工業(yè)環(huán)境下信息通信類技術(shù)賦能智能制造研究

　　摘要：新智能制造系統(tǒng)作為信息通信技術(shù)與工業(yè)技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，為正在快速展開的新一輪工業(yè)革命提供了關(guān)鍵支撐;信息通信類技術(shù)的快速演進(jìn)，賦予了新智能制造加速發(fā)展的潛力。本文梳理并提出了新智能制造系統(tǒng)的技術(shù)體系構(gòu)成，重點(diǎn)從 1 類核心技術(shù)(工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng))、4 類基礎(chǔ)技術(shù)(工業(yè)大數(shù)據(jù)、人工智能(AI)、第五代移動(dòng)通信(5G)、建模仿真 /數(shù)字孿生)角度闡述了信息通信類賦能技術(shù)子體系的內(nèi)涵及特征;在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)辨識(shí)了信息通信類技術(shù)賦能智能制造的縱向應(yīng)用、橫向應(yīng)用、端到端應(yīng)用等場(chǎng)景。研究認(rèn)為，可重點(diǎn)設(shè)置先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)同計(jì)算技術(shù)、工業(yè)知識(shí)推理技術(shù)等的科技項(xiàng)目，實(shí)施以 5G 應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化、面向新一代 AI 技術(shù)的智能產(chǎn)品及智能互聯(lián)產(chǎn)品的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化、自主可控建模仿真 / 數(shù)字孿生工具集及系統(tǒng)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化為代表的產(chǎn)業(yè)發(fā)展內(nèi)容，以基于 5G + 工業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)的工業(yè)設(shè)計(jì)、AI物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)平臺(tái)、基于建模仿真 / 數(shù)字孿生技術(shù)的工業(yè)產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)為代表的應(yīng)用示范內(nèi)容。為此建議，完善高效協(xié)同的新智能制造政策推進(jìn)工作機(jī)制，加快建設(shè)互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)群，以“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同方式推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈發(fā)展，增強(qiáng)智能制造領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)與教育深度融合。

　　關(guān)鍵詞：信息通信;智能制造;賦能技術(shù);數(shù)字孿生

　　一、前言

　　以科技革命與產(chǎn)業(yè)革命為主要內(nèi)容的新一輪工業(yè)革命已在全球快速展開。我國正步入“智能+”時(shí)代，面臨著復(fù)雜的國際 / 國內(nèi)新形勢(shì)和新征程，按照“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念，構(gòu)建“以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)”的新發(fā)展格局 [1]。制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，其發(fā)展應(yīng)與新時(shí)代、新形勢(shì)、新征程相適應(yīng)和相匹配。當(dāng)前，我國制造業(yè)正在轉(zhuǎn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型及智能化升級(jí)的攻堅(jiān)期。智能制造作為制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主攻方向，對(duì)于加快發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系、鞏固壯大實(shí)體經(jīng)濟(jì)根基、構(gòu)建新發(fā)展格局、建設(shè)數(shù)字中國具有重大意義。

　　“十三五”時(shí)期以來，國家積極推行智能制造試點(diǎn)示范應(yīng)用、智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，顯著提升了我國制造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，主要表現(xiàn)在：① 制造業(yè)大國地位進(jìn)一步鞏固，制造業(yè)規(guī)模已連續(xù)多年位居世界第一，一批高端品牌走向世界;② 重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新取得重大突破，如重大裝備制造能力實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，航空航天領(lǐng)域重大工程順利實(shí)施;③ 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)加快升級(jí)，高技術(shù)制造業(yè)和裝備制造業(yè)引領(lǐng)帶動(dòng)作用顯著增強(qiáng)，如制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型全面提速，在諸多領(lǐng)域形成先進(jìn)制造業(yè)集群。

