工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域同質(zhì)化頑疾
十四五規(guī)劃中，有三次提到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。無(wú)論是各地政府的產(chǎn)業(yè)政策利好頻出，還是風(fēng)險(xiǎn)投資的活躍重視程度，都能感受到這個(gè)領(lǐng)域在蓬勃發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已是推動(dòng)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎。
截至2020年6月的不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)國(guó)內(nèi)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)有600余個(gè)，具備行業(yè)、區(qū)域影響力的超過(guò)70個(gè)，各家平臺(tái)百舸爭(zhēng)流，在初步完成了市場(chǎng)的粗放建設(shè)期后，真正考驗(yàn)這些平臺(tái)的是應(yīng)用和內(nèi)容。但普遍存在的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)象是平臺(tái)同質(zhì)化嚴(yán)重且缺乏有價(jià)值的應(yīng)用支撐，而以物聯(lián)呈現(xiàn)、圖像識(shí)別、聲音識(shí)別、視頻識(shí)別或數(shù)字駕駛艙（往往以大屏幕顯示）最為典型。
怎樣才能令一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)脫穎而出體現(xiàn)差異化價(jià)值？對(duì)垂直細(xì)分場(chǎng)景的理解和相應(yīng)業(yè)務(wù)問(wèn)題的解決能力將是一個(gè)重要的方向，因?yàn)闄C(jī)理模型一直是各個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)爭(zhēng)相合作的稀缺資源。
掌握工藝機(jī)理，揭開(kāi)制造本質(zhì)
機(jī)理模型廣泛地存在于生產(chǎn)制造之中。以等離子噴涂為例，汽車、飛機(jī)、3C及黑白家電企業(yè)制造過(guò)程中都離不開(kāi)它。這是產(chǎn)品外殼噴涂金屬的典型工藝，通常以流水線連續(xù)生產(chǎn)模式為主。雖然當(dāng)前自動(dòng)化程度已經(jīng)很高，但這種工藝依然還會(huì)在噴涂凝結(jié)成形或出廠后，出現(xiàn)起云起斑、粉化等質(zhì)量現(xiàn)象。導(dǎo)致產(chǎn)品輕則需要進(jìn)行修補(bǔ)，重則要批量召回。
該如何理解這些質(zhì)量問(wèn)題的成因呢？
噴涂質(zhì)量好不好，關(guān)鍵取決于金屬漆在被噴涂并附著于產(chǎn)品表面后所形成涂層所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)結(jié)果指標(biāo)：孔隙率和殘余應(yīng)力。
然而，這只是一種結(jié)果。等離子噴涂工藝是一種子成形過(guò)程相互依賴、多個(gè)工藝參數(shù)相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜過(guò)程。電流、送粉速度、熔射距離、掃描間距和掃描速度等，都是參與到成形過(guò)程中的關(guān)鍵控制因素并直接影響最終結(jié)果，具有明確的根因關(guān)系和可解釋性。
這樣的機(jī)理模型能夠很好的構(gòu)建根因關(guān)系，幫助工廠快速形成數(shù)字化工藝畫像，從而快速定位引起噴涂質(zhì)量問(wèn)題的根源。它的沉淀過(guò)程成本高昂，需要來(lái)自大量實(shí)驗(yàn)和一線工程經(jīng)驗(yàn)反復(fù)融合的結(jié)果，是工藝經(jīng)驗(yàn)的寶貴傳承。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程的低樣本環(huán)境下，不太可能通過(guò)大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練而完成。
焊接工藝是另外一種重要基礎(chǔ)工藝，廣泛應(yīng)用于船舶、汽車、軌道交通、重工機(jī)械、航空航天、家電等。焊接過(guò)程是一個(gè)瞬時(shí)動(dòng)態(tài)非平衡過(guò)程，焊縫成形質(zhì)量受各種因素動(dòng)態(tài)影響，使得質(zhì)量控制變得極為復(fù)雜。這對(duì)焊工的操作其實(shí)提出了很高要求，很多過(guò)程的控制完全超出了人的敏感度。
由于焊接過(guò)程中火花四濺，業(yè)界普遍使用紅外圖像等昂貴設(shè)備進(jìn)行熔池觀察以對(duì)缺陷特征有所發(fā)現(xiàn)，而且質(zhì)量問(wèn)題（斷焊、虛焊、漏焊等）更多的時(shí)候還需要等待材質(zhì)在最終冷卻凝結(jié)后，使用探傷設(shè)備進(jìn)行深層次質(zhì)量的發(fā)現(xiàn)，可是這些傳統(tǒng)手段，依然只是發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題和挑揀出了次品，卻無(wú)法解釋質(zhì)量問(wèn)題的成因。
