智能制造是工業(yè)界當(dāng)下最關(guān)注的發(fā)展方向之一：對(duì)制造全過(guò)程全面感知形成數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)反映制造過(guò)程實(shí)際情況，基于實(shí)際情況全面分析做出相應(yīng)決策，進(jìn)一步將決策轉(zhuǎn)化為及時(shí)有效的反饋。智能制造著眼于這一“閉環(huán)”過(guò)程在制造全流程層面的實(shí)現(xiàn)。與自動(dòng)化生產(chǎn)相比，智能制造通過(guò)智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程、制造過(guò)程和制造裝備智能化，是信息技術(shù)、智能技術(shù)與裝備制造技術(shù)的融合與集成，更多地結(jié)合了當(dāng)下新興的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和人工智能技術(shù)，并且需要此類新興技術(shù)與機(jī)理技術(shù)的深度融合。
然而，當(dāng)前有大量可用于智能制造領(lǐng)域的算法、分析方法、機(jī)理知識(shí)等存在于高校和研究院所科研人員、企業(yè)研發(fā)與工藝技術(shù)人員的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中甚至個(gè)人電腦中。這些成果中富集了科研人員與一線生產(chǎn)者所積累的知識(shí)與智慧，具有非常巨大的應(yīng)用價(jià)值。但由于各種現(xiàn)實(shí)原因，使得這些珍貴的知識(shí)成果就如散落在海灘上的珍珠，存在著難以快捷實(shí)現(xiàn)提取利用以及持續(xù)創(chuàng)新協(xié)同改進(jìn)，不斷有效落地的問(wèn)題。
因此，如何匯聚高價(jià)值資源，構(gòu)筑一體化模型構(gòu)建與管理平臺(tái)，便捷高效地集成匯總、轉(zhuǎn)化應(yīng)用高價(jià)值機(jī)理算法、行業(yè)知識(shí)與新興人工智能算法，推動(dòng)工業(yè)知識(shí)復(fù)用，是工業(yè)智能制造推進(jìn)及升級(jí)的核心痛點(diǎn)之一。
為什么存在工業(yè)知識(shí)難以復(fù)用的問(wèn)題
具體而言，在智能制造領(lǐng)域，對(duì)工業(yè)機(jī)理算法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法的研究及成果落地過(guò)程中，存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
01、開(kāi)發(fā)工具不統(tǒng)一
工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展至今，已經(jīng)具備了一定程度的信息化技術(shù)能力，并已經(jīng)完成了大量的軟件、算法及模型的構(gòu)建。但這些信息化建設(shè)的成果總是難以全面協(xié)同使用，原因之一是此類成果的開(kāi)發(fā)工具并不統(tǒng)一。目前在工業(yè)界常用的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言主要有以下幾種：
(1)Matlab
作為一門(mén)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言，Matlab可以實(shí)現(xiàn)矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、算法開(kāi)發(fā)等功能，其強(qiáng)大的工具箱、函數(shù)庫(kù)和繪圖功能，對(duì)科學(xué)研究者而言非常便利友好，因此是高校和研究院所中科研人員進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)的常用工具。
(2)Java
作為一種靜態(tài)面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言的代表，Java極好地實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο罄碚摚軌蚍奖愕膶?shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)工作建模，因此是企業(yè)各類流程信息化管理系統(tǒng)如PDM、ERP、MES、CRM等構(gòu)建的主要開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。
(3)Python
Python語(yǔ)言提供高效的高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο缶幊蹋哂蟹浅?qiáng)大的第三方庫(kù)，很大程度上提高了開(kāi)發(fā)效率，且隨著人工智能技術(shù)的興起，Python成為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)算法與人工智能模型構(gòu)建的主要工具，也因此成為智能制造領(lǐng)域算法開(kāi)發(fā)構(gòu)建所不可缺少的核心工具。
除此之外，還存在大量使用其它語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境完成的富集知識(shí)的軟件成果。在智能制造領(lǐng)域，普遍存在著多種語(yǔ)言混合開(kāi)發(fā)的現(xiàn)象，由不同語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的軟件通常難以充分協(xié)作，它們往往無(wú)法共享內(nèi)存空間，具有不同定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類型，依賴復(fù)雜的環(huán)境設(shè)置，并且各自對(duì)輸入輸出的參數(shù)結(jié)構(gòu)具有各自獨(dú)特的定義等，種種情形對(duì)于各類工業(yè)智能知識(shí)/算法的復(fù)用和工程化應(yīng)用提出了極大的挑戰(zhàn)。
