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★本刊記者/文曉

西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)工業(yè)人工智能團(tuán)隊(duì)主管曹子諫

當(dāng)前，以人工智能為代表的新興科技正從數(shù)字化的“星辰大海”，成為推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力。深耕工業(yè)人工智能領(lǐng)域30余年，西門子對(duì)于人工智能與垂直行業(yè)融合有深切的理解和深厚積淀。西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)工業(yè)人工智能團(tuán)隊(duì)主管曹子諫博士表示：“西門子堅(jiān)定認(rèn)為工業(yè)人工智能會(huì)是未來(lái)自動(dòng)化發(fā)展的核心引擎之一，必將重構(gòu)自動(dòng)化的未來(lái)。與此同時(shí)，西門子在中國(guó)工業(yè)人工智能領(lǐng)域的業(yè)務(wù)探索已經(jīng)取得了積極的發(fā)展；技術(shù)在不斷創(chuàng)新，行業(yè)應(yīng)用也在持續(xù)擴(kuò)展和深入，集聚和復(fù)制擴(kuò)展效應(yīng)初步顯現(xiàn)，已經(jīng)成為了各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能創(chuàng)新方面的重要支持力量。”

將人工智能融入自動(dòng)化

據(jù)曹子諫博士介紹，目前西門子很多的自動(dòng)化和數(shù)字化的產(chǎn)品以及產(chǎn)品組合均“融入”了人工智能相關(guān)技術(shù)，包括：西門子的一些產(chǎn)品正在為人工智能提供算力和運(yùn)行環(huán)境的承載能力；一些產(chǎn)品為人工智能的算法模型以及應(yīng)用開(kāi)發(fā)部署提供管理工具；一些產(chǎn)品為人工智能提供所必需的底層數(shù)據(jù)；還有一些產(chǎn)品則直接嵌入了人工智能的算法模型進(jìn)行能力提升和功能拓展。

其中，與未來(lái)自動(dòng)化相關(guān)的產(chǎn)品組合與人工智能相融合，在服務(wù)于中國(guó)本土客戶的過(guò)程中主要聚焦在質(zhì)量方面，主要涉及質(zhì)量檢測(cè)（發(fā)現(xiàn)問(wèn)題），質(zhì)量剖析（分析原因），質(zhì)量提升（工藝優(yōu)化）三個(gè)方面。因?yàn)榉现袊?guó)制造從量大到質(zhì)強(qiáng)的核心訴求，目前該領(lǐng)域業(yè)務(wù)發(fā)展勢(shì)頭良好，在金屬成型，光伏基材，食品飲料，冶金和電子行業(yè)頗受客戶認(rèn)可，取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

挖掘工業(yè)數(shù)據(jù)價(jià)值

工業(yè)場(chǎng)景中無(wú)時(shí)無(wú)刻都在產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，有的是控制參數(shù)，有的是過(guò)程記錄，有的是監(jiān)測(cè)信息，有的是檢測(cè)結(jié)果。與消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)所處理的數(shù)據(jù)相比，這些工業(yè)數(shù)據(jù)同樣量很大，同時(shí)還有維度更廣，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，隱私保護(hù)要求更嚴(yán)苛，數(shù)據(jù)解釋的專業(yè)性更強(qiáng)等特點(diǎn)。如何能夠通過(guò)先進(jìn)的人工智能算法和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，讓其產(chǎn)生價(jià)值并為企業(yè)所用至關(guān)重要。

曹子諫博士認(rèn)為，對(duì)于工業(yè)數(shù)據(jù)的價(jià)值挖掘，第一個(gè)要解決的問(wèn)題是在哪處理這些數(shù)據(jù)，在本地，在云端，還是在邊緣？不同的工業(yè)數(shù)據(jù)因?yàn)槠渥陨淼臄?shù)據(jù)特質(zhì)不同，待分析的目標(biāo)不同，因此很難用一套數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)來(lái)解決所有問(wèn)題。西門子在分析和挖掘工業(yè)數(shù)據(jù)價(jià)值的過(guò)程中，特別重視在合適的地方通過(guò)合理的方式進(jìn)行工業(yè)數(shù)據(jù)的整備和分析。因此西門子提供基于MindSphere這樣的云端數(shù)據(jù)分析服務(wù)，也拓展了Industrial Edge這樣的邊緣側(cè)數(shù)據(jù)分析和推演系統(tǒng)，還進(jìn)一步完善了SCADA這樣在工廠車間層級(jí)采集底層工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的基石系統(tǒng)。這些系統(tǒng)讓很多行業(yè)的工業(yè)數(shù)據(jù)在最合適的地方用最合適的方法進(jìn)行了有深度的價(jià)值挖掘。

