工業(yè)人工智能和其他新技術(shù)一樣 在其早期階段將面臨各種困難和挑戰(zhàn)

工業(yè)大數(shù)據(jù)的云平臺通過提高智能制造業(yè)的生產(chǎn)能力為技術(shù)創(chuàng)新帶來了新的機遇。它們將使企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)、運營、營銷、管理方面探索新的途徑，從而徹底地改變產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

三一重工集團的WitSight是自主研發(fā)的工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺。它向人們展示了人工智能（AI）在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用，其中包括工業(yè)4．0大數(shù)據(jù)云平臺，如三一重工的Witsight工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺在“中國制造2025計劃”中所扮演的角色。它還描繪了當工業(yè)和人工智能結(jié)合在一起時所釋放的創(chuàng)造性火花。

1942年，美國科幻小說大師艾薩克？阿西莫夫（Isaac Asimov）提出“機器人三大行為法則”，也就是：

（1）機器人不得傷害人類，或因不作為使人類受到傷害。

（2）必須服從人類的命令，除非這些命令與第一法則沖突。

（3）在不與第一或第二法則沖突的情況下，機器人必須保護自己。

半個世紀之后，人們看到了人工智能機器人的影子。在2018年8月，OpenAI實驗室開發(fā)了一種可以靈活操縱魔方的機械手，展示了模擬控制技術(shù)已經(jīng)達到的高度。

如今，越來越多的人工智能設(shè)備應(yīng)用在工作和生活中，這表明人們正在進入人工智能時代。除了語音助手和日前使用的其他類似產(chǎn)品之外，人工智能技術(shù)早在工廠和車間就已經(jīng)開始應(yīng)用。

當人工智能與看似無關(guān)的行業(yè)相結(jié)合時，會釋放出什么樣的創(chuàng)造性火花？以下對三一重工的大數(shù)據(jù)云計算平臺WitSight進行一下探討，以了解這種平臺在互聯(lián)網(wǎng)時代所扮演的角色。

揭開三一重工工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺的帷幕：WitSight

大多數(shù)人可能會認為三一重工集團是一家重型機械制造商，在人們的印象中，其產(chǎn)品主要是在施工現(xiàn)場繁忙工作的挖掘機和起重機。

事實上，三一重工的研究機構(gòu)上海華興數(shù)字科技有限公司是一家全資子公司，主要生產(chǎn)顯示器、控制器、遙控器，以及易于維護信息系統(tǒng)。這些產(chǎn)品的應(yīng)用包括對挖掘機、履帶起重機、移動式鉆機、懸臂泵車、起重機、裝載機、采礦車和混凝土廠等工程機械的監(jiān)測、管理和維護。

然而，隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，上海華興嘗試使用云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)來豐富其產(chǎn)品的功能。2014年，它使用大數(shù)據(jù)方法來取代經(jīng)驗值，現(xiàn)在它使用齒輪、模式和操作習慣的計算來實現(xiàn)最有效的設(shè)備配置。

2016年，上海華興開始建立其工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺WitSight。該系統(tǒng)有兩個主要應(yīng)用：智能風力發(fā)電場（用于管理和分析風力渦輪機）和易于維護的信息系統(tǒng)（用于管理挖掘機等建筑機械）。WitSight利用云平臺的優(yōu)勢來調(diào)度資源，并使用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)實時處理大量數(shù)據(jù)，通過將設(shè)備數(shù)據(jù)上傳時間壓縮到幾秒來創(chuàng)建事件數(shù)據(jù)庫。

三一重工目前擁有30多萬臺重型工程機械，每臺機器都安裝了大量向WitSight報告的傳感器，該系統(tǒng)每天可以處理200 GB數(shù)據(jù)，一年可以處理70 TB的數(shù)據(jù)。實際上，管理挖掘機和打樁機以滿足用戶的需求是該平臺的主要用途。

但是，自從初始設(shè)計階段以來，平臺的互操作性一直是其發(fā)展的考慮因素，除了三一重工在設(shè)備接口級別的專有協(xié)議外，系統(tǒng)還支持MQTT等通用國際協(xié)議。該系統(tǒng)還考慮了在數(shù)據(jù)存儲和建模級別與各種制造商和各種設(shè)備類型進行交互的能力。

