IBM 认知制造 让 AI 落地 陈怀宇 IBM 大中华区工商企业事业部总经理大中华区电子行业总经理 国际商业机器 ( 中国 ) 有限公司 2017.6
开拓者和不断研发塑造了今天的我们... 1990s: AI on www AI-based extraction programs prevalent on www 2005: Autonomous Car Stanford-built autonomous car wins DARPA Grand Challenge 1956: Birth of AI John McCarthy coins term artificial intelligence (AI) at Dartmouth Conference 1974-1980: 1 st AI Winter 2014: Key Market Moves IBM formation of Watson Group and Google acquisition of Nest Labs 1950s 1960s 1970s 1980s 1990s 2000s 2010 1950: Turing Test Turing introduces way to test for intelligent behavior 1987-1993: 2 nd AI Winter 2011: Watson IBM s Watson competes and wins on Jeopardy! 1965: First Expert System Stanford team led by Ed Feigenbaum creates DENDRAL 1997: Deep Blue IBM Deep Blue defeats World Chess Champion 人工智能六十年和 Watson 2
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IBM 以 Watson 为核心的认知技术 产品创新 认知医疗 认知电视 4 认知驾驶 认知教育
IBM 以 Watson 为核心的认知技术 企业转型 HARMAN, JBL Sound, - 医院, 酒店, 会议室, 办公室, 认知空间. 5 神思电子 : 智能客服 实体服务机器人 自助设备自动升级
认知制造历程 制造业的演变 传统制造 智能制造 认知制造 主要的应用技术 ERP 套装软件 数据库 工业自动化 互联网技术 社交网络 移动技术 工业物联网 大数据分析 云计算 深度学习 增强现实技术 机器人 虚拟现实技术 人工智能 对业务的影响 实现信息化实现数字化实现智能化 当前 6
海量数据 vs 业务挑战 80% 的工厂数据是非结构化或不可视的 质量问题 劳动力问题 工程变更 订单变更 传感器数据 产品数据 部件缺陷 材料短缺 设备停机 部件数据 人员数据 生产线停工 返工 预测误差 错误参数 流程数据 设备数据 7
认知技术超越传统数据分析, 擅长处理非结构化数据 机器学习和人机交互 对智能制造有着突破性的意义 您员工获取的数据您的流程产生的数据您的机器记录的数据来自外部的浩瀚数据 共享认知库 数据洞察执行 结构化数据 大数据分析 8 非结构化数据 认知技术 人与机, 机与机交互
认知技术正在点燃智造之光 认知制造业借助认知计算技术 认知分析技术 工业物联网 (IoT) 技术及其他技术推动制造制造业务转型 实时洞察 自给自足的生态系统 个性化制造 认知 自主运行 数据整合 自动决策 机器学习 车间可视度 机器传感器数据 解决方案 流程自动化 自动故障检修 主动维护 9
认知工厂构架 多层物理信息系统虚实联动和集成 认知运营控制中心 生态系统新零售第三方平台终端销售产品定制化 服务个性化用户洞察移动 APP B2B 管理 企业间协同 大规模定制的模式和卓越的订单交付 L4: 用户管理层 ERP 供应链控制塔供应链管理 (SCM) 售后及服务管理 自动决策管理 产品生命周期管理 (PLM) 供应商管理 (SRM) 物流管理 (TMS) 客户关系管理 (CRM) 认知采购 L3: 集成运营层 + 移动终端 生产执行系统 (MES) 认知设备维护助手 设备管理系统 质量控制系统 仓库管理系统 (WMS) 生产计划及排产系统 (APS) 认知机器人 能源及安全管理系统 认知视觉 / 听觉检测系统 预测性维护系统 L2: 生产计划及执行层 工业物联网生产设备辅助物流设备立体仓库 1 0 10 L1: 设备及控制系统层
