文|陳志成：中國人工智能學會基礎(chǔ)專業(yè)委員會常務(wù)委員、中國通信學會云計算專家委員會委員、北京格分維科技有限公司總經(jīng)理
我原來在高校工作了一段時間，是教師，擔任計算機學科方面的負責人，現(xiàn)在創(chuàng)辦一個公司，做人工智能方面的工作。我從學校出來，有一些背景因素，很多教授、院士，他們做了很多很好的理論研究，但是我們的產(chǎn)學研做的并不是想象中的那么好，企業(yè)很難把人工智能中比較超前的理論運用起來。很多老師聊天說，人工智能是不是要死亡了，是不是真的不行了，沒有什么用途了，離我們生活太遙遠了。我創(chuàng)辦企業(yè)的想法，是希望將課本上的一些理論，變成日常生活當中可以用的一些產(chǎn)品，不管是小的產(chǎn)品也好，大的產(chǎn)品也好。也許這也是一種情懷，大家都想做一些事情，而我想做人工智能。
我的演講分為四部分內(nèi)容：第一，介紹工業(yè)4.0的本質(zhì)，我認為工業(yè)4.0的本質(zhì)是智能制造，目前對于工業(yè)4.0的理解各種各樣，但是大體而言，還是依據(jù)德國的提法來理解。2011年至2013年，德國針對工業(yè)4.0給出了一些資料，總體思路還是智能制造的概念。前面說人工智能要死亡了，可是現(xiàn)在機會來了，人工智能可能會有大發(fā)展了。第二點介紹我們現(xiàn)在正在做的事情，就是制造企業(yè)的機聯(lián)網(wǎng)，主要是指機器設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，及其管理控制。第三點講基于機聯(lián)網(wǎng)之上的云計算服務(wù)，以及相關(guān)的研究課題。最后跟大家分享一個能源大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的案例。
智能時代已經(jīng)來臨，五年之前，老師們在討論人工智能怎么發(fā)展，原中國人工智能學會理事長鐘義信老師、何華燦老師等也都在討論。人類社會的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，第一個階段是農(nóng)業(yè)社會，人類勞動工具以簡單的鐮刀、鋤頭為主。第二個階段是工業(yè)社會，也就是動力機車時代，以蒸汽機、機床為代表的時代。第三個階段是信息社會，網(wǎng)絡(luò)時代到來了，電話、電燈、電視，現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)，這就是目前的信息社會。
我們來看看前面三個時代，從研究者角度來分析，看看它的工具水平、研究的科學問題、及核心基礎(chǔ)理論。材料時代主要是簡單的材料加工，用樹枝就可以獲取到一些食物類的東西；能源時代就是動力驅(qū)動，主要是蒸汽機為主的；信息時代是信息處理，這個地方加了一個管理，原來認為信息時代是智能工具，現(xiàn)在我們把智能單獨拿出來了。到現(xiàn)在為止，我們開發(fā)了好多MIS、ERP之類的，但全都是企業(yè)信息化的管理系統(tǒng)，其中智能化的程度有沒有？有，但確實不高。在這三個時代，從研究的科學問題來看，材料時代更多的是研究物質(zhì)成分、化學變化及其結(jié)構(gòu)的，認為其基礎(chǔ)學科是化學。能源時代更多的是依賴物理，研究蒸汽機、能量的轉(zhuǎn)化、運動狀態(tài)等，是牛頓的那個時代。信息時代 的基礎(chǔ)學科是數(shù)學與計算科學。
第四個時代，我們認為智能時代一定會來的，智能時代干什么，我們有大量的數(shù)據(jù)，需要進行決策、判斷；我們現(xiàn)在有很多的個性化的東西，進行針對性的個性化服務(wù)；進行大數(shù)據(jù)挖掘，從而進行自動決策，這就是智能化的工具，很多工具是軟件，但是也有很多是硬件。這個時代 研究的科學問題實際上是網(wǎng)絡(luò)問題，不管是局域網(wǎng)、還是廣域網(wǎng)，或者通信網(wǎng)、還是互聯(lián)網(wǎng)，目前來看已經(jīng)進入到所謂的物聯(lián)網(wǎng)時代。在復雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進行分析挖掘和邏輯推理，從而形成智能化的決策和判斷，這個時代的核心基礎(chǔ)理論是邏輯與網(wǎng)絡(luò)。
