制造业中的人工智能解决方案

编者按：

人工智能在制造业的应用早已不仅仅局限于机器人，迈入数字时代，云计算、大数据、AI等新一代信息技术与工业的结合，进一步解放了人类的大脑。

在具有认知能力的机器的辅助下，决策可以更加精准和高效。

导语

人工智能在制造业的应用主要有三个方面：首先是智能装备 ，包括数控机床、自动识别设备、人机交互系统、工业机器人等具体设备；其次是智能工厂 ，包括智能设计、智能生产、智能管理以及集成优化等具体内容；最后是智能服务 ，包括大规模个性化定制、远程运维、预测性维护等具体服务模式。

根据达摩院发布的2021年十大科技趋势，工业智能正从单点智能快速迈向全局智能，智能应用从边缘业务切入企业核心业务，从辅助决策升级到对生产系统的控制，从单一业务方案升级到平台化整体方案。

IDC预测，到2026年将有70%的全球2000强组织使用人工智能为基于风险的运营决策提供指导和见解，目前这一数字还不到5%。

利用人工智能引擎的解决方案可以提供即时价值和合理的投资回报率，那么不同的解决方案有什么特点，企业应该如何看待和实践人工智能驱动的解决方案？

01 定制与标准化

定制和标准化的人工智能驱动的解决方案都能带来很多价值，但它们提供了不同的时间尺度和时间精度。

定制的解决方案

高度定制的解决方案基于复杂学习过程 ，可以利用神经网络 和深度学习 进行图像识别，或者通过监督学习 来建立预测模型。

这些通常是预测性解决方案，用于模拟材料在生产过程中的行为(例如纸带或钢坯的破损预测)。但对解决方案进行微调以提供90%的精度需要相对较长的时间。

即使在高度定制的模型中，也可能很难找到问题的根源。为了解决这些问题，分析师和材料工程师必须使用智能解决方案来显示问题发生的时间、方式和原因。

工程师、开发人员和数据分析人员可以使用几种基于现代技术的数字和硬件工具及解决方案。但是在许多情况下，采用这些工具和解决方案是不够的。生产环境可能大不相同。

这不是简单地捕捉正确的参数和信号来提高输出质量和模型的最终精度的问题，其工作条件也可能有所不同。维护、调整和操作生产设备的不同方法可能会严重影响模型输出的质量。追求更高质量的过程可能曲折而艰难。

当然，投资回报率必须非常引人注目 。经验表明，快速解决方案原型是必不可少的，模型的功能应该3-4周内快速测试。由于学习过程和模型的调整，从开始开发解决方案到部署解决方案(获取准确可靠的输出)之间的交付时间可能要花费数月的时间 。

因此定制化解决方案的理想生产类型是高度资产密集型环境 ，因为在这种环境下，一次中断事故就可能造成数百万美元的损失。

标准化解决方案

标准化解决方案基于图像识别原理 ，有着精细化、高度可扩展的特点，最终输出的精度在很大程度上取决于异常样本的数量 ，因为样本越多，模型越精确。

对于基本的质量控制任务，可能需要4-6个不合格(“NOK”)样本，通过生产线上的摄像头来指导系统运行。从理论上来说，这样的解决方案甚至可以提供99.99%的准确率。然而现实表明，只有在简单的质量检验任务中才能达到这么高的理论值。

尺寸和表面完整性在能否有效利用这种解决方案中起着重要作用。越小越简单，控制输出越有效。

利用人工智能跟踪和分析每个装配步骤(包括周期分析)的解决方案看起来非常具有发展前景。这样的解决方案可以识别生产异常和瓶颈，从而将生产效率提高百分之几十。

它们还可以显著加快发现质量问题的速度，而在某些情况下，可以将发现时间缩短到几分钟。标准化解决方案很容易实现1-2年的投资回报率目标。其时间尺度和时间精度可能只有几天甚至几小时。

02 期望与实践

组织应该对在生产、质量控制和维护中利用人工智能有更现实的期望值，人工智能并不是解决所有问题的灵丹妙药。

但是，人工智能可以提供大量的用例。组织的重点应该放在人工智能驱动的解决方案可以实现的目标上，以及可以在这些解决方案上投入多少精力和费用。

在许多情况下，效益不仅是明显的关键绩效指标(例如生产线可用性或整体设备效率)，而且是提高可持续性和质量、解决生产过程中的问题以及提高客户满意度的目标。

必须避免产生数字孤岛，充分发挥数据的威力，人工智能驱动的模型必须与企业的各系统(例如制造执行系统、企业资源计划和高级分析工具)集成。数据可以在多个领域根据具体情况进行分析，不同的分析解决方案结合起来可以得到意想不到的效果。

结语

虽然目前人工智能的解决方案还不能完全满足制造业的要求，但是作为一项通用性技术，人工智能与制造业融合是大势所趋，未来的制造业转型升级也将会运用到包括云计算、大数据、物联网、人工智能等在内的多种技术。

据达摩院2021十大科技趋势，预计在未来3年时间里，工业特别是汽车、消费电子、品牌服饰、钢铁、水泥、化工等具备良好信息化基础的制造业，全局智能化应用将大规模涌现。

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制造业信息化的主要内容

信息化的目的是要使企业充分开发和有效利用信息资源，把握机会，做出正确决策，增进企业运行效率，最终提高企业的竞争力水平。企业信息化的目的决定了企业信息化是为管理服务的，所以，企业信息化决不仅仅是一个技术问题，而是与企业的发展规划、业务流程、组织结构、管理制度等密不可分的。