深入挖掘并利用工業(yè)數(shù)據(jù)價(jià)值對(duì)于中國(guó)工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，仍處于起步探索階段，難免會(huì)面臨重重挑戰(zhàn)。對(duì)此，曹子諫博士深有感受，基于歷史項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，西門子工業(yè)人工智能團(tuán)隊(duì)經(jīng)常面臨到的顯性挑戰(zhàn)會(huì)涉及：數(shù)據(jù)不可讀、數(shù)據(jù)不完整、數(shù)據(jù)不連續(xù)、數(shù)據(jù)有缺失、數(shù)據(jù)不對(duì)齊以及數(shù)據(jù)顆粒度不細(xì)等。然而，更深層次的挑戰(zhàn)在于“慣性”思維，不少企業(yè)的想法是“先采數(shù)，再分析”，先期投入巨資建立龐大的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以及數(shù)據(jù)中臺(tái)等系統(tǒng)，也從底層設(shè)備采集到大量的數(shù)據(jù)，然后就開(kāi)始要找數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)來(lái)挖掘其中的價(jià)值；客戶經(jīng)常會(huì)意識(shí)到這樣的情況：似乎大量的數(shù)據(jù)都已經(jīng)采集到手，但并不知道如何讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值。

“這些企業(yè)不知道的是，不帶著具體業(yè)務(wù)痛點(diǎn)和分析目標(biāo)的數(shù)據(jù)采集，通常采集到的數(shù)據(jù)都是無(wú)效的。不僅數(shù)據(jù)分析工作無(wú)法進(jìn)行，而且會(huì)導(dǎo)致數(shù)采系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)。”曹子諫博士表示：“對(duì)此，建議企業(yè)帶著業(yè)務(wù)痛點(diǎn)和目標(biāo)來(lái)看待數(shù)據(jù)分析，讓數(shù)據(jù)分析工程師前置到數(shù)據(jù)采集工作中，用正確的視角定義待采集的數(shù)據(jù)，用正確的方法采集數(shù)據(jù)，并保障數(shù)據(jù)的高質(zhì)量；而不是讓數(shù)據(jù)分析工程師對(duì)著一堆龐大但是無(wú)意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖空心思的分析。”

強(qiáng)化學(xué)習(xí)是AI未來(lái)熱點(diǎn)領(lǐng)域

作為自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，西門子對(duì)于各種經(jīng)典自動(dòng)化控制與先進(jìn)控制技術(shù)有較深的理解，相應(yīng)的行業(yè)應(yīng)用也很豐富。曹子諫博士透露，西門子正在利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)/深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)先進(jìn)控制技術(shù)中的模型預(yù)測(cè)控制進(jìn)行了提升和擴(kuò)展，設(shè)計(jì)出一種有深度的模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，其基本特征包括：（1）利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的深度監(jiān)督學(xué)習(xí)算法（代替機(jī)理和數(shù)理模型）進(jìn)行質(zhì)量趨勢(shì)預(yù)測(cè)；（2）增加深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用比例進(jìn)行動(dòng)態(tài)的滾動(dòng)參數(shù)尋優(yōu)。

“其中強(qiáng)化學(xué)習(xí)是AI中的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)如何基于環(huán)境而行動(dòng)，以取得最大化的預(yù)期利益，其關(guān)注點(diǎn)在于尋找探索和利用之間的平衡。”曹子諫博士強(qiáng)調(diào)。

跳出制造業(yè)這個(gè)范疇，AlphaGo的巨大成功掀起了圍棋界三千年未有之大變局，也使得背后的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)漸為大眾所知悉。西門子也正在自動(dòng)化控制領(lǐng)域推進(jìn)類似的探索。