行業(yè)專家對WitSight工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺如何在技術(shù)和架構(gòu)層面上運作進行了闡述。

技術(shù)水平

WitSight平臺采用數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)（DC／OS），并結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用程序，其中包括Apache Spark、Kafka、Cassandra、MySQL、Redis、Netty和RabbitMQ，以滿足建筑設(shè)備數(shù)據(jù)的收集、分析和存儲需求。

（1）Apache Spark：它為并行計算提供了一個有效的系統(tǒng)，可以管理超過100萬個獨立設(shè)備實時上傳的大量工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

（2）Cassandra：它提供快速有效的存儲和查詢大量數(shù)據(jù)，從而確保及時輸入設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，并在10秒內(nèi)實現(xiàn)低延遲。

（3）Kafka：它是一個高吞吐量的分布式消息系統(tǒng)，可以處理挖掘機所有動作的流數(shù)據(jù)。

（4）MySQL：它使用主從集群模型為主設(shè)備和報告數(shù)據(jù)提供存儲。

架構(gòu)水平

如上圖所示，將上海華興公司的整體EVIcloud架構(gòu)分為三個部分：計算平臺、業(yè)務(wù)平臺和可視化平臺。計算平臺的主要用途是收集、傳輸、存儲、處理和分析數(shù)據(jù)?？梢赃M一步將業(yè)務(wù)平臺細分為通用業(yè)務(wù)和產(chǎn)品業(yè)務(wù)。

通用業(yè)務(wù)部分管理設(shè)備、操作人員、安全和操作，而產(chǎn)品業(yè)務(wù)部分根據(jù)不同產(chǎn)品的不同屬性和功能執(zhí)行合理建模?？梢暬脚_顯示多個終端、分布式控制、數(shù)據(jù)的自由可視化布置和連接、矢量配置和報告。

本地化：WitSight的優(yōu)勢

通用電氣和西門子已經(jīng)分別創(chuàng)建了Predix和MindSphere等原始大數(shù)據(jù)云平臺，并在業(yè)界占據(jù)領(lǐng)先地位。相比之下，三一集團重要的WitSight提供了哪些核心功能和優(yōu)勢？

在這里，行業(yè)專家引用了百度、谷歌、阿里巴巴、eBay公司的案例。他解釋說，“當國外公司和產(chǎn)品進入中國時，本地化應(yīng)始終是他們首先想到的舉措。三一重工是中國創(chuàng)立的世界級企業(yè)，其新興的數(shù)字產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺也在國內(nèi)發(fā)展成熟。上海華興公司的工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺的目的是管理三一重工自己的設(shè)備。該平臺的開發(fā)和實現(xiàn)以來進行了多次改進。自2010年以來的經(jīng)驗，現(xiàn)在以更快的速度處理來自300，000個在線設(shè)備的數(shù)據(jù)，其計算結(jié)果的時間是百萬分之一秒?！?/p>

發(fā)展過程并不順利

在這種規(guī)模的工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺的情況下，最困難和最具挑戰(zhàn)性的部分是如何啟動這樣的項目。人工智能團隊在開發(fā)平臺架構(gòu)時遇到了重大障礙。問題是創(chuàng)建一個架構(gòu)，支持分散在世界各地的機器和設(shè)備上的傳感器的實時數(shù)據(jù)傳輸；WitSight數(shù)據(jù)分析平臺的數(shù)據(jù)傳輸，處理和分析；最后通過可視化為用戶靈活顯示數(shù)據(jù)。

設(shè)計整體架構(gòu)需要付出很多努力?；旌鲜褂谜_的工具、技術(shù)、軟件產(chǎn)品和流程有助于構(gòu)建出色的架構(gòu)。該公司還負責不斷重復(fù)測試和驗證。雖然數(shù)據(jù)傳輸和處理過程看似簡單，但實際上并不那么容易。WitSight中的數(shù)據(jù)傳輸、存儲和處理平臺必須包含各種軟件，包括Kafka、Cassandra、Spark、Hadoop分布式文件系統(tǒng)（HDFS）和MongoDB。

