馬堅(jiān)，彭惠平

江鈴汽車股份有限公司 江西南昌 330001

人工智能是一門以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)，并涉及到數(shù)理邏輯、哲學(xué)理論、仿生學(xué)、自動(dòng)化、語言學(xué)以及生物學(xué)等多種知識(shí)和理論的綜合學(xué)科。它利用圖像識(shí)別與提取感知到外界的各種信息，再根據(jù)外界信息的特征點(diǎn)進(jìn)行特征提取，提取其中有效信息，通過自然語言處理轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)反饋給用戶，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。人工智能的工作內(nèi)容可以簡(jiǎn)單地被定義為使計(jì)算機(jī)能夠從外界獲得知識(shí)，通過將這些獲得的知識(shí)學(xué)習(xí)并加以運(yùn)用的新興科學(xué)。

在工業(yè)領(lǐng)域使用人工智能，絕非簡(jiǎn)單照搬人工智能系統(tǒng)，而是要在以人為核心的前提下，用人工智能技術(shù)輔助，人與機(jī)器協(xié)同作業(yè)，發(fā)揮各自擁有的長(zhǎng)處，人與機(jī)器相輔相成，起到“1+1＞2”的效果。

人工智能應(yīng)用的大前提是需要構(gòu)建一個(gè)基于智能制造框架體系下的數(shù)字架構(gòu)模型，其中智能工廠是智能制造重要的實(shí)踐載體。智能工廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)將產(chǎn)品與產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)系統(tǒng)的生命周期整合在一起，且完成企業(yè)內(nèi)部互通和供應(yīng)鏈的協(xié)同，最大程度發(fā)揮智能制造的競(jìng)爭(zhēng)力。

人工智能是信息化數(shù)字化的技術(shù)，工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、傳感以及材料等技術(shù)的綜合運(yùn)用，人工智能主導(dǎo)整合其他技術(shù)，使工業(yè)制造系統(tǒng)更加柔性化，優(yōu)化企業(yè)上下游的協(xié)同工作，在生產(chǎn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上為人工提供部分決策和優(yōu)化思考，實(shí)現(xiàn)更加合理有效的人機(jī)協(xié)同。

人工智能技術(shù)特征：程序＝數(shù)據(jù)＋算法(算力)。

制造業(yè)現(xiàn)狀和數(shù)字化精益制造系統(tǒng)模型

中國在加入世界貿(mào)易組織后，成為全球制造大國，號(hào)稱世界工廠，但是隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)愈演愈烈，暴露出中國制造業(yè)的許多軟肋，如基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)底子薄，高端裝備受制于人，創(chuàng)新研發(fā)能力和投入不足，大多數(shù)產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)鏈的中下游的位置等。美歐日等發(fā)達(dá)國家有工業(yè)革命先發(fā)積累的標(biāo)準(zhǔn)及專利的優(yōu)勢(shì)，掌握著核心技術(shù)，產(chǎn)品品牌和關(guān)鍵零部件的議價(jià)能力強(qiáng)，而且研發(fā)體制成熟和創(chuàng)新環(huán)境良性，競(jìng)爭(zhēng)能力明顯強(qiáng)勢(shì)。通過中國汽車業(yè)的發(fā)展就可見一斑，雖然中國汽車市場(chǎng)連續(xù)十年全球銷量第一，但是國外品牌占據(jù)主要份額，國內(nèi)汽車品牌林立，重復(fù)投資、重復(fù)研發(fā)嚴(yán)重，單單一個(gè)德國大眾汽車公司，在中國的合資伙伴，從一汽到上汽，再到現(xiàn)在的大眾（江淮），國內(nèi)汽車企業(yè)急功近利，內(nèi)耗加劇，靠市場(chǎng)吸引的技術(shù)引進(jìn)消化不良，國內(nèi)市場(chǎng)成為別人分享的蛋糕，國外市場(chǎng)更是不堪。即使是新能源汽車，政府給予大量補(bǔ)貼期望的彎道超車的先發(fā)優(yōu)勢(shì)在國內(nèi)市場(chǎng)也漸漸喪失。

即便如此，全球工業(yè)制造大國的地位也正在被挑戰(zhàn)，資本和產(chǎn)業(yè)都是逐利而生，勞動(dòng)力成本不斷上升，用工難、用工荒屢見不鮮導(dǎo)致的產(chǎn)業(yè)向人力成本低的東南亞國家轉(zhuǎn)移，能源材料的消耗和碳排放指標(biāo)雙重壓力，無法支持可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境要求。

所有的壓力和挑戰(zhàn)，給中國人一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)自我的機(jī)會(huì)，找到依靠制造強(qiáng)國的制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)給了中國一個(gè)前所未有的發(fā)展機(jī)遇，那就是依靠自己發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)迭代，創(chuàng)新創(chuàng)造更多高附加值的高品質(zhì)產(chǎn)品，滿足動(dòng)態(tài)變化的國內(nèi)國際大市場(chǎng)個(gè)性化的需求。