认知制造 -- 四个主要阶段 协同共享 转型阶段 实现认知型企业 和供应商, 客户, 级各类合作伙伴共享认知平台 实现单件盈利模式 (Profitable Lot Size One) 集成控制 推广阶段 多个认知方案的实施和集成 认知运营控制中心的建立 认知模型逐步收敛, 集成 运营效率有跨越式的提高 互联落地 实施阶段 M2M 互联, 流程数据打通, 实时数据共享 在生产线或局部生产区域实施认知解决方案 效益得到实现 分析验证 探索阶段 从流程和设备中获取数据 用高级数据分析和建模手段分析结构 / 非结构化数据 小而分散的验证项目 11
案例分享 12
认知及深度学习技术在智能制造中的应用 商业价值 认知外观检测 * 减少技术类人工 认知机器人 认知设备维护 质量提高, 报废率降低 认知技术 生产周期缩短 认知生产计划 认知能源优化 整体维修费用缩减, 能耗优化 认知质量分析 运营成本降低 维护成本降低 * 通过对检测对象建立精确的视觉模型, 结合人工智能芯片超强的计算能力, 对于肉眼无法检测到的微小瑕疵, 实现毫秒级的实时检测 13
案例 1: 认知视觉检测系统 实时监控功能 1 使用 图像工作站 在生产过程中截取图像 4 使用 PMQ 分析及报告功 能生成每日报告 每周报告和每更报告 难判断的问题? 3a 复用先前训练的算法, 并在生产过程中对算法再次进行训练, 从而处理数据变体 学习系统 2 对图像库和预先编制的算法执行交叉检查, 以作复用 认知引擎 全新问题? 3b 开发全新图像分析技术, 并利用样品集训练分析技术, 从而提高分析精度 ; 将其作为全新基础方案应用于生产 5 机器学习系统浏览数据库, 并试图通过更大的数据集提高算法精度 图像库 传统视觉检测系统 人工智能系统 14
实例 : 中国一家主要液晶显示屏制造商 现状 在工作场所采集图像 将图像发送至检测室 进行人工检测 结果反馈回工作场所 以便采取相应行动 约数百名检测工人 每批次每项检测平均等待时间 : 20-30 分钟 15
缺陷分类示例 异物 孔洞 板面损伤 硅残留 擦伤 膜孔 污染物 16
认知学习系统开发过程 数百万 图像数量 数万 基础模型 数千 特定于行业 / 客户的模型开发 模型优化 已建立 模型学习能力测试 17 数小时 数天 数周 数年 时间
分类方法示例 学习系统处理方式 学习模型基于不同层的神经网络 ( 分类和学习过程中的内部视觉特征表现 ) 18
极快地学习提取差异性视觉特征和质检员的知识 首次运行约 800 张训练图像 批量测试结果 : 准确率 65.12% 二次运行约 2000 张训练图像 批量测试结果 : 准确率 67.01% 三次运行约 26000 张训练图像 + 客户高级质检员 批量测试结果 : 准确率 95.29% 3 周 19
模型学习能力客户现场测试验收 工作状态已完成 损失度 准确率 初始化时间 :12 月 6 日星期五, 上午 07:25:45(1 秒 ) 运行时间 :12 月 6 日星期五, 上午 07:25:46(41 分 31 秒 ) 完成时间 :12 月 6 日星期五, 上午 08:07:18( 共计 41 分 32 秒 ) 训练 Caffe 模型已完成 使用 NVIDIA GTX 1080 GPU, 用时 41 分钟 20
客户收益 降低人工成本 产生收入 / 利润 21
案例二 : 认知设备顾问 23 物联网预测评估设备状况, 并提供早期预警 24 通过显示设备显示及时可视化早期预警 Bluemix 预测型物联网 Watson 搜索器 25 Watson 搜索引擎辅助交互式诊断及优化响应 22 数据通过 Watson 物联网互联 1 传感器提供设备信息 - 机器人 - 医疗设备 - 交换器 - 涡轮 - 引擎 26 Watson 搜索引擎通过收集响应的有效度来加强其语料库 22
实施场景 指导现场技术人员进行设备维修 内部知识 现场记录 工作指令服务要求服务授权 服务历史 服务手册 知识库 外部资源 设备数据 支持论坛网络 同行 传感器 运行状态 备件 1 2 3 数据整合认知学习产生洞察 4 现场指导 23
认知设备顾问的应用实例 24
某机械设备制造商用认知设备顾问协助数千名维修员快速诊断维护设备, 降低维修成本 维修一次性成功率提高 56% 设备使用率提高 5% 年维护费用减少 12% 大幅减少工作人员培训时间及成本 25
