本文來自微信公眾號“新工業(yè)網(wǎng)”，作者：天津光電聚能通信股份有限公司/李長宇。
1引言
工業(yè)元宇宙是新一代數(shù)字技術(shù)的重要組成部分，被視為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化提升的關(guān)鍵途徑，通過構(gòu)建基于大模型和Web3.0的工業(yè)元宇宙智能制造平臺，可以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)的全流程、全方位、全維度的數(shù)字化管理，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率、質(zhì)量、安全和可持續(xù)性，增強我國工業(yè)領(lǐng)域的國際競爭力和影響力。
2主要研究內(nèi)容
2.1面向智能制造的Web 3.0新型體系架構(gòu)
研究基于區(qū)塊鏈的身份管理、資產(chǎn)確權(quán)、資產(chǎn)流通、權(quán)益激勵、安全監(jiān)管等核心技術(shù)的內(nèi)在邏輯關(guān)系，構(gòu)建高效率、高可用、強安全、可監(jiān)管、可擴(kuò)展的Web 3.0體系架構(gòu)與前沿技術(shù)群，研發(fā)相應(yīng)的原型系統(tǒng)并在智能制造領(lǐng)域開展應(yīng)用驗證，提供員工身份注冊、數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化、智能控制、系統(tǒng)集成等智能制造服務(wù)。
重點研究內(nèi)容包括基于區(qū)塊鏈技術(shù)的Web 3.0新型體系架構(gòu)及前沿技術(shù)群和Web 3.0原型系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用驗證。
2.2工業(yè)智能制造全過程“大模型+”技術(shù)體系
面向工業(yè)智能制造全生命周期，設(shè)計并構(gòu)建以AI大模型為中心的工業(yè)控制體系。在設(shè)計環(huán)節(jié)引入AI大模型以提高自主設(shè)計、決策和任務(wù)執(zhí)行的能力。充分發(fā)掘大模型代理的零樣本和小樣本學(xué)習(xí)能力，從自然語言描述中匹配制造任務(wù)和工藝參數(shù)，實現(xiàn)任務(wù)設(shè)計和執(zhí)行的無縫銜接。在質(zhì)量監(jiān)控方面，基于因果科學(xué)和干預(yù)算法構(gòu)建增強型因果知識圖，以準(zhǔn)確定位質(zhì)量異常。借助因果知識圖作為外部知識對大模型進(jìn)行微調(diào)，強化質(zhì)量缺陷和影響因素之間的因果關(guān)系。突破工業(yè)智造中感知、學(xué)習(xí)和交互的瓶頸，為全流程提供可信指導(dǎo)和決策支持，形成高度智能化的“大模型+”技術(shù)體系。
2.3工業(yè)元宇宙智能制造平臺研發(fā)
結(jié)合工業(yè)智造的新型數(shù)字化轉(zhuǎn)型，利用VR技術(shù)、Web3.0等數(shù)智化途徑，實現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)制造的全方位升級。引入大模型技術(shù)體系，以實現(xiàn)對工業(yè)智能生產(chǎn)的深度集成與大規(guī)模融合計算，讓大模型實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)仿真，并通過虛擬仿真能力，產(chǎn)生優(yōu)化現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)的決策，推動工業(yè)智造的進(jìn)一步提高。同時，采用深度自學(xué)習(xí)技術(shù)，賦予平臺自我學(xué)習(xí)和自我優(yōu)化的能力，以便更準(zhǔn)確地預(yù)測和響應(yīng)工業(yè)安全和工業(yè)生產(chǎn)的各種情況。
3研究方法和工藝技術(shù)路線
3.1面向智能制造的Web 3.0新型體系架構(gòu)
