產(chǎn)業(yè)化”，其并沒(méi)有終點(diǎn)。當(dāng)今工業(yè)化的特點(diǎn)就是：數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。這意味著工業(yè)化內(nèi)涵的革命性變化：人類進(jìn)入信息化的工業(yè)化時(shí)代，必須將信息化與工業(yè)化融合，形成現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。

首先，我們需要知道，AI中臺(tái)要發(fā)揮作用，通常需要先收集生產(chǎn)制造過(guò)程中各種各樣的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整與數(shù)量。企業(yè)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)里存儲(chǔ)了大量數(shù)據(jù)，包括原料、采購(gòu)、生產(chǎn)、渠道和銷售等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，然后處理這些數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)中臺(tái)將數(shù)據(jù)打通。其次，AI中臺(tái)要做的就是對(duì)這些打通的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)與匯總，生成定制化模型，對(duì)工藝、損耗和良品率等進(jìn)行監(jiān)控和診斷，得出生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)相應(yīng)的預(yù)測(cè)。最后，依據(jù)輸出的決策進(jìn)行反饋，在優(yōu)化質(zhì)量、降低成本、增加效能、降低損耗和減少庫(kù)存等方面做出優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的智能化轉(zhuǎn)型。

人工智能不僅可以解決這些問(wèn)題，滿足生產(chǎn)制造的需求，還能夠降低成本，提升效益。首先，要明確優(yōu)化目標(biāo)和優(yōu)化手段，比如目標(biāo)是提升生產(chǎn)效率，還是降低原料消耗，常用的優(yōu)化手段是調(diào)節(jié)控制參數(shù)?？梢哉f(shuō)，工業(yè)AI中臺(tái)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的核心應(yīng)用之一就是調(diào)節(jié)控制參數(shù)，并且反饋到相應(yīng)設(shè)備上，從而實(shí)現(xiàn)既定的優(yōu)化目標(biāo)。人工智能就可以分析聯(lián)網(wǎng)上傳的所有數(shù)據(jù)，優(yōu)化生產(chǎn)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)。目前，人工智能與生產(chǎn)制造的融合場(chǎng)景主要可分為以下幾類：生產(chǎn)優(yōu)化、智能質(zhì)檢、生產(chǎn)設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)以及供應(yīng)鏈管理。將生產(chǎn)制造端的各類數(shù)據(jù)打通，并在工業(yè)AI中臺(tái)上進(jìn)行分析，形成資源最優(yōu)利用的方案組合，提升產(chǎn)品合格率和產(chǎn)品生產(chǎn)效率等。另外，在很多的環(huán)境中，工廠都是希望通過(guò)利用自動(dòng)化的人工智能技術(shù)來(lái)有效地降低生產(chǎn)的成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，從而達(dá)到增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。智能質(zhì)檢是指通過(guò)人工智能定產(chǎn)品質(zhì)量并判斷產(chǎn)品是否合格，能夠有效地為產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)，智能質(zhì)檢不但要對(duì)產(chǎn)品本身的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，還要對(duì)生產(chǎn)制造環(huán)境的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而這一切都要通過(guò)人工智能進(jìn)行。人工智能視覺(jué)系統(tǒng)能夠利用圖像發(fā)現(xiàn)缺陷以及產(chǎn)功能的差，并且系統(tǒng)本身可以根據(jù)大量數(shù)據(jù)持續(xù)學(xué)習(xí)，其性能會(huì)隨著時(shí)間推移而逐步改善。預(yù)測(cè)性維護(hù)是人工智能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)的重要切入點(diǎn)，它可以預(yù)防機(jī)器故障、加強(qiáng)工作場(chǎng)所安全，提升產(chǎn)品質(zhì)量。人工智能可以幫助企業(yè)管理和協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈涉及的各個(gè)流程，并將這些流程與客戶流程和供應(yīng)商流程綜合起來(lái)，根據(jù)各自不同的需求，經(jīng)過(guò)人工智能系統(tǒng)的縝密分析及整合作出最佳的決策。企業(yè)通過(guò)AI中臺(tái)對(duì)供應(yīng)鏈的管理，使得供應(yīng)鏈系統(tǒng)能夠更加智能化響應(yīng)企業(yè)在生產(chǎn)和制造中所受客戶需求變動(dòng)情況，AI中臺(tái)將會(huì)充分利用大量的物流信息，如原始材料的進(jìn)出量、庫(kù)存數(shù)量和零部件的周轉(zhuǎn)速度等，以幫助企業(yè)促進(jìn)供應(yīng)鏈倉(cāng)庫(kù)的自主和優(yōu)化經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商、企業(yè)、客戶間的信息同步。比如，我們建議將低需要的零部件轉(zhuǎn)移到附近或者更遠(yuǎn)的位置，把高需要的零部件擺放到供應(yīng)鏈上，可以較快被客戶獲取的附近地區(qū)域。同時(shí)，在工廠和倉(cāng)庫(kù)內(nèi)運(yùn)輸物品的無(wú)人車(chē)，在AI中臺(tái)的引導(dǎo)下，會(huì)結(jié)合人工智能的視覺(jué)感知能力，實(shí)時(shí)調(diào)整車(chē)輛路線，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的運(yùn)營(yíng)效率。

其主要步驟有三方面。第一步，評(píng)估現(xiàn)在，尋找著手點(diǎn)。第二步，引入人工智能單點(diǎn)式用例。第三步，人工智能模型測(cè)試與拓展。

四、結(jié)束語(yǔ)

時(shí)代在飛速發(fā)展，歷史從未停下腳步，人工智能的浪潮以迅雷不及掩耳之勢(shì)席卷全球工業(yè)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)智能化、便捷化。從宏觀上看，從傳統(tǒng)制造方式到如今的人工智能制造方式，也許將成為一個(gè)具有顛覆性的革命性改變。這是因?yàn)閺膫鹘y(tǒng)的生產(chǎn)制造方式發(fā)展到整個(gè)供應(yīng)鏈，再發(fā)展到售前服務(wù)和售中管理體系，人工智能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)全鏈路的覆蓋和提升。從微觀上看，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，AI中臺(tái)下的智能化生產(chǎn)和制造方式可以更好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)優(yōu)化，減少資源浪費(fèi)并且有助于提高生產(chǎn)效率。從大數(shù)據(jù)的角度看，人工智能已經(jīng)為中國(guó)工業(yè)的發(fā)展前景賦予了重要的功能，AI技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Σ豢尚∮U。波士頓咨詢?cè)谘芯繄?bào)告中表示，AI將會(huì)給中國(guó)工業(yè)的生產(chǎn)效率增長(zhǎng)帶來(lái)15%-25%的提升，額外創(chuàng)造的附加值4萬(wàn)億元到6萬(wàn)億元。人工智能對(duì)工業(yè)的革命性改造將會(huì)是一個(gè)無(wú)法阻擋的大趨勢(shì)，在新技術(shù)層出不窮的當(dāng)代社會(huì)，人工智能的強(qiáng)大動(dòng)力有增無(wú)減。對(duì)阿里巴巴來(lái)說(shuō)，充分運(yùn)用人工智能成為最理所當(dāng)然的選擇，使其從眾多企業(yè)中脫穎而出。隨著全球工業(yè)機(jī)器人或自動(dòng)化領(lǐng)軍企業(yè)逐步將人工智能技術(shù)落地，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域逐步引起人工智能技術(shù)，越來(lái)越多更加智能的機(jī)器、設(shè)備將會(huì)走向市場(chǎng)，全球智能制造的愿景或?qū)⒑芸鞂?shí)現(xiàn)。