　�、� 制造業(yè)企業(yè)實(shí)力顯著增強(qiáng)，專業(yè)化水平持續(xù)提升，企業(yè)創(chuàng)新主體作用顯著增強(qiáng)，培育發(fā)展出一批綜合實(shí)力較強(qiáng)的領(lǐng)軍企業(yè)，具有一定行業(yè)和區(qū)域影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)超過 100 家;⑤ 信息通信業(yè)實(shí)現(xiàn)新的跨越，第五代移動(dòng)通信(5G)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)與制造業(yè)加速融合，數(shù)字工廠等新場(chǎng)景、新模式、新業(yè)態(tài)蓬勃發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)助力形成網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化生產(chǎn)、服務(wù)化延伸、數(shù)字化管理等智能制造新模式。

　　在新的時(shí)期、新的形勢(shì)下，新智能制造系統(tǒng)概念 [2~4] 應(yīng)運(yùn)而生，即以新一代人工智能(AI)技術(shù)為引領(lǐng)，涵蓋新制造產(chǎn)品 / 能力 / 資源體系、新網(wǎng)絡(luò) / 感知體系、新平臺(tái)體系、新標(biāo)準(zhǔn)安全體系、新應(yīng)用體系、新用戶體系等復(fù)雜系統(tǒng)。需要注意到，構(gòu)建新智能制造系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的技術(shù)改造問題，而是一項(xiàng)戰(zhàn)略性的系統(tǒng)工程，需要建立和運(yùn)行“技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用、人才、政策、保障體系一體化”創(chuàng)新格局 [5,6];而賦能技術(shù)正成為新智能制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)的重要支撐。

　　從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度看，智能制造賦能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)新智能制造系統(tǒng)技術(shù)群的重要組成部分，主要有新制造科學(xué)技術(shù)、新信息通信技術(shù)、新智能科學(xué)技術(shù)、新制造應(yīng)用領(lǐng)域?qū)�業(yè)技術(shù)等。本文重點(diǎn)探討工業(yè)環(huán)境下信息通信類技術(shù)賦能智能制造課題，因而涉及的智能制造賦能技術(shù)僅限于部分典型的信息通信類技術(shù)，如 5G、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、AI、建模仿真 / 數(shù)字孿生等類別。針對(duì)于此，梳理并分析工業(yè)環(huán)境下信息通信類賦能技術(shù)的內(nèi)涵及發(fā)展態(tài)勢(shì)，總結(jié)并提煉信息通信類技術(shù)賦能智能制造的縱向、橫向、端到端等典型應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)而提出科技項(xiàng)目、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、應(yīng)用示范等方面的發(fā)展建議，以期為新智能制造系統(tǒng)深化研究提供基礎(chǔ)參考。

　　二、新智能制造系統(tǒng)的技術(shù)體系

　　在新智能制造系統(tǒng)中，新制造產(chǎn)品 / 能力 / 資源體系提供制造全系統(tǒng)與全生命周期活動(dòng)中共享及服務(wù)的產(chǎn)品、能力、資源;新網(wǎng)絡(luò) / 感知體系實(shí)現(xiàn)工業(yè)全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈泛在深度互聯(lián)與感知;新平臺(tái)體系是提供工業(yè)信息物理融合與智能化服務(wù)的核心載體，實(shí)現(xiàn)制造產(chǎn)品、能力、資源、接入網(wǎng)絡(luò)、感知系統(tǒng)的虛擬化和服務(wù)化;新標(biāo)準(zhǔn)安全體系是工業(yè)資源 / 能力 / 產(chǎn)品集成優(yōu)化與全系統(tǒng)應(yīng)用安全可信的保障;新應(yīng)用體系是面向行業(yè)、領(lǐng)域、場(chǎng)景的各類工業(yè)應(yīng)用;新用戶體系是由服務(wù)提供者、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營者、服務(wù)使用者組成的人 /組織體系。新智能制造系統(tǒng)具有“六新”特征。