該平臺還必須集成devops等工具，以實現(xiàn)敏捷開發(fā)和服務(wù)交付。隨著WitSight平臺、風電場和EVIcloud應(yīng)用的發(fā)展，上海華興公司構(gòu)思并嘗試了各種解決方案，其中包括利用傳統(tǒng)虛擬機進行交付或請求公共云基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）資源進行交付。但是，這些解決方案面臨以下問題：

（1）復(fù)雜的部署配置：需要單獨的部署和配置專家來構(gòu)建每個軟件。

（2）每個虛擬機的使用僅適用于特定服務(wù)：同一虛擬機無法同時運行多個不同的應(yīng)用程序，因為它無法提高資源的整體利用率。

（3）在高峰需求時申請新的IaaS資源：由于在虛擬機上持續(xù)部署軟件并降低效率，整個過程變得復(fù)雜。因此無法實現(xiàn)資源的全自動擴展。

（4）像Kafka、Cassandra、Spark、HDFS和MongoDB這樣的軟件架構(gòu)本身很復(fù)雜：企業(yè)需要招聘更多熟練的軟件維護人員，以運行生產(chǎn)環(huán)境或培訓現(xiàn)有員工來管理相同的工作。這個過程提高了使用軟件的進入門檻，增加了復(fù)雜性和成本。

（5）開發(fā)人員和運營人員必須自己查閱信息或單獨聯(lián)系每個軟件的供應(yīng)商以解決問題，而無需考慮該版本是開源還是企業(yè)，如Kafka、Cassandra、Spark、HDFS和MongoDB。由于此過程過于分散，因此無法快速解決問題或響應(yīng)管理。

（6）網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全缺乏保證：不能集中管理和保護網(wǎng)絡(luò)，不能同時備份和恢復(fù)平臺數(shù)據(jù)。

上海華興公司需要開發(fā)下一代云原生應(yīng)用平臺，該平臺可以支持同一基礎(chǔ)設(shè)施上的各種不同任務(wù)負載，從而減輕所有上述挑戰(zhàn)。在仔細考慮支持WitSight上的各種應(yīng)用程序、工具和任務(wù)之后，三一重工決定利用DC／OS（Mesos）作為底層平臺，從而解決上述挑戰(zhàn)。

未來五年將為大數(shù)據(jù)平臺的發(fā)展帶來最大的機遇

工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺在“萬物互聯(lián)”這個時代獲得了很大的關(guān)注?？赡軙媾R一些問題，例如它在推動工業(yè)發(fā)展方面的作用是什么？或者像WitSight這樣的平臺在“中國制造2025計劃”所推動下，將為中國未來增長做出什么樣的貢獻？

行業(yè)專家表示，“在過去的幾年里，萬物互聯(lián)或物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)蓬勃發(fā)展。可穿戴設(shè)備和智能家居設(shè)備的出現(xiàn)標志著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)的英文首字母縮略詞是IoT，而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）指的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用。工業(yè)4．0的理念最早是在德國提出的，之后中國迅速提出了自己的“中國制造”2025計劃。

因此，可以看到，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展既是工業(yè)的需要，也得到了國家層面的支持。此外，它還為未來增長開辟了方向。因此，工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺是極其有利的環(huán)境的產(chǎn)物。它適應(yīng)了這個時代的工業(yè)需求，未來五年將為其發(fā)展提供最重要的機會。”

沒有創(chuàng)新就沒有進步。創(chuàng)新對工業(yè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。在公司層面，三一重工為其工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺制定了三年和五年計劃，以及一整套商業(yè)模式和發(fā)展戰(zhàn)略。然而，憑借其創(chuàng)新，三一重工多年來一直是國內(nèi)挖掘機行業(yè)的第一大銷售公司，該公司也將能夠在行業(yè)內(nèi)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)代表了新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度集成和全面應(yīng)用。它是新一輪工業(yè)革命的重要方面，也是重建世界工業(yè)格局的重要推動力。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將在未來呈現(xiàn)三種主要的演變趨勢：