在中國(guó)西北方一個(gè)大型的光伏材料生產(chǎn)基地里，西門子的人工智能增強(qiáng)控制系統(tǒng)由IPC和PLC系統(tǒng)進(jìn)行承載，運(yùn)行在IPC上的智能分析程序給PLC動(dòng)態(tài)下發(fā)優(yōu)化后的控制指令。兩者相互配合正在幫助客戶對(duì)光伏基材的工藝控制進(jìn)行優(yōu)化，縮短早期溫度調(diào)節(jié)的時(shí)長(zhǎng)，減少溫度的波動(dòng)范圍，提高了引晶的成活率，減少過(guò)程中的斷棒風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而幫助客戶提高了平均單產(chǎn)，在日益激烈的新能源市場(chǎng)中建立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

在中國(guó)東北一個(gè)大型的粉末狀食品添加劑工廠里，西門子的人工智能增強(qiáng)控制系統(tǒng)同樣運(yùn)行在IPC上，不過(guò)其驅(qū)動(dòng)的對(duì)象變成了過(guò)程行業(yè)的DCS。這個(gè)系統(tǒng)正在幫助客戶提高粉末食品添加劑中的水分控制精度，減少生產(chǎn)中的損耗和能耗，同時(shí)降低生產(chǎn)過(guò)程中的人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

做工業(yè)原生的人工智能是西門子關(guān)注的焦點(diǎn)

人工智能的發(fā)展關(guān)鍵是找到能發(fā)揮其價(jià)值的應(yīng)用場(chǎng)景，只有實(shí)際落地于中國(guó)工業(yè)企業(yè)最關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域中，才能發(fā)揮最大的價(jià)值。對(duì)此，曹子諫博士深表認(rèn)同：“中國(guó)正在從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，與此同時(shí)‘雙碳’政策也在賦予中國(guó)制造企業(yè)更多的歷史使命。從這些制造企業(yè)原生的訴求出發(fā)，做工業(yè)原生的人工智能是西門子關(guān)注的焦點(diǎn)。”

何謂工業(yè)原生的人工智能？曹子諫博士做了詳細(xì)解釋：

首先是“原生”于工業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景。隨著技術(shù)、算法、資源和人才的不斷充實(shí)，人工智能正在觸及工業(yè)的各個(gè)方面，從普遍接受的設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、產(chǎn)品外觀檢測(cè)、物流調(diào)度等方面，更多開(kāi)始在人、機(jī)、料、法、環(huán)等工業(yè)原生需求領(lǐng)域驗(yàn)證了人工智能的價(jià)值；未來(lái)還將會(huì)有更多制造場(chǎng)景與智能技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新融合，催生出更多新模式。一些工業(yè)核心和底層的問(wèn)題正在被人工智能加速解決。

其次是“原生”于工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的自動(dòng)化技術(shù)和系統(tǒng)自身也在不斷革新，例如支持本地應(yīng)用開(kāi)發(fā)運(yùn)行維護(hù)的工業(yè)邊緣計(jì)算系統(tǒng)，高性能低功耗的工業(yè)計(jì)算機(jī)，以及帶有算力資源的PLC可編程邏輯控制器和支撐軟件工具等。人工智能的應(yīng)用開(kāi)始在增強(qiáng)的自動(dòng)化系統(tǒng)中被收集、處理、分析和推演，開(kāi)始形成一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的生態(tài)圈。

對(duì)于人工智能未來(lái)在中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，曹子諫博士充滿信心和期待：“我們相信中國(guó)制造業(yè)企業(yè)會(huì)更加廣泛地?fù)肀ЧI(yè)人工智能，西門子工業(yè)人工智能將繼續(xù)深入行業(yè)實(shí)踐，幫助客戶提升從數(shù)據(jù)收集整備，到模型訓(xùn)練優(yōu)化，以及應(yīng)用開(kāi)發(fā)落地的全局性能力。同時(shí)針對(duì)不同屬性制造業(yè)企業(yè)的深層次差異化需求，西門子工業(yè)人工智能的技術(shù)形態(tài)也有所側(cè)重，西門子在未來(lái)自動(dòng)化中重視工業(yè)人工智能的骨骼（算力承載系統(tǒng)），血液（數(shù)據(jù)采集和總線等），心臟（開(kāi)發(fā)和運(yùn)行系統(tǒng)），以及大腦（增強(qiáng)決策與控制系統(tǒng)）等方面的產(chǎn)品和產(chǎn)品組合布局。”

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年12月刊