制造業(yè)人工智能的應用場景介紹

隨著智能制造熱潮的到來，人工智能應用已經(jīng)貫穿于設計、生產(chǎn)、管理和服務等制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)。

場景一：智能分揀

制造業(yè)上有許多需要分撿的作業(yè)，如果采用人工的作業(yè)，速度緩慢且成本高，而且還需要提供適宜的工作溫度環(huán)境。如果采用工業(yè)機器人進行智能分揀，可以大幅減低成本，提高速度。

以分揀零件為例。需要分撿的零件通常并沒有被整齊擺放，機器人雖然有攝像頭可以看到零件，但卻不知道如何把零件成功地撿起來。在這種情況下，利用機器學習技術，先讓機器人隨機進行一次分撿動作，然后告訴它這次動作是成功分撿到零件還是抓空了，經(jīng)過多次訓練之后，機器人就會知道按照怎樣的順序來分撿才有更高的成功率;分撿時夾哪個位置會有更高的撿起成功率;知道按照怎樣的順序分撿，成功率會更高。經(jīng)過幾個小時的學習，機器人的分撿成功率可以達到90%，和熟練工人的水平相當。

場景二：設備健康管理

基于對設備運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，利用特征分析和機器學習技術，一方面可以在事故發(fā)生前進行設備的故障預測，減少非計劃性停機。另一方面，面對設備的突發(fā)故障，能夠迅速進行故障診斷，定位故障原因并提供相應的解決方案。在制造行業(yè)應用較為常見，特別是化工、重型設備、五金加工、3C制造、風電等行業(yè)。

以數(shù)控機床為例，用機器學習算法模型和智能傳感器等技術手段監(jiān)測加工過程中的切削刀、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調整加工參數(shù)（主軸轉速、進給速度）和加工指令，預判何時需要換刀，以提高加工精度、縮短產(chǎn)線停工時間并提高設備運行的安全性。

場景三：基于視覺的表面缺陷檢測

基于機器視覺的表面缺陷檢測應用在制造業(yè)已經(jīng)較為常見。利用機器視覺可以在環(huán)境頻繁變化的條件下，以毫秒為單位快速識別出產(chǎn)品表面更微小、更復雜的產(chǎn)品缺陷，并進行分類，如檢測產(chǎn)品表面是否有污染物、表面損傷、裂縫等。目前已有工業(yè)智能企業(yè)將深度學習與3D顯微鏡結合，將缺陷檢測精度提高到納米級。對于檢測出的有缺陷的產(chǎn)品，系統(tǒng)可以自動做可修復判定，并規(guī)劃修復路徑及方法，再由設備執(zhí)行修復動作。

例如，PVC管材是最常用的建筑材料之一，消耗量巨大，在生產(chǎn)包裝過程中容易存在表面劃傷、凹坑，水紋，麻面等諸多類型的缺陷，消耗大量的人力進行檢測。采用了表面缺陷視覺自動檢測后，通過面積、尺寸最小值、最大值設定，自動進行管材表面雜質檢測，最小檢測精度為0.15mm2，檢出率大于99%;通過劃傷長度、寬度的最小值、最大值設定，自動進行管材表面劃傷檢測，最小檢測精度為0.06mm，檢出率大于99%;通過褶皺長度、寬度的最小值、最大值、片段長度、色差閾值設定，自動進行管材表面褶皺檢測，最小檢測精度為10mm，檢出率大于95%。

場景四：基于聲紋的產(chǎn)品質量檢測與故障判斷

利用聲紋識別技術實現(xiàn)異音的自動檢測，發(fā)現(xiàn)不良品，并比對聲紋數(shù)據(jù)庫進行故障判斷。例如，從2018年年末開始，佛吉亞（無錫）工廠就與集團大數(shù)據(jù)科學家團隊展開全面合作，致力于將AI技術應用于座椅調角器的NVH性能評判（震動噪聲測試）。2019年，佛吉亞（無錫）工廠將AI技術應用到調角器異音檢測中，實現(xiàn)從信號采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析到自我學習全過程的自動化，檢測效率及準確性遠超傳統(tǒng)人工檢測。隨著基于AI（人工智能）技術的噪聲檢測系統(tǒng)在無錫工廠投入應用，人員數(shù)量已經(jīng)從38人下降至3人，同時，質量控制能力顯著提高，年經(jīng)濟效益高達450萬人民幣。