　�、� 新技術(shù)，依托數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、云化、智能化技術(shù)新手段，構(gòu)成以用戶為中心，統(tǒng)一經(jīng)營，涵蓋資源、產(chǎn)品、能力的新智能制造的服務(wù)云(網(wǎng));用戶通過新智能終端、新智能制造服務(wù)平臺(tái)即可按需獲取新智能制造資源、產(chǎn)品、能力服務(wù)，進(jìn)而優(yōu)質(zhì)高效地完成制造全生命周期的各類活動(dòng)。

　　② 新模式，即以用戶(政府、企業(yè)、個(gè)人)為中心，人、機(jī)、物、環(huán)境、信息優(yōu)化融合，“數(shù)字化、物聯(lián)化、服務(wù)化(云化)、協(xié)同化、定制化、柔性化、綠色化、智能化”的協(xié)同互聯(lián)智能制造新模式。③ 新業(yè)態(tài)，體現(xiàn)為萬物智聯(lián)、智能引領(lǐng)、數(shù) / 模驅(qū)動(dòng)、共享服務(wù)、跨界融合、萬眾創(chuàng)新。④ 新特征，針對(duì)新制造全系統(tǒng)、全生命周期活動(dòng)(產(chǎn)業(yè)鏈)中的人、機(jī)、物、環(huán)境、信息，自主智能地進(jìn)行感知、互聯(lián)、協(xié)同、學(xué)習(xí)、分析、認(rèn)知、決策、控制、執(zhí)行等活動(dòng)。⑤ 新內(nèi)容，促使制造全系統(tǒng)及全生命周期活動(dòng)中的人、技術(shù) / 設(shè)備、管理、數(shù)據(jù)、材料、資金等要素，人、技術(shù)、管理、數(shù)據(jù)、物、資金等流動(dòng)的新集成優(yōu)化。

　�、� 新目標(biāo)，支持新智能制造系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)制造產(chǎn)品和服務(wù)用戶的高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)省、綠色、柔性，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。新智能制造系統(tǒng)的架構(gòu)，適用于縱向范圍、橫向范圍(全產(chǎn)業(yè)鏈)、端到端的集成及優(yōu)化;在反映新系統(tǒng)主要特征的同時(shí)，突出了邊 / 云 / 端協(xié)同新架構(gòu)、新興信息通信技術(shù)與制造技術(shù)深度融合、感知 / 接入 / 通信網(wǎng)絡(luò)的虛擬化及服務(wù)化、工業(yè)機(jī)理模型驅(qū)動(dòng)、云原生工業(yè)應(yīng)用程序(APP)開發(fā)環(huán)境等系統(tǒng)性創(chuàng)新。相應(yīng)的技術(shù)體系以新一代 AI 技術(shù)為引領(lǐng)，細(xì)分為整體架構(gòu)、賦能技術(shù)、安全技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)、工業(yè)軟件等子體系。

　　三、信息通信類賦能技術(shù)子體系信息通信類賦能技術(shù)

　　子體系是新智能制造系統(tǒng)的核心支撐內(nèi)容，將在系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。為此，本文重點(diǎn)梳理了支撐新智能制造系統(tǒng)服務(wù)于制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級(jí)的典型信息通信類賦能技術(shù)體系(由 5 大類、13 項(xiàng)子方向技術(shù)構(gòu)成)。其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)是細(xì)分粒度上的核心構(gòu)成，5G、工業(yè)大數(shù)據(jù)、AI、建模仿真/數(shù)字孿生屬于原生技術(shù)的跨領(lǐng)域融合應(yīng)用。

　　(一)

　　1 類核心技術(shù)——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)1. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施，也是新型應(yīng)用模式和工業(yè)生態(tài);全面連接人、機(jī)、物、系統(tǒng)，構(gòu)建覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的制造與服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、硬件、軟件、智能的流通與互動(dòng)，為工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化提供實(shí)現(xiàn)途徑 [7]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、平臺(tái)為中樞、數(shù)據(jù)為要素、安全為保障，具有泛在連接、云化服務(wù)、知識(shí)轉(zhuǎn)化、應(yīng)用創(chuàng)新等特征 [8]。以微服務(wù) / 容器化、云中間件、低代碼開發(fā)、新型平臺(tái)架構(gòu)等為代表的新技術(shù)，融入并驅(qū)動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的新發(fā)展，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)所需的海量工業(yè)數(shù)據(jù)與各類工業(yè)模型管理、工業(yè)建模分析與智能決策、工業(yè)應(yīng)用敏捷開發(fā)與創(chuàng)新、工業(yè)資源集聚與優(yōu)化配置等系列關(guān)鍵能力提供支撐。

