智能制造（4）

第四章

智能制造的智能特征層級智能特征是指基于新一代信息通信技術(shù)使制造活動具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等一個或多個功能的層級劃分，包括資源要素、互聯(lián)互通、融合共享、系統(tǒng)集成和新興業(yè)態(tài)等五層智能化要求。啟發(fā)案例：廣州醫(yī)藥有限公司的供應(yīng)鏈智慧服務(wù)平臺思考題：1.廣藥的IT規(guī)劃的過程可劃分為哪幾個步驟？分別產(chǎn)生什么階段成果？2.廣州醫(yī)藥有限公司的信息系統(tǒng)要面對哪些復(fù)雜環(huán)境？3.為什么要制定這樣的信息化指導(dǎo)方針？4.為什么要制定這4個目標？5.廣藥的各個信息系統(tǒng)之間有何關(guān)系？6.基于所規(guī)劃的平臺廣藥能產(chǎn)生哪些新興業(yè)態(tài)？4.1資源要素4.1.1戰(zhàn)略與組織4.1.2員工4.1.3生產(chǎn)設(shè)備4.1.4能源4.1.1戰(zhàn)略與組織1.龍頭企業(yè)帶動中小企業(yè)德美日的智能制造戰(zhàn)略都是由本國龍頭企業(yè)組成的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)起推動的，我國發(fā)展智能制造也要充分發(fā)揮龍頭企業(yè)的引導(dǎo)帶動作用，引領(lǐng)廣大中小企業(yè)形成良性的生態(tài)系統(tǒng)。大企業(yè)在打造自己平臺的同時要服務(wù)于別的中小企業(yè)，比如海爾的cosmo平臺、富士康的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、華為的云平臺及5G－ACIA智能制造聯(lián)盟、美的集團的數(shù)據(jù)鏈接人機新世代戰(zhàn)略與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)平臺，他們的平臺不僅僅是用于自己的企業(yè)，也為更多中小企業(yè)提供智能制造的基礎(chǔ)性服務(wù)。2.中央研究院模式中央研究院模式是指由“中央研究院+事業(yè)部研發(fā)機構(gòu)”組成的研發(fā)體系。中央研究院集中從事基礎(chǔ)前瞻性研究和關(guān)鍵技術(shù)及共性技術(shù)研究，保留事業(yè)部研發(fā)機構(gòu)繼續(xù)從事面向市場需求的新產(chǎn)品研發(fā)。借鑒美國大型制造業(yè)企業(yè)創(chuàng)新具有專注性、前瞻性、持續(xù)性特點，在美國制造業(yè)創(chuàng)新過程中發(fā)揮了引領(lǐng)作用的經(jīng)驗，美的集團等企業(yè)的中央研究院實踐也證明，大企業(yè)應(yīng)用中央研究院模式能提高研發(fā)效率與創(chuàng)新能力，有利于攻克智能制造相關(guān)一系列關(guān)鍵共性新技術(shù)。3.不同類型大企業(yè)組建智能制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（1）制造業(yè)龍頭企業(yè)（2）互聯(lián)網(wǎng)巨頭（3）ICT領(lǐng)軍企業(yè)（4）高校與科研院所案例：美的集團的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2018年3月，美的集團在年度戰(zhàn)略發(fā)布會上表示，在歷經(jīng)近3年的生產(chǎn)標準化、數(shù)字化的改造后，美的目前已經(jīng)基本實現(xiàn)以“一個美的、一個體系、一個標準”為目標的全球協(xié)同生產(chǎn)平臺，研發(fā)出支撐全價值鏈運營的軟件。在此基礎(chǔ)上，美的攜手全球領(lǐng)先的機器人企業(yè)庫卡，打通研發(fā)端、生產(chǎn)設(shè)備端、供應(yīng)鏈端、業(yè)務(wù)端、物流端和用戶端，以期做到“零”庫存生產(chǎn)、100%物流追蹤管理和“單”個起訂的C2M定制。美的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)可以支持在全球40多個基地生產(chǎn)和運作1萬多種產(chǎn)品，能夠為多層加工、復(fù)雜加工提供靈活的解決方案。4.1.2員工

