AI如何在工業(yè)領(lǐng)域中落地

疫情前，豐融出差去了趟重慶，跟一個(gè)客戶談工業(yè)大腦的方案。但項(xiàng)目還沒來得及落地，疫情已經(jīng)到來。

豐融是阿里云工業(yè)大腦首席解決方案架構(gòu)師。春節(jié)期間，客戶跟他電話溝通時(shí)，表示非常后悔，如果能早三個(gè)月接觸，項(xiàng)目在春節(jié)前落地，如今就可以用工業(yè)大腦托管控制系統(tǒng)，無需再為招工發(fā)愁了。

疫情前期，可謂一工難求，甚至加錢員工都不愿意上工。這也在悄然改變產(chǎn)業(yè)方對于工業(yè)智能的看法。

在新基建七大領(lǐng)域中，有三個(gè)（大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）直接與智能制造相關(guān)，政策的引導(dǎo)與扶持，也為工業(yè)智能的落地與傳統(tǒng)企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型帶來良好的契機(jī)。

自2017年以來，科研大牛、AI公司相繼涌入工業(yè)領(lǐng)域。前不久，原騰訊杰出科學(xué)家、優(yōu)圖實(shí)驗(yàn)室 X-Lab 負(fù)責(zé)人賈佳亞離職創(chuàng)業(yè)，智能制造便是新公司發(fā)力的重要領(lǐng)域。

再往前翻，前阿里云機(jī)器智能首席科學(xué)家閔萬里去年亦離職創(chuàng)業(yè)，成立北高峰資本，制造業(yè)也是三大聚焦方向之一。

然而，當(dāng)每一位創(chuàng)業(yè)者、變革者拿起AI的工具，叩響工業(yè)之門時(shí)，撲面而來的是前所未有的挑戰(zhàn)，不僅有工業(yè)機(jī)理、領(lǐng)域知識的屏障，還有數(shù)據(jù)匱乏、模型泛化的挑戰(zhàn)，更有傳統(tǒng)企業(yè)的認(rèn)知問題與信任缺乏。

面對“AI工業(yè)落地之深坑”，無論技術(shù)提供方，還是產(chǎn)業(yè)方，該如何走出？

透過阿里云工業(yè)大腦、庫柏特科技、阿丘科技、杉數(shù)科技等在工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)戰(zhàn)，看他們?nèi)绾螐摹吧羁印敝刑顺鲆粭l工業(yè)智能之路。

01 企業(yè)幾乎必遇的“深坑”

在清華大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室還未畢業(yè)時(shí)，黃耀就創(chuàng)辦了阿丘科技，如今已在工業(yè)視覺賽道摸爬滾打了3年多。

創(chuàng)業(yè)以來，他一直聚焦解決工業(yè)檢測問題，跑了不下100個(gè)工廠，看到了行業(yè)的無數(shù)坑，自身也踩過許多坑。

AI在工業(yè)檢測領(lǐng)域的落地，如同技術(shù)成熟度曲線所演繹的那樣，整個(gè)過程中會存在一個(gè)低谷，黃耀稱之為“AI工業(yè)落地之深坑”。

他坦言，剛開始接觸AI時(shí)，客戶的工程師往往比較興奮，愿意去嘗試，用AI嘗試解決之前不可解的工業(yè)視覺難題，小樣本測試的結(jié)果通常非常好，比如傳統(tǒng)方法的識別準(zhǔn)確率只有50%，而AI很短時(shí)間內(nèi)就可以做到超過80%。

這給了他們期望，推動公司投入更多資源進(jìn)行AI項(xiàng)目導(dǎo)入。可是當(dāng)進(jìn)行大量樣本測試時(shí)，盡管增加一定的數(shù)據(jù)可以讓模型準(zhǔn)確度進(jìn)一步提升，比如達(dá)到90%，但瓶頸隨之出現(xiàn)。

盲目增加數(shù)據(jù)，帶來效果不一，有的缺陷項(xiàng)檢測效果可能變好，有的準(zhǔn)確率反而會下降。此時(shí)往往進(jìn)入一個(gè)震蕩期，工程師陷入其中而不得其解。

黃耀稱，這種情況在AI落地工業(yè)檢測過程中遇到的概率高達(dá)90%以上，幾乎是必遇的坑。

這一精度對工業(yè)而言，顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，AI難以達(dá)到上線要求。一些人開始失望，深度學(xué)習(xí)似乎遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期，許多AI項(xiàng)目逐漸擱置或邊緣化。