在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，80%的客戶愿意付款購買性價(jià)比高、品種功能豐富多樣的商品，20%的客戶追求高檔次、高品位、高價(jià)位的個(gè)性定制差異化產(chǎn)品，給制造業(yè)提出的要求是質(zhì)量有優(yōu)勢(shì)，成本有優(yōu)勢(shì)，品種齊全或者與眾不同。

制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，是個(gè)性、定制和綠色。建立柔性化智能生產(chǎn)線，快速響應(yīng)，性價(jià)比最優(yōu)，產(chǎn)品全生命周期的動(dòng)態(tài)資源配置的綠色制造，發(fā)揮國內(nèi)豐富資源優(yōu)勢(shì)，對(duì)接可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。

緊跟發(fā)展趨勢(shì)，JMC公司的積分指標(biāo)SQDCPME即在安全、質(zhì)量、交付、成本、人員、維護(hù)以及環(huán)境七大方面，建立數(shù)字化精益制造的模型，作為用來衡量?jī)?yōu)化改善的綜合指標(biāo)，制造核心競(jìng)爭(zhēng)力可落實(shí)到三點(diǎn)：一是提高效率和資源利用效率；二是縮短周期，更短的創(chuàng)新周期，更快的交付能力，更透明數(shù)據(jù)支持；三是提高柔性、個(gè)性化大規(guī)模生產(chǎn)更復(fù)雜的產(chǎn)品，更快的市場(chǎng)響應(yīng)能力。

為了打造持續(xù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，江鈴汽車（JMC）建立了如圖1所示的JMC數(shù)字化精益制造系統(tǒng)，實(shí)施智能制造管理全價(jià)值鏈的數(shù)字化精益衡量指標(biāo)。

圖1 JMC數(shù)字化精益制造系統(tǒng)

利用JMC數(shù)字化精益制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，收集設(shè)備運(yùn)行、生命周期可靠性（預(yù)測(cè)維修）、產(chǎn)品以及過程的質(zhì)量要素，夾具設(shè)備的定位監(jiān)控和車身尺寸在線測(cè)量，焊接過程參數(shù)監(jiān)控和質(zhì)量評(píng)價(jià)，白車身間隙斷差、生產(chǎn)物料消耗及能源消耗等數(shù)據(jù)。具體的實(shí)施方法是利用OPC開發(fā)系統(tǒng)通信采集數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)化I/O輸入輸出模塊，根據(jù)需求增加采集各種傳感器和控制器，以及電動(dòng)機(jī)模擬量數(shù)據(jù)，部署工控機(jī)、交換機(jī)和軟件，存儲(chǔ)處理數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字化精益指標(biāo)，識(shí)別過程浪費(fèi)實(shí)施改善。以制造過程中輸送設(shè)備滾床為例，數(shù)據(jù)平臺(tái)監(jiān)控滾床電機(jī)的溫度和振動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)，每天的設(shè)備正常運(yùn)行數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常溫度變化和異常振動(dòng)初期的特征，結(jié)合故障失效的實(shí)例，給出預(yù)測(cè)性的提前檢修預(yù)警模型，從而避免生產(chǎn)中斷帶來的效率損失。

人工智能精益制造實(shí)踐案例

按照數(shù)字化工廠的架構(gòu)和數(shù)字化精益制造系統(tǒng)模型，江鈴JMC在2018年開始規(guī)劃建設(shè)江鈴福特的標(biāo)桿樣板工廠，其主要特點(diǎn)如下：采用中頻焊機(jī)、變頻伺服技術(shù)、LED燈等節(jié)能設(shè)備，配備能源管理系統(tǒng)，收集能耗信息，持續(xù)改善綠色節(jié)能工廠。采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)化設(shè)備及產(chǎn)線信號(hào)均可采集，支持大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)的信息化工廠。數(shù)字化設(shè)計(jì)操作員指導(dǎo)書，通過工位邊的操作屏指導(dǎo)操作。構(gòu)建虛擬模型，導(dǎo)入電控程序和機(jī)器人工作程序，與實(shí)際產(chǎn)線信號(hào)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)同步，數(shù)字化展現(xiàn)產(chǎn)線實(shí)際狀態(tài)的數(shù)字化工廠。多車型共線生產(chǎn)，快速切換適應(yīng)變化的智能化工廠。

以焊裝車間為例，規(guī)劃實(shí)現(xiàn)100%自動(dòng)化焊接，50%的內(nèi)部物流周轉(zhuǎn)，10%的質(zhì)量智能檢測(cè)。生產(chǎn)線占地3.2萬m2，287臺(tái)KUKA機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)15萬臺(tái)的能力（每小時(shí)生產(chǎn)30臺(tái)），最多可實(shí)現(xiàn)4個(gè)車型的柔性共線生產(chǎn)。