1．生产过程控制的信息化。生产过程控制的信息化是控制技术自动化的发展和升华，是制造类型企业特别是批量生产流水线作业方式信息化的关键环节。其主要内容就是综合利用自动控制技术、模拟仿真技术、微电子技术、计算机及网络技术实现对生产全过程的监测和控制，提高产品质量和生产（操作）效率。生产过程控制信息化的重点是产品开发设计、生产工艺流程、车间现场管理、质量检验等各设计、生产环节。例如：应用计算机辅助设计（CAD）技术、计算机辅助制造（CAM）、复杂工程结构设计（CAE）、辅助工艺设计（CAPP）、集散型控制系统（DCS）、计算机集成制造系统（CIMS）以及计算机集成生产系统（CIPS）等。

2．企业管理的信息化。企业管理的信息化是企业信息化建设中比重最大、难度最大、应用最为广泛的一个领域，涉及到企业管理的各项业务及各个层面。企业管理的信息化建设就是在规范管理基础工作、优化业务流程的基础上，通过信息集成应用系统来有效地采集、加工、组织、整合信息资源，提高管理效率，实时动态地提供管理信息和决策信息。例如：事务处理系统（TPS）、管理信息系统（MIS）、决策支持系统(DSS)、智能决策支持系统(IDSS)、企业资源计划（ERP）、产品数据管理（PDM）、电子商务（EC）、安全防范系统（PPS）以及企业网站等。这是一项"牵牛鼻子工程"，往往可以达到"牵一发动全身"的效果。无论什么类型的企业都必须根据自身的实际，选择适当的开发对象，花大气力、扎扎实实地把这项工作做好。

除此之外，在业务管理活动中还产生大量的非结构化数据如各种文档、邮件、报表、网页、音像、视频、扫描图像以及演示幻灯片等。因此，办公自动化（OA）和文档管理也是企业管理信息化建设中的一项重要内容。

网络架构

3．企业供应链管理的信息化。在现代市场经济的条件下，制造企业的生产和管理活动发生了前伸和后延。企业从原材料、零部件的采购、运输、储存、加工制造、销售直到最终送到和服务于客户，形成了一条由上游的供应商、中间的生产者和第三方服务商、下游的销售客户组成的链式结构，这就是供应链。制造企业的生产活动、管理流程受到这条供应链的制约和影响。因此，企业供应链管理的信息化是制造企业非常重要的一个组成部分。其重点是利用企业局域网络、Internet互联网、数据库、电子商务等技术资源通过对供应商、第三方服务商及客户的信息化管理与协调，将企业内部管理和外部的供应、销售、服务整合在一起，提高制造企业的市场应变能力。

4．企业信息化组织建设及硬件配套。企业信息化建设最明显的特征是具有实践性和可操作性，因此必须务实，做好组织到位与措施落实这两件大事。概括起来讲就是要抓好三个要素一个配套：即设计思路、开发工具、人员组织落实以及硬件设施配套。

5. 企业的成长路径会随着组织规模不断扩大、业务模式不断转变、市场环境不断变化，导致对信息管理的要求从局部向整体、从总部向基层、从简单向复合进行演变，企业信息化从初始建设到不断优化、升级、扩展和升迁来完成整个信息化建设工作，体现了企业信息管理由窄到宽、由浅至深、由简变繁的特性需求变化。ERP 软件系统对推动企业管理变革、提高绩效管理、增强企业核心竞争力等方面发挥越来越重要的作用。

企业信息化组织建设说到底是靠人去完成的，选择什么样的人员，这类人员应该具备哪些知识和素质对企业信息化建设是至关重要的。同时，采取怎样的组织形式和机构也直接影响到的企业信息化建设实施的质量和进度。实践证明高效精干的组织机构和复合型IT人才是企业信息化建设的根本保证。从这个角度讲企业信息化建设的一个重要任务就是要建立一支专业化复合型的人才队伍。

企业信息化组织建设要重视硬件设施的配套。其中最关键的是必须建立一个合理的计算机网络拓扑结构，主要包括：互联接入和企业局域网两大部分。要从通畅接入、防毒防攻击、可管可控、系统安全等方面来有效地配备网络结构和购置硬设备，同时建立、健全相应的网络管理制度，这些都是企业信息化建设的重要基础和支撑。

根据建设企业的发展要求和信息技术的特点，建设企业信息化内容应为：

1．建立适应信息技术要求的企业生产经营活动模式包括企业的业务流程和管理流程，完善企业组织结构、管理制度等。

2．以管理模式为依据，建立起企业的总体数据库。该总体数据库分为两个基本部分，一个基本部分是用来描述企业日常生产经营活动和管理活动中的实际数据及其关系；另一个基本部分则是用来描述企业高层决策者的决策信息。

3．根据不同类型企业情况，建立起相关的各种自动化及管理系统，如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助生产（CAM）、管理信息系统（MIS）、这些各种各样的信息技术及管理系统构成企业信息技术的核心内容，实现企业生产经营活动及管理活动中各项信息的收集、存储、加工、传输、分析和利用，为企业高层提供决策依据。

4．建立Intranet，提供企业内部信息查询的通用平台，并利用这一网络结构，将企业的各个自动化与管理系统及数据库以网络的方式进行重新整合，从而达到企业内部信息的最佳配置。

5．联通Internet.企业可以通过Internet获取大量与企业生产经营活动有关的信息，充实自已的信息资源，同时，还可以向外部发布企业生产经营等公开的信息。

6．企业信息化实施条件

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