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李伯虎院士:云制造系统3.0, 一种“智能+ ”时代的智能工业互联网

发布时间:2019-12-20 浏览量:238 作者:大咖薇聊 来源:

近几年来,人工智能技术已在消费互联网、金融和安防等领域的商业化应用中大放异彩,当新兴的人工智能技术与传统制造业珠联璧合时,会释放出怎样的创造潜力?工业人工智能和我们相距遥远,还是息息相关?

大咖薇聊对话李伯虎院士,

一起探讨在新一代智能技术引领下,

工业互联网将如何发展?

 

李伯虎,中国工程院院士,

北京航空航天大学自动化学院教授、博士生导师

 

以下内容经由李伯虎院士亲自审阅修改

(全文约6290字,预计阅读时间12分钟)

Q1:  “智能+ ”时代,工业互联网的发展趋势是怎样的?

习近平总书记在今年19次院士大会上说到:世界正在进入以信息产业为主导的经济发展时期,我们要把握数字化、网络化、智能化融合发展的契机,以信息化、智能化为杠杆,培育新动能。

2017年7月我国颁布的“中国新一代人工智能发展规划”中提出:当前,人工智能技术在新信息环境、新技术及新智能算法与模型发展的推动下,正进入新一代人工智能发展的新阶段。同时,新一代人工智能相关学科发展、理论建模、技术创新、软硬件升级等整体推进,正在引发链式突破,推动经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升。

因此我们团队将其解读为“智能+”时代正在到来,其主要表现是在新一代人工智能技术引领下,飞速发展的新互联网技术(如物联网、车联网、移动互联网、卫星网、天地一体化网、软件定义的互联网等)、新信息通信技术(如云计算、大数据、5G、高性能计算、建模/仿真、数字孪生、区块链、量子计算等技术)、新人工智能技术(数据驱动下深度强化学习智能、基于网络的群体智能、人机和脑机交互的技术导向混合智能、跨媒体推理智能、自主智能无人系统等技术)、新能源技术(如太阳能、风能、生物能、氢能、地热能、海洋能、化工能、核能等技术)、新材料技术(如金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、先进复合材料等技术)、新生物技术(如新型生物医药、绿色生物制造技术、先进生物医用材料、前沿共性生物技术、生物资源利用、生物安全保障、生命科学仪器设备、合成生物技术、生物大数据、再生医学、3D生物打印等)与人类社会“国民经济、国计民生和国家安全”等各领域专业技术的深度融合,正引发社会各领域新模式、新手段和新业态的重大变革,构成一种“万物互联、智能引领、数据驱动、共享服务、跨界融合、万众创新”的新业态。

制造业是国民经济的主体,是立国之本,兴国之器,强国之基。它同样面临全球新技术革命和产业变革的挑战。由此,我们认为,在制造领域,一种新型的工业互联网——“智能工业互联网”应运而生。它基于泛在新互联网,在新一代人工智能技术引领下,借助新一代智能科学技术、新制造科学技术、新信息通信科学技术、及新制造应用领域专业技术等4类新技术深度融合,将制造全系统及其全生命周期活动中的人、产品、资源、数据、智能认知/分析/决策/执行系统等智能地连接在一起,构成一个人、信息(赛博)空间与物理空间集成、融合的智能互联制造系统,促进制造全生命周期活动中制造模式、手段、业态的创新,从而大大提高制造的创新实践能力和服务能力,进而实现制造业的再革命。

大力发展智能工业互联网,对我国制造业主动适应全球新一轮科技革命与产业变革,实现中国制造业提质增效升级具有重要意义。

Q2:能不能给我们介绍一下云制造系统?它跟我们的传统制造,我们平时说的工业互联网有什么区别?

综观国内外制造领域有关技术与应用的现状与发展,我们团队于2009年提出云制造理念,并在国家863计划的大力支持下开始了云制造系统1.0与云制造系统2.0的关键技术研究与应用实践。随着时代新需求和有关技术的发展,云制造的模式、手段、业态持续发展。2017年,我们又提出并开始了“云制造系统3.0”的研究与实践。

宏观地讲,云制造系统3.0就是智能+时代的一种智能工业互联网。

它的技术手段是基于泛在新互联网,在新一代智能科学技术引领下,借助新一代智能科学技术、新制造科学技术、新信息通信科学技术、及新制造应用领域专业技术等4类新技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术为新工具,构成以用户为中心的统一经营的智能制造资源、产品与能力的服务云(网),使用户通过智能终端及智能制造服务平台便能随时随地按需获取智能制造资源、产品与能力服务,进而优质、高效完成制造全生命周期的各类活动。