這兩件事情說明了什么？京東計劃在十年內(nèi)利用AI技術(shù)與機器人將員工數(shù)量從現(xiàn)在的16萬減少到8萬以下；華為要求人力資源者必須掌握較深的業(yè)務(wù)技術(shù)，這樣才能找到“戰(zhàn)士”而非“花瓶”。據(jù)Gartner（2018）對全球460位首席執(zhí)行官與企業(yè)高管訪談顯示，54%的企業(yè)表明其數(shù)字化業(yè)務(wù)的目標就是轉(zhuǎn)型，首席執(zhí)行官均表示人才專業(yè)是實現(xiàn)數(shù)字化業(yè)務(wù)進程中最大的阻礙，將數(shù)字化人才培養(yǎng)問題列為其優(yōu)先級事項中前三位的首席執(zhí)行官占比從16%上升至28%。4.1.3生產(chǎn)設(shè)備

在智能制造模式下，生產(chǎn)設(shè)備正經(jīng)歷“零件定義機器→軟件成為零件→軟件定義機器”的變革。我們所期待的生產(chǎn)設(shè)備，只要修改幾段代碼，只要換一個不同的軟件版本，它的功能就可以變化。軟件可以用來驅(qū)動生產(chǎn)設(shè)備，將讓設(shè)備變的更加好用、更加有技術(shù)含量、更加智能，因為它封裝了工業(yè)知識，建立了數(shù)據(jù)自動流動規(guī)則體系，軟件定義了設(shè)備、產(chǎn)品與制造，這是智能制造的根本。4.1.4能源

1.通過數(shù)字化技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)試驗手段以節(jié)省能源30噸戰(zhàn)斗機的30分鐘的風洞試驗要花幾百萬人民幣，實驗耗電量相當中國一個中等城市耗電量。波音787的負責項目負責人說，在波音767項目中，曾對50多種不同的配置進行了風洞測試。而在787項目只測試了十多種配置。787用的是全數(shù)字化的設(shè)計，787的外形全部采用計算機建模，再進行流體力學(xué)計算，進行虛擬的數(shù)值風洞測試2.用電設(shè)備的自動化［案例：廣東鳳鋁公司的設(shè)備自動關(guān)聯(lián)］廣東鳳鋁公司曾飽受電解鋁產(chǎn)品的電力成本占制造成本的40%-45%的困擾，后利用數(shù)字電表網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，毫秒級采集能耗數(shù)據(jù)并繪制能耗曲線，仔細查詢曲線后發(fā)現(xiàn)工人常犯某設(shè)備沒開但抽風機還在轉(zhuǎn)、爐門忘記關(guān)的錯誤，因此采取管理措施，以及根據(jù)精益生產(chǎn)的防呆設(shè)計理念，具有連鎖關(guān)系的設(shè)備實現(xiàn)自動關(guān)?；虼蜷_，以減少工人操作錯誤。3.用電設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化管理［案例：廣東鳳鋁公司的隔塵罩清洗］廣東鳳鋁公司對能耗最大的6臺擠出機安裝了數(shù)字電表，并持續(xù)監(jiān)控其用電，嘗試采取多種技術(shù)或管理上的改革措施后發(fā)現(xiàn)，某一天對其中一臺機的隔塵罩進行了清洗，能耗曲線顯示該機清洗后節(jié)能20%，因此確定隔塵罩的定期清洗是有效的節(jié)能措施。如果沒有單獨安裝智能電表并進行對比分析，是不可能發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律以實現(xiàn)節(jié)能的。4.用電設(shè)備智能化管理［案例：谷歌利用人工智能節(jié)能］谷歌收購的Deepmind用阿爾法狗相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心的能耗優(yōu)化領(lǐng)域。通過開發(fā)一種人工智能軟件，綜合考慮數(shù)據(jù)中心風扇、制冷系統(tǒng)和窗戶、室外天氣、還有人的使用情況等等，大約有120個變量，發(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)沒有隨著需求的波動而實時調(diào)整，然后利用Deepmind算法減少了40%用于冷卻的電量，即整體用電效率提升15%，幾年內(nèi)為谷歌節(jié)省數(shù)億美元的電費。5.將高能耗設(shè)備移至用電低成本地區(qū)三大運營商、多個國家部委和華為、阿里等多家頂級企業(yè)大數(shù)據(jù)中心也落地貴陽。騰訊在貴州的兩座山里挖洞，要打造一個全國最安全的數(shù)據(jù)中心，而且里面恒溫恒濕，PUE也就是空調(diào)能耗損耗最低。蘋果公司正式選址貴安新區(qū)，建設(shè)iCloud服務(wù)的全國主數(shù)據(jù)中心。華為也把全球數(shù)據(jù)中心放在貴州，任正飛總裁說：“數(shù)據(jù)中心放在貴州，建成運行后一年大概可節(jié)約上億的電費?！?.多元化、清潔化、智能化和全球化的新能源轉(zhuǎn)型5個相互聯(lián)系共同作用的轉(zhuǎn)型：向可再生能源轉(zhuǎn)型；將建筑轉(zhuǎn)化為微型發(fā)電廠，收集可再生能源；使用氫和其它存儲技術(shù)以儲存間歇性能源；在各大洲之間建設(shè)能源共享網(wǎng)絡(luò)；實現(xiàn)交通工具零排放。4.2互聯(lián)互通伴隨三次產(chǎn)業(yè)革命的是連接的三次重大變化,分別是鐵路網(wǎng)、電力網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。而現(xiàn)在,在新的信息技術(shù)的推動下,連接還在變化,連接的對象從人與人拓展到人與物、物與物;連接的內(nèi)容從文字、語音、圖像拓展到視頻、業(yè)務(wù)流;連接的介質(zhì)從傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓展到新一代通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)平臺4.2.1網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