　　2. 物聯(lián)網(wǎng) / 信息物理系統(tǒng)技術(shù)通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)、全球定位、激光掃描等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接并進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)即為物聯(lián)網(wǎng);以大規(guī)模全面感知、可靠傳送、實(shí)時(shí)智能處理為基本特征，以萬物智聯(lián)、安全隱私、綠色低功耗(無源)為未來發(fā)展方向 [9]。

　　信息物理系統(tǒng)(CPS)技術(shù)實(shí)質(zhì)為構(gòu)建信息空間與物理空間之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，涵蓋狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)賦能體系;以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義、泛在連接、虛實(shí)映射、異構(gòu)集成、系統(tǒng)自治為核心內(nèi)涵 [10,11]，將提升系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)能力、適應(yīng)性、可伸縮性、彈性、安全性、可用性。未來，CPS 作為技術(shù)支撐，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型融合共促發(fā)展(更為體系化、復(fù)雜化方向)，增強(qiáng)自主認(rèn)知與學(xué)習(xí)、控制與決策、對(duì)實(shí)體空間的實(shí)時(shí)反饋、精準(zhǔn)執(zhí)行等能力。

　　3. 云計(jì)算技術(shù)云計(jì)算通過網(wǎng)絡(luò)來統(tǒng)一組織并靈活調(diào)用各種信息資源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模計(jì)算的信息處理;利用分布式計(jì)算、虛擬網(wǎng)絡(luò)資源管理等技術(shù)，將計(jì)算資源集合起來形成共享資源池，以動(dòng)態(tài)、按需、可度量的方式向用戶提供服務(wù) [12]。按需分配的自助服務(wù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)訪問、資源池化、快速彈性、可評(píng)測(cè)服務(wù)是云計(jì)算技術(shù)的基本特點(diǎn) [13]，與基礎(chǔ)能力(數(shù)據(jù)庫、算法庫、模型庫、大數(shù)據(jù)平臺(tái)、計(jì)算能力等)進(jìn)一步融合，側(cè)重響應(yīng)工業(yè)智能制造需求并在諸多方面(云論證、云設(shè)計(jì)、云仿真、云生產(chǎn)加工、云實(shí)(試)驗(yàn)、云經(jīng)營管理、云維修、云集成等)提供針對(duì)性服務(wù)。

　　4. 邊緣計(jì)算技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能制造領(lǐng)域，邊緣計(jì)算是在靠近物、數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等行業(yè)數(shù)字化的關(guān)鍵需求 [14]。低時(shí)延、高帶寬、高安全性、分布性、位置認(rèn)知是邊緣計(jì)算技術(shù)的主要特點(diǎn)，未來發(fā)展在于：資源分配管理技術(shù)演進(jìn)發(fā)展，促進(jìn)各類制造資源、產(chǎn)品、能力在邊緣管理系統(tǒng)的調(diào)配下更好發(fā)揮作用;異構(gòu)集成技術(shù)進(jìn)一步加強(qiáng)，兼顧異構(gòu)制造資源及能力的虛擬化、服務(wù)化、按需組合與集成，異構(gòu)模型、虛擬樣機(jī)的集成。