通過模塊化分層機(jī)制研究Web 3.0前沿技術(shù)內(nèi)在聯(lián)系，對分布式數(shù)字身份管理機(jī)制、數(shù)字資產(chǎn)流通機(jī)制、權(quán)益激勵機(jī)制及資產(chǎn)安全監(jiān)管模型進(jìn)行模塊化構(gòu)建，形成結(jié)構(gòu)清晰、關(guān)聯(lián)緊密、邏輯自洽的Web 3.0新型體系架構(gòu)與前沿技術(shù)群；對Web 3.0智能制造應(yīng)用領(lǐng)域服務(wù)進(jìn)行細(xì)粒度需求劃分、服務(wù)流程分析，研發(fā)Web 3.0原型系統(tǒng)并在智能制造領(lǐng)域開展應(yīng)用驗證。采用的研究方案如下：
1）基于區(qū)塊鏈的Web 3.0新型體系架構(gòu)及前沿技術(shù)群
基于低耦合高聚合原則，研究數(shù)字身份管理—數(shù)字資產(chǎn)流通—資產(chǎn)安全管控等前沿技術(shù)間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，模塊化Web 3.0新型體系架構(gòu)，提出Web 3.0新型體系架構(gòu)模塊劃分機(jī)制，定義統(tǒng)一的模塊封裝方法，建立模塊的層次結(jié)構(gòu)及調(diào)用關(guān)系，定義接口的調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)各子系統(tǒng)或各功能模塊間的互操作。
Web 3.0新型體系架構(gòu)包含分布式身份管理、資產(chǎn)流通、權(quán)益激勵和安全防護(hù)等基本功能模塊，將擴(kuò)展功能以微服務(wù)的方式進(jìn)行即插即用的熱部署，支持更豐富、個性化的功能擴(kuò)展；Web 3.0新型體系架構(gòu)具有并發(fā)處理能力，通過合理使用緩存機(jī)制和分布式數(shù)據(jù)存儲提高數(shù)據(jù)讀寫性能，建立有效的監(jiān)測和調(diào)優(yōu)機(jī)制，實現(xiàn)較高的響應(yīng)速度和資源利用率。融合可信評估技術(shù)，從技術(shù)先進(jìn)可靠、數(shù)據(jù)安全可控、應(yīng)用穩(wěn)定可靠等維度來分析和評估Web 3.0新型體系架構(gòu)及前沿技術(shù)群的安全性和可信性，建立Web 3.0新型體系架構(gòu)。
2）Web 3.0原型系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用驗證
針對Web 3.0原型系統(tǒng)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用需求，在基于其他課題所提出的關(guān)鍵技術(shù)上建立完善的Web 3.0新型體系架構(gòu)。以Web 3.0作為存儲、流通、驗證、確權(quán)、激勵等核心功能的基礎(chǔ)平臺，結(jié)合各類隱私保護(hù)、攻擊檢測與監(jiān)管等安全防御技術(shù)，設(shè)計工業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化、智能控制、系統(tǒng)集成等各類工業(yè)生產(chǎn)的支撐技術(shù)模塊，最終打造可持續(xù)健康發(fā)展的Web 3.0工業(yè)生產(chǎn)可信系統(tǒng)平臺，營造個性化的新型智能制造環(huán)境。
在Web 3.0基礎(chǔ)平臺上進(jìn)行定制開發(fā)的過程中，通過API接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈上化、智能合約編寫、資產(chǎn)流通、身份驗證以及數(shù)字資產(chǎn)交易等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。信息模塊將擔(dān)任數(shù)據(jù)中介的角色，實現(xiàn)用戶身份的分布式創(chuàng)建和認(rèn)證，并對用戶信息數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取和合法性篩選等。交互模塊和智能模塊針對服務(wù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運算，并通過API接口促成鏈上內(nèi)容與鏈下用戶的可視化交互。原型系統(tǒng)具體構(gòu)造如圖3所示：