它的模式是一种用户为中心,人机物融合,互联、服务、个性、柔性的智能制造模式。

它的业态是万物互联、智能引领、数据驱动、共享服务、跨界融合、万众创新。

它的技术特征是具有 “数字化、物联化、虚拟化、服务化、协同化、定制化、柔性化、智能化”等特征,综合体现为系统 “自主智能化”的特征,即能对制造系统全生命周期里面的人、机、物、环境、信息进行自主智能地感知、互联、协同、学习、分析、认知、决策、控制与执行。

它的实施内容是利用上述的理念和技术对制造协同和制造全生命周期活动中的人、技术、装备、管理、数据、材料、资金(六要素) 及人流、技术流、管理流、数据流、物流、资金流(六流)的集成与优化。

它的目标是实现高效、优质、节省、绿色、柔性地制造产品和服务用户,提高企业(或集团)的市场竞争能力。

智能引领的含义是新一代智能科学技术是云制造系统的全系统、全生命周期活动的最重要、颠覆性的技术。但是,同时还必须借助新一代智能科学技术、新制造科学技术、新信息通信科学技术、及新制造应用领域专业技术等4类技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术为新手段,而不是光靠新智能科学技术。

它的体系架构可分这么几层:底层是新智能资源、能力、产品层;上一层是新感知、介入、通讯层、再上层是新边缘处理平台层,再上层是新云端服务平台层,再上一层是新应用层,顶层就是新人、组织,每一层都有新标准和安全管理。由此可见,云制造系统3.0是在新一代人工智能技术引领下的人、信息空间和物理空间融合的一个新的智能互联系统服务的智能的工业互联网,或者叫新智能制造系统。这样一个体系架构可以用到产品、设备、工厂、区域、行业、跨行业等纵向范围,也可以用到横向范围,即制造全生命周期活动,以及端对端间的连接场合。其中,各层的“新”具有智能引领的含义。

它的技术体系是在新一代人工智能技术引领下的六维的技术体系群,首先从技术总体架构来说,包括在新一代人工智能技术引领下的新的系统总体技术、智能产品专业技术、智能感知技术、边缘处理平台技术、云端技术、智能产品设计技术、智能生产/装备技术、智能经营管理技术、智能仿真与试验技术及智能售前售后服务等。第二是在新一代人工智能技术引领下的工业软件子体系,包括系统软件、平台软件、应用软件体系。第三,在新一代人工智能技术引领下的安全技术子体系,包括物理的安全防护、技术安全防护、管理安全防护及商业安全防护等技术体系。第四,在新一代人工智能技术引领下的标准技术体系中有技术共性、总体标准、平台标准和应用标准。第五,在新一代人工智能技术引领下的评估技术子体系包括水平与能力评估及效能与效益评估等。第六,在新一代人工智能技术引领下的支撑技术子体系,包括新制造技术,新信息通信技术,新智能科学技术及新制造应用领域专业技术等。

上述可见,云制造系统3.0与传统制造系统及平时说的工业互联网在技术手段、模式、业态、特点、实施内容、体系架构、技术体系等方面,特别是在新智能技术引领方面,都有较大的不同和拓展。

Q3:当前大环境下,我国制造业面临着什么样的挑战?您刚才提到的云制造系统3.0,能够提供面对这些挑战的一些对策吗?

在党和国家的正确领导下,经过全国人民持续的努力奋斗,目前,我国已成为制造业的大国,但是还不是强国。面对全球新一轮的科技革命与产业变革,我国制造业面临的主要挑战是要实现5个转型升级——


      在我国制造强国的发展规划中提出用三个十年、分“三步走”的制造强国战略,并提出第一个十年的发展战略路线是“坚持走中国特色新型工业化道路,以创新发展为主题,以促进制造业提高质量增加效益为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向”。为了实现中国制造由大变强,在规划中还进一步提出了五大方针九项任务十个重点发展领域五项重大工程“云制造系统3.0”正是贯彻我国制造业发展战略的一种具有中国特色的智能制造系统的新模式、新手段与新业态

 

我们的实践表明,云制造系统3.0的实施将积极推进传统制造业向数字化、网络化、云化、智能化的转型升级,同时还能促进形成一种面向智能制造系统实施的新兴战略产业。

Q4:能不能给我们举例一些“云制造系统3.0”实际应用的基本案例或者范式?