　　5. 高性能計(jì)算技術(shù)高性能計(jì)算技術(shù)指使用眾多處理器或集群上的計(jì)算系統(tǒng)及環(huán)境，處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的密集型計(jì)算任務(wù)，可分為仿真、建模、渲染等;相關(guān)系統(tǒng)包括計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、集群軟件四部分。并行、高帶寬、大容量存儲(chǔ)、可拓展是高性能計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)特征。未來發(fā)展重點(diǎn)有：深化基礎(chǔ)理論、算法、系統(tǒng)研究，如嵌入式高性能計(jì)算硬件、高性能計(jì)算集群管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、高性能存儲(chǔ)系統(tǒng)等;深度融合信息通信、AI、系統(tǒng)工程、制造領(lǐng)域等多類技術(shù)，發(fā)展空間廣闊;基于跨媒體推理等新技術(shù)，加強(qiáng)面向用戶的智能化云服務(wù)技術(shù)研究，與云服務(wù)結(jié)合以拓展應(yīng)用范圍;研究制造業(yè)全生命周期中新的模式、流程、手段，如基于高性能仿真的CPS 技術(shù)等。

　　6. 區(qū)塊鏈技術(shù)區(qū)塊鏈技術(shù)自動(dòng)執(zhí)行智能合約，無需中心化機(jī)構(gòu)審核，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲(chǔ)、難以篡改、防止抵賴等記賬功能;集成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、密碼學(xué)、共識(shí)機(jī)制、智能合約等，提供了在不可信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行信息與價(jià)值傳遞交換的可信通道 [15]，具有去中心化、不可篡改、可追溯、對(duì)參與方透明等特點(diǎn) [16]。

　　區(qū)塊鏈技術(shù)與其他技術(shù)的不斷融合，催生更為安全高效的技術(shù)應(yīng)用：與 AI 技術(shù)融合，解決 AI 應(yīng)用中的數(shù)據(jù)、模型可信度問題，降低 AI 應(yīng)用遭受攻擊的風(fēng)險(xiǎn);與大數(shù)據(jù)技術(shù)融合，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性增強(qiáng)且可追溯，將分散的“數(shù)據(jù)孤島”聯(lián)系起來，使得數(shù)據(jù)分享、更大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘成為可能;與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合，支持實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)安全與物理安全，構(gòu)建可信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，催生諸如分布式智能等新的應(yīng)用場(chǎng)景，促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析的全球互通互認(rèn)，推動(dòng)數(shù)據(jù)市場(chǎng)化進(jìn)程，形成“萬物互聯(lián)”產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

　　(二)4 類基礎(chǔ)技術(shù)

　　1. 工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)

　　工業(yè)大數(shù)據(jù)指在工業(yè)領(lǐng)域中，圍繞典型智能制造模式，在產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、技術(shù)、應(yīng)用。工業(yè)環(huán)境下的大數(shù)據(jù)及其處理，既有大數(shù)據(jù) 4V(規(guī)模性、多樣性、高速性、價(jià)值性)特征 [17]，還有多源數(shù)據(jù)綜合集成、復(fù)雜異構(gòu)數(shù)據(jù)類型、時(shí)間序列相關(guān)性、高度實(shí)時(shí)性、不確定性等特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)設(shè)計(jì)與建模仿真將廣泛應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品非機(jī)理建模;在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)過程控制將推動(dòng)數(shù)據(jù)化模糊控制應(yīng)用，可更好適應(yīng)強(qiáng)噪聲、不確定的復(fù)雜工業(yè)環(huán)境;在運(yùn)維環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備健康管理模型將進(jìn)一步完善設(shè)備機(jī)理模型，提升設(shè)備運(yùn)維的時(shí)效和精度。