（1）數(shù)據(jù)處理：設(shè)備連接變得更加多樣化?；ミB設(shè)備的類型和數(shù)量將呈指數(shù)級增長，這將對云計算資源造成很大壓力，因為生成的大量信息將在云上進行分析和計算。在未來，數(shù)據(jù)的初始處理和計算將越來越多地轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)的“邊緣”——這就是所謂的“邊緣計算”。

（2）工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)：如今，許多公司在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域隔離的專有平臺上工作，將與個人數(shù)據(jù)區(qū)分開。未來，每個工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)商都將成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的成員，平臺和數(shù)據(jù)將被共享，從而形成集群效應(yīng)和協(xié)調(diào)發(fā)展的新生態(tài)系統(tǒng)。

（3）關(guān)注不同的應(yīng)用：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不僅可以實現(xiàn)設(shè)備之間的交互。它還可以通過優(yōu)化產(chǎn)品和維護與客戶的關(guān)系為公司服務(wù)。目前，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不側(cè)重于設(shè)備資產(chǎn)，而是優(yōu)化產(chǎn)品或維護客戶關(guān)系。隨后，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將在收集產(chǎn)品和客戶信息方面發(fā)揮重要作用，該數(shù)據(jù)將用于增加產(chǎn)品的吸引力，并提高客戶滿意度。

當今和未來的工業(yè)人工智能

自從AlphaGo在圍棋比賽中擊敗世界冠軍以來，人工智能已進入人們的生活，并增加其在工業(yè)領(lǐng)域的存在。OpenAI機械手自主操作魔方的能力是人工智能的一種形式。同樣，裝配挖掘機和機器學習的機械臂也是人工智能的形式。

大家都知道機器學習＝數(shù)據(jù)＋特征＋建模。而在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中，數(shù)據(jù)并不是一個大問題，因為有設(shè)備的地方就會有數(shù)據(jù)。但是，從該數(shù)據(jù)中提取特殊特征并基于它創(chuàng)建模型是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的挑戰(zhàn)。這是因為不同行業(yè)的特征和模型各不相同。因此，工業(yè)部門的更詳細分類和深入研究對于整個工業(yè)部門的人工智能的進一步發(fā)展是必不可少的。目前，人工智能在業(yè)界普遍水平的表現(xiàn)有三個方面。這些如下：

（1）應(yīng)用數(shù)據(jù)的可視化分析：除了收集各種設(shè)備運行數(shù)據(jù)（如溫度、轉(zhuǎn)速、能耗狀態(tài)和生產(chǎn)率狀態(tài)）之外，人工智能還可以同時存儲數(shù)據(jù)進行二次分析，優(yōu)化節(jié)約生產(chǎn)線能耗，提前識別操作偏差，并提供減少能源消耗的措施。

（2）機器自診斷：人工智能可以允許機器自己診斷問題發(fā)生的原因和位置，就像生產(chǎn)線突然發(fā)出故障警告一樣，同時規(guī)定檢查維修記錄或標準的步驟來解決問題。它甚至可以使機器修復(fù)問題并獨立恢復(fù)自己。

（3）預(yù)測性維護：人工智能可以使機器在發(fā)生問題之前通過分析來感知問題或預(yù)測問題。例如，挖掘機上的部件可能在使用一段時間后磨損，機器可以通過分析歷史操作數(shù)據(jù)預(yù)先知道零件的磨損時間，并安排更換零件的準備，以及安排更換維護。

工業(yè)人工智能的使用還包括：

（1）設(shè)備故障狀態(tài)的預(yù)測與分析。

（2）根據(jù)確定的參數(shù)進行挖掘工作。

（3）通過使用面部識別技術(shù)，并通過挖掘機上的攝像機分析操作員行為，為挖掘機操作人員提供安全提醒。

然而，工業(yè)人工智能和其他新技術(shù)一樣，在其早期階段將面臨各種困難和挑戰(zhàn)。

隨著人工智能在當今和未來變得越來越普遍，安全仍然是一項重大挑戰(zhàn)。例如，數(shù)據(jù)的安全性、設(shè)備安全性、人員安全是工業(yè)人工智能所面臨的最大挑戰(zhàn)。希望當“工業(yè)人工智能的三大法則”出現(xiàn)來解決這個問題時，這不是一個遙遠的夢想。