4月23-24日，2019（第七屆）先進(jìn)制造業(yè)大會(huì)暨長三角制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展高峰論壇在上海召開，來自美國、德國、英國、日本等多個(gè)國家和地區(qū)的專家學(xué)者、企業(yè)家、投資家等近千人參會(huì)。北京天澤智云科技有限公司技術(shù)研發(fā)副總裁金超博士發(fā)表《工業(yè)智能技術(shù)賦能制造價(jià)值轉(zhuǎn)型》主題演講，分享天澤智云團(tuán)隊(duì)在智能化落地過程中的所學(xué)所得。

天澤智云技術(shù)研發(fā)副總裁 金超博士

金超博士從制造價(jià)值轉(zhuǎn)型中的誤區(qū)出發(fā)，分析了人工智能落地工業(yè)領(lǐng)域面臨挑戰(zhàn)的根本原因，之后結(jié)合豐富的案例總結(jié)出工業(yè)智能落地的關(guān)鍵因素。

制造價(jià)值轉(zhuǎn)型中的誤區(qū)

單純靠技術(shù)就能驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型（×）

技術(shù)只是一種手段，其本身并不能幫助工業(yè)提升核心競爭力：降本、增效。

人工智能只是噱頭（×）

人工智能已經(jīng)在很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域被證明可以產(chǎn)生價(jià)值。

引進(jìn)智能技術(shù)就像引進(jìn)設(shè)備（×）

引進(jìn)工業(yè)智能技術(shù)，是“換血”，即觀念的轉(zhuǎn)變，涉及整個(gè)管理體系，而非僅僅“換腦”（引進(jìn)設(shè)備）。

模仿其他公司就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型（×）

不清楚企業(yè)自身的真正痛點(diǎn)在哪，一味模仿無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型。

認(rèn)知誤區(qū)導(dǎo)致工業(yè)智能落地難

由于存在以上認(rèn)知誤區(qū)，這導(dǎo)致了傳統(tǒng)的人工智能落地方式在工業(yè)中面臨著很多的挑戰(zhàn)。

不買賬

客戶所在行業(yè)通常都有著豐富的實(shí)踐積累，雖然可能無法解決所有問題，但一般已形成了成熟的管理方法與體系，能夠緩解這些問題的發(fā)生。這樣一來，客戶對(duì)于新出現(xiàn)的技術(shù)或理念能夠輕松解決行業(yè)多年來的痛點(diǎn)，一般首先都會(huì)持懷疑態(tài)度。

不準(zhǔn)確

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型非常依賴數(shù)據(jù)質(zhì)量。然而，在工業(yè)界，前期多是以控制、監(jiān)控等為目的收集的數(shù)據(jù)，有時(shí)從問題機(jī)理角度看，這些數(shù)據(jù)并不符合數(shù)據(jù)分析的要求，使得模型在初期會(huì)出現(xiàn)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

不使用

在客戶本身就持懷疑態(tài)度的情況下，他們看到模型的準(zhǔn)確性又無法保障，這就導(dǎo)致了客戶更不愿意去使用模型。

工業(yè)智能落地的關(guān)鍵及案例分享

如何解決上述問題？工業(yè)智能落地的關(guān)鍵又是什么？對(duì)于此，金超博士指出，人工智能落地的起點(diǎn)或許不應(yīng)在數(shù)據(jù)，而應(yīng)在用戶的痛點(diǎn)。我們需要結(jié)合領(lǐng)域知識(shí)，用結(jié)果倒推的方式來解決問題：提取與痛點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，冷啟動(dòng)模型，并對(duì)初版的模型不斷迭代，通過對(duì)模型進(jìn)行生命周期管理，來為客戶實(shí)現(xiàn)價(jià)值。

將這些映射到系統(tǒng)架構(gòu)的四個(gè)層級(jí)，即OT（運(yùn)維層）、PT（平臺(tái)層）、AT（分析層）、DT（數(shù)據(jù)層），可形成更易于落地的工業(yè)智能模型研發(fā)體系。

天澤智云在工業(yè)智能落地的經(jīng)驗(yàn)

01、針對(duì)痛點(diǎn)“對(duì)癥下藥”

