AI一出現(xiàn)即被作為先進(jìn)科技的代表受到各界關(guān)注，工業(yè)界也認(rèn)同AI作為未來(lái)技術(shù)發(fā)展的方向。然而AI如何落地工業(yè)?能不能為工業(yè)企業(yè)帶來(lái)實(shí)際的價(jià)值?AI與工業(yè)的融合會(huì)遇到怎樣的挑戰(zhàn)?這些都是當(dāng)下需要思考的問(wèn)題。
工業(yè)AI與數(shù)字化并行
工業(yè)AI與通用AI本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別，其實(shí)就是設(shè)備的通訊，采集和計(jì)算能力達(dá)到一定的要求后，通過(guò)軟件對(duì)這些能力進(jìn)行整合后加以分析，對(duì)工業(yè)中出現(xiàn)的具體問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)解決。
工業(yè)AI的落地與目前各企業(yè)推行的工業(yè)數(shù)字化并沒(méi)有太多沖突，很多企業(yè)直接將AI當(dāng)作數(shù)字化進(jìn)程的一部分。筆者在近期與業(yè)內(nèi)人士溝通中也發(fā)現(xiàn)，在探討數(shù)據(jù)采集時(shí)就會(huì)聊到算法與分析，然后就直接下結(jié)論說(shuō)產(chǎn)品用到了人工智能。目前，業(yè)內(nèi)也沒(méi)有明確規(guī)定，要求算法或數(shù)據(jù)量達(dá)到怎樣的復(fù)雜程度才能算做是人工智能。專(zhuān)注于數(shù)值計(jì)算和系統(tǒng)工程建模的Mathworks給人工智能算法做了一個(gè)比較清晰的分類(lèi)，分為深度學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)三個(gè)類(lèi)型，工業(yè)應(yīng)用屬于增強(qiáng)型學(xué)習(xí)，也就是已知特定目標(biāo)，依靠算法進(jìn)行自我優(yōu)化，通過(guò)訓(xùn)練不斷接近既定目標(biāo)，其它的判斷能力完全忽略。后面提到的能效管理和預(yù)測(cè)性維護(hù)基本都屬于此類(lèi)算法，工業(yè)圖像AI前景依舊模糊。
AI運(yùn)作機(jī)理 來(lái)源：Mathworks
能效管理、生產(chǎn)改善、預(yù)測(cè)性維護(hù)、視覺(jué)識(shí)別是目前工業(yè)AI落地的主要應(yīng)用場(chǎng)景，這幾個(gè)應(yīng)用無(wú)疑都是算法和數(shù)據(jù)的密集區(qū)，表現(xiàn)形式大多以平臺(tái)為主，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的中大型企業(yè)在近兩年無(wú)一例外地在軟件，云，通訊技術(shù)三大方面進(jìn)行了大量投資，施耐德電氣的AVEVA，EcoStruxure? Energy Machine advisor，西門(mén)子的Mindsphere， ABB Ability? EDCS，PTC的ThingWorx等，全都繞不過(guò)這幾大應(yīng)用，目的都是在實(shí)現(xiàn)設(shè)備全面互聯(lián)后謀求降本增效的新方法，盡量剔除生產(chǎn)中的不確定因素，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可靠和可控。
來(lái)源：施耐德電氣
A 類(lèi)應(yīng)用：能效管理與生產(chǎn)改善
從過(guò)去的算法到現(xiàn)在的AI，工業(yè)設(shè)備的核心模塊并沒(méi)有太多改變，通訊或者網(wǎng)聯(lián)能力是提升最多的部分，但算力目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠拿來(lái)“挖礦”，所以大量的數(shù)據(jù)和AI算法都被植入到云和邊緣服務(wù)器之中。 這也成為了工業(yè)云和邊緣服務(wù)器市場(chǎng)火爆的原因。