實際上，我們是做軟件出身的，軟件編程的發(fā)展也有幾個階段：面向機器、面向過程、面向結(jié)構(gòu)程序化設(shè)計、面向?qū)ο?、面向網(wǎng)絡(luò)，我也在想是不是也有智能化的編程工具，安卓是智能手機的操作系統(tǒng)，為開發(fā)者提供了很好的編程環(huán)境，相信今后還有更加智能化的開發(fā)工具出現(xiàn)。
在2009年7月7號，有一個理事長訪談，邀請中國人工智能學會的主要創(chuàng)始人：鐘義信老師，涂序彥老師，何華燦老師。針對人工智能如何發(fā)展、人工智能如何產(chǎn)業(yè)化等話題進行探討，鐘老師堅定地認為“五年后將迎來人工智能大發(fā)展，進入智能時代”，現(xiàn)在來看剛好五年，智能時代確實已經(jīng)來了。
在高校學科劃分中，人工智能屬于計算機系的還是電子化系的還是自動化系的，各高校并不一致。2003年提出成立“智能科學與技術(shù)”專業(yè)，北京大學等幾十所高?，F(xiàn)在都在招生，近年來發(fā)展很快。無論是在人工智能理論、技術(shù)、教學、應(yīng)用等方面，每年都有很多研討會舉行，從前幾年的照片來看，老師們確實很早就在思考研究這方面的問題。
在人工智能產(chǎn)業(yè)化方面，我們也想聯(lián)合一些大學老師做一些事情，我們也提出了一個方案，當時是想做中國國產(chǎn)的“人工智能計算平臺AICP (ArtificialIntelligence Computing Platform)”。提供一個智能運行環(huán)境的平臺，其中把若干人工智能算法都實現(xiàn)為功能服務(wù)模塊，對外提供調(diào)用接口。比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、語音識別、人臉識別等，包括人對著手機一講話就可以翻頁了，通過遠程服務(wù)提供一些應(yīng)用，機器人、智能安防，智能家居，智能辦公等。
我們當時想做的智能計算平臺，包括：核心軟件、專業(yè)軟件、以及應(yīng)用型軟件，主要瞄準機器人、協(xié)同計算、自動控制、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、智慧醫(yī)療、決策支持系統(tǒng)、自然語言翻譯等，當時列了這些事情，現(xiàn)在不少公司也都在開發(fā)。
現(xiàn)在回過頭來看，德國提出工業(yè)4.0，中國怎么辦？工業(yè)4.0本身是智能制造，能自動焊接的機器人80年代就有了，哈工大的焊接是非常先進的。德國工業(yè) 4.0的核心詞主要是CPS (Cyber-Physical Systems)，信息物理系統(tǒng)、或網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)，認為CPS是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。
最近我們也還在想，把德國的東西是不是照搬引進來，如何消化吸收？目前主要體現(xiàn)在“機器換人”和“設(shè)備機器聯(lián)網(wǎng)”方面，這是浙江省和廣東省重點實施工程，在2013年的時候，浙江省明確下達文件，經(jīng)信委、科技廳下達的文件，這里介紹其中與機聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的一些內(nèi)容，供大家參考。