02、成果共享難
在智能制造領(lǐng)域所積累的大量算法和模型等研究成果大多分散在各自的應(yīng)用系統(tǒng)中，出于自身業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)等保密性和安全性要求，導(dǎo)致成果難以推廣和復(fù)用。此外，由于開(kāi)發(fā)者的水平參差不齊，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)的程序無(wú)法保證標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)范性一致，阻礙了各積累成果的融合與集成。相關(guān)成果分散割裂，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)便捷查詢和知識(shí)共享復(fù)用。
03、集成應(yīng)用難
當(dāng)前工業(yè)智能制造領(lǐng)域的算法創(chuàng)新工作主要是由各大高校、機(jī)構(gòu)、科研院所擔(dān)任，企業(yè)與高校之間缺少直接鏈條式的聯(lián)系，無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新成果到生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致高校的創(chuàng)新成果難以適應(yīng)企業(yè)的信息化系統(tǒng)建設(shè)需求，集成應(yīng)用較為困難。具體表現(xiàn)在：由于企業(yè)的信息化系統(tǒng)類別多樣，標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致算法和模型難以在各系統(tǒng)間快速實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用；算法和模型依賴的開(kāi)發(fā)環(huán)境復(fù)雜，難以對(duì)接現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，也無(wú)法動(dòng)態(tài)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析工具。
綜上所述，智能制造領(lǐng)域的算法模型創(chuàng)新成果應(yīng)用過(guò)程中存在著難以快捷實(shí)現(xiàn)工業(yè)知識(shí)復(fù)用的限制。為解決此問(wèn)題，推動(dòng)智能制造領(lǐng)域工業(yè)知識(shí)復(fù)用，美林?jǐn)?shù)據(jù)在Tempo AI平臺(tái)中引入適合于工業(yè)知識(shí)遷移與復(fù)用的自定義算法模塊，該模塊支持多種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，包括Matlab、Java、Scala和Python等，通過(guò)規(guī)范化算法節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)拖拉拽一鍵式數(shù)據(jù)分析與機(jī)理算法開(kāi)發(fā)流程應(yīng)用，并支持多種API調(diào)用方式。
如何應(yīng)對(duì)工業(yè)知識(shí)復(fù)用的難題
Tempo 平臺(tái)支持制造全流程建模，實(shí)現(xiàn)了自定義算法管理+大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)結(jié)合應(yīng)用的統(tǒng)一模式，解決了工業(yè)領(lǐng)域各類算法和模型在協(xié)同集成應(yīng)用和統(tǒng)一管理層面共享難的問(wèn)題，支持不同行業(yè)用戶面向工程化應(yīng)用的分析工具及應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，推動(dòng)工業(yè)知識(shí)復(fù)用。
準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，工業(yè)制造領(lǐng)域的數(shù)據(jù)來(lái)源于各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，經(jīng)常分散在不同的應(yīng)用系統(tǒng)中，通過(guò)Tempo平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)庫(kù)接口，實(shí)時(shí)接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；采用Tempo AI 平臺(tái)中的自定義算法模塊，封裝業(yè)務(wù)機(jī)理算法和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)類算法，形成可復(fù)用的算法節(jié)點(diǎn)，通過(guò)拖拽式圖形化建模，構(gòu)建面向典型業(yè)務(wù)的分析流程。最后，將數(shù)據(jù)分析結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并支持實(shí)時(shí)推送結(jié)果信息，及時(shí)、有效地賦能領(lǐng)導(dǎo)層決策。
Tempo AI 算法統(tǒng)一管理與協(xié)同集成應(yīng)用模式如何使用Tempo AI實(shí)現(xiàn)工業(yè)知識(shí)復(fù)用