能效管理是工業(yè)AI應(yīng)用中的上品，多以云平臺(tái)的形式出現(xiàn)，通過(guò)上傳采集到的能耗數(shù)據(jù)，加以比對(duì)分析，然后結(jié)合生產(chǎn)狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)用電負(fù)荷，降低無(wú)謂的能源消耗，幫助工廠節(jié)約資金，此類(lèi)應(yīng)用可謂目前整個(gè)工業(yè)AI應(yīng)用的黃金地帶，未來(lái)會(huì)有相當(dāng)多的視覺(jué)和傳感產(chǎn)品向這個(gè)領(lǐng)域集成，輔助AI進(jìn)行決策。對(duì)于用戶(hù)而言，能效優(yōu)化好處顯而易見(jiàn)。
具體理由如下：
1.此類(lèi)應(yīng)用多以軟件升級(jí)為主，即便添加邊緣服務(wù)器或采集設(shè)備，升級(jí)改造也要相對(duì)容易。
2.投資回報(bào)率很高，以浩亭的“小盒子”數(shù)據(jù)采集設(shè)備MICA為例，很少的投入每個(gè)月就能換來(lái)10%的能耗節(jié)約，真金白銀看得見(jiàn)。
浩亭MICA 來(lái)源：浩亭
3.多以捆綁式服務(wù)推進(jìn)市場(chǎng)，大廠的電氣類(lèi)產(chǎn)品基本上都附帶了此類(lèi)服務(wù)，如ABB，施耐德電氣的產(chǎn)品完成度都非常高，開(kāi)關(guān)柜設(shè)備一般都捆綁能效管理服務(wù)，不僅提升產(chǎn)品的附加值，也能快速鋪貨。
當(dāng)然也正是因?yàn)榇髲S布局，小廠在此類(lèi)應(yīng)用中會(huì)更弱勢(shì)，雖然技術(shù)可能差別并不大，但會(huì)因?yàn)椴杉?jié)點(diǎn)少，讓AI在某些情況下看起來(lái)不那么智能，盡管大廠也在推行開(kāi)放架構(gòu)，但實(shí)際應(yīng)用中還會(huì)遇到一些限制，單體產(chǎn)品性?xún)r(jià)比可以很高，但放到大系統(tǒng)里設(shè)備沒(méi)有協(xié)同優(yōu)勢(shì)，這是很多技術(shù)型企業(yè)沒(méi)能在IIOT領(lǐng)域爆發(fā)的原因，市場(chǎng)沒(méi)做進(jìn)去，產(chǎn)品一迭代甚至還會(huì)落后。
除了直接的配電管理，還有一些泛能效管理類(lèi)應(yīng)用，如Festo和安沃馳的氣缸閥數(shù)字化解決方案，通過(guò)智能分析來(lái)控制氣門(mén)的開(kāi)合，來(lái)改善氣缸的能效等。
Festo氣缸閥島 來(lái)源：費(fèi)斯托
生產(chǎn)改善和能效管理在這方面特點(diǎn)很類(lèi)似，全天候數(shù)據(jù)收集，經(jīng)過(guò)分析比對(duì)，然后采取不同的策略持續(xù)對(duì)生產(chǎn)效率進(jìn)行改善，鑒于OEE(機(jī)器和人員綜合利用率)并不完全是機(jī)器行為，所以人工干預(yù)會(huì)稍大，此類(lèi)應(yīng)用需要廠商對(duì)目標(biāo)行業(yè)的生產(chǎn)情況有深刻的理解，定制化需求也更強(qiáng)，所以AI的算法會(huì)分很多小品種，通用性會(huì)比能效管理稍弱一些，如羅克韋爾自動(dòng)化的工業(yè)瘦客戶(hù)端管理平臺(tái)Thin manager?，和施耐德電氣的Transware?透明工廠套件都屬于此類(lèi)。
羅克韋爾自動(dòng)化thin manager 來(lái)源：羅克韋爾自動(dòng)化
B類(lèi)應(yīng)用 預(yù)測(cè)性維護(hù)
預(yù)測(cè)性維護(hù)很早就被提出，但在工業(yè)領(lǐng)域中一直不溫不火。相比能效管理帶來(lái)的實(shí)際收益，同樣是以算法為核心的預(yù)測(cè)性維護(hù)的好處目前依舊很難評(píng)估，這也導(dǎo)致這個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)展稍慢一些。預(yù)測(cè)性維護(hù)必然會(huì)導(dǎo)致一定的投入，但這種投入的說(shuō)服力沒(méi)有能效管理那么強(qiáng)。