a、API接口：連通Web 3.0新型體系架構(gòu)的基礎(chǔ)層、用戶層、數(shù)字資產(chǎn)層和激勵層，并接入智能制造系統(tǒng)日常運作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)日志和各類交易、創(chuàng)作、生產(chǎn)等相關(guān)流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。將開發(fā)者構(gòu)造的服務(wù)規(guī)則（智能合約腳本）上鏈并自動化執(zhí)行。
b、服務(wù)支撐建設(shè)：為滿足智能制造服務(wù)的生產(chǎn)規(guī)劃、質(zhì)量評估、可信交易等功能，提供從服務(wù)研發(fā)、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)運行全鏈路的基礎(chǔ)支撐。交互模塊為開發(fā)者提供頁面框架和分布式跨平臺通用框架，為用戶提供表單處理功能和實時數(shù)據(jù)流功能，滿足鏈上鏈下的數(shù)據(jù)交互需求（資產(chǎn)流通、創(chuàng)作上鏈、鏈上交易等功能），并為智能制造過程提供實時可信的通信功能。信息模塊接通用戶層的去中心化多重身份驗證，實現(xiàn)去中心化的分布式驗證，讀取園區(qū)工廠信息，并依據(jù)園區(qū)歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建相應(yīng)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。智能模塊可篩選數(shù)據(jù)內(nèi)容，并結(jié)合人工智能模型實現(xiàn)管理人員/員工偏好分析、技術(shù)產(chǎn)品推薦等功能，從而實現(xiàn)精確、可靠的智慧推送服務(wù)，實現(xiàn)智能制造領(lǐng)域的各類需求。
c、服務(wù)建設(shè)：依托服務(wù)支撐的各類技術(shù)，為用戶提供完善的生產(chǎn)規(guī)劃、可信交易、質(zhì)量評估、智能控制等，實現(xiàn)線上線下創(chuàng)作內(nèi)容可追溯、可確權(quán)、可流通且可信度有保證，營造個性化、強智能、深度文化體驗的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。
d、客戶端：將服務(wù)部署到移動端和PC端，實現(xiàn)跨平臺的數(shù)據(jù)展示，實現(xiàn)服務(wù)和管理的便利性。
3.2工業(yè)智能制造全過程“大模型+”技術(shù)體系
依托工業(yè)元宇宙安全保障體系，構(gòu)建以AI大模型為中心的工業(yè)控制體系，圍繞工業(yè)智能制造全生命周期，實現(xiàn)與人類及其所處環(huán)境進(jìn)行的以目標(biāo)為導(dǎo)向的交互，突破制造場景中各個環(huán)節(jié)的感知、學(xué)習(xí)和交互的能力瓶頸。采用的研究方案如下：
1）大模型賦能的產(chǎn)品自主研發(fā)機(jī)制
在研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)，引入AI大模型進(jìn)行產(chǎn)品的自主設(shè)計、決策和任務(wù)執(zhí)行。首先利用大模型代理的零樣本和小樣本學(xué)習(xí)能力，從自然語言描述中提取特定的制造任務(wù)及其相關(guān)的工藝參數(shù)；然后，大模型根據(jù)確定的制造任務(wù)設(shè)置制造場景，選擇合適的終端執(zhí)行器，按照指示完成相應(yīng)的制造任務(wù)?；诖竽Ｐ偷膄ew-shot和CoT提示，將任務(wù)程序轉(zhuǎn)換為代理提示機(jī)制，促成代理、任務(wù)設(shè)計和執(zhí)行能力三者的無縫集成。采用自上而下和自下而上的雙重提示技術(shù)來激活大模型代理，自上而下的策略將復(fù)雜的任務(wù)分解為更簡單的子任務(wù)，自下而上的策略則通過增量添加細(xì)節(jié)和約束來細(xì)化提示。這種雙重方法允許根據(jù)復(fù)雜的制造細(xì)節(jié)制定和完善提示策略。
2）因果知識指導(dǎo)的大模型質(zhì)量監(jiān)控方法
