李伯虎：《新一代AI技术引领下的智慧云制造系统研究与实践》
内容摘要：
报告基于对智能制造、工业互联网及新一代人工智能技术的解读，提出一种新一代人工智能技术引领下的智慧云制造的内涵及按照该内涵构成的智慧云制造系统（云）的系统体系结构、知识/技术体系总体框架。
报告介绍了航天科工集团在本团队于2012年提出并开发的制造云2.0（智慧制造云）基础上，在新一代人工智能技术引领下拓展研发的“新一代人工智能技术引领下的智慧云制造系统（云）雏形”中的新关键技术及其应用范例。报告从“技术、应用、产业”协调发展的角度，给出新一代人工智能技术引领下的智慧云制造系统（云）发展的建议。
一、新一代人工智能技术引领下的智慧云制造的内涵
制造业的发展趋势是实现“面向智能制造的新模式、新手段和新业态”的重大变革。我们团队认为，智能制造是将先进信息技术与先进制造技术深度融合，贯穿于产品设计、生产、服务等制造全生命周期的各个环节及其相应系统的优化集成，具有对制造全系统及全生命周期活动中人、机、物、环境、信息自主感知、分析、认知、学习、决策、控制与执行等智能特征的制造技术、系统与应用的总称。其目标是持续提升企业的产品质量、效益、服务水平，减少资源消耗，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。
工业互联网已成为许多国家制造业向智能制造转型升级的一种重要的制造模式、手段与业态。工业互联网是各个国家制造业向智能制造转型升级重要的模式手段和工具与业态，这个概念开始是2012年由美国GE公司提出工业互联网的名词及其初始理念。它就是一种智能制造系统。
我们团队认为工业互联网是“基于泛在互联网，将人、产品、制造装备、数据、智能分析与决策和执行系统等智能地连接在一起，构成一个人、信息（赛博）空间与物理空间融合的智能制造系统，从而大大提高制造业的创新能力、制造能力和服务能力，进而实现工业的再革命。
2017年7月颁布“中国新一代人工智能发展规划”战略目标中提到：第一步，到2020年,人工智能总体技术和应用与世界先进水平同步，人工智能产业成为新的重要经济增长点，人工智能技术应用成为改善民生的新途径，有力支撑进入创新型国家行列和实现全面建成小康社会的奋斗目标。
第二步，到2025年,人工智能基础理论实现重大突破，部分技术与应用达到世界领先水平，人工智能成为带动我国产业升级和经济转型的主要动力，智能社会建设取得积极进展。
第三步，到2030年,人工智能理论、技术与应用总体达到世界领先水平，成为世界主要人工智能创新中心，智能经济、智能社会取得明显成效，为跻身创新型国家前列和经济强国奠定重要基础。
“智能+”的新时代正在到来。关于新一代的人工智能的定义有各种各样的说法。我们认为，新一代人工智能初步定义为“基于新的信息环境、新技术和新的发展目标的人工智能”。它的内涵是“三新”：新的信息环境包括新互联网、移动设备、网络社区、传感器网络等；新技术包含大数据、高性能计算技术、新的模型与算法等；新的发展目标是指由从宏观到微观的智能化新领域，如智能城市、数字经济、智能制造、智能医疗等。
技术特征：（1） 数据驱动下深度强化学习智能；（2）基于网络的群体智能；（3）人机和脑机交互的技术导向混合智能；（4）跨媒体推理智能；（5）自主智能无人系统。
重点任务：（1）构建开放协同的人工智能科技创新体系。（2）培育高端高效的智能经济。（3）建设安全便捷的智能社会。（4）构建泛在安全高效的智能化基础设施体系。（5）前瞻布局新一代人工智能重大科技项目。
根据上述三个方面的解读，进一步解析新一代人工智能引领下的智慧云制造。技术手段是基于新互联网，借助新一代智能科学技术、新制造科学技术、新信息通信科学技术、及新制造应用领域专业技术等4类技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术新手段，构成以用户为中心的统一经营的智能制造资源、产品与能力的服务云（网），使用户通过智能终端及智能制造服务平台便能随时随地按需获取智能制造资源、产品与能力服务；
