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浅析:AI和工业互联网如何驱动制造业转型升级?
发布时间:2019年09月19日 09:44:51

(网经社讯)1 中国智能制造战略

工业4.0是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。我国国务院印发的《中国制造2025》(国发〔2015〕28号)文件明确指出:以新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以智能制造为主攻方向,明确了我国智能制造重点发展的“五大工程”和“十大重点领域”[1],如图1所示。

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图1 《中国制造2025》中的“五大工程”和“十大重点领域”

在“中国制造2025”发布后的三年里,我国已完成了“中国制造2025”的顶层设计,工业和信息化部发布出台了11个配套性规划文件,出台了一系列政策措施(截止2017年10月)。11个配套的实施指南、行动指南和发展规划指南,包括国家制造业创新中心建设、工业强基、智能制造、绿色制造、高端装备创新等5大工程实施指南(工信部2016年起启动实施),发展服务型制造和装备制造业质量品牌2个专项行动指南,以及新材料、信息产业、医药工业和制造业人才4个发展规划指南。5个工程实施指南具体为:制造业创新中心建设工程实施指南(2016-2020年),工业强基工程实施指南(2016-2020年),智能制造工程实施指南(2016-2020),绿色制造工程实施指南(2016-2020 年),高端装备创新工程实施指南(2016-2020 年)。2个专项行动指南具体为:促进装备制造业质量品牌提升专项行动指南,发展服务型制造专项行动指南。4个发展规划指南具体为:新材料产业发展指南,信息产业发展指南,医药工业发展规划指南,制造业人才发展规划指南。

2 工业互联网发展情况

为深入推进制造业与互联网的融合发展,国务院印发了《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》(国发〔2016〕28号)[2]。为紧跟人工智能国际发展步伐,将中国建设成世界人工智能中心,国务院印发了《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》(国发〔2017〕35号)[3],工信部印发了《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划(2018-2020)》[4]。2018年,国家重点推动人工智能和工业互联网的发展,将智能制造落到实处。工业互联网十大关键技术如图2所示。 

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图2 工业互联网十大关键技术

近两年,研发成功并成功运营的主流工业互联网平台已达30家左右,各类企业纷纷努力抢占工业互联网平台的产业制高点,工业互联网平台的企业生态圈已基本形成,如图3所示。

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图3 工业互联网平台的企业生态圈(入局模式)

AI+智能制造领域的国外龙头企业有:瑞典ABB、德国KUKA、日本FANUC、川崎机器人、AmericanRobot、西门子、霍尼韦尔。国内龙头企业有:航天科工、徐工集团、沈阳机床、和利时、三一集团、中联重科、华中数控、秦川机床、同济科技、机器人、三丰智能、博实股份、海得控制、汇川技术、东土科技、海尔小米、海信。

工业互联网是智能工厂与智慧城市之间的“纽带”,衔接产品端与消费端。“AI+”可以作用在智能工厂、工业互联网、智慧城市各系统的内部,也可以作用在三者之间,从而实现C2F(消费者到工厂)商业模式下的城市全生命周期AI。本文认为,C2F商业模式下的城市全生命周期AI实现架构如图4所示。具体实现策略为:AI融入产品全命周期当中任何一个环节,采用AI任何一种具体技术,横向提升制造业;AI融入制造业的任何一个层级,采用AI任何一种具体技术,纵向提升制造业;AI融入智能工厂、工业互联网、智慧城市三个领域的接口地带,实现跨界智能化提升。

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图4 C2F商业模式下的城市全生命周期AI

3 新一代人工智能发展情况

《新一代人工智能发展规划》指出:我国的人工智能发展分三步走:第一步,到2020年人工智能总体技术和应用与世界先进水平同步,人工智能产业成为新的重要经济增长点,人工智能技术应用成为改善民生的新途径,有力支撑进入创新型国家行列和实现全面建成小康社会的奋斗目标。第二步,到2025年人工智能基础理论实现重大突破,部分技术与应用达到世界领先水平,人工智能成为带动我国产业升级和经济转型的主要动力,智能社会建设取得积极进展。第三步,到2030年人工智能理论、技术与应用总体达到世界领先水平,成为世界主要人工智能创新中心,智能经济、智能社会取得明显成效,为跻身创新型国家前列和经济强国奠定重要基础。近年来,随着人工智能相关芯片、电路、器件技术的发展(算力提升),以及数据产业的快速发展带来的数据样本丰富性的增强,使得传统的人工智能理论,如经典机器学习算法与模型可以突破应用瓶颈,在应用领域走向更加广阔的空间。