不同行业 AI 深度学习的典型应用场景 $ 汽车工业 Auto sensors reporting location, problems 通讯 Location-based advertising 快消品 Sentiment analysis of what s hot, problems 金融服务 Risk & portfolio analysis New products 教育和科研 Experiment sensor analysis 高科技 / 工业制造 Mfg. quality Warranty analysis 生命科学 Clinical trials 娱乐与传媒 Viewers / advertising effectiveness 在线服务和社交 People & career matching 医疗保健 Patient sensors, monitoring, EHRs 石油和燃气 Drilling exploration sensor analysis 零售 Consumer sentiment 旅行和交通 Sensor analysis for optimal traffic flows 公共设施 Smart Meter analysis for network capacity, 执法和国防 Threat analysis - social media monitoring, photo analysis 26
Watson 在全球工作环境的应用
AI 在制造业落地 从何处入手? 给观望者的具体建议 给新手上路者的具体建议 战略为先 审视现有与已规划的投资 确保自己具备 认知能力 注重数据质量与监管 关注 入门 用例 - 维护和质量 将关注点由技术转向特定用例 28
李娜 IBM 业务代表邮件 :bjlina@cn.ibm.com 联系电话 :800-810-1818-5108 ;400-810-1818-5108 申冉 IBM 业务代表邮件 :srbj@cn.ibm.com 联系电话 :800-810-1818-5108 ;400-810-1818-5108 29
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认知系统基于理解, 推理, 学习开启了前所未有的新机会 BRAIN PHYSICAL 互动 INTERACT 理解 UNDERSTAND 原因 REASON 学习 LEARN 认知系统可以理解像人类的图像, 语言和其他非结构化数据 推理, 掌握底层概念, 形成假设, 推断和提取想法 随着每个数据点, 交互和结果发展和锐化专业知识, 永远不会停止学习 具有看到, 说话和听觉的能力, 认知系统以自然的方式与人类相互作用 31
认知技术 : 智能制造创新引擎 时间 空间 学习 创新产品 服务 听觉视觉嗅觉触觉 天气模型深度学习文本分析自然语言处理视频图像分析声学分析时空数据分析 推理 交互 优化生产 运营 升级客户体验 32
增强认知能力的物联网平台技术 视觉 认知能力 听觉 认知能力 对话 认知能力 时间 空间 天气 数据融合认知能力 33
认知物联网声学分析诊断 实现人耳功能并超越人 耳功能 非接触型和非破坏性的 声学异常检测 实时声学识别 传感器阵列处理 感知方式 传感器成本低 云服务 嵌入式应用 全方位多对象感知 生产设备维护 用于生产线设备的监控 诊断和预测性维护, 如旋转部件磨损 电机故障 机械部件变形 工业机器人异常 传送带等 成品和部件 ( 如压缩机 ) 的非破毁性检测 通过早期缺陷探测, 避免质保成本 产品质量控制 产品售后的全生命周期管理和故障诊断 : 电梯 滚梯 黑色 / 白色家电 汽车 风力发电机等 售后服务 34
认知对话服务 流程自动化销售和决策呼叫中心客服服务 故障 / 疾病诊断, 信息系统 / 设备技术支持 智能设备智能服务机器人平台合作与生态 智能助理 技术支持和物联网 服务机器人 系统 API 层 前端交互连接层 APP 语音交互 16K 采样率 或 电话系统 8K 采样率 语音转换合成 自然语言理解 智能知识问答服务 分析和推荐服务 (Trade-off) 会话管理 认知核心层 上下文管理 智能对话交互服务 认知开发平台, 工具,SDK ( 工具包, 分析包, 学习包 ) 后台连接 API 数据库核心系统 ERP 人工客服知识库管理知识库案例库 35
36 李娜 IBM 业务代表邮件 :bjlina@cn.ibm.com 联系电话 :800-810-1818-5108 ;400-810-1818-5108 申冉 IBM 业务代表邮件 :srbj@cn.ibm.com 联系电话 :800-810-1818-5108 ;400-810-1818-5108 IBM 中国中国制造 2025