感慨于AI的聲勢浩大，千軍萬馬進工業(yè)，希望復(fù)制其巨大的商業(yè)積累，然而，工業(yè)AI與商業(yè)仍然大的不同，缺乏對工業(yè)的了解，會遇到很多坑，工業(yè)AI往往是在有具體的物理對象的機器或系統(tǒng)上運行，這與很多純軟件形式的語音、圖像類的識別的商業(yè)AI還是有比較大的差別，物理對象是否能夠如你所愿的執(zhí)行或反饋，那本來就依賴于其自身的機理模型，包括一些不確定的、干擾因素會導(dǎo)致的潛在問題，都是工業(yè)AI無法像商業(yè)AI那樣對待的原因。由于工業(yè)AI場景中物理對象的存在使得其本身在數(shù)據(jù)采集、特征提取、模型訓(xùn)練、部署等方面存在著較大的困難，因此，必須冷靜的看待AI在工業(yè)的發(fā)展，才能厘清問題，讓我們避開那些坑，并且知道該如何看待AI的工業(yè)發(fā)展，不僅是技術(shù)，在企業(yè)認知、人才培養(yǎng)等多個方面都需要予以考慮，才能系統(tǒng)的發(fā)展工業(yè)AI的應(yīng)用。

1.工業(yè)AI與商業(yè)AI的差異

工業(yè)數(shù)據(jù)與商業(yè)數(shù)據(jù)仍然是有較大的差別，這主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

 

比較項	商業(yè)數(shù)據(jù)	工業(yè)數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)特點	追求數(shù)據(jù)量大	追求對問題的還原性
質(zhì)量需求	用于較為模糊的計算，質(zhì)量要求不高	數(shù)據(jù)要求極高，需清洗
用途	關(guān)聯(lián)性分析	尋求模型基礎(chǔ)上的關(guān)聯(lián)性
結(jié)果	準確性要求低	高容錯率
數(shù)據(jù)類型	非實時數(shù)據(jù)	實時數(shù)據(jù)
可解釋性	低可解釋性	高可解釋性
數(shù)據(jù)源	聲音、視頻、文本、圖像圖片	電流、電壓、振動、能源…
安全性	信息安全（Security）需求	信息安全+功能安全性（Safety）
可靠性	低	高可靠性
準確性	低	高精度需求：控制精度要求
魯棒性	低	高魯棒性需求：

綜上所述，工業(yè)AI與商業(yè)AI相比，還是有很多難度的，但是，而驅(qū)動工業(yè)AI發(fā)展的因素也在于AI芯片、軟件方面的成本下降，工業(yè)AI本身是有需求的，只是受制于工業(yè)領(lǐng)域的市場容量，在商業(yè)的芯片與軟件不能降低到合理的成本時，工業(yè)AI就無法真正崛起，發(fā)揮其價值。

可解釋性在于用戶對于“機器”進行決策背后的原因需要建立“信任”，而很多AI算法卻是一種“黑盒”機制，使得其不具有透明性，這使得很難被接受，因為“風(fēng)險”仍然是存在的，如果商業(yè)AI需要90%準確性，那么工業(yè)需要的99.99%的準確，而這個潛在的“不可解釋”使得模型的信任度降低。

安全性：如果用戶要求供應(yīng)商一起承擔(dān)因為技術(shù)所需承擔(dān)的潛在安全風(fēng)險—這無論對工業(yè)還是商業(yè)來說都是一個風(fēng)險，因為，你可能是賺的面粉的錢，操著白粉的心，這你也不敢接受吧？但是，客戶不管這么多，你說你的系統(tǒng)很好，但是，如果出現(xiàn)了安全事故—那我是不是要找你呢？或者，你愿意承擔(dān)這個風(fēng)險，我才能接受這個產(chǎn)品。