設(shè)備互聯(lián)互通離散型制造企業(yè)的信息采集體系結(jié)構(gòu)圖基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能化的數(shù)據(jù)采集4.2.2網(wǎng)絡(luò)安全2010年伊朗核電站的人工計算機病毒事件已經(jīng)表明在網(wǎng)絡(luò)時代類似電力和化工等流程工業(yè)的安全生產(chǎn)已經(jīng)面臨著很大的挑戰(zhàn)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全已經(jīng)成為國家對抗的前線。廣州醫(yī)藥有限公司的三層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信平臺4.3系統(tǒng)集成

4.3.1應(yīng)用集成當前制造信息系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)可分為Client/Server、CORBA或DCOM、Webservices（Browser/Server）、ASP或稱SaaS、ESB、Multi-Agent系統(tǒng)（MAS）等運行架構(gòu)模式。ESB（EnterpriseServiceBus，企業(yè)服務(wù)總線）是傳統(tǒng)中間件技術(shù)與XML、Webservices等技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。ESB的概念是從SOA發(fā)展而來的。ESB就是一種可以提供可靠的、有保證的消息技術(shù)的方法，它提供了網(wǎng)絡(luò)中最基本的連接中樞。4.3.2系統(tǒng)安全（1）設(shè)備層：存在信道阻塞、感知數(shù)據(jù)破壞（2）控制層：存在控制命令偽造攻擊、控制網(wǎng)絡(luò)DoS攻擊（3）網(wǎng)絡(luò)層：存在認證攻擊、跨網(wǎng)攻擊、路由攻擊（4）企業(yè)管理層：存在用戶隱私與數(shù)據(jù)泄露、非授權(quán)訪問、竊聽嗅探（5）協(xié)同層：存在數(shù)據(jù)鏈接與網(wǎng)站訪問中斷、商業(yè)機密截獲、運營數(shù)據(jù)篡改、數(shù)據(jù)偽造、協(xié)議否認智能分析策略配置界面系統(tǒng)實時監(jiān)測與可視化展示4.4信息融合