模式是一种“用户为中心，人、机、物、环境、信息融合，互联化（协同化）、服务化、个性化（定制化）、柔性化、社会化、智能化的智能制造新模式；业态是“万物互联、数据驱动、共享服务、跨界融合、自主智慧、万众创新”的新业态；特征与跟以前制造系统不同，是对制造全系统、全生命周期活动（产业链）中的人、机、物、环境、信息进行自主智能地感知、互联。协同、学习、分析、认知、决策、控制与执行；实施内容是促使制造全系统及全生命周期活动中的人、技术、设备、管理、数据、材料、资金（六要素）及人流、技术流、管理流、数据流、物流、资金流（六流）集成优化；目标实现高效、优质、节省、绿色、柔性地制造产品和服务用户，提高企业（或集团）的市场竞争能力。
因此，新一代人工智能引领下的智慧云制造能够高效又绿色柔性的制造产品，服务用户，提高企业的市场能力。为什么提出引领？第一，新一代人工智能技术用于（引领）智慧云制造的全系统、全生命周期。第二，基于新互联网，借助新一代智能科学技术、新制造科学技术、新信息通信科学技术、及新制造应用领域专业技术等4类技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术新手段。（不仅是人工智能技术）所以不是“基于”而是“引领”。
二、新一代人工智能技术引领下的智慧云制造系统（云）雏形”中的新关键技术
新一代人工智能技术引领下的智慧云制造系统是一种“人、信息（赛博）空间与物理空间”融合的“新智能制造资源、能力、产品”智能互联协同的智能制造系统（云）。
2009年，新一代人工智能技术引领下的智慧云制造系统提出，2012年工业制造2.0提出来，智慧云制造的理念、技术、模式正在进一步拓展。智能制造云平台是制造业新的基础设施，自主可控是关键。目前，我们只是融合了部分的新一代人工智能技术，新一代人工智能五个方面还在发展，我们只是主要重点基于大数据的人工智能以及人机的智能。还有部分新的信息通信技术，新的制造领域的技术。主要有十大方面的技术，首先问题导向，因为航天多学科，要求数字化、网络化、智能化，五个转型升级，从要素向创新，从传统向数字化网络化智能化，从粗放像质量效益，从生产向“生产+服务”转变。
智慧云制造系统的“雏形”系指融合了部分的新一代人工智能技术与部分的新制造科学技术、新信息通信科学技术及新制造应用领域专业技术，主要包括：
第一项技术是新一代人工智能技术引领下的新智慧云制造协调体系架构/平台。目前途径就是建立一个云端和边缘混合的智能制造系统，通过对制造技术体系标准体系产品体系重塑转型升级，产业链的转型升级来构建更完美的智能生态系统，目前做了三朵云，一朵专业云，一朵公有云，还有国际云。
第二项技术是多协议的工业网关SMART-IOT， INDICS工业物联网层提供工业设备的通信互联能力，支持OPC-UA、MQTT、Modbus、Profinet等主流工业现场通信协议的通信互联，支持工业现场总线、有线网络、无线网络的通信互联。
第三项技术是云端计算和云边缘计算技术，我们在云的边缘完成数据清理、数据整合、数据处理，经过预处理以后的数据再传到大云里面的云端。我们已经做了六年，是军队支持，我们搞出了边缘计算的框架，边缘计算是新一代人工智能新兴科学技术，新兴建模和超级计算机深度软硬结合的计算机，这就是体系架构。两类用户，三类仿真，高性能计算、高性能仿真和云，模型可以数据的。我们提出人工智能的处理专件，大数据专件，提供仿生服务还可以提供大数据处理。因为经费有限，目前最高的速度是到百万亿。
第四项技术基于大数据人工智能服务技术，这是提供子系统，从工业现场开始，一直到大数据的存储、分析、处理以及管理，还有各种各样的应用。里面解决了大数据采集，大数据集成信息，大数据存储，大数据智能分析挖掘，大数据可视化，大数据标准质量以及大数据的安全技术，一共七类技术。
第五项技术是基于容器技术的平台服务技术。基于混合容器的编排技术提供弹性的环境，而且向上提供统一的开发环境，向下提供多元架构的支持。