這就是AI工業(yè)視覺落地之深坑。工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)常會出現(xiàn)一種情況，兩張差不多的“缺陷”照片，一張能夠被AI檢測出來，另一張卻沒有，甚至不明顯的被檢測出來，明顯的卻被漏掉了。

此時(shí)，工程師需要的不是盲目增加數(shù)據(jù)，而是理性分析，找出問題的根源，優(yōu)化直至模型達(dá)標(biāo)上線。

正如庫柏特創(chuàng)始人李淼所言，AI很大程度取決于數(shù)據(jù)和場景。

工業(yè)AI問題的解決不能只局限問題本身，更應(yīng)該基于工業(yè)應(yīng)用的一般流程，從全流程中去優(yōu)化關(guān)鍵問題，這也是運(yùn)營的關(guān)鍵。

在AI落地的流程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都值得推敲。李淼稱，場景選擇非常重要，不能太大，否則數(shù)據(jù)千奇百怪，也需要與大量行業(yè)專家溝通，合理定義問題的邊界。

數(shù)據(jù)獲取直接影響模型的效果，往往需要算法工程師到現(xiàn)場搜集，成本很高，并且對標(biāo)注人員要求較高，需要懂得行業(yè)知識。

除了數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，后期的部署運(yùn)維也需要耗費(fèi)企業(yè)很多時(shí)間，進(jìn)行實(shí)際樣本測試，算法人員駐場觀察，優(yōu)化模型等。

從整個(gè)流程來看，中間的模型訓(xùn)練環(huán)節(jié)，反而不是AI公司的主要障礙，兩端則耗費(fèi)大量的時(shí)間成本與人力成本。

除了技術(shù)之坑、業(yè)務(wù)之坑，AI在工業(yè)落地中還面臨領(lǐng)域知識之坑、公司定位之坑、商業(yè)模式之坑等等。

趟過一個(gè)個(gè)坑，這些公司完成了工業(yè)AI落地的從0到1，并實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的落地。透過他們的落地之路，更有助于我們思考，如何走出AI工業(yè)落地之深坑。

02 砍掉98%業(yè)務(wù)，不做什么更重要

波士頓動力機(jī)器人近乎花哨的表演，幾乎每隔一段都會上演。但業(yè)內(nèi)人都清楚，它離實(shí)際場景太遠(yuǎn)，并且難以商用。因?yàn)楣I(yè)場景對機(jī)器人的精度要求極高，低于99.9%甚至無法商用，遠(yuǎn)非實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到。

在庫柏特創(chuàng)始人李淼看來，機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)可分為3類：一是做不了，任務(wù)挑戰(zhàn)太大，智能性不夠；二是做不好，柔性不夠，適應(yīng)性差；還有一類是不想做，細(xì)分市場規(guī)模較小，盈利空間有限。

面對這些挑戰(zhàn)，機(jī)器人公司一方面需要結(jié)合AI、傳感器、工業(yè)軟件等提升機(jī)器的智能性與適應(yīng)性；另一方面，也需要結(jié)合技術(shù)成熟度與市場判斷，選擇合適的“主戰(zhàn)場”。

創(chuàng)業(yè)近4年的李淼，趟過無數(shù)坑后，做的一個(gè)艱難決定便是做什么、不做什么，定位在哪里，選擇什么商業(yè)模式。

庫柏特定位于機(jī)器人操作系統(tǒng)，即給定一個(gè)真實(shí)任務(wù)，就可以從平臺中找到對應(yīng)的機(jī)器人系統(tǒng)，來解決這個(gè)問題。它跟機(jī)器人本體進(jìn)行打通，針對系統(tǒng)集成商的需求，面向行業(yè)提供解決方案。

在最開始的AI落地中，ToB的創(chuàng)業(yè)公司往往會接觸大量場景，打磨技術(shù)同時(shí)培養(yǎng)產(chǎn)品化能力。

2018年，庫柏特廣泛涉獵了3C電子、汽車零部件、食品、物流、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域，但絕大多數(shù)時(shí)間都用在了“臟活”（dirty work）和極端案例中。