以氣保焊機(jī)理模型就可以一探端倪，在焊槍與金屬材質(zhì)發(fā)生加工作用的一瞬間，邊界條件和過(guò)程動(dòng)態(tài)影響因素，最多可以達(dá)到20種以上。
圖1氣保焊的影響機(jī)理
只有有效梳理后的機(jī)理模型，才能在焊接過(guò)程中，直接捕捉到焊縫質(zhì)量問(wèn)題，而不是事后再進(jìn)行檢測(cè)。要實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)質(zhì)量，就需要這種稀缺性、高技術(shù)價(jià)值的機(jī)理模型。
工藝智能一根針戳破天
最近幾年，制造業(yè)對(duì)人工智能技術(shù)多有排斥，因?yàn)槿斯ぶ悄艿牟豢山忉屝宰屓祟H為頭疼。幾乎所有的人工智能都是利用大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)標(biāo)注的方法來(lái)讓系統(tǒng)學(xué)會(huì)處理相關(guān)信息。但如果過(guò)分依賴AI，就意味著有可能出現(xiàn)AI系統(tǒng)無(wú)法控制或者不知道該采取什么行為的問(wèn)題，讓工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)落入不可預(yù)測(cè)性的控制恐慌。
機(jī)理模型的可解釋性，正是制造業(yè)企業(yè)愿意傾聽(tīng)的故事。但機(jī)理模型的表達(dá)往往很難快速找到一個(gè)明確的公式或函數(shù)。如果可以通過(guò)AI工具找到表達(dá)規(guī)律的形式，兩者的結(jié)合就可以使得工藝智能從后臺(tái)走向前臺(tái)，有效地應(yīng)用于傳統(tǒng)制造。
在大型船舶發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的情形是：焊接占據(jù)日常生產(chǎn)工作的70%，大量使用外包工人，人員能力參差不齊。工廠通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES下發(fā)工單到焊接工位對(duì)相應(yīng)構(gòu)件進(jìn)行焊接，工人在接受訂單之后啟動(dòng)機(jī)器干活。隨后，由于工人操作的規(guī)范性、加工設(shè)備的微觀工藝進(jìn)程以及各類擾動(dòng)情況的出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始與信息化系統(tǒng)失去了聯(lián)系。最重要的過(guò)程環(huán)節(jié)變成了一個(gè)黑箱。在質(zhì)檢環(huán)節(jié)中，需要將各個(gè)構(gòu)件吊裝至專門的質(zhì)檢車間。采用各類無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，剔除和修復(fù)質(zhì)量不合格的構(gòu)件，以防被裝配的成品導(dǎo)致運(yùn)行隱患。然而，當(dāng)發(fā)現(xiàn)深層次的焊接質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，與焊接行為本身通常已經(jīng)脫鉤了3至15天左右。這種次品很難追溯原因，更不要說(shuō)如何改進(jìn)。最后，往往就會(huì)導(dǎo)致2至3個(gè)月的交貨延誤，形成較大的損失。而且，下一個(gè)批次的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)可能又是舊故事再次循環(huán)。
工藝智能的引入，讓這一切得到了有效解決。利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各類融合技術(shù)，以不低于1000hz的頻率進(jìn)行各類工藝參數(shù)的高頻采集.然后基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行快速存儲(chǔ)，根據(jù)材質(zhì)特性，以極高的頻率快速調(diào)用后端封裝好的具體機(jī)理算法進(jìn)行分析。這樣，就可以實(shí)時(shí)對(duì)焊縫按質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)給出風(fēng)險(xiǎn)分類和缺陷位置定位，從而使得質(zhì)量問(wèn)題在焊接單元之中即刻解決。
可以看到，工藝智能可以讓事后質(zhì)量檢測(cè)走向?qū)崟r(shí)在線的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。這是一種質(zhì)量管理模式的根本性變化，從而可以用很低的成本，更早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少材料浪費(fèi)消耗等。
