黃振添

（廣東省粵東技師學(xué)院梅州分校，廣東 梅州 514031）

前言

當(dāng)前大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，制造業(yè)面臨更多的發(fā)展機(jī)遇，開始逐步實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。新的發(fā)展背景下，工業(yè)化發(fā)展應(yīng)結(jié)合信息與工業(yè)技術(shù)，同步進(jìn)行信息化、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等工作，實(shí)現(xiàn)持續(xù)增長，明確新型制造業(yè)的發(fā)展方向。智能制造屬于復(fù)雜系統(tǒng)，主線為智能生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵在于以智能服務(wù)為中心，以物理系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)前工業(yè)4.0 以CPS 為基礎(chǔ)，有機(jī)結(jié)合機(jī)器、資源以及產(chǎn)品，通過信息技術(shù)構(gòu)建個性化、數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化的制造模式，改變創(chuàng)新價值。在此背景下，社會將進(jìn)入虛實(shí)交互的平行時代，即工業(yè)5.0，實(shí)現(xiàn)動態(tài)執(zhí)行與平行化，保證閉環(huán)反饋。工業(yè)5.0 進(jìn)一步強(qiáng)化了信息與物力技術(shù)的融合，形成社會物理信息系統(tǒng)，以虛擬人工系統(tǒng)為核心，引導(dǎo)工業(yè)進(jìn)入平行產(chǎn)業(yè)時代。據(jù)此，本文以虛擬制造為基礎(chǔ)，分析了智能新模式平行制造，以期打造平行演化、協(xié)同優(yōu)化的智能制造系統(tǒng)。

一、平行制造的框架與流程

（一）平行制造框架

構(gòu)建平行智能化結(jié)構(gòu)模型，包括對象、感知層、存儲層、知識層、智能層、應(yīng)用層等六個層面，包括物理系統(tǒng)、社會系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)，利用信息交互網(wǎng)絡(luò)、RFID 網(wǎng)絡(luò)等組成感知系統(tǒng)，存儲感知數(shù)據(jù)信息。同時，在生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫與辦公數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存入感知層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并在至十層利用機(jī)器學(xué)習(xí)、計算智能化等方法獲取表達(dá)知識，自動匹配。智能層則平行執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)描述智能、預(yù)測智能以及引導(dǎo)智能，在生產(chǎn)層面實(shí)現(xiàn)決策知識、協(xié)同制造以及柔性制造。

（二）平行制造的技術(shù)

一是社會物理信息系統(tǒng)，CPSS中數(shù)據(jù)與信息流主要包括物理系統(tǒng)傳感器、社會計算數(shù)據(jù)、人工系統(tǒng)以及虛擬人工系統(tǒng)數(shù)等，應(yīng)基于社會計算數(shù)據(jù)，建模人工系統(tǒng)。但傳統(tǒng)建模具備一定的復(fù)雜性，還應(yīng)綜合利用知識自動化數(shù)，構(gòu)建完善的平行系統(tǒng)。二是ACP方法，利用Agent智能體等數(shù)據(jù)構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)，解決解析建模問題，以計算機(jī)為實(shí)驗室預(yù)測解析人工系統(tǒng)，平行執(zhí)行系統(tǒng)的管控與引導(dǎo)功能。三是自動獲取知識，保證循環(huán)知識產(chǎn)生、獲取、應(yīng)用等流程，在發(fā)展中實(shí)現(xiàn)再創(chuàng)造。自動應(yīng)用知識過程中，應(yīng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)在循環(huán)，在知識自動化研究核心貫穿數(shù)據(jù)到知識、知識到人的行為。通過視頻解析、數(shù)據(jù)挖掘等方法產(chǎn)生知識，結(jié)合專家經(jīng)驗與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化處理，形成具備一定價值與實(shí)效性的有效知識。獲取知識時應(yīng)主動搜索，以電子商務(wù)為依托，將商品信息與建議對策發(fā)送至客戶，根據(jù)用戶的實(shí)際情況確定針對性的服務(wù)或產(chǎn)品。之后企業(yè)合理調(diào)整組織結(jié)構(gòu)，根據(jù)知識子系統(tǒng)繪制知識導(dǎo)圖，引入管理培訓(xùn)模式組建系統(tǒng)的組織架構(gòu)，以此調(diào)整運(yùn)行模式，全方位提高競爭實(shí)力。最后，分析評價知識應(yīng)用效果，創(chuàng)造更多新知識，制定可行的知識產(chǎn)生與應(yīng)用機(jī)制，合理控制知識應(yīng)用周期，引入新型知識應(yīng)用方法。四是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全綜合一體功能平臺，發(fā)揮實(shí)體經(jīng)濟(jì)與互聯(lián)網(wǎng)作用，建設(shè)工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)，在結(jié)合實(shí)體經(jīng)濟(jì)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，保證互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)知識供給量，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的科學(xué)發(fā)展。為了滿足新時代工業(yè)發(fā)展需求，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際改良工業(yè)運(yùn)行方式，在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，以知識自動化為核心，獲取、表達(dá)以及交換知識，達(dá)成智能群體間的協(xié)同互動，構(gòu)建智能工業(yè)新業(yè)態(tài)。五是軟件定義技術(shù)，打破常規(guī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與流程，通過開放軟件定義API 靈活重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)功能，改善網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性與靈活性，為下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供基礎(chǔ)。知識自動化的核心技術(shù)便是流程與系統(tǒng)軟件化，應(yīng)在系統(tǒng)流程與分析決策過程中融入社會、人以及知識等因素，為知識自動化設(shè)計打下基礎(chǔ)[1]。