2015年,全球人工智能市场规模约为490亿美元,而根据国外调查机构 Tractica的统计预测数字,到 2024年人工智能的市场规模将达到2700亿美元,未来整个人工智能市场将呈现出爆炸式增长。中国人工智能市场规模正在急剧扩大中,每年的同比增长速度平均可达50%。2015年中国人工智能市场规模为12亿美元,预计到2024年可达1242亿美元,几乎可占到全球市场的1/2。据权威机构预测,人工智能和服务在各产业链的全球收入将在2025年从2016年的 6.4亿美元增长到368亿美元,增长近57倍。截至 2017年底,中国人工智能核心产业规模超过180亿元,相关产业规模达到2200亿元。中国累计获得1.57万项人工智能领域的专利,位居世界第二。人工智能领域的企业数量正在激增。2016年初全球共有957家人工智能公司,覆盖了深度学习、机器视听觉、自然语言理解等13个细分行业。截至2017年6月,全球人工智能企业总数达到2542家。在全球范围,北美拥有最多的AI企业(921家),位于欧洲(632家)以及 亚洲(258)之前。硅谷是其中最强的AI中枢,随后是伦敦、柏林以及巴黎。在欧洲国家排名中,英国的AI产业发展最好,其次是德国、法国。近年来中国人工智能产业进入爆发式增长期。截至2019年2月28日,中国人工智能企业745家,大约占世界人工智能企业总数21.67%,排名第二[5]。

4 新一代人工智能和工业互联网助力制造业转型升级

新一代人工智能和互联网+目前已成为制造业转型升级的关键动能,互联网+与工业的高度融合催生了工业互联网。AI助力制造业转型升级的基本理念如下:(1)AI融入产品全命周期当中任何一个环节,采用AI任何一种具体技术,横向提升制造业。制造业本身已经扩展到了全生命周期,包括产品创新设计、加工制造、管理、营销、售后服务、报废处理等环节。(2)AI融入制造业的任何一个层级,采用AI任何一种具体技术,纵向提升制造业。

在新一代人工智能和工业互联网的助推下,制造业转型升级正在从理念转变、技术提升、生态构建、企业管理变革四个维度实现,如图5所示。

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图5 制造业转型升级的实现路径

基于AI+工业大数据(由工业互联网产生)构建的制造业产业互联网体系架构如图6所示。

AI、互联网+协同驱动制造业企业转型升级主要从以下几个方面实现:企业信息化、ERP、MES、供应链、客户关系、企业数据AI(目前大多数企业尚未实现)。一个典型的例子是:华为在“多云”架构下,采用AI技术变革供应链,1999年启动时,销售收入15亿,供应链员工3000人;现销售额近1000亿,员工保持在1万人;未来AI的商业应用,供应链化繁为简,销售额大增情况下员工人数可维持不变甚至锐减。迈克尔.波特詹姆斯.贺普曼在《物联网时代的企业竞争战略(上)》中曾写道:物联网将新定义行业边界。

5 总结与展望

党的十九大报告指出:加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合,在中高端消费、创新引领、绿色低碳、共享经济、现代供应链、人力资本服务等领域培育新增长点、形成新动能。要通过深化供给侧结构性改革、完善社会主义市场经济体制、推动形成全面开放新格局等举措贯彻新发展理念、建设现代化经济体系。未来,随着智能制造战略的深入推进,人工智能在制造业中的应用会越来越多,AI+制造、互联网+制造,以及二者的相互影响、相互赋能将释放出更大的活力,对制造业的转型升级起到决定性作用。另一方面,从技术应用的深度与广度、价值回报、产业升级方面看,这个领域尚有很长的路要走。

参考文献: 

1. 国务院,《中国制造2025》(国发〔2015〕28号)

2. 国务院,《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》(国发〔2016〕28号)

3. 国务院,《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》(国发〔2017〕35号)

4. 工信部,《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划(2018-2020)》

5. 中国新一代人工智能发展战略研究院,《中国新一代人工智能科技产业发展报告(2019)》(来源:AI城市智库 文/清华大学副教授、工学博士杜明芳 编选:网经社)

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