“對(duì)癥”：痛點(diǎn)分析

金超博士表示，天澤智云是一家軟硬結(jié)合的工業(yè)智能應(yīng)用公司。同時(shí)，由于很多企業(yè)在面臨智能化轉(zhuǎn)型時(shí)不知從何做起，在每個(gè)項(xiàng)目開啟之前，通常需要做大量的調(diào)研和咨詢工作，綜合價(jià)值目標(biāo)和企業(yè)現(xiàn)狀兩個(gè)維度，幫助企業(yè)找到真正的智能化強(qiáng)需求。

工業(yè)企業(yè)的目標(biāo)萬變不離其三：安全，效率，成本。

安全是工業(yè)界關(guān)注的第一大問題。以風(fēng)電領(lǐng)域?yàn)槔?，很多廠商在做的SCADA和CMS監(jiān)控系統(tǒng)，其重要作用之一，就是為了監(jiān)控可能發(fā)生的重大安全事故，保障安全的生產(chǎn)環(huán)境。

成本管控在工業(yè)企業(yè)的流程中起著關(guān)鍵的作用，降本增效是所有企業(yè)一直以來的宗旨和需求。

對(duì)應(yīng)的目標(biāo)清晰后，我們需要考慮企業(yè)的現(xiàn)狀。

一是IT基礎(chǔ)設(shè)施與數(shù)據(jù)。由于工業(yè)領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)質(zhì)量和來源有著更高的要求，如何解決IT基礎(chǔ)設(shè)施與數(shù)據(jù)質(zhì)量問題成為企業(yè)面臨的一大痛點(diǎn)。

二是領(lǐng)域知識(shí)的深厚程度。對(duì)于這一點(diǎn)，金超博士強(qiáng)調(diào)到，并不是所有的行業(yè)對(duì)于自身相關(guān)的領(lǐng)域知識(shí)都有著豐富的積累。一些行業(yè)近年來在信息化應(yīng)用方面取得了很多進(jìn)展，但由于多數(shù)設(shè)備均為進(jìn)口，企業(yè)自身對(duì)設(shè)備并不了解，這就導(dǎo)致在進(jìn)行工藝優(yōu)化、采集數(shù)據(jù)、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)等技改時(shí)都會(huì)受限。

三是企業(yè)管理水平與文化。不同管理水平與文化造成落地應(yīng)用的規(guī)模化程度不同，要使用的工具也就有了區(qū)別，所以并不是所有的問題都適合用工業(yè)智能技術(shù)解決。

以效率提升為目標(biāo)的痛點(diǎn)分析案例：某汽車制造廠機(jī)械臂故障（資料來源：IMS中心）

以某汽車制造廠機(jī)械臂故障為例，基于該廠商收集的歷史故障記錄與領(lǐng)域知識(shí)，從故障發(fā)生頻率和影響（量化到停機(jī)時(shí)間）兩個(gè)維度定義四象限，有針對(duì)性的解決此問題，具體而言：

頻率高、影響大：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題，需改進(jìn)設(shè)計(jì)

頻率高、影響小：準(zhǔn)備更多備件

頻率低、影響小：傳統(tǒng)維護(hù)方式

頻率低、影響大：預(yù)測(cè)性維護(hù)

“下藥”：不同層級(jí)的智能化應(yīng)用

針對(duì)以上痛點(diǎn)，天澤智云開發(fā)了對(duì)應(yīng)不同層級(jí)的智能化應(yīng)用。

輕量級(jí)應(yīng)用——維護(hù)活動(dòng)管理

該應(yīng)用最主要的功能之一是運(yùn)維活動(dòng)管理，解決維修技術(shù)積累和人員培養(yǎng)、維修過程標(biāo)準(zhǔn)化、以及維修成本顯性化等問題。該應(yīng)用也兼具提升設(shè)備零備件供應(yīng)及時(shí)性、產(chǎn)品可靠性的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)維修技師共享化。

輕量級(jí)應(yīng)用的使用場景

應(yīng)用的部署可以最快在兩小時(shí)內(nèi)完成。用戶可以通過掃碼的方式，基于時(shí)間變量進(jìn)行現(xiàn)場人員活動(dòng)管理及監(jiān)控，有效管理人力及設(shè)備成本，部署速度快、成本低，被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)及中小企業(yè)，提升整體管理水平。

中級(jí)應(yīng)用——設(shè)備物聯(lián)