　　2. AI 技術(shù)新一代 AI 指基于新的信息環(huán)境、技術(shù)、發(fā)展目標(biāo)的 AI，發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)智能、基于網(wǎng)絡(luò)的群體智能、人機(jī) / 腦機(jī)交互的技術(shù)導(dǎo)向混合智能、跨媒體推理智能、自主智能無人系統(tǒng)等。新一代 AI 技術(shù)逐步成為通用技術(shù)，將在智能制造領(lǐng)域滲透應(yīng)用，推動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管控、制造服務(wù)等向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、云化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　3. 5G 技術(shù)5G 作為高速率、低時(shí)延、大連接的新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施;支撐人、機(jī)、物的海量互聯(lián)，滿足端到端毫秒級(jí)時(shí)延、近 100% 可靠性通信要求，為新智能制造系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制、可靠預(yù)警等提供技術(shù)保障，未來可在遠(yuǎn)程控制、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)等場(chǎng)景下創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值。工業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)將輔助工業(yè)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工廠的三維立體虛擬化展示，而 5G 將在兩方面賦能工業(yè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)與工業(yè) VR：提升工業(yè)AR/VR 的顯示效果，增強(qiáng)工業(yè) AR/VR 的交互體驗(yàn)。

　　4. 建模仿真 / 數(shù)字孿生技術(shù)建模仿真 / 數(shù)字孿生技術(shù)深度融合信息通信技術(shù)、AI 技術(shù)、現(xiàn)代建模仿真、制造領(lǐng)域?qū)�業(yè)技術(shù)，旨在提升系統(tǒng)建模、仿真運(yùn)行、結(jié)果分析 / 處理等方面的綜合性能;針對(duì)物理對(duì)象并接收其數(shù)據(jù)，開展相應(yīng)數(shù)字模型的構(gòu)建、映射、演進(jìn)、評(píng)估、管理，基于仿真手段實(shí)時(shí) / 準(zhǔn)實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)控、診斷、預(yù)測(cè)、決策，通過自動(dòng) / 半自動(dòng)的反饋 / 反控來優(yōu)化物理對(duì)象全生命周期。加強(qiáng)新型建模與仿真技術(shù)研究(如模型工程、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模與仿真、高性能仿真、VR/AR 工程、云仿真、邊緣仿真、嵌入式 /普適仿真、智能仿真、復(fù)雜系統(tǒng)仿真、實(shí)裝仿真)，構(gòu)建新的建模 / 仿真模式及技術(shù)手段，是未來發(fā)展的主要方面。

　　四、信息通信類技術(shù)賦能智能制造的應(yīng)用場(chǎng)景

　　本文基于信息通信類賦能技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，總結(jié)形成了賦能新智能制造系統(tǒng)的 3 類應(yīng)用場(chǎng)景：縱向應(yīng)用、橫向應(yīng)用、端到端應(yīng)用。① 面向新智能制造系統(tǒng)的縱向應(yīng)用，主要按照設(shè)備級(jí)、車間級(jí)、企業(yè)級(jí)、行業(yè) / 區(qū)域級(jí)等進(jìn)行應(yīng)用范圍分類，實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)、各系統(tǒng)之間的集成應(yīng)用，使企業(yè)內(nèi)外所有環(huán)節(jié)上的人 – 信息 – 物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接。

　�、� 面向新智能制造系統(tǒng)的橫向應(yīng)用，主要按照研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、流程 / 供應(yīng)鏈管控、仿真 / 試驗(yàn)、服務(wù)等進(jìn)行制造全產(chǎn)業(yè)鏈分類，在產(chǎn)品全生命周期中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的流通、集成、融合，驅(qū)動(dòng)不同制造環(huán)節(jié)中的信息共享、資源整合、流程優(yōu)化、社會(huì)化協(xié)同。③ 面向新智能制造系統(tǒng)的端到端應(yīng)用，圍繞產(chǎn)品 / 服務(wù)(從供給端到用戶端)，覆蓋產(chǎn)品全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)以及各個(gè)終端，體現(xiàn)為多源異構(gòu)信息在信息終端、數(shù)字物理終端上的連通，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)制造資源、產(chǎn)品、能力的集成與互通。

