第３１卷第１期
中国机械工程
V o l ．３１㊀N o ．１
２０２０年１月
C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N G
p p
工业应用中的人工智能系统框架李㊀杰１,２㊀S I N G HJ a s k a r a n １ ㊀A Z AM F A R M o s l e m １㊀孙可意２
１．辛辛那提大学机械工程系，辛辛那提,４５２２１
２．富士康工业互联网，密尔沃基,５３１７７
摘要：人工智能正以超越人们想象的方式影响着工业生产和我们的生活.世界多国已启动的国家级人工智能计划均强调了人工智能在智能工业中的重要性和必要性.但与此同时，采用人工智能来实时解决生产的实际问题仍是当前必须面对且不能忽视的挑战.现在的最大挑战是到可创造价值的具体应用来满足市场和资本不断增长的期望.为了给工业系统中的人工智能的发展与实施提供一个清晰的路线图，提出了工业人工智能的系统框架和使能技术.综述了智能工业中的工业人工智能的关键使能技术的重要性，阐述了如何系统地应用这些使能技术来创造产生新价值的机会并避免出现问题 .
关键词：工业人工智能；智能制造；工业４．０；使能技术；信息物理系统中图分类号:T P １８;F ４０３．６
D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２０．０１．００５开放科学(资源服务)标识码(O S I D )
:I n d u s t r i a lA I
:AS y s t e m a t i cF r a m e w o r k f o rA I i n I n d u s t r i a lA p p
l i c a t i o n s J a y L E E １,
２㊀J a s k a r a nS I N G H １㊀M o s l e m A Z AM F A R １㊀S U N K e y
i ２
１．D e p a r t m e n t o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,U n i v e r s i t y o
fC i n c i n n a t i ,C i n c i n n a t i ,O h i o ,４５２２１,U S A ２．F o x c o n n I n d u s t r i a l I n t e r n e t ,M i l w a u k e e ,W I ,５３１７７,U S A
A b s t r a c t :A I i s i m p a c t i n g o n i n d u s t r i a l p r o d u c t i o na n do u rw a y o f l i f eb e y o n do u r i m a g
i n a t i o n ．V a r i o u s c o u n t r i e s a l l o v e r t h ew o r l dh a v e l a u n c h e dn a t i o n a lA I i n i t i a t i v e s h i g h l i g h t i n g t h e s i g
n i f i c a n c e a n dn e c e s s i t y o fA I i ns m a r t i n d u s t r i e s ．B u t a t t h es a m e t i m e ,p r a c t i c a l a p p
l i c a t i o n A I t os o l v er e a l t i m em a n u f a c t u r i n g i s s u e s i s f a c i n g c h a l l e n g e s t h a t c a n n o t b e i g n o r e d ．T h e b i g g e s t c h a l l e n g e r i g h t n o w i s f i n d i n g s p e c i f i c a p p l i c a t i o n s t h a t c a n p r o v i d ev a l u e t om e e t t h e g r o w i n g e x p e c t a t i o n so f t h em a r k e t a n d c a p i t a l ．I no r d e r t o p r e s e n t a c l e a r r o a d m a p f o r s y s t e m a t i c d e v e l o p m e n t a n d i m p
l e m e n t a t i o no fA I i n i n d u s t r i a l s y s t e m s ,a s y s t e m a t i c f r a m e w o r k t e r m e d a s I n d u s t r i a lA I w a s p r e s e n t e d a l o n g w
i t h i t s k e y e n a b l i n g t e c h n o l o g i e s ．T h i s p a p e r p r e s e n t s a c o m p r e h e n s i v e o v e r v i e wo f t h e i m p o r t a n t r o l e o f k e y e n a b l i n g t e c h n o l o g i e s o f I n d u s t r i a lA I i n t h em a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y i n g e n e r a l a n dh o wt h e i r s y s t e m Ｇa t i c a d o p t i o nw i l l a i d i n p r o d u c i n g n e w v a l u e Ｇc r e a t i o no p p o r t u n i t i e sa n d
a v o i d a n c eo f p r o b l e m st h a t h a v e n t e v e no c c u r r e d y e t ．
K e y w o r d s :i n d u s t r i a la r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e (A I );s m a r t m a n u f a c t u r i n g ;I n d u s t r y ４．０;e n a b l i n g t e c h n o l o g i e s ;C y b e r p h y s i c a l s y
s t e m 收稿日期:２０１９１０１４
０㊀I n t r o d u c t i o n
T h e g l o b a l r a c e f o r i n n o v a t i o n l e a d e r s h i p i
n s m a r tm a n u f a c t u r i n g i s p i c k i n g u p a m o n g c
o m Ｇp a n i e s i nE u r o p e ,t h eU．S ．,a n dA s i a ．A l l l e a d i n g n a t i o n sa r et r y i n g t o d e v e l o p a
r t i f i c i a li n t e l l i Ｇg e n c e (A I )s t r a t e g i e s t oh e l p s p
u re c o n o m i ca n d t e c h n o l o g i c a l g r o w t h t h r o u g h i n v e s t m e n t ,t a l e n t d e v e l o p m e n t ,s c i e n t i f i cr e s e a r c h ,s t a n d a r d sa n d r e g
u l a t i o n s ,a n d i n c e n t i v e s ．I n M a r c h ２０１７,C a n a d aw a s t h e f i r s t c o u n t r y