該應(yīng)用的最主要功能之一是設(shè)備物聯(lián)。針對(duì)事后維修、預(yù)防性維護(hù)、狀態(tài)維修、預(yù)測(cè)性維護(hù)等設(shè)備維護(hù)管理的4個(gè)階段，進(jìn)行能耗管控、安全生產(chǎn)等。

比如空壓機(jī)、冰機(jī)等設(shè)備，雖然其自身可以以低能耗的方式運(yùn)行，但無法實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)、不同類型設(shè)備之間的協(xié)同優(yōu)化。我們的中級(jí)應(yīng)用是通過集群的方式，對(duì)整個(gè)廠的輔助設(shè)備進(jìn)行協(xié)同的管理，優(yōu)化設(shè)備啟停，并且對(duì)維護(hù)策略及排程進(jìn)行管控，從而降低運(yùn)維成本。

對(duì)于半導(dǎo)體制造這個(gè)高能耗產(chǎn)業(yè)，通常一個(gè)廠一個(gè)月的電費(fèi)在九百萬以上。在我們所合作的一個(gè)面板廠中，部署該應(yīng)用后，空壓機(jī)系統(tǒng)整體節(jié)能3%，冰機(jī)系統(tǒng)整體節(jié)能2%，對(duì)于如此高能耗的產(chǎn)業(yè)來說，是相當(dāng)可觀的成本降低。

高階應(yīng)用——PHM

該應(yīng)用主要指預(yù)測(cè)性維護(hù)。應(yīng)用部署的前提是，企業(yè)已經(jīng)達(dá)到基本的信息化/數(shù)字化的水平。預(yù)測(cè)模型由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，依賴于高質(zhì)量數(shù)據(jù)，如果需要外加傳感器的話，將導(dǎo)致采集成本，外加傳感器成本及施工走線等成本的提升，投入相對(duì)較高。

以刀具剩余使用壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)為例：刀具磨耗程度是影響工件質(zhì)量的關(guān)鍵因素。以往通常根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)刀具進(jìn)行定期更換，可能相對(duì)較為保守，更換的刀具一般還可以繼續(xù)使用。

為了降低這部分成本，天澤智云采集衰退磨損相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)故障機(jī)理（磨損早期的頻域響應(yīng)區(qū)間往往在高頻段）采集高頻信號(hào)，綜合考慮算法、硬件成本等因素構(gòu)建刀具剩余使用壽命系統(tǒng)，有效降低60%的意外停機(jī)，減少16%的成本。

02、數(shù)據(jù)的來源和質(zhì)量

在工業(yè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)量大≠質(zhì)量高≠價(jià)值高，因此對(duì)數(shù)據(jù)的來源和質(zhì)量的把控對(duì)于工業(yè)智能的落地顯得尤為重要。

數(shù)據(jù)來源管理

在數(shù)據(jù)來源方面，需要根據(jù)待解決的問題倒推確定數(shù)據(jù)需求。對(duì)已有在監(jiān)控的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以直接接入；而對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)無法監(jiān)控的，則需要利用傳感器來采集。

以高鐵軸承故障預(yù)測(cè)為例，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷用很多經(jīng)典的方式就可以實(shí)現(xiàn)，但其難點(diǎn)在于如何在變轉(zhuǎn)速的情況下自動(dòng)分析、智能診斷，準(zhǔn)確判斷故障的發(fā)生，并自動(dòng)提供判據(jù)（如何時(shí)維修等）。

高鐵每運(yùn)行一段時(shí)間都需要進(jìn)行定檢，目前大多是老師傅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷故障。天澤智云基于機(jī)理，以51.2Hz的采樣率進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采樣，用邊緣計(jì)算的方式，將分布式數(shù)據(jù)采集與特征提取、降噪等過程前置，放在本地處理，可將130Mb/s的數(shù)據(jù)量降低到5Kb/s的特征數(shù)據(jù)，并基于事件進(jìn)行原始數(shù)據(jù)推送與分析，有效達(dá)到了故障預(yù)測(cè)的目的，是高鐵運(yùn)維成本降低的關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)據(jù)質(zhì)量管理

數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型效果非常重要。提前獲得足量、連續(xù)、高質(zhì)量、能夠代表所建模對(duì)象行為的數(shù)據(jù)，是保證模型效果的必要條件。