  云制造系统3.0的应用模式是一种用户为中心,人机物互联、协同、服务、个性、柔性、社会化的智能制造模式。

  航天科工集团的航天云网公司开发了云制造系统3.0的雏型——航天云网2.0系统。该系统融合了部分的新一代人工智能技术与部分的新制造科学技术、新信息通信科学技术及新制造应用领域专业技术,攻克了基于固定/移动互联网技术、多协议工业网关技术;云边缘计算机技术、云端计算与云边缘计算融合技术;基于大数据人工智能服务技术;基于容器技术的平台服务技术;数字孪生服务技术;支持云制造的APP技术;标准化技术及系统安全技术等技术。基于航天云网的平台INDICS(Industrial Internet Cloud Space)+CMSS(Cloud Manufacturing Support System)开发了多层次的云(区域云、企业云、车间云、设备云),针对其不同的问题,开发了个性化定制、协同研发、协同采购、智能生产、智能营销、智能服务等云服务模块,使其在制造生命周期的各种活动中,不同程度地实现了“信息互通、资源共享、能力协同、产品智造,互利共赢、万众创新”的效益。

Q5:行业、企业如何实施云制造系统?

在具体实施云制造系统时要有4个突出:

1) 突出行业、企业特点,

2) 突出以问题为导向的云制造模式、手段和业态的变革,

3) 突出制造协同和制造全生命周期活动中的人、技术、装备、管理、数据、材料、资金(六要素 及人流、技术流、管理流、数据流、物流、资金流(六流)的集成与优化。

4) 突出系统工程的实施原则,即“一把手挂帅”;在“创新驱动,总体规划,突出重点,分步实施”的指导思想下,制定好发展规划与阶段性实施方案等。

Q6:AI与工业中各个场景的结合,意味着人工智能一个的新的进化阶段吗?这里的新阶段又代表了一幅怎样的应用图景呢?

AI、人和工业技术与场景融合,意味着人工智能在工业领域的一个新的进化阶段。它将增加人类在工业活动过程中的感知、认知、决策、执行的功能,增加人类认识世界和改造世界的能力,完成人类无法完成的特定任务或比人类更有效的完成特定任务。工业人工智能技术就是AI、人和工业技术与场景融合的一类综合技术。工业人工智能将使工业的各个环节产生变革,为先进制造的模式、手段和业态带来新的重大创新。


这些进步都来自强大的工业互联网创新和面向制造流程的机器学习算法,以及可在以信息为中心的一体化系统中即插即用的智能机床和控制系统等工业人工智能技术。

Q7:随着时代需求和相关技术的发展,云制造要如何地持续发展呢?

我认为还是需要坚持“政府引导,市场驱动”的原则,重视大力加强企业为中心的政产、学、研、金、用结合的技术创新体系的建立,重视各类人才培养、重视国家和地方的基础建设,特别是要重视“应用、产业和技术”的协调发展。关于应用实施我在上面已经谈了建议。下面我对技术与产业的发展再谈点建议。

(一)在技术方面要6个重视:

1) 重视新一代人工智能技术引领下的云制造系统技术体系和平台的持续创新。

2) 重视制造云系统里面的新模式、新流程、新手段、新业态的研究,这是基础。

3) 重视数据库、算法库、模型库、大数据平台、计算能力等基础能力的研究与建设。

4) 重视商业模式的技术研究。

5) 重视安全技术和评估体系的研究。

6) 重视新一代人工智能新发展正向通用人工智能、强人工智能和超人工智能发展。

(二)在产业方面要4个加强:

1) 加强云制造3.0工具集(硬件/软件)和平台的产业;

2) 加强面向云制造3.0的智能产品的产业;

3) 加强云制造系统3.0(行业、企业、车间及制造产业链上各阶段的云智造服务系统)的构建与运行产业;

4) 加强云制造3.0运营中心的运营服务产业。

Q8:您对制造业企业转型或者发展的方向,还有什么其他的建议?

      要将企业发展的战略指导思想与我国制造强国的发展规划一致。在我国制造业发展规划中提出要用三个十年、分“三步走”的制造强国战略,并提出第一个十年的发展战略路线是“坚持走中国特色新型工业化道路,以创新发展为主题,以促进制造业提高质量增加效益为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向”。在具体转型升级时建议:

1) 要明确企业定位。即要明确本企业是“产品生产型、服务型、生产加服务”中的哪一类企业,进而找到能构建与运行制造企业转型升级的服务企业,与它进行长期的合作,因为转型升级非一日之功。在具体实施时可参考本文第5段的建议。

2) 要重视产品、资源、能力等本身向数字化、网络化、云化、智能化的转型升级。因为它是制造系统体系架构中的基础,不能在工业互联网的系统研发中只重视平台、网络、安全等的研发。

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