淺談AI將如何改變制造業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)？

根據(jù)Business Insider的數(shù)據(jù)顯示，制造業(yè)即將迎來(lái)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和人工智能（AI）應(yīng)用的再度大幅增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2027年，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2.4萬(wàn)億美元。

除了自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域顯而易見(jiàn)的應(yīng)用外，AI系統(tǒng)還能夠優(yōu)化制造流程，發(fā)送早期警報(bào)，提升質(zhì)量檢查和質(zhì)量控制，并預(yù)測(cè)機(jī)械中的設(shè)備故障。

優(yōu)化制造過(guò)程的關(guān)鍵是收集正確的數(shù)據(jù)。通過(guò)這樣做，制造商可以開(kāi)發(fā)出創(chuàng)新的AI應(yīng)用程序，使自己從競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。許多制造企業(yè)開(kāi)始在其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應(yīng)用中采用各種AI算法以進(jìn)行實(shí)時(shí)決策。了解基于AI的應(yīng)用中的數(shù)據(jù)為王是至關(guān)重要的。匯集、清理和準(zhǔn)備獨(dú)特的數(shù)據(jù)是利用AI來(lái)優(yōu)化組織并獲得見(jiàn)解的最重要方面。

在AI工程師開(kāi)始訓(xùn)練他們的機(jī)器學(xué)習(xí)模型之前，他們通?；ㄙM(fèi)多達(dá)75％的時(shí)間來(lái)簡(jiǎn)單地處理起始數(shù)據(jù)。請(qǐng)記住，要訓(xùn)練一個(gè)可以在IIoT設(shè)備上運(yùn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，必須要有一個(gè)數(shù)據(jù)集或一系列數(shù)據(jù)集來(lái)反映應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況。

創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)集的過(guò)程需要分幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。通常是從收集多年的數(shù)據(jù)開(kāi)始，工程師需要確定數(shù)據(jù)的總體結(jié)構(gòu)。接下來(lái)，他們需要消除數(shù)據(jù)中的任何缺陷、差異或缺口，然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成算法需要的形式，以便與之有效地交互。

嵌入式系統(tǒng)的邊緣AI

邊緣AI是制造業(yè)整體AI發(fā)展的重要組成部分。邊緣 AI能夠在硬件設(shè)備上本地處理數(shù)據(jù)，而不是依靠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接的集中式數(shù)據(jù)庫(kù)或處理節(jié)點(diǎn)。

在大多數(shù)IoT解決方案中，后端服務(wù)器通過(guò)多個(gè)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)連接的傳感器接收數(shù)據(jù)。一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器托管用于處理數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以創(chuàng)建AI解決方案提供的任何價(jià)值。

這種AI架構(gòu)的問(wèn)題在于，許多設(shè)備可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量超載，或者您可能正在使用已經(jīng)大量使用的網(wǎng)絡(luò)。在這些情況下，將數(shù)據(jù)發(fā)送回中央服務(wù)器可能會(huì)導(dǎo)致處理速度慢得令人無(wú)法接受。而這正是邊緣AI發(fā)揮其價(jià)值的地方，因?yàn)榭梢栽谟布O(shè)備上本地執(zhí)行一些不太復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)和AI過(guò)程。

邊緣AI對(duì)許多行業(yè)至關(guān)重要。一個(gè)例子是自動(dòng)駕駛汽車(chē)，其中邊緣AI可以減少電池的電量消耗。監(jiān)視系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)和其他幾個(gè)行業(yè)也將從邊緣AI模型中受益。

激發(fā)邊緣AI的潛力

知識(shí)蒸餾（Knowledge Distillation）技術(shù)的引入具有極大的改善邊緣AI解決方案的潛力。

知識(shí)蒸餾是通過(guò)知識(shí)壓縮原理進(jìn)行的一種模型壓縮方法。使用諸如強(qiáng)化學(xué)習(xí)之類(lèi)的技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)如何產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果，從而使一個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)也可以學(xué)習(xí)創(chuàng)建出與較大的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建出的相似結(jié)果。

這種較小的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模更適合移動(dòng)設(shè)備、傳感器和類(lèi)似硬件等邊緣設(shè)備。知識(shí)蒸餾可以將邊緣設(shè)備的空間負(fù)擔(dān)減少多達(dá)2000％，從而減少了運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)所需的能量、物理約束以及設(shè)備本身的成本。