4.4.1數(shù)據(jù)融合多傳感器數(shù)據(jù)融合算法可概括為隨機類和人工智能類兩大類。隨機類算法有加權(quán)平均法、多貝葉斯估計法等，貝葉斯是機器學(xué)習(xí)的核心方法之一。貝葉斯估計（Bayesianestimation）是利用貝斯定理結(jié)合新的證據(jù)及以前的先驗概率，來得到新的概率，適合于利用實時產(chǎn)生的新數(shù)據(jù)高效地修正概率預(yù)測，因而在大數(shù)據(jù)時代下有廣闊的應(yīng)用潛力。而人工智能類則有模糊邏輯理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等。[案例：汽車自動駕駛]自動泊車入庫、巡航控制和自動剎車等自動駕駛汽車功能在很大程度上是依靠傳感器來實現(xiàn)的。目前，大多數(shù)路面上行駛車輛內(nèi)的ADAS（先進駕駛員輔助系統(tǒng)）及傳感器之間是獨立工作的，這意味著彼此之間幾乎不交換信息。后視攝像頭、環(huán)視系統(tǒng)、雷達、前方攝像頭、GPS導(dǎo)航、中控大屏幕與手機定位都有它們各自的用途。工作在可見光譜范圍內(nèi)的攝像頭CMOS芯片在濃霧、下雨、刺眼陽光和光照不足的情況下會遇到麻煩。而雷達缺少目前成像傳感器所具有的高分辨率。開發(fā)者開始認識到只有把多個傳感器信息融合起來，才是實現(xiàn)自動駕駛的關(guān)鍵。兩個基本的傳感器融合示例

1.在傳感器的搭配上，后視攝像頭加上超聲波測距，前方攝像頭加上多模式前置雷達，并通過將視頻傳入到中央顯示屏上或手機上，為駕駛員提供360度視場角，人機協(xié)同地實現(xiàn)自動入庫。2.在算法的組合上，概率的計算主要使用貝葉斯估計，例如是交通限速標志被遮擋的情況下檢出率的計算，在視覺感知模塊的車輛識別、車道線識別、交通標志識別上，主要采用能處理大量環(huán)境數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)算法，在用毫米波雷達與視覺感知模塊融合目標位置時，采用卡爾曼濾波去掉噪聲的影響，得到一個關(guān)于目標位置的好的估計。4.4.2數(shù)據(jù)應(yīng)用

1.1.嚴格監(jiān)控生產(chǎn)過程，實現(xiàn)科學(xué)管控。建筑公司，農(nóng)業(yè)無人機，飛機制造商2.準確把握用戶需求，推動產(chǎn)品創(chuàng)新。與供應(yīng)商共享新產(chǎn)品開發(fā)信息3.實時監(jiān)控不確定因素，規(guī)避風險發(fā)生。牛鞭效應(yīng)，銷售預(yù)測信息共享4.切實增強用戶粘性，提高營銷精準度。用戶畫像，個性化營銷5.助推企業(yè)跨界融合，建立共贏生態(tài)圈。VMI，CPFR4.4.3數(shù)據(jù)安全數(shù)據(jù)安全的研究范圍已從早期主要集中于數(shù)據(jù)存儲安全、數(shù)據(jù)加密擴展到系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)安全等諸多方面，其內(nèi)涵也從最初的保密性發(fā)展到完整性、可用性、可控性和不可否認性等的基礎(chǔ)理論和實施技術(shù)。1.中斷：系統(tǒng)的部分組件遭到破壞或使其無法起作用。這是對可用性的攻擊。主要防范措施是防火墻?！x：途徑1：響應(yīng)緩慢2.截獲（介入）：未經(jīng)授權(quán)取得系統(tǒng)資源，比如上網(wǎng)利用軟件竊取網(wǎng)絡(luò)上傳送的機密數(shù)據(jù)。這是對保密性進行攻擊。一般數(shù)據(jù)加密模型圖RSA-舉例（1）選擇兩個素數(shù)，p=5，q=13。（兩素數(shù)保密）（2）計算n=p*q=65（n公開。n的長度就是密鑰長度）（3）計算n的歐拉函數(shù)φ(n)=(p-1)*(q-1)=48（保密）（4）選擇小質(zhì)數(shù)e作為公鑰指數(shù)，條件是1<e<φ(n)，且e與φ(n)互素。此例選e=29，因為29和48互素（公開）（5）計算e對于φ(n)的模反元素d。根據(jù)29*dmod48=1，得d=5(保密)（6）公鑰為(65，29)，私鑰為(65，5)。銷毀p，q。對外公布或發(fā)送公鑰，保留私鑰。（7）數(shù)據(jù)加密。假如要傳遞的保密數(shù)據(jù)即明文為M=2，則：傳送方用公鑰加密:C=229mod65=32；（函數(shù)式：“=MOD(POWER(2,29),65)”）接收方用私鑰解密：M=325mod65=2。（函數(shù)式：“=MOD(POWER(32,5),65)”）3.篡改：篡改系統(tǒng)資源，網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，是對完整性進行攻擊。主要防范措施是消息摘要算法（散列算法）與數(shù)字簽名技術(shù)。途徑1：途徑2：途徑3：病毒/插件重定向4.偽造（假造）：未經(jīng)授權(quán)將造假數(shù)據(jù)放入系統(tǒng)，這是對真實性或稱認證性進行攻擊。5.否認（抵賴）：否認自己曾發(fā)送的信息，是對不可否認性進行攻擊。主要防范措施是數(shù)字簽名技術(shù)和數(shù)字證書。用私鑰加密等于簽名。這時可用公鑰解密。[案例：區(qū)塊鏈技術(shù)與不可復(fù)制、不可篡改]區(qū)塊鏈技術(shù)可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域，比如說票據(jù)的認證，現(xiàn)實中一個文件或票據(jù)，是獨此一份的，在抵押和還回的操作中如何數(shù)字化認證它的唯一性，是個很大的問題?？梢杂脜^(qū)塊鏈化來達到這個目的，使得一份文件是不可被復(fù)制、不可被篡改，轉(zhuǎn)移過去也不會變成兩份，而在過去傳統(tǒng)IT技術(shù)下，是可以復(fù)制成兩份的，用區(qū)塊鏈就可以真正模擬現(xiàn)實社會中的這種文件票據(jù)的唯一性，所以它具有一個劃時代的意義。4.5新興業(yè)態(tài)

