工業(yè)制造分兩類：離散制造和流程制造。這兩類制造在生產(chǎn)線上基本上看不出差別，其實(shí)底層的工業(yè)裝備、控制系統(tǒng)不同。一般而言，控制系統(tǒng)保證了產(chǎn)品的自動(dòng)化。但是，在有些情況下產(chǎn)品無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，比如個(gè)性化定制。

個(gè)性化定制要求底層的工業(yè)裝備能夠加工不同的產(chǎn)品。這要求裝備一定是智能化的，且控制系統(tǒng)要變成智能系統(tǒng)，以感知不同裝備、工藝。但是，當(dāng)前的生產(chǎn)線無法解決個(gè)性化定制的高效化——這也是工業(yè)4.0提出的重要目標(biāo)之一。

工業(yè)制造仍依賴知識(shí)工作者

現(xiàn)在的工業(yè)流程，就是把參數(shù)確定好，把生產(chǎn)線變成 “黑燈工廠”。但如果原料或產(chǎn)品品種發(fā)生改變，工藝就要重做。這需要決策部門進(jìn)行指標(biāo)的調(diào)整，再由工程師將其設(shè)定在控制系統(tǒng)之中。

這正是自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀。自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其實(shí)就是人與信息物理系統(tǒng)融合的系統(tǒng)，也就是人參與的信息物理系統(tǒng)——信息系統(tǒng)得到的信息跟人的感知、認(rèn)知得到的信息綜合用以進(jìn)行分析和決策。

而這樣的系統(tǒng)存在制約。因?yàn)槿穗y以感知?jiǎng)討B(tài)變化的運(yùn)行工況，也難以及時(shí)處理異構(gòu)信息。另外，人的決策是有主觀性的，不同人的決策是不一樣的，這就不能夠保證整個(gè)生產(chǎn)線是高效、全優(yōu)的。

實(shí)現(xiàn)智造的三大挑戰(zhàn)

要想實(shí)現(xiàn)個(gè)性定制的高效化、流程工業(yè)的全局優(yōu)化，就要把現(xiàn)在的人和控制系統(tǒng)、裝備變成自主系統(tǒng)，把系統(tǒng)管理系統(tǒng)變成人機(jī)合作的決策系統(tǒng)。這和原來的系統(tǒng)區(qū)別在于，它具有了感知、認(rèn)知、決策功能，且其最終的目標(biāo)是高效化和最優(yōu)化的方向，如此企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、效率將會(huì)發(fā)生根本性的改變。

第一個(gè)挑戰(zhàn)是，人工智能的典型代表是基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)，但是深度學(xué)習(xí)直到現(xiàn)在并沒有完全應(yīng)用于制造流程。要實(shí)現(xiàn)智能制造必須要解決多尺度、多遠(yuǎn)信息和動(dòng)態(tài)感知三個(gè)難題。

第二個(gè)挑戰(zhàn)，在制造中人工智能要想比人出色，就要對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于能耗、物耗包括運(yùn)行狀態(tài)有預(yù)測(cè)和追溯。所謂追溯就是出現(xiàn)問題以后，能夠感知到底是由哪道工序或動(dòng)作導(dǎo)致的。

第三個(gè)挑戰(zhàn)是把決策和控制進(jìn)行集成優(yōu)化。

“小數(shù)據(jù)大任務(wù)”

今天的人工智能分兩種：強(qiáng)人工智能和弱人工智能。強(qiáng)人工智能指和人相比具有全面的智能，但相當(dāng)一部分科學(xué)家認(rèn)為這無法實(shí)現(xiàn)；弱人工智能是在特定場(chǎng)景下比人做得好，就如今天的自動(dòng)駕駛、機(jī)器人下棋可以做得很好，但它做不到兩者兼?zhèn)?。第三次人工智能浪潮的迭起源于大?shù)據(jù)、強(qiáng)大的計(jì)算和深度學(xué)習(xí)算法。我認(rèn)為未來人工智能必須走向智能系統(tǒng)。

AlphaGo為什么不能在工業(yè)中應(yīng)用？原因在于它是在一個(gè)完全確定的規(guī)則中，而工業(yè)過程的決策是在開放環(huán)境下，規(guī)則不確定，工業(yè)過程難以建立決策可試錯(cuò)的模型。可以說，目前的人工智能技術(shù)、博弈技術(shù)，屬于“大數(shù)據(jù)小任務(wù)”，而工業(yè)將來遇到的問題決策是“小數(shù)據(jù)大任務(wù)”——工業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)而言都是小數(shù)據(jù)。

什么是“工業(yè)人工智能”？

為什么要發(fā)展工業(yè)人工智能？

工業(yè)人工智能在國(guó)際上開始被提出，包括美國(guó)提出的工業(yè)人工智能、德國(guó)提出的“與經(jīng)濟(jì)結(jié)合推動(dòng)智能”。在我國(guó)，中國(guó)工程院編制的關(guān)于新一代人工智能的發(fā)展規(guī)劃，也提及要研究如何用人工智能解決智能制造的問題?？偨Y(jié)來說，工業(yè)人工智能目前在制造流程中主要完成三項(xiàng)工作：運(yùn)行工況多元信息的感知和認(rèn)知，工作經(jīng)營(yíng)層、生產(chǎn)層、運(yùn)行層的協(xié)同決策，以企業(yè)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化為目標(biāo)自動(dòng)協(xié)同控制裝備的控制系統(tǒng)。

這里有幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)要解決：第一是關(guān)鍵技術(shù)復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行工況多尺度、多元信息的智能感知和識(shí)別技術(shù)，第二是復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下基于5G多元信息的快速可靠的傳輸技術(shù)，第三是系統(tǒng)辨識(shí)與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的智能建模、動(dòng)態(tài)仿真和可視化的技術(shù)；第四是關(guān)鍵工藝參數(shù)和生產(chǎn)指標(biāo)的預(yù)測(cè)和追溯技術(shù)；第五是人機(jī)合作的智能優(yōu)化決策技術(shù)，特別是結(jié)果端、邊、云協(xié)同實(shí)現(xiàn)智能算法的技術(shù)。只有攻克了這些技術(shù)，才有可能使工業(yè)發(fā)生革命性的改變。