這里的主要問(wèn)題在于，AI算法必須要比定期維護(hù)更加優(yōu)秀，必須證明對(duì)算法的投入要比定期維護(hù)更節(jié)約，但是如果部件就是按照定期維護(hù)時(shí)間進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)，或者部件更換成本不是很敏感時(shí)，預(yù)測(cè)性維護(hù)的價(jià)值就會(huì)打折，而且和生產(chǎn)改進(jìn)一樣，方案公司必須對(duì)目標(biāo)行業(yè)有足夠的把握，否則在一些比較關(guān)鍵的工程中預(yù)測(cè)性維護(hù)看起來(lái)會(huì)相當(dāng)冒險(xiǎn)。
目前此類(lèi)應(yīng)用實(shí)踐比較成功的都是面向價(jià)格昂貴的大型設(shè)備，這些龐然大物始終處在昂貴的更換費(fèi)用和人命關(guān)天的作業(yè)環(huán)境之中，實(shí)時(shí)了解它們的運(yùn)行狀況和在最佳時(shí)機(jī)更換維護(hù)確實(shí)非常符合這些行業(yè)的需要。
來(lái)源：Mathworks
頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)專(zhuān)用車(chē)輛的能源存儲(chǔ)設(shè)備，高速鐵路列車(chē)的齒輪箱，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軸承，這些昂貴且不容易更換的的設(shè)備才是預(yù)測(cè)性維護(hù)的真正發(fā)力市場(chǎng)。
這里要說(shuō)明的是，預(yù)測(cè)性維護(hù)的提出很大程度上是針對(duì)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)，發(fā)那科和思科合作開(kāi)發(fā)的ZDT零宕機(jī)系統(tǒng)，安川電機(jī)的AI子公司AI Cube Inc開(kāi)發(fā)的面向制造現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)測(cè)維護(hù)方案等都曾紅極一時(shí)，但隨著工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器人部件成本的大幅下降，工業(yè)機(jī)器人預(yù)測(cè)性維護(hù)的呼聲變得很弱，國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠商由于與四大家族機(jī)器人在應(yīng)用領(lǐng)域方面存在明顯差異，所以預(yù)測(cè)性維護(hù)基本也都不去考慮。
C類(lèi)市場(chǎng) 工業(yè)視覺(jué)與圖像識(shí)別
通用AI在視覺(jué)領(lǐng)域與安防領(lǐng)域的確獲得較快發(fā)展。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：2018年視覺(jué)占到了整個(gè)AI應(yīng)用的22%，但工業(yè)應(yīng)用占比非常少。之所以將視覺(jué)應(yīng)用排到最后，也是因?yàn)楣I(yè)讀碼和追溯目前技術(shù)已經(jīng)很完善，AI不會(huì)有太大市場(chǎng)，但在缺陷檢測(cè)，形貌測(cè)量，電力危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)等場(chǎng)合還是會(huì)用到AI，這些領(lǐng)域的光學(xué)技術(shù)一般會(huì)涉及到結(jié)構(gòu)光，激光，3D及紅外熱成像，但目前市場(chǎng)仍處在很初級(jí)的起步階段。就目前工業(yè)視覺(jué)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，大家感興趣的似乎是升級(jí)圖像傳感器，對(duì)AI并不感冒。一個(gè)比較好的現(xiàn)象是機(jī)器視覺(jué)廠商開(kāi)始試圖將FPGA或ASIC芯片嵌入到視覺(jué)系統(tǒng)中，進(jìn)一步提升圖像數(shù)據(jù)的搬運(yùn)能力，這雖然是一個(gè)好現(xiàn)象，但成本敏感的工業(yè)視覺(jué)市場(chǎng)能否大規(guī)模落地還有待觀察。
歐姆龍的圖像對(duì)位技術(shù) 來(lái)源：歐姆龍