i n t h ew o r l d t oa n Ｇn o u n c e a n a t i o n a l s t r a t e g y f
o r A I ,w i t h a C A NƔ１２５m i l l i o n i n v e s t m e n t o v e r t h en e x t f i v e
y e a r s b y t h e f e d e r a l g o v e r n m e n t [１]
．I n J u l y ２０１７,C h i n a p u b l i s h e di t s N e x tG e n e r a t i o n A r t i f i c i a l
I n t e l l i g e n c eD e v e l o p
m e n tP l a n ,w h i c ha i m st o m a k eC h i n a aw o r l d l e a d e r i nA I ,w i t h a d o m e s Ｇ
t i cA I i n d u s t r y w o r t ha l m o s t￥１５０b i l l i o n [２]
．I n N o v e m b e r２０１８,G e r m a n y l a u n c h e d a ５Ｇp o i n t d i g i t a l s t r a t e g y
t e r m e d a s A I aB r a n d f o rG e r Ｇm a n y ,t o b e c o m ea n A Il e a d e r b y t
h e y e a r ２０２５[３]
．I nF e b r u a r y ２０１９,t h eU．S ．g
o v e r n m e n t l a u n c h e da n A m e r i c a n A II n i t i a t i v e ,w h i c h a i m s t o s t i m u l a t eA I d e v e l o p m e n t [４]
．T a b ．１l i s t s a no v e r v i e w o fn a t i o n a l a n dr e g i o n a lA Is t r a t e Ｇg i e s b y v
a r i o u s c o u n t r i e s ．
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T a b ．１㊀O v e r v i e wo fN a t i o n a l a n dR e g i o n a lA I S t r a t e g
i e s T i m e o fA n n o u n c e m e n t
C o u n t r y o rR e g
i o n N a t i o n a l o rR e g i o n a l I n i t i a t i v e /P r o g
r a m s M a r c h ,２０１７C a n a d a P a n ＧC a n a d i a nA r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c eS t r a t e g y
ＧC I F A R M a r c h ,２０１７
J a p a n A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c eT e c h n o l o g y S t r a t e g y
M a y ,２０１７S i n g a p o r e A I S i n g a p
o r e J u l y ,２０１７C h i n a
N e x tG e n e r a t i o nA r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c eD e v e l o p
m e n tP l a n O c t o b e r ,２０１７U n i t e dA r a bE m i r a t e s
N a t i o n a lA r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c eS t r a t e g y ２
０３１D e c e m b e r ,２０１７F i n l a n d F i n l a n d sA I S t r a t e g y J a n u a r y ,２０１８K e n y a B l o c k c h a i na nA IT a s kF o r c e J a n u a r y ,２０１８T a i w a n T a i w a nA IA c t i o nP l a n
J a n u a r y
,２０１８D e n m a r k D a n i s hN a t i o n a l S t r a t e g y f o rD i g
i t a lG r o w t h M a r c h ,２０１８
F r a n c e A I f o rH u m a n i t y A p r i l ,２０１８U K A I S e c t o rD e a l
M a y ,２０１８U．S ．W h i t eH o u s eS u mm i t o nA I M a y ,２０１８S w e d e n S w e d e n sA I S t r a t e g y M a t ,２０１８S o u t hK o r e a
A IR&DS t r a t e g y J u n e ,２０１８I n d i a N a t i o n a l S t r a t e g y f o rA I J u n e ,２０１８M e x i c o
T o w a r d s a nA I S t r a t e g y
i n M e x i c o A u g
u s t ,２０１８C o u n c i l o f t h eE u r o p
e a nU n i o n E U sA I S t r a t e g y N o v e m b e r ,２０１８G e r m a n y A I aB r a n d
f o rG e r m a n y F e b r u a r y
,２０１９U．S ．
A m e r i c a nA I I n i t i a t i v e
㊀㊀T h e s e i n i t i a t i v e sa r ee n a b l i n g t
h e m o d e r n Ｇd a y m a n u f a c t u r i n g i n d u s t r i e s t ou n d e r g ou n p
r e c Ｇe d e n t e dt r a n s f o r m a t i o n d u et ot h ea d o p t i o n o f d i s r u p t i v eI n d u s t r y ４．０t e c h n o l o g
i e s ．T h e s e i n Ｇt e l l i g e n t f a c t o r i e sa r ee q u i p p e d w i t hs m a r ts e n Ｇs o r s a t e v e r y s t e p o f t h e m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s w h i c ha r e p r o d u c i n g l a r g e v o l u m e s o f d a t a ．M a n Ｇu f a c t u r e r s h a v e s t a r t e du n d e r s t a n d i n g
t h e s t r a t e Ｇg i c i m p o r t a n c eo fb i g d a t aa n a l y t i c s ,a n dt h e r e Ｇf o r e d a t a i s b e c o m i n g ak e y f a c t o r f o r e n h a n c i n g