場景五：智能決策

制造企業(yè)在產(chǎn)品質量、運營管理、能耗管理和刀具管理等方面，可以應用機器學習等人工智能技術，結合大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化調度方式，提升企業(yè)決策能力。

例如，一汽解放無錫柴油機廠的智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，具有異常和生產(chǎn)調度數(shù)據(jù)采集、基于決策樹的異常原因診斷、基于回歸分析的設備停機時間預測、基于機器學習的調度決策優(yōu)化等功能。通過將歷史調度決策過程數(shù)據(jù)和調度執(zhí)行后的實際生產(chǎn)性能指標作為訓練數(shù)據(jù)集，采用神經(jīng)網(wǎng)絡算法，對調度決策評價算法的參數(shù)進行調優(yōu)，保證調度決策符合生產(chǎn)實際需求。

場景六：數(shù)字孿生

數(shù)字孿生是客觀事物在虛擬世界的鏡像。創(chuàng)建數(shù)字孿生的過程，集成了人工智能、機器學習和傳感器數(shù)據(jù)，以建立一個可以實時更新的、現(xiàn)場感極強的“真實”模型，用來支撐物理產(chǎn)品生命周期各項活動的決策。在完成對數(shù)字孿生對象的降階建模方面，可以把復雜性和非線性模型放到神經(jīng)網(wǎng)絡中，借助深度學習建立一個有限的目標，基于這個有限的目標，進行降階建模。

例如，在傳統(tǒng)模式下，一個冷熱水管的出水口流體及熱仿真，用16核的服務器每次運算需要57個小時，進行降階建模之后每次運算只需要幾分鐘。

場景七：創(chuàng)成式設計

創(chuàng)成式設計（GenerativeDesign）是一個人機交互、自我創(chuàng)新的過程。工程師在進行產(chǎn)品設計時，只需要在系統(tǒng)指引下，設置期望的參數(shù)及性能等約束條件，如材料、重量、體積等等，結合人工智能算法，就能根據(jù)設計者的意圖自動生成成百上千種可行性方案，然后自行進行綜合對比，篩選出最優(yōu)的設計方案推送給設計者進行最后的決策。

創(chuàng)成式設計已經(jīng)成為一個新的交叉學科，與計算機和人工智能技術進行深度結合，將先進的算法和技術應用到設計中來。得到廣泛應用的創(chuàng)成式算法包括：參數(shù)化系統(tǒng)、形狀語法（ShapeGrammars（SG））、L-系統(tǒng)（L-systems）、元胞自動機（CellularAutomata（CA））、拓撲優(yōu)化算法、進化系統(tǒng)和遺傳算法等。

場景八：需求預測，供應鏈優(yōu)化

以人工智能技術為基礎，建立精準的需求預測模型，實現(xiàn)企業(yè)的銷量預測、維修備料預測，做出以需求導向的決策。同時，通過對外部數(shù)據(jù)的分析，基于需求預測，制定庫存補貨策略，以及供應商評估、零部件選型等。

例如，為了務實控制生產(chǎn)管理成本，美國本田公司希望能夠掌握客戶未來的需求會在何時發(fā)生，因此將1200個經(jīng)銷商的客戶銷售與維修資料建立預測模型，推算未來幾年內車輛回到經(jīng)銷商維修的數(shù)量，這些資訊進一步轉為各項零件預先準備的指標。該轉變讓美國本田已做到預測準確度高達99%，并降低3倍的客訴時間。

結語

目前，隨著越來越多的企業(yè)、高校、開源組織進入人工智能領域，大批成功的人工智能開源軟件和平臺不斷涌入，人工智能迎來前所未有的爆發(fā)期。但與金融等行業(yè)相比，雖然人工智能在制造業(yè)的應用場景不少，卻并不突出，甚至可以說發(fā)展較慢。
責任編輯人：ＣＣ