機聯(lián)網(wǎng)就是機器聯(lián)網(wǎng)，指應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、現(xiàn)代通信技術(shù)，對企業(yè)制造設(shè)備、工藝流程，空調(diào)、照明、倉儲等輔助設(shè)備進行統(tǒng)一的改造升級管理，形成集中管理、資源共享的現(xiàn)代化智能制造模式，以提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，促進節(jié)能減排，提高企業(yè)綜合能力。機聯(lián)網(wǎng)重要的實現(xiàn)途徑是機器換人，江浙一帶，長三角、珠三角，人力成本提高了，很多工廠倒閉了，這是現(xiàn)實情況，很多企業(yè)需要自動化升級改造。浙江省拿出五千個億，五年之內(nèi)每年支持五千個機器換人項目，實施企業(yè)的升級改造。
機聯(lián)網(wǎng)到底做哪些事情呢？第一點，還是要加強頂層設(shè)計，聽起來有點虛，實際上因為中國，包括江浙一帶和廣東一帶，盡管政府拿了很多錢做這件事情，但在很多方面還是不清楚的，需要專家們幫助他們做整體設(shè)計，到底國內(nèi)國外有哪些自動化的設(shè)備，國外有哪些自動化設(shè)備可以引進，不少企業(yè)領(lǐng)導并不是很了解，必須要有專家?guī)退麄冞M行具體分析，這樣的設(shè)備，這樣一個工藝流程，哪些是可以用機器代替人工的，幫他設(shè)計方案。從省里面的角度，國家戰(zhàn)略層面的角度，也需要一些設(shè)計，這部分工作還是少不了。
第二點，是推動機器聯(lián)網(wǎng)，這是核心內(nèi)容，企業(yè)(工廠)車間內(nèi)外的機器設(shè)備都需要連接起來，實現(xiàn)遠程統(tǒng)一的自動化管理控制。第三點，是系統(tǒng)集成，這里面包含了各種企業(yè)計劃系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)等的集成。第四點，是加強技術(shù)創(chuàng)新，技術(shù)創(chuàng)新主要是電子設(shè)備和自動化傳感器、以及平臺軟件等關(guān)鍵技術(shù)方面的創(chuàng)新，有些需要引進國外的，同時也需要國內(nèi)的企業(yè)參與研發(fā)我們自己需要的設(shè)備。第五點，是標準化，標準化不可忽略，很重要，機聯(lián)網(wǎng)也會涉及到若干標準。第六點，加強安全保障，這是重點提了，尤其是涉及國計民生的重點領(lǐng)域。我們想想，車間里面都是機器人，數(shù)據(jù)都是可以傳到后臺服務(wù)器上的，斯諾登對美國的監(jiān)控事件曝光之后，中國很擔憂。我們從日本引進來機器人以后，是不是通信協(xié)議是私有的，如果不公開，我們想修改就不行；從歐洲買來一個機器設(shè)備之后，數(shù)據(jù)傳到哪些地方都不知道，甚至我們生產(chǎn)過程當中的數(shù)據(jù)、參數(shù)、故障，保存在機器里面，等維修的時候給我們?nèi)∽吡?，我們也不知道。這需要我們現(xiàn)在制定這方面的安全許可，網(wǎng)絡(luò)檢測手段，包括現(xiàn)在的底層系統(tǒng)安全，進網(wǎng)入口安全，很可能以后買機器人不是像今天這樣想買就能買了，以后可能像手機一樣，需要入網(wǎng)許可，否則，你的設(shè)備就不能聯(lián)網(wǎng)。
機聯(lián)網(wǎng)設(shè)備主要分四種類型：第一類是數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)，這是眾多工廠的設(shè)備；第二類是行業(yè)專用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。義烏做服裝和織布的廠，都有自動化生產(chǎn)線，跟他們進行交流，織布參數(shù)怎么檢測，線斷了之后能否自動接上，現(xiàn)在線斷了就報警和停機，需要人工接上后再繼續(xù)運行，是不是可以做一些自動化的設(shè)備來實現(xiàn)自動接線、取線軸等。第三類是工廠大型生產(chǎn)機器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，這里面包括了戶外的工程機械，挖掘機，也做一些GPS定位，故障檢測。第四類是工廠輔助設(shè)備，空調(diào)和燈怎么節(jié) 能。這四大類型設(shè)備都需要聯(lián)網(wǎng)。