2.模型驅(qū)動與數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)缺點

數(shù)據(jù)驅(qū)動與模型驅(qū)動的優(yōu)缺點分析，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)通常是基于物理或化學(xué)的已有機理建模，并經(jīng)過上百年大量生產(chǎn)的測試驗證，那么具有一定的成熟性，但是，由于考慮更多是經(jīng)濟性，因此做了非常多的線性化、安全值設(shè)定，使得其仍然有挖掘的潛力空間，另一方面，由于模型驅(qū)動往往需要非常專業(yè)的人經(jīng)過大量的時間進行積累，這個過程本身的成本也是非常高的，只是在很多年中進行了分布，似乎成本很低，而數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，在于發(fā)現(xiàn)新的模型—那些在傳統(tǒng)的機理方法中無法進行挖掘的模型，數(shù)據(jù)驅(qū)動的對于數(shù)據(jù)是饑渴的，而這不依賴于人的經(jīng)驗和大量的積累，就像通過數(shù)據(jù)進行預(yù)測性維護，可以在短時間積累大量的數(shù)據(jù)，并挖掘出導(dǎo)致質(zhì)量問題的相關(guān)性分析，而這在過去可能需要數(shù)年、數(shù)十年的積累。

比較項	模型驅(qū)動	數(shù)據(jù)驅(qū)動
復(fù)雜性	復(fù)雜-機電軟一體化融合	依靠數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)
數(shù)據(jù)需求	小數(shù)據(jù)驗證接近于大數(shù)據(jù)分析	大數(shù)據(jù)
領(lǐng)域知識需求	高	低
成本	高	低
經(jīng)驗	高	中

 

比較有效的方法當然是數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動相互結(jié)合，在模型基礎(chǔ)上構(gòu)建學(xué)習(xí)的過程，進而來優(yōu)化模型，而相輔相成，才能各自發(fā)揮其優(yōu)勢，機理模型的人不愿意嘗試數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型，而認為學(xué)習(xí)的人不懂工藝。

3.工業(yè)AI場景

3.1流程工業(yè)與離散工業(yè)的不同

工業(yè)按照生產(chǎn)的連續(xù)性、控制對象大致分為流程與離散制造業(yè)，離散制造業(yè)主要以機器與產(chǎn)線的控制為主，例如食品飲料、塑料、電子、造船等工業(yè)，而流程工業(yè)從產(chǎn)業(yè)來說更傾向于連續(xù)型的過程生產(chǎn)，如石化、制藥、冶金等。

	機器控制	流程控制
加工任務(wù)	物理	化學(xué)反應(yīng)
參數(shù)	速度、扭矩、位置	溫度、壓力、液位、流量
循環(huán)周期	μS/mS	10mS/100mS
控制系統(tǒng)	嵌入式系統(tǒng)	DCS/SCADA
安全性	IEC61508	IEC61511/IEC61513
高可用性	冗余需求較少	雙機熱備/網(wǎng)絡(luò)冗余
生產(chǎn)連續(xù)性	離散制造	連續(xù)生產(chǎn)

 

就AI的應(yīng)用來說，流程工業(yè)由于是連續(xù)生產(chǎn)，本身具有“自動”的需求，優(yōu)化的效果很顯著，因為1%的能耗降低都是有效的，但是，流程工業(yè)本身的空間也是很難挖掘的—請你相信我，流程工業(yè)在上百年的時間里，已經(jīng)用了各種方法在挖掘它的潛力—傳統(tǒng)的機理模型方式已經(jīng)干了超出AI所能想象的工作，離散制造業(yè)相對比較分散，現(xiàn)在卻像著“連線”生產(chǎn)的模式進發(fā)，傳統(tǒng)所謂的機器已經(jīng)由機器人、輸送系統(tǒng)進行了“連接”，使得其具有了不停機生產(chǎn)的能力。

3.2工業(yè)AI場景

無論是流程工業(yè)還是離散制造，針對流程的各個部分，其實都是有通過AI方式來進行的優(yōu)化與改善：我們不以具體的技術(shù)或場景，而以宏觀的場景來看待整個工業(yè)AI的空間—這也是傳統(tǒng)機理的空間：

(1)數(shù)字化設(shè)計環(huán)節(jié)

通過數(shù)據(jù)的閉環(huán)迭代，來反映生產(chǎn)中的質(zhì)量、成本的不斷約束下的降低，這也是AI算法可以干的事情。

為個性化生產(chǎn)帶來數(shù)據(jù)的支撐能力，無論是早期驗證還是數(shù)字孿生對于工藝的智能挖掘，形成新的制程工藝決策支持，這些都是代替了“人的經(jīng)驗”和隱性知識的功能，否則，人們?nèi)匀徊荒軒碣|(zhì)量的穩(wěn)定性、良品率的上升。