4.5.1個性化定制從大規(guī)模定制1.0到大規(guī)模定制2.0今天的汽車生產(chǎn)組織的特點依舊沿襲了福特流水線的做法，不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境下進行個性化定制的需要方式整齊劃一，可重復(fù)，缺陷明顯自適應(yīng)網(wǎng)狀柔性生產(chǎn)線從“剛性的流水生產(chǎn)線”到“自適應(yīng)網(wǎng)狀柔性生產(chǎn)線”的轉(zhuǎn)變與升級4.5.2遠程運維

中國高鐵出口到美國遇到的一個問題就是：中國的高鐵白天跑，晚上組織了很大的一個隊伍來檢修，但美國工人下班后是沒人愿意晚上檢修的，所以高鐵必須解決遠程故障監(jiān)測和運行維護的短板。[案例：保障人身安全的遠程運維服務(wù)解決方案]

Orbotech公司的產(chǎn)品包括印刷電路板(PCBs)的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、自動光學(xué)檢查(AOI)系統(tǒng)等。一般情況下，如果AOI機器出現(xiàn)了問題，客戶都會致電Orbotech的服務(wù)部門讓服務(wù)專家運用專業(yè)領(lǐng)域知識來診斷解決這個問題，服務(wù)專家就需派遣現(xiàn)場工程師來解決這個問題。而客戶遠在天邊，就像中國的偏遠地區(qū)，花在路上的時間以及修復(fù)的時間就需好幾天。為了便于進行遠程服務(wù)解決方案，公司也需確保能讓終端客戶控制儀器上所進行的遠程行為。“這個儀器有很多移動部件所以很有可能在使用時人員會受傷，”哈伊姆說，“如果有人對儀器下達遠程命令，用戶就會受傷?！監(jiān)rbotech通過了解主要的遠程服務(wù)軟件供應(yīng)商的提議，決定使用PTCAxeda軟件。它在物聯(lián)網(wǎng)連通性和設(shè)備管理方面具有優(yōu)勢。哈伊姆解釋道，“我們之所以選擇PTCAxeda是因為該軟件靈活輕巧，在保障安全的情況下能通過防火墻連接到客戶”。使用Orbotech儀器的安全模式可以讓服務(wù)人員和研發(fā)人員在機器的觀察模式下遠程控制儀器。在這種安全模式過程中，