m a n u f a c t u r i n g c o m p e t i t i v e n e s s ．B y a n a l y z i n g t h e s ee n o r m o u sv o l u m e so f m a n u f a c t u r i n g d
a t a i n r e a l t i m e ,i t p r o v i d e s a ne n h a n c e d i n s i g h t f o r
b u s i n e s s u s e r s t o i m p r o v e d e
c i s i o nm a k i n g
i n i n Ｇp r o v i n g m a n u f a c t u r i n g e f f i c i e n c y ,p r e d i c t i n g d
e Ｇm a n d ,a u t o m a t i n gp r o d u c t i o n a n d o p t i m i z i n g
i n Ｇv e n t o r y l e v e l s ．H o w e v e r ,w i t ht h ee x i s t i n g d i s Ｇr u p t i v e I n d u s t r y ４．０t e c h n o l o g i e s ,t h e m a j o r i t y o ft h ec o n n e c t e d d e v i c e si n m a n u f a c t u r i n g a r e s t i l l n o ta b l et o m a k ed e c i s i o n sw i t h o u th u m a n
i n t e r v e n t i o n ．I n f u s i n g i n t e l l i g
e n c e i n t o t h e s e p h y s i c a l l y c o n n e c t e d t h i n g s c a n e x p o n e n t i a l l y i n Ｇc r e a s e t h e m a n u
f a c t u r i n
g c
o s t ．A Is o l u t i o n sa r e n e e d e dt of u l f i lt h e g o a l so fas m a r tf a c t o r y ,w h i c hw o u l d m a k e t i m e l y d e c i s i o n sa n do p
e r a t e w i t h m i n i m a l h u m a n i n v o l v e m e n t [５]
．S m a r t m a n u f a c t u r i n g i n v o l v e s t h e i n t e g
r a t i o no f e m e r Ｇg i n g t e c h n o l o g
i e ss u c ha sI n d u s t r i a l I n t e r n e to f T h i n g s (I I o T )[６]
,b i g d a t a a n a l y t i c s [７],c l o u d c o m p u t i n g [８
],a n d C y b e r p h y s i c a ls y
s t e m s [９]t o e n a b l ef l e x i b l ea n de f f i c i e n to p
e r a t i o no
f i n d u s Ｇt r i e s ．T h e f i r s t t h r e e i n d u s t r i a l r e v o l u t i o n sw e r e
t r i g g e r e d b y t h e i n t r o d u c t i o n o f m e c h a n i c a l ,e l e c t r i c a l ,a n dd i g i t a l t e c h n o l o g i e s ,r e s p e c t i v e l y
．A I i s b e i n gp
r e d i c t e d a s t h e d r i v e r o f a f o u r t h i n Ｇd u s t r i a l r e v o l u t i o nk n o w na s I n d u s t r y ４．０ ．D e s p i t et h e p r o s p
e c t s o fs m a r ti n d u s t r i s ,m a n y i n d u s t r i e s a r e h e s i t a n t t o d e p l o y A
I i n r e a l Ｇw o r l da p p l i c a t i o n s ．A g e n e r a l p r o b l e m u s u a l l y
e n c o u n t e r e d i n i n d u s t r i a l a p p
l i c a t i o n s i s t h a t t w o d i f f e r e n t e n g i n e e r s i n a no r g
a n i z a t i o n p r o v i d e s o Ｇl u t i o n s t ot h es a m e p r o
b l e m m a y h
a v et w od i f Ｇf e r e n t a n s w e r s w i t h d i f f e r e n t /s a m e A I a l g o Ｇr i t h m s ．S u c ha
s i t u a t i o n m a y n o t
b ea
c c e p
t e d i n i n d u s t r i a le n v i r o n m e n t si n t h a tt h ei n d u s t r i a l f i e l d s g e n e r a l l y h a v e t h r e e n e c e s s a r y c
h a r a c t e r i s Ｇt i c s e so fs y s t e m a t i s m ,r a p i d i t y a n di n h e r i t a n c e f o r e f f i c i e n tf u n c t i o n i n g ．O t h e r c o n c e r n s a l s o l i m i t t h eu s eo fA I i ni n d u s t r i a le n v i r o n m e n t s ．①T h em a j o r i t y o ft h es u c c e s s e s i n A Ia p p
l i c a Ｇt i o n s a r e p r i m a r i l y i n i m a g e p r o c e s s i n g
,n a t u r a l l a n g u a g e p r o c e s s i n g ,s o c i a l n e t w o r k s ,r o b o t i c s ,a n d a u t o n o m o u sm o b i l i t y ．I tm u s t b en o t e d t h a t t h e s t r u c t u r e a n d f o r mo f b i g d a t a a v a i l a b l e f r o m m a n u f a c t u r i n g e q u i p m e n t s i n i n d u s t r i a l e n v i r o n Ｇm e n t i s q u i t ed i f f e r e n t i nc o m p a r i s o nt ot h eb i g d a t a f r o mt h ea b o v e Ｇm e n t i o n e ds o u r c e s ．T h e r e Ｇ
表面耐磨涂层
f o r e ,t h e d i r e c t a p p l i c a b i l i t y o f t h eA I t e c h n o l o Ｇg