“你費(fèi)半天勁解決某個(gè)復(fù)雜技術(shù)難題后，可能只賣出去一套。一開始，對方說要一百套?！崩铐翟劦?。

與集成商和設(shè)備商合作，還是直接面向終端客戶提供服務(wù)，是一個(gè)艱難的商業(yè)選擇。

李淼想要針對大的市場，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的產(chǎn)品化和規(guī)模化。但深耕在集成商與設(shè)備商之后，企業(yè)很難把握終端客戶與市場的真實(shí)需求。

后來他決定轉(zhuǎn)變，與渠道合作，直接與終端客戶簽訂合同。既然決定鋪渠道和規(guī)模化，他又砍掉98%不成熟的業(yè)務(wù)，將重心濃縮為一個(gè)平臺（操作系統(tǒng)），兩個(gè)領(lǐng)域（智能檢測和柔性抓?。?/p>

具體到一個(gè)場景，以香菇分揀為例，機(jī)器人系統(tǒng)的落地并不容易，數(shù)據(jù)就是尤為突出的一個(gè)挑戰(zhàn)。

其業(yè)務(wù)邏輯為，送料系統(tǒng)運(yùn)輸香菇到檢測環(huán)境，經(jīng)由光源與相機(jī)，獲取一張圖像，傳回智能控制器進(jìn)行決策，除了判斷優(yōu)、良，還需要進(jìn)行分類或剔除，分裝到不同箱子中。

這一工作原來由人工完成，早期并無數(shù)據(jù)積淀，需要算法工程師現(xiàn)場采集一個(gè)個(gè)香菇數(shù)據(jù)，并進(jìn)行標(biāo)注。

但這一看似簡單的活并不容易。香菇個(gè)體有近10個(gè)維度的差異，包括花色、菇腿、卷邊、薄膜、殘缺等，需要存儲大量領(lǐng)域數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)標(biāo)注的專業(yè)性也相當(dāng)高，非專業(yè)人士標(biāo)注水平比不上分揀工人，一個(gè)工廠中往往標(biāo)注水平最高的是廠長。經(jīng)由他們標(biāo)注的圖像，能讓算法識別率躍升一個(gè)新高。

此外，香菇特征很豐富，每個(gè)廠家的分類標(biāo)準(zhǔn)也不同，這對算法帶來很大挑戰(zhàn)；并且這樣一個(gè)實(shí)時(shí)性高的場景，對于算法的穩(wěn)定性、決策的實(shí)時(shí)性也有更高要求。

目前庫柏特的香菇分揀準(zhǔn)確率可達(dá)90~95%，結(jié)合這一場景的特性，已能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模商用。

李淼稱，一臺機(jī)器可替換4~6人，一條產(chǎn)線一般配5臺，可替換20~30人。這些工人一年最少也要100萬工資，而他們的產(chǎn)線目前售價(jià)75萬，6~10個(gè)月客戶就可以收回成本。

一直以來，行業(yè)似乎更看好AI在自動化程度更高、數(shù)據(jù)更好的汽車、3C等領(lǐng)域落地。從庫柏特的案例來看，勞動密集型的食品加工業(yè)，無論材料或配方，往往變動更小，未嘗不是一個(gè)好的AI落地方向。

03 問題導(dǎo)向，將AI和傳統(tǒng)視覺結(jié)合

對于投身于工業(yè)視覺的阿丘科技而言，清晰認(rèn)知AI能做什么，不能做什么，以及將AI算法和傳統(tǒng)算法相結(jié)合去解決具體問題，是實(shí)現(xiàn)AI工業(yè)落地的重要一步。

工業(yè)視覺主要有四個(gè)應(yīng)用場景，一是測量，比如計(jì)算兩點(diǎn)間的距離；二是識別，比如讀取各種條碼；三是定位、引導(dǎo)，識別位置，引導(dǎo)機(jī)械臂抓取或組裝等；四是檢測，典型的就是缺陷檢測。

阿丘科技創(chuàng)始人黃耀解釋，2D/3D測量更強(qiáng)調(diào)精度，核心在于光學(xué)和傳感器，對硬件要求高，不是AI的主戰(zhàn)場。

識別，算法復(fù)雜度不是很高，也不是工業(yè)AI的主戰(zhàn)場。特殊場景復(fù)雜OCR識別（光學(xué)字符識別），需要用AI才能很好解決。

定位分2D定位與3D定位，工業(yè)領(lǐng)域大部分定位場景不需要AI來做。定位應(yīng)用中，AI在一些種類較多的場景價(jià)值較大，比如物流領(lǐng)域，有成千上萬種SKU，場景較為復(fù)雜，適合AI來做定位、分揀等。