第六项技术是建模、仿真引擎技术——数字的孪生服务技术。要把建模仿真技术用到全生命周期，通过虚实交互反馈，来实现和支撑制造全过程各种各样的优化。比如我们做了虚拟工厂，就可以支持产品的规划、车间生产等各个阶段的优化。
第七项技术是工业APP，工业APP是必须的，这里有两类，一是原生APP，一类是第三方应用APP。提供面向制造全产业链、基于平台开发的原生工业应用APP同时面向社会开放平台资源，提供开发接口，形成基于平台的第三方应用，支持多样化、个性化的用户需求。
最后一项技术是基于平台定制云工厂，这是基于云平台智能工厂的解决方案。线上通过应用云协作、CPDM、ERP、CRP、CMES和虚拟工厂等实现商务协作、跨企业协同工艺、设计和跨企业协同生产线下通过设备、MES系统、DNC系统、产线等智能化改造与建设，实现精益生产、车间透明化管理和生产自动化、智能化。提供云制造全产业链服务，服务于创意启动、创意种子培育、创新产品孵化和创业产业加速等创新创业全生命周期活动。
三、新一代人工智能技术引领下智慧云制造系统发展
智慧制造云的发展需要“政府引导，市场驱动”。注重企业为中心的“政、产、学、研、金、用”结合的技术创新体系的建立；各类人才培养；国家、地方基础建设；国家、地方政策支持；要实现“技术、应用、产业”的协调发展。
技术方面我们认为要有6个重视：第一要重视新一代人工智能技术引领下，将新制造科学技术、新信息科学技术、新智能科学技术及制造应用领域技术深度融合系统的发展要重视新一代人工智能引领下把4G的技术深度融合体系发展。第二要重视加强智能云环境中的设计、生产、管理、试验、保障服务等智能制造的新模式、新流程、新手段、新业态的研究,它是智能制造系统的基础；第三要重视数据库、算法库、模型库（包括一次模型、二次模型等）、大数据平台、计算能力等基础能力研究与建设；第四要重视符合“分享经济”的商业模式技术研究；第五要重视安全技术（制造系统安全及商业安全技术）及相关标准和评估指标体系技术研究。第六要重视智能化感知、接入、互联层的技术研究，新性能需求。
总结
最后，新一代人工智能技术引领下的智慧云制造系统这是我们提出来的，我们就认为根据上面多年的实践，就是一种智能智能制造系统。新一代人工智能技术引领下的“智慧与制造系统”是云计算在制造领域的落地和拓展在云计算提供的IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）基础上的落地和拓展。它丰富、拓展了云计算的共享内容、服务内容、应用模式、支撑技术。
新一代人工智能技术引领下的“智慧云制造系统”是实施我国“制造强国”“网络强国”战略规划和行动计划等的一种具有中国特色的新智能制造模式、手段和业态。围绕提高制造企业市场竞争力的目标，以两化融合为主线，基于中国制造业信息化工作，现在最关键的就是要中国特色，我们认为有四大点可以做。
① 突出问题由制造大国向制造强国迈进导向牵引云制造系统建设，加快推进中国制造的5个转型升级（由要素驱动向创新驱动转型升级；由传统制造向数字化、网络化、智能化制造转型升级；由粗放型制造向质量效益型制造转型升级；由资源消耗型、环境污染型制造向绿色制造转型升级；由生产型制造向生产+服务型制造转型升级)。
② 突出建立智慧制造新模式、新手段、新生态为核心的系统，实现“众智、众包、众扶、众筹”的“万众创新，大众创业”。
③ 突出工业2.0/3.0/4.0同步发展，即处于数字化、网络化、智能化不同阶段的制造企业皆能在“云”中实现“信息互通、资源共享、能力协同、开放合作、互利共赢、万众创新”；
④ 突出发挥“政、产、学、研、金、用”的团队力量。新一代人工智能技术引领下的智慧云制造系统”还是持续发展中的制造新模式、手段和业态。
不容置疑，随着新需求和有关技术的发展，智慧云制造的模式、手段、业态还将持续发展。
“新一代人工智能技术引领下的智慧云制造系统（云）”的发展与实施还需要全国、全球的合作与交流，同时又要充分重视各国的特色和各行业、各企业的特点。（本文根据中国工程院院士李伯虎在“2019第八届中国工业数字化论坛”演讲ppt和现场速记整理。）