i e s e s t a b l i s h e d i n t h e a b o v e f i e l d s i s n o t s t r a i g h t f o r w a r d ．H e n c e ,t h e s u c c e s s o fA I i n i n Ｇd u s t r i a l a p p l i c a t i o n s h a s b e e n l i m i t e d ．②T h o u g
h m a n y m a n u f a c t u r e r sh a v e i n i t i a t e dt h ea d o p
透气盖
t i o n
８３ 中国机械工程第３１卷第１期２０２０年１月上半月
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o fA I i n t h e i r a c t i v i t i e s,t h e y l a c kac o m p r e h e nＧs i v et e c h n o l o g i c a lr o a d m a p a n d f r a m e w o r k o f h o w t h e y c o u l d e f f e c t i v e l y e m b e d A Ii nt h e i r s t r a t e g i e sa n d b u s i n e s s e s．F o rt h e s e r e a s o n s, t h e r eh a sn o tb e e ne n o u g he v i d e n c e i nt e r m so f i n d u s t r i a l s u c c e s s e s t o c o n v i n c e i n d u s t r i e s t o e mＧb r a c e t h i s t e c h n o l o g y．T h e i n i t i a l a d o p t e r so fA I a r es u p p o s e dt ob es t u c ki n p i l o t p u r g a t o r y a n da r e n o t a b l e t o s u c c e e d i nb u i l d i n g s y s t e m a tＧi cc a p a b i l i t i e s．③N o nＧa v a i l a b i l i t y o fs t a n d a r dＧi z e dd a t a i sa n o t h e r i s s u ea s i n d u s t r
i a lm a c h i n e s a n de q u i p m e n tr e p o r ta n dl o g d a t ai nd i f f e r e n t f o r m a t s．④T h en o nＧa v a i l a b i l i t y o f f a i l u r ed a t a i s am a j o r l i m i t a t i o no r a d o p t i o no fA I i n t h em a nＧu f a c t u r i n g i n d u s t r y．I n p r a c t i c e,i n d u s t r i e s r a r eＧl y a l l o wr u n n i n g t h e i rm a c h i n e s t o f a i l u r e．U s i n g m a c h i n e l e a r n i n g m o d e l s t r a i n e do nc e n s o r e do r s u s p e n d e d e q u i p m e n t sm a y h a m p e r t h e r e l i a b i l iＧt y o f m a c h i n eh e a l t h p r e d i c t i o n s．M o r e o v e r,i n t h em a j o r i t y o f t h e m a n u f a c t u r i n g a p p l i c a t i o n s, i t i sd i f f i c u l tt oi d e n t i f y ac l e a rd i s t i n c t i o nb eＧt w e e n t h e c o l l e c t e d d a t a f r o mh e a l t h y a n d a b n o rＧm a l c o n d i t i o n s．
S i n c e t h e a p p l i c a t i o n o fA I i nm a n u f a c t u r i n g r e q u i r e s an u m b e ro f k e y f o u n d a t i o n a l t e c h n o l oＧg i e sa n d p r o c e s si n n o v a t i o n s,L E E e ta l．[１０Ｇ１１] p r o v i d e das y s t e m a t i cs t r u c t u r ef o rt h ei m p l eＧm e n t a t i o no fA I i ni n d u s t r i a l e n v i r o n m e n t sa n d c o i n e d t h e t e r ma s I n d u s t r i a lA I ．I n d u s t r i a lA I i s d e f i n e da s as y s t e m a t i cd i s c i p l i n e,w h i c hf oＧc u s e so nd e v e l o p i n g,v a l i d a t i n g,a n dd e p l o y i n g v a r i o u sm a c h i n e l e a r n i n g a l g o r i t h m s f o r i n d u s t r iＧa l a p p l i c a t i o n s w i t h a s u s t a i n a b l e p e r f o r mＧa n c e [１０Ｇ１１]．T h e f u n d a m e n t a l c o n c e p t i s t h e p r oＧv i s i o no fo nＧd e m a n d m a n u f a c t u r i n g s e r v i c e st o t h e e n d
Ｇu s e r s b y o p t i m a l l y c o o r d i n a t i n g d i s t r i b uＧt e d m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sa u g m e n t e d b y A I m e t h o d o l o g i e s．I t i s e x p e c t e d t o e n a b l em a n u f a cＧt u r i n g s y s t e m st ob ef a u l tＧt o l e r a n t,o nＧd e m a n d a n ds e l fＧo r g a n i z i n g w i t h A Ia d o p t i o n s．L E E e t a l．[１０Ｇ１１]p r o p o s e df o u rk e y e n a b l i n g t e c h n o l o g i e s f o r t h e i m p l e m e n t a t i o n o f I n d u s t r i a l A I i n I n d u sＧt r y４．０Ｇb a s e d m a n u f a c t u r i n g s y s t e m s．F i g．１i l l u s t r a t e st h a tI n d u s t r i a l A Ic a nr e a l i z es m a r t a n d r e s i l i e n t i n d u s t r i a l s y s t e m s t h r o u g h f o u r e nＧa b l i n g t e c h n o l o g i e s i n c l u d i n g d a t a t e c h n o l o g y (D T),a n a l y t i c t e c h n o l o g y(A T),p l a t f o r mt e c hＧn o l o g y(P T),a n do p e r a t i o n st e c h n o l o g y(O T)．U n l i k e t h ec o n v e n t i o n a lA I,I n d u s t r i a lA I i sa m e t h o do fs y s t e m e n g i n e e r i n g t h a te m p h a s i z e s h o w t ob u i l dac o m b i n a t i o no fD T,A T,P T,