二、制造情報到制造智能

（一）制造情報

通過制造業(yè)大數(shù)據(jù)構(gòu)建制造業(yè)情報系統(tǒng)，包括企業(yè)內(nèi)部工業(yè)大數(shù)據(jù)與外部上下游及業(yè)態(tài)相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，以有效解析、處理、傳感情報信息，為實(shí)驗的科學(xué)進(jìn)行提供數(shù)據(jù)依據(jù)。在智能制造過程中，企業(yè)應(yīng)有效收集原材料價格與銷售信息情況，分析外部生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，以文本、圖像以及視頻等形式將信息分布于不同媒體中，動態(tài)感知社會媒體，統(tǒng)一異構(gòu)多源數(shù)據(jù)，集中智能管理。工作人員應(yīng)研究網(wǎng)頁信息，利用聚焦爬蟲技術(shù)建立制造情報系統(tǒng)，校正、清洗研究數(shù)據(jù)，且還應(yīng)構(gòu)建面向制造業(yè)的媒體信息庫，包括事件庫、實(shí)體庫、觀點(diǎn)庫以及情感庫等，研究數(shù)據(jù)同義詞聚類與相關(guān)要素關(guān)系。

（二）制造智能

平行制造將企業(yè)看做開放系統(tǒng)，在感知企業(yè)外部信息的基礎(chǔ)上，分析支持制造業(yè)管控。由此，平行制造主要利用ACP 方法與知識自動化技術(shù)，結(jié)合制造情報系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制造的描述智能、引導(dǎo)智能以及預(yù)測智能等功能的實(shí)現(xiàn)。

（三）制造的描述智能

軟件定義的系統(tǒng)等軟件技術(shù)屬于知識自動化的核心技術(shù)，為了靈活處理CPSS 問題，應(yīng)將社會、知識以及人等因素納入相關(guān)流程，實(shí)現(xiàn)智能制造的描述智能，保證數(shù)字化、透明化發(fā)展制造業(yè)，保證公平性。

1.軟件定義過程

將產(chǎn)品全生命周期管理模式應(yīng)用至平行制造過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品戰(zhàn)略、產(chǎn)品市場、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品規(guī)劃以及產(chǎn)品需求的數(shù)字化與軟件化處理，合理調(diào)配資源，實(shí)行進(jìn)度計劃管理，包括生產(chǎn)產(chǎn)品、銷售產(chǎn)品、設(shè)計產(chǎn)品以及使用產(chǎn)品等流程，以公平化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的管理。