新工廠總結(jié)國內(nèi)外工廠規(guī)劃的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，優(yōu)化了整體布局，將物料需求大的生產(chǎn)線布置在物流存儲(chǔ)區(qū)旁，物料需求少的生產(chǎn)線布置在車間內(nèi)部，使得整體物流路徑短，物流投料效率高。

工廠建設(shè)規(guī)劃以數(shù)字化建模為基礎(chǔ)，采用數(shù)字孿生技術(shù)，為未來的人工智能技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景做好了鋪墊和準(zhǔn)備。

通過對(duì)現(xiàn)有工廠的焊裝線的價(jià)值流程分析（見圖2），單班生產(chǎn)需要人力資源153人，其中57人是線邊物料上線人員，25人是門蓋裝配調(diào)整人員，15人是鈑金返修人員，12人是質(zhì)量檢驗(yàn)，其他屬于設(shè)備維護(hù)的輔助人員。

圖2 JMC新工廠價(jià)值流程圖

結(jié)合人工智能技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，規(guī)劃對(duì)線邊上線人員、門蓋裝配調(diào)整人員、鈑金返修人員進(jìn)行完全的智能機(jī)器自動(dòng)化，對(duì)質(zhì)量檢驗(yàn)人員和設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行部分人工智能輔助，減少人員。

在工業(yè)機(jī)器人的抓手上增加視覺系統(tǒng)，引導(dǎo)機(jī)器人在線邊料框中抓取零件，取代需要人工在物流料框和精定位料框的搬運(yùn)工作，減少中間轉(zhuǎn)運(yùn)的搬運(yùn)浪費(fèi)，也避免了人工的效率問題以及人機(jī)工程問題。該項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用相對(duì)較為成熟，目前已經(jīng)在工廠的頂蓋裝配到車身的工位實(shí)施驗(yàn)證，并申請(qǐng)獲批了一種基于相機(jī)通訊連接的機(jī)器人抓取方法及其系統(tǒng)的國家發(fā)明專利。該創(chuàng)新應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)下，要求配套的AGV運(yùn)送料框的定位精度在100mm以內(nèi)，按照工廠的生產(chǎn)計(jì)劃排程實(shí)時(shí)給出物料需求的信息，準(zhǔn)時(shí)運(yùn)送到線邊，保證線邊的給定位置上始終有與計(jì)劃相適應(yīng)的物料，否則會(huì)因?yàn)闄C(jī)器人抓手與零件的不匹配出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警，導(dǎo)致生產(chǎn)線報(bào)錯(cuò)中斷。

通過機(jī)器人在線檢測(cè)工位，測(cè)量每臺(tái)車的尺寸數(shù)據(jù)，計(jì)算產(chǎn)線的過程能力，預(yù)先確認(rèn)車身尺寸的穩(wěn)定性，同時(shí)進(jìn)一步在門蓋的裝配工位，增加固定的藍(lán)光掃描裝配前的車身門框外形與車門的外形，通過中臺(tái)的數(shù)據(jù)計(jì)算擬合裝配的符合度，并指導(dǎo)機(jī)器人微調(diào)裝配門位置，自動(dòng)擰緊機(jī)將門固定在車身，并通過后續(xù)的機(jī)器人視覺門縫間隙斷差在線測(cè)量，跟蹤裝配的過程能力，方便指導(dǎo)門蓋和車身的制造過程優(yōu)化，該創(chuàng)新也可以延伸到車身制造成型的工位以及門蓋包邊鉸鏈裝配固定的工位，方便后期對(duì)節(jié)拍提升留出空間。

通過焊機(jī)控制器群控系統(tǒng)，收集焊接過程的焊接質(zhì)量數(shù)據(jù)，增加過程電極壓力和電極位移的監(jiān)控參數(shù)。通過長(zhǎng)期大量的過程參數(shù)和特征信號(hào)的跟蹤，結(jié)合目前現(xiàn)有的日常焊接質(zhì)量檢查控制手段，建立合格焊點(diǎn)質(zhì)量的過程信號(hào)曲線，并設(shè)定閾值公差范圍，構(gòu)建質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的模型，再去驗(yàn)證實(shí)際過程，最終完成測(cè)量驗(yàn)證質(zhì)量模型的預(yù)測(cè)有效性。通過運(yùn)行一年以上的市場(chǎng)質(zhì)量驗(yàn)證和專項(xiàng)耐久試驗(yàn)，可以修訂質(zhì)量控制文件，改變現(xiàn)有的人工超聲波離線抽檢的控制，減少焊接抽檢人員。