a n de f f e c t i v e O Ti no r d e rt os o l v et h e p r o
b l e m
b e t w e e nd i f f e r e n t e n g i n e e r s ．合成塔
F i g．１㊀E n a b l i n g t e c h n o l o g i e s f o r r e a l i z a t i o no fC P S
i nm a n u f a c t u r i n g[１０Ｇ１１]
T h i sa r t i c l ea i m s t o p r o v i d eac o m p r e h e nＧs i v e u n d e r s t a n d i n g o f t h e f o u r e n a b l i n g t e c h n o l oＧg i e s f o rt h e i m p l e m e n t a t i o no f I n d u s t r i a lA I i n I n d u s t r y４．０Ｇb a s e d m a n u f a c t u r i n g s y s t e m s．T h e r e s t o f t h e p a p e r i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s:S e c t i o n １p r o v i d e s a n e l a b o r a t e u n d e r s t a n d i n g o f t h e f o u r e n a b l i n g t e c h n o l o g i e s o f I n d u s t r i a l A I．I nS e c t i o n ２,o p p o r t u n i t y s p a c e sf o rI n d u s t r i a lA I f o rt h e i n d u s t r i a l v a l u e t r a n s f o r m a t i o n a r e d i s c u s s e d．S e c t i o n３p r o v i d e s a c a s e s t u d y o n t h e h e a l t hm oＧn i t o r i n g o f m a c h i n et o o ls p i n d l e so fC N C m aＧc h i n e s t o s h o w c a s e h o wt h i s I n d u s t r i a l A I f r a m eＧw o r kc a nb e i m p l e m e n t e di nt h er e a lw o r l d．I n S e c t i o n４,c o n c l u s i o n sa n ds u g g e s t e dd i r e c t i o n s f o r t h e f u t u r e a r e p r o v i d e d．
１㊀T h e F o u r E n a b l i n g T e c h n o l o g i e sf o r I n d u s t r y４．０
㊀㊀I nt h e p a s t,A Ih a s p r o v i d e dn u m e r o u s s oＧl u t i o n s a n d g e n e r a t e dc o mm e r c i a l v a l u e i n m a n y a r e a s s u c h a s f i n a n c i a lt e c h n o l o g y,s e c u r i t y, eＧc o mm e r c e,a n dm o b i l e p a y m e n t[１２Ｇ１６]．A t p r e sＧ
e n t,t h e c h a l l e n g e
f o r a d o p t i n
g A I i n t
h em a n uＧ
f a c t u r i n
g s e c t o r s i sn o t t
h et e c h n o l o g y
i t s e l f．I t f o c u s e s o nh o wt o p r o d u c e a p p l i c a t i o nv a l u e a n d h o wt ou s e i t．A I e d u c a t i o nm o s t l y t e a c h e s t h e oＧr y a n d t o o l sw h i l e i t i sm i s s i n g t e a c h i n g h o wt o s o l v e p r o b l e m s．O n t h e c o n t r a r y,t h e a i mo f I nＧ
９３
工业人工智能 工业应用中的人工智能系统框架 李㊀杰㊀S I N G HJ a s k a r a n㊀A Z AM F A R M o
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d u s t r i a lA I i s t o t r a n s f o r mh u m a nＧc
e n t e r e d a l g oＧr i t h m i c t h i n k i n g i n t o s y s t e me n g i n e e r i n g．I n d u sＧt r i a lA Ic o n s i s t so f
f i v et e c h n i c a le l e m e n t sr eＧf e r r e dt o a s A B C D E ,w h e r e A A n a l y t i c s d e a l sw i t ha l
g o r i t
h m s a n d t h e
语音调度系统i rm o d e l i n g i n s p eＧc i f i cs c e n a r i o s w i t hs p e c i f i co b
j e c t i v e s;B B i g D a t a:f o c u ss h o u l d b ei n m a n a g i n g t h e ３B c h a l l e n g e s o f b i g d a t a,n a m e l y b r o
k e n d a t a(d a t a i n t e g r i t y),b a d q u a
l i t y,a n db a c k g r o u n d(c o nＧt e x ta n d d o
m a i
n
o f d a t a);C C o m
p u t a t i o n a l P l a t f o r m s:i n t e l l i g e n c en e e d s t ob e e m b e d d e d i n e
q u i p m e n t l e v e l u s i n g v a
r i o u