第一次就做對，是精益生產(chǎn)里的理想狀態(tài)，對于工藝來說，開機浪費不可避免，如何讓機器最快的進入穩(wěn)定的質(zhì)量工藝狀態(tài)，也是一個可以通過大量的學(xué)習(xí)來獲取的，經(jīng)過累積，形成一個穩(wěn)定的工藝模型，就是一種很好的應(yīng)用。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)對于設(shè)計端的反饋，無論對于流程還是離散制造業(yè)來說，現(xiàn)場數(shù)據(jù)對于設(shè)計端的反饋是一個非常重要的提升辦法—這些決策支持具有很大的商業(yè)價值。

(2)數(shù)字化運營環(huán)節(jié)

--數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化：質(zhì)量優(yōu)化、參數(shù)尋優(yōu)、作業(yè)調(diào)度，這些都是可以為AI所發(fā)揮力量的場景，在質(zhì)量優(yōu)化方面自然有極大的空間，無論是通過視覺的缺陷檢測來尋找質(zhì)量改善的空間，還是通過視覺導(dǎo)引為機器人、AGV等提供快速的定位與指引，都是AI可以發(fā)揮空間的地方。降低能耗，提高原料使用效率，優(yōu)化生產(chǎn)工藝中的參數(shù)匹配，自適應(yīng)能力；

--參數(shù)優(yōu)化，包括了在靜態(tài)和動態(tài)系統(tǒng)建模以便應(yīng)對環(huán)境的不確定性，實現(xiàn)更為有效的控制工藝，在線過程控制和優(yōu)化。

--因果關(guān)系和相關(guān)性（例如質(zhì)量缺陷），在缺陷檢測中，可以實現(xiàn)對質(zhì)量相關(guān)性分析來對影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素進行“發(fā)現(xiàn)”并對其進行有效的調(diào)節(jié)、控制，或者根據(jù)模型實施更為節(jié)省成本的控制策略。

 

 

--工藝參數(shù)匹配：制造業(yè)無論是流程還是離散，其本質(zhì)都是對材料進行各種化學(xué)與物理的反應(yīng)，這個難點在于各種材料所具有的物理化學(xué)特性，這些在生產(chǎn)產(chǎn)品中與工藝流程、控制參數(shù)會形成無數(shù)種組合，傳統(tǒng)上建模本身也是一個難題，但是，即使有模型也需要大量的驗證，而這種驗證基于物理方法的顯然不如通過數(shù)據(jù)的方法積累，分析，提供工藝人員以決策支持。

--決策支持：信息可用性的提高帶來了決策的支持能力，并且，在更多的AI場景中，我們可以看到工廠的資源如機器、設(shè)備、材料都有了節(jié)省的空間。

(3).數(shù)字化維護

對于工廠的設(shè)備來說，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動可以形成大量的應(yīng)用積累，使得對于產(chǎn)線的未來狀態(tài)進行早期狀態(tài)預(yù)測，能夠維護較高的生產(chǎn)可用性（OEE指標提升）。

 

傳統(tǒng)的預(yù)測性維護往往基于機理模型，對于重值設(shè)備如飛機、大型空壓機組、鼓風(fēng)機、風(fēng)力發(fā)電機組等具有很高的必要性，因為這個投入是合算的，但是，對于生產(chǎn)線上的輕值設(shè)備，但是，個性化生產(chǎn)時代機器與產(chǎn)線的健康狀態(tài)又會對生產(chǎn)品質(zhì)、交付能力造成較大的影響，這個時候就必須尋找更為經(jīng)濟的運營維護方式，針對復(fù)雜多變的生產(chǎn)場景尋找更為經(jīng)濟的數(shù)據(jù)驅(qū)動解決方案，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基于專家多年積累的方法。

4.工業(yè)AI目前需要突破的障礙

盡管我們描述了AI在工業(yè)的眾多場景和可能性，但是，要達到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，我們還必須對它有更為清晰的認識，知道困難在哪里，知道它的潛在風(fēng)險和它自身發(fā)展的規(guī)律，才能更好的應(yīng)用，以下幾個方面是未來工業(yè)AI需要突破的障礙。