對(duì)于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高度穩(wěn)定自動(dòng)化的批量制造的汽車產(chǎn)線，工藝智能同樣有著很高的價(jià)值。
焊接和噴涂均是汽車制造的四大核心制造工藝，一條產(chǎn)線上集成了眾多數(shù)量的機(jī)器人，少則十幾臺(tái)，多則數(shù)十臺(tái)。機(jī)器的健康程度，是在逐漸發(fā)生細(xì)微的變化。當(dāng)某個(gè)機(jī)器人的行為姿態(tài)以及信號(hào)輸出導(dǎo)致了公差，在多臺(tái)機(jī)器人的協(xié)作情況下，有可能形成更大的公差累計(jì)，導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品具有很大的質(zhì)量隱患，而這種隱患往往無(wú)法立刻能肉眼發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在普遍的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，是以產(chǎn)線末端的人工抽檢為主，如想實(shí)現(xiàn)更高的檢測(cè)率，需要投入更多的人力成本。一條穩(wěn)定生產(chǎn)的產(chǎn)線也許一年發(fā)生不了幾次質(zhì)量事故。但哪怕發(fā)生一次，都意味著重要的批次性質(zhì)量事故或召回事件，損失慘重。
工藝智能，以超高的頻率開(kāi)始登場(chǎng)了。如果是電阻電焊，采樣頻率甚至需要提高到每秒1.5萬(wàn)次以上。它通過(guò)高速數(shù)據(jù)采集和成形監(jiān)測(cè)，快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并干預(yù)，讓損失減少至一個(gè)最小生產(chǎn)批次內(nèi)。
再說(shuō)說(shuō)產(chǎn)線的換線問(wèn)題，產(chǎn)線會(huì)因生產(chǎn)不同的車型而適應(yīng)性調(diào)整。如果是一條白車身的焊裝線，焊點(diǎn)高達(dá)6000個(gè)，每個(gè)焊點(diǎn)都在生產(chǎn)車型變化時(shí)由人工進(jìn)行最佳工藝參數(shù)的調(diào)試。調(diào)試的越快，意味著產(chǎn)線可以越早投入新的生產(chǎn)，產(chǎn)生價(jià)值。但過(guò)去的工藝調(diào)試，往往依賴于人的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)試效率因人而異。而通過(guò)工藝智能，則可以基于有效成形機(jī)理，在調(diào)試過(guò)程中參照并快速逼近最佳成形所需的工藝參數(shù)集，縮短調(diào)試時(shí)間就是重要的產(chǎn)能價(jià)值。
類似上述這樣的工藝質(zhì)量的拿手好戲，開(kāi)始零星上演。相比于傳統(tǒng)工業(yè)軟件大多偏信息管理性質(zhì)，工藝智能更加靠近設(shè)備執(zhí)行現(xiàn)狀，直面制造業(yè)所需要的降本、增效和提質(zhì)的核心需要。
小記：?jiǎn)拘殉了脑O(shè)備軍團(tuán)
再次以金屬加工設(shè)備為例，看看將有多少沉睡中的設(shè)備軍團(tuán)有待于被喚醒。
焊割技術(shù)作為裝備制造業(yè)核心技術(shù)之一，只要用到金屬材料加工的工業(yè)領(lǐng)域，就需要焊接與切割設(shè)備。
根據(jù)中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)、中國(guó)焊接協(xié)會(huì)等相關(guān)公開(kāi)數(shù)據(jù)推算，截止2019年底，僅中國(guó)市場(chǎng)上已存在的焊接機(jī)器人約為30萬(wàn)臺(tái)，半自動(dòng)和全自動(dòng)焊機(jī)年市場(chǎng)存量穩(wěn)定在1200萬(wàn)臺(tái)左右。
我國(guó)已經(jīng)發(fā)展成為全球焊接設(shè)備生產(chǎn)大國(guó)。根據(jù)我國(guó)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)電焊機(jī)分會(huì)年報(bào)數(shù)據(jù)，僅2018年各類電焊機(jī)總銷售量（56家協(xié)會(huì)成員企業(yè)）374萬(wàn)臺(tái)。
這些裝備，都是工藝智能大有用武之地的戰(zhàn)場(chǎng)。
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)百花齊放的混沌期和興奮期過(guò)后，只有具有深厚工業(yè)知識(shí)積累，厚積薄發(fā)，才能在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域一一喚醒那些沉睡的機(jī)器。
作者
崔斌：蘊(yùn)碩物聯(lián)技術(shù)（上海）有限公司創(chuàng)始人，中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)推進(jìn)方陣專家
夏衛(wèi)生：蘊(yùn)碩物聯(lián)首席工藝機(jī)理科學(xué)家，華中科技大學(xué)材料學(xué)院副教授，長(zhǎng)期研究材料工程
