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智能中控系统雾小脑:为智能工厂装上真正的“大脑”

2019-01-05 鸿桥文化传播中心


核心雾计算智能中控系统实验室研发团队

不久前新开馆的“大潮起珠江——广东改革开放40周年展览”中,富士康展出了一件完全自主知识产权的智能中控系统——雾小脑。
智能制造是全球制造业的发展方向和趋势。近年来富士康建设了6座无人化智能工厂,其中最大的特点是开发出了具有完全自主知识产权的智能中控系统——雾小脑。
雾小脑,采用国产芯片、开源操作系统,通过数据采集、建立模型,将富士康生产现场工程师多年的经验技术转换成具有自我学习功能的人工智能算法,来实现无人工厂的智能化实时控制。雾小脑是工业互联网的核心,也是连接富士康工业互联网平台BEACON云平台与智能制造工厂的枢纽。
与普通消费级互联网相比,雾小脑的中控系统具有更强大的计算能力。消费者(普通IOT)互联网,比如阿里巴巴等,采用的是云计算模式,将数据上传到服务器,计算、决策对比再反馈回来,时间大概需要数秒,如果是比较复杂的计算,时间可能会达到分钟级,无法达到工业生产需要的实时反馈(微秒级)需求。
为了在计算能力和实时传输之间达到一个平衡,富士康核心雾计算智能中控系统实验室想出了一个方案,把多个设备终端连接到一个本地化的中央服务器上面,之后在信息采集、分析的基础上对生产过程进行集中优化管理,这样不仅节省了传输与计算时间,同时也使生产过程中的每一个步骤无缝连接,每一个工艺都得到改善,而这个本地化、具有强大计算能力的中央服务器,就是雾小脑。


张敬东博士

缘起:开发真正的工厂“大脑”
降本提效一直是所有企业在做的,也是富士康一直以来的追求。集团核心雾计算智能中控系统实验室设想通过对高端制造设备集中优化管理,达到降本提效的目的。他们将这个思路报给总裁,总裁和工业互联网股份有限公司副董事长李杰教授一起讨论后认为,富士康有专门研究做云计算的BEACON团队,他们可以通过复杂的计算,做出智能的决策,有能力将富士康全球的管理系统结合在一起,成为工厂真正意义上的“大脑”。于是雾小脑团队与FG次集团展开合作,核心雾计算智能中控系统实验室开发软件,FG次集团提供CPU、主板到整机组装的硬件支持,软硬结合,同时为集团实现无人工厂、降本提效目标而努力。
据核心雾计算智能中控系统实验室张敬东博士介绍:5月11号,总裁指示FG次集团和C次集团一起联合研发雾小脑,到现在将近有半年的时间,这近半年的时间主要花在了让程序学习分析产线上面的数据,再从千丝万缕的数据当中,建立有意义的数据模型。当然最终的结果证明了,现在的智能算法可以对一些生产工艺进行学习,对超精密生产过程进行实时监控。比如,第一,实现了数据可视化。以前的工厂事务全是靠眼睛去看,现在已经可以在电脑上面,用相机、数据、图表等方式呈现,让人可以不用到现场去看、去听就能完成工作。第二,实现了一些简单数据的建模,工程师、操作人员可以更直观地看到每个工艺对应的控制参数。第三,可以在一些比较简单的工作状况下面,对产品进行缺陷检测、智能分析、过程控制、工艺管理。
对比电脑操作,人的操作是很慢的,要实现产能的突破,必须要把人在中间进行传递的因素减掉,然后才能实现提高效率。6月份的时候,雾小脑就已经可以把人在中间操作传递的过程省略掉,实现整个产品简单自动化的过程。人一减下来,犯错的几率降低了,效率就上去了,人力成本也得到了控制。6月到9月三个月时间,他们在雾小脑上研究开发了4到5种人工智能的学习算法,并进行了实际应用。在刀具的智能主轴、加工刀具的智能模床、注塑成型加工、焊接工艺等方面实现了精密的检测、控制模床系统、自动组装和一些人工智能的学习算法等。9月,因为人工智能和超精密加工的刀具自动化过程以及中间的算法,集团ST基准精密被认定为国家智能制造示范基地、广东省人工智能制造示范基地,这一成果也代表雾小脑在智能制造行业、人工机器学习方面在中国走在了前面,成为了被其他企业学习的典范。