如何把機聯(lián)網(wǎng)具體實施起來？我們設(shè)計了一套云計算、云服務(wù)平臺的解決方案，這個方案當中，跟通用物聯(lián)網(wǎng)的方案基本差不多，但是細節(jié)不完全一樣，內(nèi)容也不完全一樣，因為把物聯(lián)網(wǎng)大概念具體化到工業(yè)4.0了。工 業(yè)企業(yè)中的機器機床都要進行聯(lián)網(wǎng)，這其中有些標準需要統(tǒng)一，有些新的傳感器需要研發(fā)，有些新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要制定；還有戶外的挖掘機，其他的一些工程機械設(shè)備也需要聯(lián)網(wǎng)，可能自己也有一些專用的傳感器或者網(wǎng)關(guān)控制器；后臺是云服務(wù)系統(tǒng)；最上面是應(yīng)用終端設(shè)備，這是整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
在整個方案中，分成三層，物聯(lián)網(wǎng)的底層是數(shù)據(jù)采集，這里具體化就是機聯(lián)網(wǎng)層，是機器設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)細化到工業(yè)流程當中，也可能細化到機床設(shè)備當中的一個點上，包括了攝像頭和各種傳感器；也可能還有一些協(xié)議不是通用的，也可能利用WIFI，也可能是Zigbee，目前各種協(xié)議都有，這是機器聯(lián)網(wǎng)中最復雜的一塊。不同企業(yè)的協(xié)議不同，標準不同，基本處于混沌狀態(tài)。我們需要做網(wǎng)關(guān)控制器，各個分廠區(qū)域中的數(shù)據(jù)采集出來之后，通過網(wǎng)關(guān)往上傳，網(wǎng)關(guān)不是一般的家里上網(wǎng)那樣簡單的網(wǎng)關(guān)，后面可以看到有好幾個功能。機聯(lián)網(wǎng)層上面是云計算平臺層，有些數(shù)據(jù)在機聯(lián)網(wǎng)層直接處理了，還有一些數(shù)據(jù)到后臺服務(wù)器上，進行數(shù)據(jù)分析、挖掘之后再處理。最后是應(yīng)用，應(yīng)用這一層大家比較容易理解，不多解釋。
云服務(wù)平臺層，有很多工作需要做，這里面分了幾大部分。一個是云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，在相關(guān)的服裝行業(yè)或者鋼鐵廠，可以統(tǒng)一建立一個大的云平臺，這個服裝廠那個服裝廠的數(shù)據(jù)都會傳到這里來，政府和企業(yè)拿錢建一個平臺，也可能這個服裝廠不想要服務(wù)器，就是遠程服務(wù)，數(shù)據(jù)傳過來就可以。廣東省今年7月18號進行了一個能源管理系統(tǒng)的項目招標，就是全省的管控系統(tǒng)，各個能耗企業(yè)需要實時或定期上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。
解決方案中，除了物聯(lián)網(wǎng)的三層，還有兩個循環(huán)控制：第一個是小循環(huán)，就是有些信息需要本地實時處理，比如說，車間設(shè)備出了故障，會立馬進行反饋，反饋當場處理掉，不需要人工干預(yù)，比如說空調(diào)溫度到26度以上，超出了節(jié)能控制閾值，控制器就可以自動降溫，大型的生產(chǎn)設(shè)備當中，也是要進行設(shè)定它的一些閾值條件，基本上不需要人工。第二個是大的循環(huán)，實際上是大數(shù)據(jù)分析，當數(shù)據(jù)傳到后臺服務(wù)器，經(jīng)過遠程分析之后發(fā)現(xiàn)某一個流程有異常，比如特別耗能、或太耽誤時間(耗時)，這時就需要優(yōu)化，要進行重新設(shè)計這個流程，提一些優(yōu)化改進方案。如果數(shù)據(jù)顯示，這個流程花一個小時，那個流程花三個小時，下一個工序等著上面的工序很久，這就需要優(yōu)化。把數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳上來，采用大數(shù)據(jù)分析來實現(xiàn)的，這是流程的優(yōu)化管控，這是大的循環(huán)。所以，該方案中分兩級控制，很好地解決了實時監(jiān)控和遠程優(yōu)化監(jiān)控。