至于檢測，他認(rèn)為這是AI的主戰(zhàn)場，“AI在工業(yè)視覺的最大價(jià)值點(diǎn)，是解決復(fù)雜的缺陷檢測，這屬于行業(yè)難題，AI為它提供了新的可能性?！?/p>

而傳統(tǒng)視覺檢測存在一系列問題，比如難以解決復(fù)雜檢測；存在過檢誤報(bào)過高，需要人工輔助復(fù)檢；重光學(xué)、重算法，對集成商、設(shè)備公司要求高；并且后期算法補(bǔ)丁越來越大，維護(hù)難度大。

但黃耀坦言，國內(nèi)能夠做一定復(fù)雜度的缺陷檢測的公司很少，很多做的屬于輕量簡單檢測，比如判斷有無等。

一個(gè)典型的證明是，在黃耀去過的上百家工廠中，2017年質(zhì)檢員約占10~20%，但到2019年質(zhì)檢員已占到超30%。隨著自動化水平的提升，組裝的工人在減少，但檢測端，受限于技術(shù)等問題，仍需靠人力。

因?yàn)樵趶?fù)雜的缺陷檢測中，每種產(chǎn)品可能存在數(shù)十種到數(shù)百種的缺陷類型，且每種缺陷存在多樣的形態(tài)和變種，可能分布在產(chǎn)品的任何一個(gè)位置。此外缺陷的認(rèn)知，還存在人員間的主觀差異。這些都增加了問題的解決難度。

以一個(gè)小小的連接器接口為例，涉及到的缺陷種類相當(dāng)多，包括劃傷、臟污、溢膠等復(fù)雜缺陷。

除了界定好問題，有針對性的獲取缺陷數(shù)據(jù)，并不斷優(yōu)化AI模型外，還需要以具體問題為導(dǎo)向，綜合深度學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)視覺，發(fā)揮各自的長處，來解決問題。

針對膠圈間隙大、圓點(diǎn)超二分之一等精度測量問題，阿丘科技采用傳統(tǒng)視覺算法解決；針對套筒溢膠、套筒粘膠等難以察覺、且可能分布任意位置等問題，他們主要采用AI算法檢測。

不僅如此，針對金手指刮傷/粘膠、端子粘膠包膠等其他問題，阿丘科技會動態(tài)調(diào)整算法，或以AI檢測為主，傳統(tǒng)算法為輔，或傳統(tǒng)算法為主，AI檢測為輔，來解決實(shí)際問題。

目前阿丘科技的工業(yè)AI視覺平臺已落地多個(gè)行業(yè)，數(shù)十個(gè)應(yīng)用場景。

04 對行業(yè)理解越多，越充滿敬畏之心

阿里云探索工業(yè)大腦已三年有余。

其主要思路是，把生產(chǎn)全流程的數(shù)據(jù)打通匯聚，構(gòu)建工業(yè)數(shù)據(jù)中臺，進(jìn)而通過算法挖掘出數(shù)據(jù)的價(jià)值。簡單來說就是數(shù)據(jù)智能。

互聯(lián)網(wǎng)起家的阿里云，天然具備AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的沃土，這也是其最初探索工業(yè)領(lǐng)域的三項(xiàng)核心技術(shù)。

然而隨著工業(yè)領(lǐng)域探索的深入，互聯(lián)網(wǎng)人的局限進(jìn)一步暴露，不懂工業(yè)機(jī)理，不懂領(lǐng)域知識。一個(gè)項(xiàng)目，往往需要AI算法人才、行業(yè)專家、行業(yè)集成商/方案商等多股力量，才能將工業(yè)大腦落地。

這也是很多AI創(chuàng)企遇到的問題，以至于對行業(yè)理解越多，越充滿敬畏之心。

阿里云的一個(gè)轉(zhuǎn)變是，將專家知識庫納入核心技術(shù)版圖，更加重視行業(yè)專家的力量，將傳統(tǒng)機(jī)理與數(shù)理結(jié)合。

數(shù)據(jù)中臺，是阿里云工業(yè)大腦的核心能力之一。在落地鋼鐵、水泥、化工等不同領(lǐng)域的過程中，他們也在深化對于工業(yè)數(shù)據(jù)中臺的認(rèn)知。