4.1數(shù)據(jù)本身的難題需要跨越

(1).數(shù)據(jù)采集就是需要突破的Know-How：

鑒于AI方法通常都是基于大規(guī)模數(shù)據(jù)并且這些數(shù)據(jù)必須具有高的可靠性，因此數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，數(shù)據(jù)魯棒性、數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)訪問，對于流程工業(yè)來說需要較大的改善，而另一方面，對于工業(yè)來說，從大數(shù)據(jù)到智能數(shù)據(jù)方法，這必須將大數(shù)據(jù)的方法與模型驅(qū)動方法結(jié)合。

 

就像振動信號的采集，就是在復(fù)雜的小信號中撿取有用的信號，而且需要經(jīng)過一些快速傅里葉變換，包絡(luò)曲線的分析才能檢出有用信號。

數(shù)據(jù)源帶來的信號干擾，包括信號檢出方式本身就包含了很多工業(yè)Know-How在里面，很多智能傳感器其實就是依賴于對信號的處理方式為核心競爭力，如果純粹原始的信號拿來，就相當于給了你一把面粉和白石灰混合在一起的數(shù)據(jù)。

(2).你不要以為你有機會迭代：

商業(yè)是大數(shù)據(jù)，而工業(yè)是小數(shù)據(jù)，有很多故障數(shù)據(jù)只有在故障發(fā)生的時候才能有，而這個故障的發(fā)生—就意味著設(shè)備質(zhì)量的問題—而這個不被接受，就是在工業(yè)里有一個問題，商業(yè)AI說我們可以設(shè)定一個期望然后來迭代，但是，工業(yè)的用戶說“如果你達不到這個精度，請不要來測試”—這個可能是兩個很大的差別，商業(yè)客戶可以接受迭代的過程，比如識別圖片的能力、語音識別的能力不斷迭代提升，但是，工業(yè)的問題就是你如果出現(xiàn)了判斷錯誤—那么，這個爐子里的材料就廢了，在很多場景里，可能你連測試的幾乎都不會有。

就像圖中所示，在商業(yè)AI里你就識別一個狗和拖把的區(qū)別，在工業(yè)里你可是要識別一個產(chǎn)品是否合格，這兩件事情是完全不同的兩件事情。

(3).在數(shù)據(jù)工程基礎(chǔ)工作方面：工業(yè)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)安全方面尚需更多的工作。

就目前而言，在工業(yè)數(shù)據(jù)的獲取方面，包括網(wǎng)絡(luò)連接的統(tǒng)一規(guī)范、信息模型、數(shù)據(jù)安全方面尚未有統(tǒng)一規(guī)范，OPC UA一直致力于這一工作，然而，目前OPC UA本身的市場完成度也并不高，在國內(nèi)也僅有少數(shù)的企業(yè)開發(fā)了OPC UA，如果不開發(fā)基于OPC UA的規(guī)范，那么，各個公司形成的規(guī)范仍然會成為障礙，因為大家肯定沒法具有統(tǒng)一性，導(dǎo)致需要大量的接口與轉(zhuǎn)換工作。

(4).數(shù)據(jù)源喂入到AI的質(zhì)量仍然不夠高，更多的數(shù)字化和數(shù)據(jù)集成仍需努力。

工業(yè)AI與商業(yè)AI還有就是在數(shù)據(jù)的需求“價值”方面，對于工業(yè)AI來說，如果獲得的數(shù)據(jù)到信息過程出現(xiàn)不可用、不完備的情況，也即，這些數(shù)據(jù)模型無法精確的描述一個物理或化學(xué)過程，那么，這個數(shù)據(jù)就是無法真正使用或發(fā)揮價值的，不是單一的數(shù)據(jù)而是數(shù)據(jù)集，必須具有一定的完備性。

4.2在工業(yè)AI應(yīng)用實現(xiàn)過程中的難題

(1).缺乏數(shù)據(jù)處理的流程，從源頭獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題、數(shù)據(jù)驗證、特征提取整個過程而言，目前AI尚未有比較好的自動化方法建立。仍然需要人工對數(shù)據(jù)進行特征提取、降維、標定等工作。即使現(xiàn)有的AI軟件已經(jīng)非常容易使用，但是，對于工業(yè)場景而言，仍然有很多不適用的情況。