　　(二)4 類基礎(chǔ)技術(shù)賦能智能制造的應(yīng)用場(chǎng)景

　　1. 工業(yè)大數(shù)據(jù)、AI 技術(shù)賦能智能制造的橫向應(yīng)用場(chǎng)景工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)賦能智能制造的橫向應(yīng)用場(chǎng)景，主要涉及五方面。一是基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的智能化設(shè)計(jì)。整合產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)中各個(gè)環(huán)節(jié)所需知識(shí)資源，運(yùn)用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)將之集成至各種設(shè)計(jì)過程，以高度有序的方式展示產(chǎn)品生命周期大數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，提高研發(fā)效率和質(zhì)量，支持協(xié)同設(shè)計(jì)。二是基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的智能化生產(chǎn)。采集并匯聚設(shè)備運(yùn)行、工藝參數(shù)、質(zhì)量檢測(cè)、物料配送、進(jìn)度管理等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析并應(yīng)用至制造工藝、生產(chǎn)流程、質(zhì)量管理、設(shè)備維護(hù)、能耗管理等具體場(chǎng)景應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化。

　　三是基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造，體現(xiàn)在協(xié)同研發(fā)與制造、供應(yīng)鏈管理體系優(yōu)化、制造能力資源優(yōu)化等方面。四是基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的智能化服務(wù)。工業(yè)大數(shù)據(jù)與新一代技術(shù)融合應(yīng)用，賦予市場(chǎng)、銷售、運(yùn)營維護(hù)等產(chǎn)品全生命周期服務(wù)全新的內(nèi)容，從大規(guī)模流水線生產(chǎn)轉(zhuǎn)向規(guī)模化定制生產(chǎn)，從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變。五是基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的個(gè)性化定制。工業(yè)大數(shù)據(jù)與大規(guī)模個(gè)性化定制模式相結(jié)合，支持工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)個(gè)性化、設(shè)備管理個(gè)性化、企業(yè)管理個(gè)性化、人員管理個(gè)性化、垂直行業(yè)個(gè)性化，形成工業(yè)價(jià)值創(chuàng)造新模式。AI 技術(shù)賦能智能制造的橫向應(yīng)用場(chǎng)景，主要涉及三方面。

　　一是 AI 賦能產(chǎn)品 / 產(chǎn)線優(yōu)化及智能化設(shè)計(jì)。采用 AI 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品 / 產(chǎn)線建模，利用AR/VR 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬模型與物理模型的數(shù)據(jù)融合，應(yīng)用仿真優(yōu)化技術(shù)開展產(chǎn)品 / 產(chǎn)線的閉環(huán)迭代優(yōu)化，最終支撐制造系統(tǒng)產(chǎn)品 / 產(chǎn)線的仿真、分析和優(yōu)化。二是 AI 視覺賦能智能監(jiān)控與檢測(cè)。面向生產(chǎn)制造過程中的數(shù)據(jù)智能化分析需求，創(chuàng)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)理模型，智能化處理工業(yè)大數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控、巡檢、突發(fā)性故障排查、過程質(zhì)量檢測(cè)等。三是 AI 賦能智慧化管控。通過大數(shù)據(jù)、知識(shí)圖譜等支持企業(yè)從銷售、采購等環(huán)節(jié)來優(yōu)化供應(yīng)鏈運(yùn)行效率，最終實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的云端可視化智能管控，構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期和供應(yīng)鏈全要素協(xié)同的智慧產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用模式。四是大數(shù)據(jù)智能賦能遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)。利用大數(shù)據(jù)和 AI 技術(shù)構(gòu)建設(shè)備管理、運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)、故障診斷等算法模型，支持實(shí)現(xiàn)基于云的智能監(jiān)控、故障診斷、遠(yuǎn)程運(yùn)維等智能服務(wù)。