s a v a i l a b l e c o m p u
t aＧt i o n a l p l a t f o r m ss
u c ha sc l o u dc o m p u t i n g,e d g e c o m p u t i n g,a n d f o g c o m p u t i n g;D D o m a i n k n o w l e d g e a n de n g i n e e r i n g e x p e r i e n c e a b o u t t h e m e c h a n i s m s,p r o c e s sf l o w,s y s t e m e n g i n e e r i n g
柔性线路
e t c．i sr e q u i r e dt ou n d e r s t a n dt h e p r o b l e m a n d
f o c u s t h e p o w e r o f I n d u s t r i a lA I i n t os o l v i n
g i t;
E E v i d e n c e r e f l e c t s t h e c u r r e n t s t a t e o f t h e s y s t e m a n d t h e i n s i g h t s t h a t s u p p o r t d e c i s i o nm a k i n g．１．１㊀D a t aT e c h n o l o g i e s(D T)
I n t h e m a n u f a c t u r i n g d o m a i n,e a c h s t e p g e n e r a t e su n i q u ed a t ae v e r y t i m e．T h e s eu n i q u e s t e p si ni n d i v i d u a l p r o c e s s e sc a n c u m u l a t i v e l y g e n e r a t e g i g a b y t e s o f v a l u a b l ed a t a．D a t ac a nb e g e n e r a t e da te i t h e rc o m p o n e n tl e v e l,m a c h i n eＧl e v e l o r t h e s h o pＧf l o o r,w h i c h c a nb e b r o a d l y d iＧv i d e da ss t r u c t u r e da n du n s t r u c t u r e dd a t a．D a t a g e n e r a t e db y m a n u f a c t u r i n g u s u a l l y c o m e s f r o m a v a r i e t y o f s o u r c e s a n d c a nb e c l a s s i f i e da c c o r dＧi n g t o t h e f o l l o w i n g c a t e g o r i e s．
(１)S e n s o r d a t a:i ti sc o l l e c t e df r o m t h e b u i l tＧi ns e n s o r ss u c ha sc u t t i n g f o r c e[１７],v i b r aＧt i o n[１８Ｇ２０],a c o u s t i c e m i s s i o n[２１],t e m p e r a t u r e[２２], c u r
r e n t[２３]e t c．,w h i c h m o n i t o r sa n dr e p o r t s t h e r e a lＧt i m e p e r f o r m a n c eo f t h e m a c h i n e．M a n y o f t h e s es i g n a l sc a n b ea c q u i r e d d i r e c t l y t h r o u g h t h em a c h i n eＧc o n t r o l l e r a sw e l l．
(２)S h o p f l o o r d a t a:i t i s r e l a t e d t o t h e p r oＧd u c t i o n c o u n t,q u a l i t y c o u n t,i n v e n t o r y l e v e l m o n i t o r i n g,f a c t o r y l o g i s t i c s,o p e r a t i n g c o n d iＧt i o n s,e x p e r t e s t i m a t e s e t c．F o r s h o p f l o o r d a t a, R F I D(r a d i of r e q u e n c y i d e n t i f i c a t i o n)e n a b l e s t h ea u t o m a t i c i d e n t i f i c a t i o n,t r a c k i n g,m a n a g eＧm e n to f m a t e r i a l s,i n v e n t o r y,p r o d u c t i o n a n d o r d e rd i s p a t c h i n g．O t h e re x a m p l e si n c l u d et h e v i s i o n s e n s o r sf o r h u m a nＧr o b o ti n t e r a c t i o n,a d i g i t a l p e n a n d t h e o b j e c tm e m o r y s e r v e r(OM S) t o l a b e lR F I Dc h i p s,s m a r t g l o v e,３Dc a m e r a s, a n d t o u c h,g e s t u r eＧb a s e do r p h y s i c a l c o n t e n t i nＧt e r a c t i o n l e v e r a g i n g d e v i c e s s u c h a s s m a r t p h o n e s a n d t a b l e t s．
(３)E n t e r p r i s e/M a n a g e m e n td a t a:i t i sr eＧl a t e d t o p r o d u c t i o n p l a n n i n g,o r d e rd i s p a t c h i n g, s a l e s,m a r k e t i n g,a n d f i n a n c i a l m a n a g e m e n t．F o r t h e m a n a g e m e n td a t a,s o f t w a r el i k ee n t e rＧp r i s e r e s o u r c e p l a n n i n g(E R P),s u p p l y c h a i n m a nＧa g e m e n t(S C M),c u s t o m e r r e l a t i o n s h i p m a n a g e m e n t (C R
M)a n d p r o d u c t l i f e c y c l e m a n a g e m e n t(P L M) a r eb e i n g i n t e g r a t e dt o g e t h e r t ob i n dd a t af r o m r e s e a r c h,p r o d u c t i o n,d e v e l o p m e n t,s e r v i c e,d eＧc i s i o n,b u s i n e s s,c u s t o m e r a n d s oo n．