在具體實施中，涉及到哪些研發(fā)內(nèi)容呢？主要包含兩個方案，一個是機聯(lián)網(wǎng)方案，要有效連接機器設(shè)備；一個是云服務(wù)方案，可以與通用的IAAS、PAAS的云服務(wù)相結(jié)合，生產(chǎn)企業(yè)需要哪些內(nèi)容，平臺放哪些內(nèi)容進去就可以提供服務(wù)。這里的關(guān)鍵技術(shù)，我們想來想去，機器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，這可能是一個難題，我們經(jīng)常討論這個問題，很難有一個很好的解決方案。還有就是云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、還有空間信息技術(shù)、多維呈現(xiàn)技術(shù)，移動終端技術(shù)等。比如車載設(shè)備都在移動，車上的人也在移動，怎么做一個移動終端，可能是手機，也可能配單獨的終端設(shè)備，比如給醫(yī)院醫(yī)生配單獨的Pad，上面有相應(yīng)的軟件，有一個傳感器可以檢測，不同崗位配不同的終端設(shè)備，如果能及時傳到手機上更好，由于安全原因，手機平時是私人的，不能完全依賴，多數(shù)工廠可能需要給相關(guān)人員單獨配備終端設(shè)備。
在總體內(nèi)容中，包含兩個解決方案、七項關(guān)鍵技術(shù)、三項行業(yè)標準，這里有三方面的硬件開發(fā)，軟件系統(tǒng)有六個。正如安司長講的，這是一個大系統(tǒng)，是系統(tǒng)的系統(tǒng)，大系統(tǒng)包含若干子系統(tǒng)。
硬件的開發(fā)包含三大部分。第一類硬件是新型傳感器，根據(jù)某些行業(yè)的需求研發(fā)新型傳感器，并不是一個攝像頭就能解決，有些傳感器，比如溫度、濕度、壓力傳感等可能還有特殊的需求，現(xiàn)在已經(jīng)碰到了這樣的需求。
第二類硬件是新型融合通信網(wǎng)關(guān)，這里的網(wǎng)關(guān)，與一般家庭里上網(wǎng)的路由器不太一樣，我們列出了三大功能：第一是支持多重協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，WIFI也好，RFID也好，紅外也好，工業(yè)總線也好，有線無線等等都要支持，我們也在想是不是分開研發(fā)，這個盒子就是支持WIFI的，另外一個盒子就是支持Zigbee的，單獨做不同的小盒子，但是我們分析之后發(fā)現(xiàn)成本并不低，因為設(shè)備里面可能放好幾個盒子，所以最終很可能是融合通信的網(wǎng)關(guān)，需要同時支持多種連接方式，有好幾份協(xié)議。第二是具備反饋控制的智 能控制終端，不僅僅是路由器，還要反饋控制，需要有一套控制策略算法和操作系統(tǒng)的。第三是支持必要的本地化軟件服務(wù)，實際上是指的前面講的小循環(huán)的本地反饋控制，在大的循環(huán)沒有的時候，在一定條件下，小循環(huán)可以提供監(jiān)控服務(wù)。
第三類硬件是云服務(wù)安全認證設(shè)備，云服務(wù)在提供服務(wù)的時候，需要根據(jù)工業(yè)4.0并結(jié)合企業(yè)、政府的要求，采用一些指紋等生物特征的識別技術(shù)，把可穿戴的技術(shù)加進去，提供一些遠程服務(wù)或者遠程的控制，比如說企業(yè)的領(lǐng)導，你在外面出差要查看一下公司的運行狀況，車間運轉(zhuǎn)是否正常，可能簡單的一個密碼就可以了；而針對有特殊安全要求場景，查看時則需要進行生物特征識別，這是才可以查看企業(yè)的信息。
