文：柴天佑/中國工程院院士
國家自然科學(xué)基金委員會信息科學(xué)部主任
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)品的自動化。但是，在有些情況下產(chǎn)品無法實(shí)現(xiàn)自動化，比如個性化定制。
個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。
這正是自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀。自動化系統(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。
實(shí)現(xiàn)智造的三大挑戰(zhàn)
要想實(shí)現(xiàn)個性定制的高效化、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)、效率將會發(fā)生根本性的改變。
第一個挑戰(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)信息和動態(tài)感知三個難題。
第二個挑戰(zhàn)，在制造中人工智能要想比人出色，就要對產(chǎn)品質(zhì)量，對于能耗、物耗包括運(yùn)行狀態(tài)有預(yù)測和追溯。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作導(dǎo)致的。
“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景下比人做得好，就如今天的自動駕駛、機(jī)器人下棋可以做得很好，但它做不到兩者兼?zhèn)洹５谌稳斯ぶ悄芾顺钡牡鹪从诖髷?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)。
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)人工智能在國際上開始被提出，包括美國提出的工業(yè)人工智能、德國提出的“與經(jīng)濟(jì)結(jié)合推動智能”。在我國，中國工程院編制的關(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)自動協(xié)同控制裝備的控制系統(tǒng)。