2.軟件定義的工廠

一是針對人員行為建立運(yùn)行模式，包括個人與組織行為，在考慮人的同質(zhì)性與異質(zhì)性的基礎(chǔ)上，將人的數(shù)據(jù)納入建模系統(tǒng)中華，利用社會網(wǎng)絡(luò)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，基于Agent 智能體方法，融合員工、班組、車間與生產(chǎn)計劃等因素，制定運(yùn)行軟件，多級化管理企業(yè)經(jīng)營。二是對制造設(shè)備建模，確定設(shè)備輸入與輸出產(chǎn)量之間關(guān)系，通過映射分析設(shè)備使用過程，為設(shè)備安全管理與成本核算工作提供量化數(shù)據(jù)。三是軟件定義，利用Agent 智能體方法，對礦石、輔料、合金以及備件等生產(chǎn)材料進(jìn)行建模。四是軟件定義方法，利用仿真軟件建模，綜合化學(xué)反應(yīng)、單元操作以及熱力學(xué)原理等基礎(chǔ)學(xué)科，利用數(shù)學(xué)解析方法構(gòu)建方程式。五是軟件定義環(huán)境，針對生態(tài)環(huán)境，對上下游企業(yè)、同行企業(yè)進(jìn)行建模[2]。

（四）制造的預(yù)測智能

結(jié)合企業(yè)外部互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)與情報分析系統(tǒng)，智能預(yù)測制造生產(chǎn)管理過程，覆蓋包括全部運(yùn)作環(huán)節(jié)，融合了工業(yè)復(fù)雜性。對此，應(yīng)綜合物流周轉(zhuǎn)、交貨期限、生產(chǎn)效率以及運(yùn)營成本等因素制定具體生產(chǎn)計劃，保證生產(chǎn)、能源、物流以及上下游等動態(tài)工作的順利進(jìn)行。企業(yè)應(yīng)根據(jù)訂單與大致市場預(yù)測制定合同計劃，分解月計劃、旬計劃以及日計劃，保證可調(diào)控性與動態(tài)性。人工系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合情報系統(tǒng)外界環(huán)境數(shù)據(jù)，優(yōu)化計算生產(chǎn)計劃，對接上下游企業(yè)數(shù)據(jù)，利用知識自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)測智能。比如在生產(chǎn)預(yù)測中，分為短期與中期預(yù)測，為經(jīng)濟(jì)決策與行業(yè)發(fā)展提供依據(jù)。

（五）制造的引導(dǎo)智能

工業(yè)制造還應(yīng)發(fā)揮引導(dǎo)智能作用，明確計算試驗與軟件定義模式虛實(shí)互動物理與人工系統(tǒng)，執(zhí)行平行系統(tǒng)，保證工業(yè)引導(dǎo)的智能化。工作人員在計算試驗期間，應(yīng)將數(shù)據(jù)輸入人工系統(tǒng)與物理系統(tǒng)，保證生產(chǎn)計劃方案的深度優(yōu)化，避免受到社會與物理系統(tǒng)的干擾。通過輸入與輸出系統(tǒng)，人工系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動學(xué)習(xí)，根據(jù)模型存在的問題進(jìn)行矯正，利用情報系統(tǒng)保證外部生態(tài)大數(shù)據(jù)的感知性，之后利用新型人工系統(tǒng)智能預(yù)測生產(chǎn)，針對問題動態(tài)優(yōu)化，保證物理系統(tǒng)與人工系統(tǒng)引導(dǎo)功能的有效實(shí)現(xiàn)[3]。

（六）邁向社會制造

平行制造過程中，應(yīng)根據(jù)大規(guī)模生產(chǎn)需求，確定消費(fèi)者驅(qū)動平行制造模式。社會制造進(jìn)程中，產(chǎn)消者在購買消費(fèi)產(chǎn)品的同時，也屬于產(chǎn)品生產(chǎn)的間接參與者。生產(chǎn)過程以產(chǎn)銷驅(qū)動為動力，通過眾包模式設(shè)計、制造、銷售社會制造產(chǎn)品，利用3D 掃描、大數(shù)據(jù)、3D 打印等技術(shù)區(qū)塊鏈生產(chǎn)，獲得更多信譽(yù)度，形成資源的共享式分布，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個性定制的虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及分布化。

結(jié)束語

工業(yè)5.0 時代智能制造以虛實(shí)互動的CPSS 為工業(yè)環(huán)境，融合使用機(jī)器學(xué)習(xí)、云計算以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)，構(gòu)建情報系統(tǒng)時結(jié)合社會需求情況，打造數(shù)字化運(yùn)行平臺，保證制造系統(tǒng)的主動適應(yīng)，通過信息化與工業(yè)化的深度融合，廣泛普及平行企業(yè)與平行制造。