　　五、信息通信類技術(shù)賦能智能制造的發(fā)展建議

　　(一)技術(shù)性建議

　　在技術(shù)研究方面，建議重點(diǎn)發(fā)展以下技術(shù)：5G先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同計(jì)算、跨鏈知識(shí)構(gòu)建等技術(shù);工業(yè)大數(shù)據(jù)機(jī)理模型建模、知識(shí)推理等高端新型工業(yè)大數(shù)據(jù)軟件核心技術(shù);工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)核心技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)體系、CPS 核心支撐技術(shù)、云論證 /云設(shè)計(jì) / 云仿真 / 云生產(chǎn)加工 / 云試驗(yàn) / 云經(jīng)營管理 / 云服務(wù)融合應(yīng)用技術(shù)、高性能仿真計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)區(qū)塊鏈核心架構(gòu)技術(shù)、工業(yè)智能傳感器技術(shù);AI 與工業(yè)技術(shù)深度融合應(yīng)用的工業(yè)智能技術(shù);適用于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、云化、智能化的新智能制造系統(tǒng)的建模仿真 / 數(shù)字孿生核心技術(shù)。

　　在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，建議重點(diǎn)實(shí)施以下內(nèi)容：5G應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化;新型工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、工業(yè)供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)協(xié)同共享平臺(tái)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化;面向多場(chǎng)景的工業(yè)資源 / 能力 / 產(chǎn)品智能專件及 APP、AI 物聯(lián)網(wǎng)“端管云”一體化平臺(tái)、面向工業(yè) CPS 的工業(yè)軟件、邊緣制造 / 高性能仿真計(jì)算機(jī)工具集(硬件 / 軟件)、云數(shù)據(jù)中心運(yùn)營服務(wù)、自主可控的區(qū)塊鏈公共服務(wù)平臺(tái)、工業(yè)協(xié)同安全平臺(tái)、云化 PLC/DCS、智能微系統(tǒng)平臺(tái)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化;面向新一代 AI 技術(shù)的智能產(chǎn)品及智能互聯(lián)產(chǎn)品的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化;自主可控建模仿真 / 數(shù)字孿生工具集及系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。

　　在應(yīng)用示范方面，建議重點(diǎn)實(shí)施以下內(nèi)容：基于 5G + 工業(yè) VR 的工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用示范;企業(yè)互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用示范;行業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用示范、AI 物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)平臺(tái)應(yīng)用示范、面向典型行業(yè)的 CPS 基礎(chǔ)服務(wù)應(yīng)用示范、“云邊”協(xié)同的工業(yè)邊緣智能控制應(yīng)用示范、面向 CPS 工程的智能高性能仿真云、基于區(qū)塊鏈的工控?cái)?shù)據(jù)安全采集應(yīng)用示范;云原生 AI 平臺(tái)的云邊端協(xié)同制造云應(yīng)用示范;基于建模仿真 / 數(shù)字孿生技術(shù)的工業(yè)產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)應(yīng)用示范。

　　(二)策略性建議

　　完善高效協(xié)同的新智能制造政策推進(jìn)工作機(jī)制，構(gòu)建 5G、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AI、數(shù)字孿生等新一代信息通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展模式，為新智能制造提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)支撐。形成技術(shù)創(chuàng)新市場(chǎng)導(dǎo)向機(jī)制，突出企業(yè)的創(chuàng)新主體地位，促進(jìn)各類創(chuàng)新要素向企業(yè)集聚，形成以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、“產(chǎn)學(xué)研用”結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系，著力突破關(guān)鍵核心技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)。加快新智能制造相關(guān)的基礎(chǔ)共性、關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定 / 修訂，涉及體系建設(shè)、融合應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、行業(yè)監(jiān)管，推動(dòng)形成國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相互協(xié)調(diào)、互為補(bǔ)充的標(biāo)準(zhǔn)群。注重標(biāo)準(zhǔn)貫徹執(zhí)行效果，支持工業(yè)企業(yè)開展標(biāo)準(zhǔn)化智能車間 / 工廠建設(shè)，增強(qiáng)新智能制造數(shù)據(jù)與安全、技術(shù)評(píng)價(jià)、工業(yè)標(biāo)識(shí)解析等標(biāo)準(zhǔn)的深度融合。積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)化工作，推動(dòng)技術(shù)就緒度高的國家標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)同步發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者：李伯虎 1, 2 ，柴旭東 3，劉陽 3，李潭 4，林廷宇 5，韋達(dá)茵 3，李艷東 3

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