阿里云工業(yè)大腦首席解決方案架構(gòu)師豐融稱，數(shù)據(jù)中臺最核心的部分是中間層，今天數(shù)據(jù)中臺能不能做成，很大程度取決于中間層數(shù)據(jù)的治理是否合理，是否足夠完善，能否支撐上面的業(yè)務(wù)體系。

目前工業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)狀是，企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)往往割裂成孤島，直接使用容易變成數(shù)據(jù)煙囪，數(shù)據(jù)治理尤為重要。

只有中間層搭建好，這些跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)才能碰撞，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

以某水泥集團(tuán)為例，它面臨的一個(gè)主要問題是熟料生產(chǎn)能耗高。在水泥行業(yè)，能耗成本約占生產(chǎn)經(jīng)營成本的60%，其中主要能耗來自電耗和煤耗。

阿里云通過工業(yè)大腦來托管水泥產(chǎn)線控制，通過模型來推薦相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，相比人工更穩(wěn)定、合理性更高。目前工業(yè)大腦可將噸熟料煤耗降低0.64%，將熟料工序電耗降低1.23%。對于水泥企業(yè)而言，任何一個(gè)點(diǎn)的提升，一年都可以節(jié)省數(shù)百萬成本。

豐融稱，目前工業(yè)大腦已經(jīng)托管了水泥產(chǎn)線90%以上的控制場景，客戶反饋，工業(yè)大腦基本達(dá)到中級操作員水平。

疫情期間，招工難、人工緊缺之下，AI工業(yè)自動化可謂正當(dāng)時(shí)。而隨著復(fù)工復(fù)產(chǎn)，如何優(yōu)化運(yùn)營，進(jìn)行智能供應(yīng)鏈決策同樣重要。

杉數(shù)科技聯(lián)合創(chuàng)始人&CPO王曦稱，企業(yè)在做供應(yīng)鏈決策時(shí)，往往存在4個(gè)問題：

看不清，難以看懂市場需求的波動性；靠人工，一方面靠人工做各類生產(chǎn)/銷售計(jì)劃，另一方面針對現(xiàn)有軟件給出的不合理結(jié)果，需要手動調(diào)整；效果差，訂單滿足率、生產(chǎn)成本、倉儲成本等難以優(yōu)化；難應(yīng)變，需求端變化、產(chǎn)能端變化、接單插單、轉(zhuǎn)產(chǎn)等運(yùn)營問題，難以應(yīng)變。

針對這些問題，杉數(shù)科技推出智能供應(yīng)鏈決策平臺，來輔助企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度計(jì)劃、銷售計(jì)劃等業(yè)務(wù)決策。其核心技術(shù)是依托運(yùn)籌學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等搭建的杉數(shù)優(yōu)化求解器（COPT）。

以某ICT行業(yè)巨頭為例，原來單工廠、不透明的計(jì)劃排產(chǎn)系統(tǒng)難以滿足業(yè)務(wù)需求，面臨工廠間協(xié)同生產(chǎn)效率低下的問題。

它有數(shù)十個(gè)工廠，超過10萬個(gè)零部件半成品，需要做一個(gè)28天+10周的訂單排程與需求預(yù)測計(jì)劃，這中間存在上億種可能性，千萬級限制條件。

杉數(shù)為其打造一個(gè)最優(yōu)生產(chǎn)計(jì)劃，可詳細(xì)到每一個(gè)零部件加工指令，同時(shí)包括原材料到貨指令、建議采購計(jì)劃與異常分析、預(yù)警等。

最終使客戶的訂單滿足率提升20%，產(chǎn)能損失率降低30%，人工干預(yù)降低70%，帶來生產(chǎn)端資源池的盤活，效率較大提升。

針對機(jī)器決策，王曦也談道，智能決策的目的不是替代人工，而是一個(gè)決策輔助工具，它要把人們從那些容易出錯(cuò)，無法全局尋優(yōu)的工作中解放出來。

針對預(yù)測、分類問題，人類的先驗(yàn)知識非常有價(jià)值，模型不一定準(zhǔn)確，因?yàn)閿?shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測，本質(zhì)只能解決歷史數(shù)據(jù)規(guī)律的最大化挖掘，但歷史數(shù)據(jù)不代表未來。

而決策建議，當(dāng)我們給定約束，比如產(chǎn)能、訂單、原材料、庫存等，可以讓機(jī)器去最優(yōu)化一些目標(biāo)。人可以找到一個(gè)合理解，但未必是最優(yōu)解，這正是機(jī)器的價(jià)值。
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