通過收集過程的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，預(yù)測(cè)設(shè)備的生命周期狀態(tài)，定點(diǎn)定期精準(zhǔn)的維護(hù)設(shè)備，保證設(shè)備的最大生命周期和最小的生命周期成本。該創(chuàng)新應(yīng)用在制造業(yè)是比較普遍的應(yīng)用場(chǎng)景，因?yàn)槲磥砉S的100%智能化場(chǎng)景，大量的設(shè)備狀態(tài)需要預(yù)測(cè)維護(hù)，備件到期更換，保留原有的設(shè)備維護(hù)管理人員數(shù)量不變，重點(diǎn)在控制設(shè)備維護(hù)時(shí)點(diǎn)和備件庫存上，來降低成本。

在現(xiàn)有的工廠運(yùn)作中，還存在需要鈑金返修的人員，用于解決車身外觀鈑金凹凸點(diǎn)的返修以及毛刺飛濺的打磨工作。從本質(zhì)上分析，這些問題是制造過程中的不良引發(fā)的，本身就是不產(chǎn)生價(jià)值的浪費(fèi)工序，這將主要通過對(duì)過程的規(guī)律性或偶發(fā)性問題進(jìn)行排查，在制造中消除問題根源的方式，逐步取消返工返修的工作。

通過以上的人工智能技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)施到現(xiàn)有工廠進(jìn)行改善，預(yù)計(jì)會(huì)大幅度減少人力成本和設(shè)備管理成本，同時(shí)在線質(zhì)量監(jiān)控保證質(zhì)量的穩(wěn)定性。現(xiàn)狀與未來的指標(biāo)對(duì)比見表1。

表1 JMC新工廠現(xiàn)狀未來指標(biāo)對(duì)比表

在未來還將投資增加18臺(tái)機(jī)器人和視覺系統(tǒng)，減少108個(gè)員工，這些人工部分是從事搬運(yùn)的體力勞動(dòng)，部分是從事質(zhì)量過程檢驗(yàn)工作，將改善人機(jī)工程和質(zhì)量穩(wěn)定性。按人工年成本10萬元計(jì)算，雙班每年可節(jié)省2000萬元的人力成本，扣除新增設(shè)備的投資和固定攤銷以及全壽命周期的維護(hù)保養(yǎng)，初步估算可在兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)投資回收。

人工智能非簡(jiǎn)單的機(jī)器代替人，更能拓展人的智力而產(chǎn)生價(jià)值。數(shù)字化精益制造系統(tǒng)的工廠就像是一臺(tái)以數(shù)據(jù)整合為基礎(chǔ)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)的智能計(jì)算機(jī)，可以大大解放文檔報(bào)表處理工作，而且以往依靠人的經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)排產(chǎn)、預(yù)算、投資及決策都可以在歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)行結(jié)果報(bào)表中得到優(yōu)劣勢(shì)體現(xiàn)，用高速計(jì)算能力替代人腦的感性判斷。在數(shù)字化精益指標(biāo)的實(shí)踐過程中，每天輸出報(bào)表的結(jié)果可以關(guān)聯(lián)過程中的變化數(shù)據(jù)和輸入變化，找到清晰的邏輯性，浪費(fèi)能清晰浮出水面，給工廠創(chuàng)新價(jià)值帶來每天可以改善的良性PDCA循環(huán)，從產(chǎn)線上和管理崗位優(yōu)化出來的人工可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦纳七^程的實(shí)施人員，在生產(chǎn)力發(fā)展社會(huì)資源財(cái)富聚集的過程中，人只要積極適應(yīng)變化就能發(fā)揮其社會(huì)價(jià)值。

結(jié)語

從數(shù)字化精益制造系統(tǒng)模型運(yùn)行改善案例可看出，通過構(gòu)建數(shù)字模型，收集輸入輸出和過程的數(shù)據(jù)，借力在算法和算力上突破的人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的良性循環(huán)，能提升制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

延伸到整個(gè)社會(huì)層面，在問題和需求導(dǎo)向下，人工智能的發(fā)展將極大地改變社會(huì)生產(chǎn)力，解放體力勞動(dòng)，拓展腦力智力，創(chuàng)造更新適合人類的就業(yè)崗位。人工智能發(fā)展的V R、A R和M R技術(shù)，改變著人的工作、生活方式和邏輯思維，提升著整個(gè)社會(huì)運(yùn)行效率。

未來將是數(shù)字化虛擬世界和物理世界融合發(fā)展的階段，社會(huì)體系將在數(shù)字構(gòu)建下成為一個(gè)智能化系統(tǒng)，人工智能將驅(qū)動(dòng)混合現(xiàn)實(shí)，參與全部人類的工作和生活，幫助推動(dòng)人類文明的進(jìn)化。在這個(gè)文明進(jìn)化過程中，人類社會(huì)將形成以人為主導(dǎo)，人和智能機(jī)器長(zhǎng)期合作共存、密不可分的局面。