一個(gè)應(yīng)用知識(shí)蒸餾技術(shù)的實(shí)例是使用視頻源在監(jiān)視系統(tǒng)上實(shí)時(shí)檢測(cè)性別。通常，識(shí)別性別需要相當(dāng)大的基于云的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。但是在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，返回到云端并不總是最好的選擇。通過(guò)知識(shí)蒸餾技術(shù)可以將整個(gè)過(guò)程精簡(jiǎn)為一個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以在安裝到邊緣設(shè)備的同時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別性別。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)性維護(hù)

預(yù)測(cè)性維護(hù)是機(jī)器學(xué)習(xí)和AI對(duì)制造產(chǎn)生影響的特別富有成果的領(lǐng)域。實(shí)際上，根據(jù)Capgemini咨詢(xún)公司的一項(xiàng)研究，將近30％的制造業(yè)AI實(shí)施與機(jī)械和生產(chǎn)工具的維護(hù)相關(guān)。這使得預(yù)測(cè)性維護(hù)成為當(dāng)前制造業(yè)中使用最為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)性維護(hù)的兩個(gè)最重要的好處是它的快速性和準(zhǔn)確性。AI可以足夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別機(jī)械問(wèn)題，以便在發(fā)生故障甚至故障之前進(jìn)行糾正。

例如，通用汽車(chē)使用安裝在裝配機(jī)器人上的AI攝像頭，通過(guò)攝像頭的使用，它能夠檢測(cè)出一組5000多個(gè)機(jī)器人中的數(shù)十個(gè)組件故障，從而規(guī)避了可能出現(xiàn)的故障。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)性維護(hù)可以使用各種模型和方法，從使用歷史數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)故障的回歸模型和分類(lèi)模型，到分析系統(tǒng)和組件以尋找應(yīng)變或異常跡象的異常檢測(cè)模型。

用于質(zhì)量控制的計(jì)算機(jī)視覺(jué)

汽車(chē)和消費(fèi)產(chǎn)品行業(yè)面臨著監(jiān)管機(jī)構(gòu)的苛刻要求，而維持這些法規(guī)的合規(guī)性是AI和機(jī)器學(xué)習(xí)可以大顯身手的領(lǐng)域。高質(zhì)量相機(jī)的成本每年都在下降，而AI圖像識(shí)別和處理軟件也在不斷快速改進(jìn)。因此，基于AI的檢測(cè)方法對(duì)企業(yè)的吸引力越來(lái)越大。

特別是在汽車(chē)行業(yè)，例如，德國(guó)汽車(chē)制造商寶馬率先采用了這項(xiàng)技術(shù)。寶馬將AI應(yīng)用程序作為檢查過(guò)程的最后一步，將新制造的汽車(chē)與訂單數(shù)據(jù)和規(guī)格進(jìn)行了比較。另一家汽車(chē)制造商日產(chǎn)，在將AI視覺(jué)檢測(cè)模型納入其質(zhì)量保證流程方面也取得了顯著進(jìn)展。

視覺(jué)檢查算法越來(lái)越受歡迎的部分原因是這些算法的發(fā)展日趨成熟。現(xiàn)在，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)可以識(shí)別出各種潛在問(wèn)題，例如裂紋、泄漏、劃痕、翹曲以及許多其他異常。

而應(yīng)用所要檢查的參數(shù)可以根據(jù)復(fù)雜的規(guī)則映射進(jìn)行調(diào)整或適應(yīng)到給定情況。當(dāng)與GPU和高分辨率攝像頭搭配使用時(shí)，基于AI的檢測(cè)解決方案在準(zhǔn)確性和速度上可以大大超過(guò)傳統(tǒng)的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。

制造業(yè)的未來(lái)

從某種角度來(lái)說(shuō)，制造業(yè)的未來(lái)幾乎就是基于IoT的AI的未來(lái)的代名詞。在2019年，估計(jì)有80億個(gè)IoT設(shè)備，但是到2027年，預(yù)計(jì)將有410億個(gè)IoT設(shè)備，而這一增長(zhǎng)的最大份額將是制造業(yè)。預(yù)計(jì)制造業(yè)中AI的估值將增長(zhǎng)15倍以上，從目前的約11億美元增長(zhǎng)到2026年的160億美元以上。

高效生產(chǎn)的所有特征——標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模經(jīng)濟(jì)、任務(wù)自動(dòng)化和專(zhuān)業(yè)化，都在很大程度上得益于機(jī)器學(xué)習(xí)和AI解決方案的實(shí)施。因此，在未來(lái)幾年，嵌入IoT設(shè)備的AI將不可避免地繼續(xù)緊密地融入到更多的制造過(guò)程中。

編輯：jq