雾小脑

技术:再不用被人卡住脖子
张博士的研发团队分为四个部分,智能传感器:把设备运行时产生的数据信息实时收集起来,这个功能光靠过去独立的设备是不可能实现的,所以他们必须先研发出先进的、性价比较好的传感器,以方便后续的数据采集、分析和人工智能学习。
视频图像收集:通过8K显示技术对生产过程进行监控,也是为后续分析和人工智能学习收集数据。小到不良品成因分析,大到整个工厂进料、生产、出货实时监控,整体把控。
工业大数据分析:数据采集上来了,怎样分析、建模、储存保管?有没有把历史数据进行关联统计分析?这些都要通过数学建模等方法进行分析。
人工智能监控:数据已经采集分析了,高清视频图像也有了,要实现无人化就可以用人工智能的办法自动化检测产品的不良,再对应到整个工厂的质量检测系统、供应链系统,安排整条产线从生产到出货的路线,最后呈现在管理者面前的将是一个条理清晰,方便管理的生产系统。
雾小脑的核心技术是人工智能机器学习的算法软件,它的芯片主板只是硬件上面优化的一个考虑而已。雾小脑使用的系统是在开放式的开源代码系统上进行研发,再针对集团实际生产需要定制开发的国产自制控制系统。张敬东博士表示,开发一个操作系统凭借一两家公司是没有这么大的人力物力的,需要国家层面的助力,如果出现中国的操作系统,再移植到雾小脑上就是真正的国产化,现在这样只能说我们控制程度更高了,不像中兴一样会被别人卡住关键技术,人家不给用,工厂就得停掉了。
软件研发出来,自然要进行广泛的安全性、稳定性等测试,工业软件庞大的计算量对硬件要求极高,幸好得到了FG次集团的大力支持,目前已初步完成了对雾小脑操作系统安全稳定运行的测试和优化。


张博士(左)与同仁商讨工作

前景:对内提质增效、对外兼济中小企业
过去40年,整个珠江三角洲制造业积累了大量旧硬件、生产线、生产工艺,放弃这些是巨大的浪费,但整个行业从传统制造转型到智能制造,很多硬件与工艺却又无法胜任。大部分中小企业既不能完全丢掉旧有设备,也无力购买价格昂贵的新设备,那么引入被灌注了40年生产制造经验的雾小脑,也许将会是个不错的选择。
相较于国外进口的整装超精密制造设备,雾小脑可以根据企业的生产特色,只需在自身CPU上安装指定软件、配置配套的硬件设备,就可以帮助设备提升生产性能,收集在生产过程中的数据,再通过人工智能学习后,为生产提供更优良的解决方案。
此前国家工信部到集团参观时就表示:目前很多公司没有在中国现有的产业基础上去思考怎样升级,动不动就提出一些高大上的口号,却根本没有考虑到很多企业是否具备相应的技术条件,就算研究出来的方案也没有办法大规模复制。富士康研发的雾小脑可以普惠到大量的中小企业,帮助他们渐进式地升级改造,对整个制造产业升级将有很大的帮助。
“我国制造行业与国际同行的差距,不可能靠一两家公司就追得上,这还需要靠国家整体的提升。但在整体提升前,一些大企业还是可以凭借自身实力,做一些力所能及的探索,就像我们开发雾小脑,它至少能为富士康的转型多争取一点生存空间,也能给部分中小企业带来希望,我们的雾小脑相当于就是找到了这样一个突破点。”张博士介绍。
虽然获得了国家工信部的认可,被评为国家智能制造示范基地,广东省人工智能示范基地,核心雾计算智能中控系统实验室仍在努力,“我们现在正在争取国家产业创新中心,如果申请成功的话,就意味着富士康的工业互联网思路和转型是得到国家认可的。用这种方式来把富士康40年的生产经验变成智造升级服务,不管是提供技术咨询,还是直接卖软硬件,都可以为中小企业提供一些帮助,通过新系统的加持,不用丢掉以前的旧有设备,而是通过改进旧有的设备硬件,就能够提高自身效能。
张博士说:“明年雾小脑可以至少到外面一两百家中小企业进行经营示范,看看他们使用雾小脑后有什么反馈。再进行新的技术更新,后年可能就是一两千家了,这样慢慢地拓展开。因为富士康的工业制造经验是无与伦比的,将设备卖或租给缺乏创新力的中小企业,帮助他们提质增效,对中小企业的降本减存来说是一个可以看得见摸得着的方法。等中小企业通过雾小脑研发成功新的具体应用之后,就会看到这个对他们的帮助,我们也就真正能够从内部性能改造时的独善其身,做到最后帮助大家的兼济天下了。”
荣光:参展广东改革开放40周年展览、推进制造强国
富士康是广东省制造业发展的一个缩影,从传统的来料加工,到精密制造,逐步上升到做光学模组、精密光学件等,再到现在的无人工厂、工业互联网平台建设,代表了广东制造业从过去的劳动密集型一步步发展为现在的知识密集型的整个转型过程。作为工业互联网的核心,连接富士康BEACON云平台与智能制造工厂的枢纽——雾小脑能代表富士康参加广东改革开放40周年展览,也正缘于此。
作为一个开放式的智能中控系统,雾小脑是富士康云平台的核心,目前,搭配机器人、AGV小车、自动配料系统等硬件设备,已经在精密刀具加工、精密切削加工、精密注塑成型等智能工厂中得到广泛应用,成功实现了缺陷检测、故障预测及智能控制,确保了工厂的自主决策及无忧生产。
未来,相信富士康会以此为基础,利用自身科技实力,赋能中国中小企业进行改造升级,共同推进我国制造强国发展。

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