F i g．２e v a l u a t e ss o m eo ft h ed a t at y p e si n m a n u f a c t u r i n g b a s e d o n t h e v o l u m e,v a r i e t y, a n dv e l o c i t y．A l l t h r e ed i m e n s i o n s a r e g r a d e d i n t h er a n g eo f l o w,m e d i u m o rh i g h．F i g．２a l s o l i s t s s o m eo f t h ec o mm o ne x a m p l e so fd a t aa cＧq u i s i t i o nm o d e s．I tm u s t b e n o t e d t h a t d a t a t e c hＧn o l o g y f o r m s t h e i n i t i a l s t a g e f o r i m p l e m e n t a t i o n o f I n d u s t r i a l A I,i nw h i c h t h e e q u i p m e n t,w h o s e d a t a i sn e e d e d,i sc h o s e na n di ta l l o w sf o rt h e s u c c e s s f u l p r o c u r e m e n t o f r e l e v a n td a t a t h r o u g h v a r i o u sc h a n n e l s．A n dt h e r e f o r e,i tb e c o m e sa c oＧe n a b l e r o f t h e s m a r t c o n n e c t i o n s t e p i n t h e ５Ca r c h i t e c t u r e．
１．２㊀A n a l y t i c s T e c h n o l o g i e s(A T)
S e n s o r s a n dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m s i nt h e d a t a t e c h n o l o g y i m p l e m e n t a t i o n p h a s e w o u l d p r o v i d e a b u n d a n t d a t a t h a tn e e d s t ob ea n a l y z e d t o e x t r a c tm e a n i n g f u l i n f o r m a t i o n o u t o f i t．A n aＧl y t i c s p l a y s t h e r o l e o f t h e i
n t e r f a c eb e t w e e n t h e p h y s i c a lw o r l da n d t h e c y b e rw o r l d．D a t aＧd r i v e n m o d e l i n g u n c o v e r s t h eh i d d e n p a t t e r n s,t h eu nＧk n o w nc o r r e l a t i o n s,a n do t h e ru s e f u l i n f o r m aＧt i o nf r o m t h e m a n u f a c t u r i n g s y s t e m sa n di nＧt e g r a t e s t h e o b t a i n e d i n f o r m a t i o n w i t h o t h e r t e c h n o l o g i e s t o i m p r o v e t h e p r o d u c t i v i t y a n d i nＧn o v a t i o n．T h e s e h i d d e n p a t t e r n s a n d v a l u a b l e e v e n t si n t h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s c a n b e m e m o r i z e d,l e a r n e d,a n d p r o c e s s e db y A I t e c hＧn o l o g i e s i n t oa c t i o n a b l ea n di n s i g h t f u l i n f o r m aＧt i o n f o r s m a r tm a n u f a c t u r i n g．
０４
中国机械工程第３１卷第１期２０２０年１月上半月Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.
F i g．２㊀D i m e n s i o n a l e v a l u a t i o no f s o m e o f t h e d a t a t y p e s i nm a n u f a c t u r i n g
㊀㊀A l t h o u g h m a c h i n el e a r n i n g a n d A It e c hＧn i q u e sc o n t r i b u t e m o s t l y t oa n a l y t i c st e c h n o l oＧg y,d i f f e r e n tc o n d u c t i sr e q u i r e df o rI n d u s t r i a l A I．A s d
i s c u s s e d i nS e c t i o n１, A B C D E c a nb e u s e dt os u mm a r i z et h ec h a r a c t e r i s t i c s e so ft h e I n d u s t r i a lA I t e c h n o l o g i e s,w h e r e A B C D E r eＧp r e s e n t s a n a l y t i c s,b i g d a t a,c o m p u t a t i o n a l p l a tＧf o r m,d o m a i nk n o w l e d g e,e v i d e n c e,a n df e e dＧb a c k r e s p e c t i v e l y．T r a d i t i o n a l A It e c h n o l o g i e s e m p h a s i z em o r e o n t h e a n a l y t i c t e c h n o l o g i e s a n d t h e a l g o r i t h m s t h e m s e l v e sw h i l e p a y l i t t l e a t t e nＧt i o no nt h ed o m a i nk n o w l e d g ea n dt h ee v i d e n c e f r o mt h e r e a l a p p l i c a t i o n s c e n e s[２４]．T h e d e v e l o pＧm e n to ft h et r a d i t i o n a l A Il a r g e l y d e p e n d so n c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g i e s w h i c ht r e a t t h e c l o u d a sm o r e p o w e r f u l c o m p u t i n g t e c h n o l oＧg y．