針對(duì)數(shù)據(jù)“壞點(diǎn)”多（奇異值、缺失值、超限值），樣本不平衡，數(shù)據(jù)缺乏，標(biāo)簽缺乏等問題，提早進(jìn)行數(shù)據(jù)探索，在DT/PT/AT各個(gè)層級(jí)都對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量校驗(yàn)，模型/數(shù)據(jù)層面處理樣本不平衡，在建模無數(shù)據(jù)時(shí)，結(jié)合領(lǐng)域知識(shí)，進(jìn)行模型冷啟動(dòng)。

案例：基于SCADA信號(hào)的發(fā)電機(jī)軸承故障預(yù)警

以風(fēng)電預(yù)測(cè)性維護(hù)為例，新風(fēng)場缺乏數(shù)據(jù)來源，對(duì)于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的算法很難做到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，可類比同類型的其他風(fēng)場數(shù)據(jù)，前置分析活動(dòng)，冷啟動(dòng)模型?；赟CADA系統(tǒng)，將模型預(yù)測(cè)量與實(shí)際量做對(duì)比，根據(jù)殘差分布判斷其是否有異常。模型的冷啟動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

可快速上線：僅使用~10天滿足工況的數(shù)據(jù)即可完成參數(shù)擬合；

受工況影響較?。涸诓煌?fù)載、不同季節(jié)仍然有較好的預(yù)測(cè)效果；

模型可解釋性強(qiáng)：可基于參數(shù)物理含義和取值偏移，初步判斷故障原因。

好的模型不是被設(shè)計(jì)出來的，而是被迭代出來的。基于該理念，天澤智云開發(fā)了一套完整的工業(yè)智能研發(fā)平臺(tái)，能有效管理模型全生命周期，幫助提升團(tuán)隊(duì)效率，更好地服務(wù)于客戶。

03、價(jià)值

對(duì)于價(jià)值層面，金超博士指出，算法不等于模型，模型不等于產(chǎn)品，產(chǎn)品也不等于能夠真正為用戶提供價(jià)值的系統(tǒng)。工業(yè)智能應(yīng)用要最終實(shí)現(xiàn)價(jià)值，還需要OT的導(dǎo)入。

以鋼鐵行業(yè)的高爐煤氣管網(wǎng)平衡系統(tǒng)為例：高爐在燃燒的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生廢氣，主要成分是一氧化碳，直接排放將造成污染和浪費(fèi)。因此很多企業(yè)將高爐產(chǎn)生的煤氣應(yīng)用到下游單位，包括軋鋼、自備電廠等。以往的方式是通過動(dòng)力部門打電話的方式進(jìn)行協(xié)調(diào)，這種方式會(huì)造成很大的管網(wǎng)壓力波動(dòng)。

高爐煤氣管網(wǎng)平衡系統(tǒng)相當(dāng)于為各個(gè)煤氣使用單位提供了一個(gè)“導(dǎo)航系統(tǒng)”，可直接告訴各個(gè)用氣單位的操作員使用多少，如何協(xié)調(diào)。該系統(tǒng)在落地時(shí)，對(duì)不同層級(jí)、不同部門開展了三十多場培訓(xùn)，建立對(duì)系統(tǒng)的信任，同時(shí)形成了規(guī)章制度，涵蓋應(yīng)急情況處理方法、KPI管理機(jī)制等。對(duì)系統(tǒng)終端用戶的培訓(xùn)，現(xiàn)場操作結(jié)合，并且對(duì)激勵(lì)制度進(jìn)行適應(yīng)性改革，才能夠真正讓系統(tǒng)被使用起來，并且越用越能夠持續(xù)交付價(jià)值。

結(jié)語

工業(yè)智能技術(shù)能否落地，并不取決于技術(shù)本身，技術(shù)本身并不創(chuàng)造價(jià)值。而價(jià)值轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，最終取決于這些新技術(shù)將如何被應(yīng)用。

應(yīng)用好工業(yè)智能技術(shù)，不僅僅是技術(shù)問題，更是管理問題：需要明確痛點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)來源與質(zhì)量管理，模型部署上線后不斷優(yōu)化迭代，對(duì)模型全生命周期進(jìn)行全面管理，最終形成業(yè)務(wù)閉環(huán)，才能真正為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。