(2).語義互操作問題：由于數(shù)據(jù)來源于不同的設(shè)備，那么就需要統(tǒng)一的語義互操作規(guī)范支持。不僅包括了M2M的數(shù)據(jù)，還包括了OT與IT系統(tǒng)的接口問題，這些都是目前尚未能夠很好解決的問題，對于傳統(tǒng)的模型驅(qū)動控制而言，都尚未有完整的解決方案，因此，AI的應(yīng)用就更需時日。

在工業(yè)里OPC UA即扮演這樣一個角色，提供結(jié)構(gòu)性的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)在地址空間的存儲提供了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)、類型、屬性等標準，并支持各種通信模式，以及提供了行業(yè)信息模型的集成。

(3).數(shù)據(jù)安全性問題：在整個數(shù)據(jù)的采集、傳遞、處理、運行、部署過程中，數(shù)據(jù)的安全性（Security），以及對生產(chǎn)運營的安全性（Safety）都是工業(yè)企業(yè)必須予以考量的要素。

4.3就企業(yè)本身對于AI的障礙

對于AI企業(yè)和用戶而言，尚有一些障礙

(1).用戶過高的期望，以及不可計量的AI期望值

對于用戶而言，AI是個好東西，但是，客戶需要先驗性的收益分析—就是“不見兔子不撒鷹”的投資方式，收益不明確、缺乏有說服力的案例、業(yè)務(wù)模式的匹配、對AI的局限性缺乏了解，較難以說服用戶。 

(2).即或AI，也需要AI的運行機制和體系支撐

AI并非像買一個軸承，即使是軸承也需要維護人員專業(yè)的知識，而AI同樣如此，總不能就像買個東西裝上即可使用，而在應(yīng)用中如何調(diào)整、迭代本身也需要用戶自身來完成，否則，花費一筆錢就得到供應(yīng)商無限的服務(wù)支持，或者如果需要支持服務(wù)費用，這也是一筆不小的長期開銷，必須予以考慮。

因此，對于AI而言，必須要有清晰的認識，要有長期的規(guī)劃和人才培養(yǎng)計劃與之匹配，否則，可能就是一個項目，為了獲得一些所謂的資金支持，拿到一些補貼，但是，相對于企業(yè)所投入來說，往往也是得不償失。

(3).企業(yè)文化對于AI應(yīng)用的支持：在一些企業(yè)中存在著對AI的抵觸，因為，他們會認為AI會代替他們的工作，就像在高速公路休息站地方的自動售貨機總是會無緣無故的故障一樣，因為自動售貨機里2.5一瓶的礦泉水和商店里5塊一瓶的水相比，他們更希望機器有故障。

AI的應(yīng)用本身也是一種創(chuàng)新，需要跨學(xué)科融合的團隊合作，一是創(chuàng)新文化，二是團隊合作的文化，如果大家藏著掖著，那么這個計劃就無法實現(xiàn)，因為，AI需要工藝人員將隱藏在其大腦中的知識拿出來分享，并形成不依賴于人的模型與算法，這本身就是有難度，而且在整個項目中的貢獻如果無法良好評價，就會產(chǎn)生對抗與抵觸情緒。

4.4法律倫理與商業(yè)上的問題

除了4.1-3所述的問題，在商業(yè)上，目前對于工業(yè)AI還缺乏“標準化”的應(yīng)用，以解決可復(fù)用的問題，而這是商業(yè)AI與工業(yè)人必須共同解決的問題。AI在項目質(zhì)量上、標準化方面還需要借助于軟件工程來實現(xiàn)更好的復(fù)用性，包括在上行和下行的互操作方面—因為采集和部署都是要跨平臺來實施的。

數(shù)據(jù)的歸屬權(quán)也是要考慮的問題，就像你來自End User的數(shù)據(jù)，那么這個數(shù)據(jù)用來訓(xùn)練了模型，那么這個數(shù)據(jù)的所有權(quán)、模型的所有權(quán)就是問題，或者利益的劃分問題如何解決，是否有法律保障？

工業(yè)領(lǐng)域還有非常多的安全、審計追蹤等特殊的行業(yè)需求，這些都是工業(yè)AI應(yīng)用時所需考慮的，而這些在商業(yè)AI中可能不會出現(xiàn)。