T h e r ea r ea f e w b a s i c p r o c e s s e sw h i c hn e e d t ob e c o n s i d e r e d f o r t h e a n a l y t i c t e c h n o l o g i e s: (１)D a t a p r e p r o c e s s i n g:b e f o r ef e a t u r ee xＧt r a c t i o n,d a t a c l e a n i n g a n dd a t a r e d u c t i o n i s c a rＧr i e do u t t o p r eＧp r o c e s s t h e l a r g ev o l u m eo f r a w d a t a g e n e r a t e d b y v a r i o u ss e n s o r ss ot h a tt h e u n i f i e d,a c c u r a t e,a n dr e l i a b l ed a t ac a nb eu s e d t oo b t a i n o r d e r e d,s i m p l i f i e d,a n d m e a n i n g f u l f e a t u r e s f o r f u r t h e rm o d e l i n g．D a t a p r eＧp r o c e s sＧi n g o p e r a t i o n s i n v o l v et w o p r i m a r y t a s k s:d a t a s u i t a b i l i t y a s s e s s m e n t a n d d a t a b a c k g r o u n d i d e nＧt i f i c a t i o n/w o r k i n g r e g i m e i d e n t i f i c a t i o n．D a t a s u i t a b i l i t y a s s e s s m e n t i n c l u d e s d a t a q u a l i t y c h
e c k s[２５],d a t ac l e a n i n g o p e r a t i o n s,s e g m e n t aＧt i o na n dr e s a m p l i n g o p e r a t i o n s t ob e p e r f o r m e d b e f o r eu s i n g t h ed a t af o ra n a l y s i s．D a t ab a c kＧg r o u n d i d e n t i f i c a t i o n m e a n s w o r k i n g r e g i m e i d e n t i f i c a t i o n．T h i s p r o c e d u r e b e c o m e s t h e c oＧe nＧa b l e ro ft h e d a t aＧt oＧi n f o r m a t i o n c o n v e r s i o n s t e p i n t h e５Ca r c h i t e c t u r e．
(２)F e a t u r e e n g i n e e r i n g:o n c e t h en e c e s s a r y p r e p r o c e s s i n g s t e p s o n t h e r a w d a t a i s p e rＧf o r m e d,t h ed a t ab e c o m er e a d y t ob ec o n v e r t e d i n t o i n f o r m a t i o n．S o m e i n f o r m a t i o n c a nb e e a s i l y e x t r a c t e d f r o mt h e d a t au s i n g t h e s i m p l e f e a t u r e e x t r a c t i o nm e t h o d s．H o w e v e r,w i t h t h e i n c r e a sＧi n g o f t h es a m p l i n g r a t ea n dc o m p l e x m a n u f a cＧt u r i n gp r o c e s s e s,c r i t i c a l p a t t e r n s o r f a u l t s i g n aＧt u r e sa r e u s u a l l y h i d d e ni nt h er a w m e a s u r eＧm e n t s a n d t h en e c e s s i t i e s t oa d v a n c e t h e f e a t u r e e x t r a c t i o n t e c h n o l o g i e s．
(３)B u i l d i n g d a t aＧd r i v e nm o d e l s:t h e e x t r a cＧt e d f e a t u r e s r e q u i r e s o m eh i g hＧp e r f o r m a n c ed a t a a n a l y t i c st o b u i l da d i g i t a lt w i n o fa p h y s i c a l m a n u f a c t u r i n g d e v i c e i n t h e c y b e r s p a c e．D a t a a nＧa l y t i c t o o l s c o u p l e dw i t h a d i g i t a l t w i nw o u l d a i d t o i n v e s t i g a t e t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e,d i a g n o s
e t h em a c h i n eh e a l t hs t a t u s,c a l c u l a t e t h e a v e r a g e t h r o u g h p u t,a v e r a g et h e w o r kＧi nＧp r o c e s s,a n d q u a n t i f y t h e i re f f e c t sf o rc o n t i n u o u si m p r o v eＧm e n t．A tt h i sl e v e l,t h es i m i l a r i t yＧb a s e dt e c hＧn i q u e sa r eu s e dt o p e r f o r m f l e e tＧl e v e ld e g r a d aＧt i o nd e t e c t i o na n d p r o g n o s t i c su s i n g t h es i g n aＧt u r e a n dh i s t o r y o f a l l t h es i m i l a ra s s e t sw i t h i n t h e f l e e t．T h i s p r o c e d u r e b e c o m e s t h e c oＧe n a b l e r o f t h e C y b e r l e v e l s t e p i n t h e５Ca r c h i t e c t u r e．(４)D a t a v i s u a l i z a t i o n:i n f oＧg r a p h i c s a r e u t i l i z e d i nt h i s l e v e l t od e l i v e r t h ee x t r a c t e d i nＧf o r m a t i o n r e g a r d i n g t h e h e a l t h c o n d i t i o n a n d m a c h i n e f l e e t f o r t h ee n dＧu s e r t oa u g m e n t a u t oＧ
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工业人工智能 工业应用中的人工智能系统框架 李㊀杰㊀S I N G HJ a s k a r a n㊀A Z AM F A R M o s l e m等Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.
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