軟件研發(fā)內(nèi)容分為六大子系統(tǒng)：機聯(lián)網(wǎng)管理控制子系統(tǒng)、云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)子系統(tǒng)、設(shè)備萬滾落管理子系統(tǒng)、應(yīng)用集成子系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、終端服務(wù)子系統(tǒng)，主要有這六個方面的子系統(tǒng)。
在標準方面，首先是機聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議，要求不同設(shè)備能進行統(tǒng)一的協(xié)作，需要有方案來實現(xiàn)設(shè)備的自識別、自適應(yīng)。還要做一些數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴剩@個數(shù)據(jù)怎么組織，怎么去訪問，這塊要進行考慮。省里面要求上報哪些數(shù)據(jù)，上報之后有哪些可以進行識別，數(shù)據(jù)怎么設(shè)計的，這方面有哪些標準也需要研究。還有云服務(wù)，為政府提供數(shù)據(jù)服務(wù)，政府怎么訪問平臺的接口，這塊也需要制定標準。
把這些問題都討論清楚，我們可以給出技術(shù)路線和一些步驟來具體實施：先進行總體規(guī)劃，然后研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)和平臺，最后集成應(yīng)用。智造企業(yè)的機聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)方案，基本內(nèi)容就這些，這是目前正在做的。通過這些工作，最終把機器設(shè)備連成一體，為智能制造奠定基礎(chǔ)。
給大家分享一個案例，這是能源大數(shù)據(jù)管控的一個項目，是廣東盈嘉公司承擔的國家物聯(lián)網(wǎng)專項課題，就是把中國移動機房里面的用電設(shè)備，包括主機服務(wù)器和輔助空調(diào)設(shè)備等進行監(jiān)控管理起來，同時進行大數(shù)據(jù)分析。
項目在相關(guān)設(shè)備中安裝傳感器，通過網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)傳送上來，可以查看設(shè)備動態(tài)運行狀況，實現(xiàn)了設(shè)備運行狀態(tài)的多角度模擬展示。也可以通過大數(shù)據(jù)分析，實時或定期查看數(shù)據(jù)分析圖表，并根據(jù)結(jié)果進行系統(tǒng)的管理控制、優(yōu)化改進。
除了電信領(lǐng)域之外，在高能耗的工業(yè)企業(yè)中，比如鋼鐵廠、水泥廠等，也都面臨著升級改造的問題，基于物聯(lián)網(wǎng)的能源大數(shù)據(jù)控制與管理系統(tǒng)，可謂是我們在工業(yè)4.0時代的一個先行示范。
作為結(jié)束，在思考工業(yè)4.0的大產(chǎn)業(yè)中，我們具體能做些什么呢？大家關(guān)注的工業(yè)4.0，不管德國怎么做，中國作為生產(chǎn)制造大國，在這4.0時代還是想做點事的，不管是機聯(lián)網(wǎng)還是其他項目，結(jié)合工業(yè)4.0，可能最終落地點還是三個方面：一是標準，包括政策規(guī)范、數(shù)據(jù)標準、服務(wù)標準等；二是技術(shù)，技術(shù)有很多，傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，都在快速發(fā)展；三是應(yīng)用，企業(yè)最終關(guān)注的是應(yīng)用，包括工廠內(nèi)的應(yīng)用、戶外應(yīng)用、移動監(jiān)管應(yīng)用、以及開放服務(wù)應(yīng)用等，這些是我們大家也在做的。
好了，今天分享到此，感謝相關(guān)的合作機構(gòu)、伙伴企業(yè)、及領(lǐng)導專家。謝謝大家！