目前工業(yè)視覺(jué)中能歸類(lèi)到AI的基本上都是抓取類(lèi)應(yīng)用，如歐姆龍的Adept 機(jī)器人抓取方案用到的對(duì)位技術(shù)，圖像識(shí)別算法在方案中所占權(quán)重很大，歐姆龍的優(yōu)勢(shì)也在于產(chǎn)品足夠的全面，這樣整體方案就能做到更好的優(yōu)化，從收購(gòu)邁斯肯也能看出歐姆龍有意強(qiáng)化這方面的優(yōu)勢(shì)，所以接下來(lái)工業(yè)界的并購(gòu)會(huì)更頻繁的發(fā)生。
其他視覺(jué)方案，包括傳感融合式的視覺(jué)應(yīng)用，如ISRA的激光與相機(jī)結(jié)合的抓取方案，當(dāng)然其核心也是算法，最大優(yōu)勢(shì)在于不依靠云或邊緣服務(wù)器，ATOS等三位掃描其實(shí)也是類(lèi)似的應(yīng)用，由于都是服務(wù)于特定的工作場(chǎng)景，所以目前只能作為AI落地的潛力股。
還有一類(lèi)應(yīng)用是視覺(jué)輔助設(shè)備，例如研華最近推出的SKY-642 GPU服務(wù)器，用到了英偉達(dá)的GPU，但這種產(chǎn)品不會(huì)限定于工業(yè)，通用行業(yè)也一樣可以使用，所以也不能為專(zhuān)門(mén)的工業(yè)應(yīng)用作參考。
節(jié)點(diǎn)為王 數(shù)據(jù)共享
工業(yè)AI時(shí)代，企業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的能力會(huì)進(jìn)一步放大，企業(yè)之間差距會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)量的多寡進(jìn)一步拉大，誰(shuí)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)多，誰(shuí)的優(yōu)勢(shì)自然很大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅帶動(dòng)了產(chǎn)品的迭代，甚至?xí)绊懏a(chǎn)品的銷(xiāo)售。在最近舉辦的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家計(jì)劃論壇上，西門(mén)子特別強(qiáng)調(diào)了自己在全球的安裝節(jié)點(diǎn)達(dá)到了1800萬(wàn)，這樣的數(shù)字意味深長(zhǎng)。類(lèi)似手機(jī)終端的節(jié)點(diǎn)爭(zhēng)奪戰(zhàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代可能會(huì)上演，AI好不好用直接對(duì)應(yīng)采集節(jié)點(diǎn)夠不夠多。工業(yè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的爭(zhēng)奪遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到手機(jī)那樣慘烈的程度，所以相對(duì)消費(fèi)產(chǎn)業(yè)目前還是一片藍(lán)海。
西門(mén)子Mindsphere 來(lái)源：西門(mén)子
此外，今年的達(dá)沃斯論壇上提出了另外一種呼聲，就是倡導(dǎo)工業(yè)數(shù)據(jù)共享，讓工業(yè)AI加速落地，目前看來(lái)這樣的想法還不太現(xiàn)實(shí)，但如果有比較好的分配方案，也許這種具有想象力的共享合作會(huì)成為再次推動(dòng)產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的契機(jī)。
最后補(bǔ)充一點(diǎn)，本文沒(méi)說(shuō)到仿真和數(shù)字化雙胞胎是因?yàn)榉抡婕夹g(shù)的好壞完全取決于廠商與上游企業(yè)的關(guān)系，上游給到的數(shù)據(jù)越多越詳細(xì)，仿真工具也就自然越強(qiáng)大，因此又會(huì)變回特定場(chǎng)景應(yīng)用，這樣仿真就只能作為訓(xùn)練工具，再加上成本等因素，那么AI在這里的應(yīng)用需求也會(huì)變得較弱。