以某新能源發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)維為例：為確保電廠運(yùn)行狀態(tài)滿足相關(guān)技術(shù)要求，需對(duì)廠內(nèi)的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行相關(guān)的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然而，在面對(duì)海量運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，人工極難準(zhǔn)確識(shí)別其中存在的尚未有明顯可視特征的異常信息，易導(dǎo)致誤判漏判；況且，在監(jiān)測(cè)出機(jī)組的異常狀態(tài)信息后，需盡早評(píng)估相關(guān)異常可能對(duì)機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性所造成的影響，并依據(jù)影響情況擬定運(yùn)行策略。然而，由于電廠的系統(tǒng)規(guī)模龐大，運(yùn)行工況復(fù)雜，運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)眾多，使得人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和識(shí)別可靠度，難以滿足機(jī)組運(yùn)行對(duì)于異常發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性要求。
現(xiàn)有以下需求：優(yōu)化目前電廠基于DCS系統(tǒng)的異常檢測(cè)方法，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障預(yù)測(cè)與健康管理PHM技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全功率范圍內(nèi)的系統(tǒng)級(jí)狀態(tài)估計(jì)、異常檢測(cè)、健康評(píng)估、故障診斷和故障預(yù)測(cè)等功能。
01、數(shù)據(jù)采集
基于Tempo DF平臺(tái)OPC-UA標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)讀取DCS系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)Kafka接入數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集；同時(shí)提供了各類常見(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)接入?yún)f(xié)議，可以實(shí)時(shí)接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
用戶根據(jù)電廠多年實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)外的技術(shù)文獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了大量的自主算法設(shè)計(jì)和模型構(gòu)建。然而，這些算法和模型都是以文件或代碼的方式存儲(chǔ)，難以實(shí)現(xiàn)算法和模型的遷移和復(fù)用。為解決以上問(wèn)題，利用Tempo AI 平臺(tái)的自定義算法模塊將此類算法和模型封裝成可支持拖拽式的自定義算法節(jié)點(diǎn)，直接融入平臺(tái)所提供的模型管理與服務(wù)調(diào)用機(jī)制中，實(shí)現(xiàn)了算法和模型的統(tǒng)一管理與快速?gòu)?fù)用；此外，這些自定義節(jié)點(diǎn)可以與平臺(tái)上的其他節(jié)點(diǎn)相互配合，完成深度數(shù)據(jù)分析流程的搭建，支撐各業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用。
03、業(yè)務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建
構(gòu)建最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)模型、不確定度分析模型和可靠性模型，利用電廠離線數(shù)據(jù)或設(shè)備試驗(yàn)臺(tái)架數(shù)據(jù)對(duì)最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)，以及對(duì)最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)模型開(kāi)展不確定度分析、可靠性分析，為后續(xù)的異常檢測(cè)、健康評(píng)估和故障診斷等奠定基礎(chǔ)。
04、數(shù)據(jù)可視化展示
通過(guò)Tempo平臺(tái)的BI可視化功能, 根據(jù)最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果實(shí)現(xiàn)儀表的健康狀態(tài)評(píng)估, 并實(shí)時(shí)顯示其性能退化趨勢(shì)。
隨著Tempo AI平臺(tái)通過(guò)融合自定義算法模塊，實(shí)現(xiàn)各類典型工業(yè)知識(shí)和第三方算法的嵌入、復(fù)用落地，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、設(shè)備智能運(yùn)維與健康管理等領(lǐng)域已帶來(lái)非常便捷高效的應(yīng)用體現(xiàn)。然而，依舊存在著許多待改進(jìn)的地方，例如：未來(lái)，我們將繼續(xù)著力提升算法嵌入后的執(zhí)行性能，滿足不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域工程化應(yīng)用的訴求；考慮為多方聯(lián)合開(kāi)發(fā)的算法組件提供授權(quán)機(jī)制，孵化平臺(tái)在行業(yè)應(yīng)用的生態(tài)及運(yùn)營(yíng)模式等。
服務(wù)工業(yè)智能化進(jìn)程推進(jìn)，我們一直在路上！
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