在質(zhì)量監(jiān)控環(huán)節(jié)，過程內(nèi)部和過程之間存在多種類型的質(zhì)量缺陷和影響因素，因此，強化質(zhì)量缺陷和影響因素之間的模糊因果數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確定位質(zhì)量異常的關(guān)鍵所在。為了使大模型更可靠地遵循指令以適應(yīng)復(fù)雜的因果推理，擬基于因果知識圖對大模型進(jìn)行微調(diào)。首先從產(chǎn)品缺陷調(diào)查表、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、維修報告中提取質(zhì)量問題與影響因素的因果關(guān)聯(lián)對，基于因果科學(xué)和干預(yù)算法來消除偽相關(guān)因素，構(gòu)建出一個增強型的因果知識圖。然后根據(jù)因果知識圖譜中的實體和關(guān)系構(gòu)建一個質(zhì)量相關(guān)的提示數(shù)據(jù)集（包含多輪對話的輸入和輸出），將其作為額外的語料，對開源的LLM基礎(chǔ)模型進(jìn)行微調(diào)，最終得到一個因果知識圖指導(dǎo)后的大模型，能夠根據(jù)輸入的質(zhì)量缺陷描述，利用因果知識圖中的因果關(guān)系，生成合理且可靠的回應(yīng)。
3）AI大模型工業(yè)過程控制架構(gòu)
結(jié)合以上兩方面研究內(nèi)容，構(gòu)建一個以AI大模型為核心的工業(yè)控制體系架構(gòu)。通過引入AI大模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計與決策，并利用其在質(zhì)量監(jiān)控與異常處理方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)與人類及其所處環(huán)境的目標(biāo)導(dǎo)向交互。
該工業(yè)控制體系旨在突破制造場景中各個環(huán)節(jié)的感知、學(xué)習(xí)和交互的能力瓶頸，從而實現(xiàn)工業(yè)智能制造在效率和質(zhì)量方面的智能化提升。
AI大模型可以為工業(yè)智能制造全流程提供可信指導(dǎo)和決策支持，形成“大模型+”技術(shù)體系。
3.3工業(yè)元宇宙智能制造平臺研發(fā)
1)智慧園區(qū)安全平臺研發(fā)
通過大模型系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)智慧園區(qū)安全管理的全流程智能化，依托設(shè)計完整的大模型，實現(xiàn)全體系信息互聯(lián)互通和智能化決策，從而提升工業(yè)園區(qū)管理的效率和質(zhì)量。智慧園區(qū)是一個涉及多種技術(shù)、應(yīng)用于多個領(lǐng)域、服務(wù)于多個對象的多維立體的綜合系統(tǒng)。
針對每一場景的應(yīng)用環(huán)節(jié)，使用上述大模型技術(shù)體系，優(yōu)化生產(chǎn)管理活動，產(chǎn)生輔助決策，達(dá)到提高全生命周期效率的效果。具體實施效果如下：
a、提升園區(qū)安全管理水平：通過實時監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)和處理各種安全事件，這不僅能有效減少安全事故的發(fā)生，還能提高安全的整體管理水平。
b、降低維護(hù)運營成本：傳統(tǒng)的安全管理系統(tǒng)需要大量的人力物力投入，包括安保人員的巡邏、設(shè)備的定期維護(hù)等。而智慧大模型系統(tǒng)通過集成化、智能化的管理方式，可以大幅降低這些成本。
c、增強安全防范能力：智慧大模型系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，可以對廠區(qū)的安全狀況進(jìn)行深度挖掘和預(yù)測。不僅可以幫助企業(yè)提前掌握潛在的安全隱患，還能為企業(yè)的安全管理提供決策支持，從而進(jìn)一步提升安全防范能力。
2）工業(yè)產(chǎn)線智能制造平臺研發(fā)
通過大模型系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)工業(yè)元宇宙智能制造平臺的全流程智能化，依托設(shè)計完整的工業(yè)大模型，實現(xiàn)全體系信息互聯(lián)互通和智能化決策，從而提升工業(yè)制造的效率和質(zhì)量。通過設(shè)計可信的外部接口對接市場數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)和售后數(shù)據(jù)，完成各環(huán)節(jié)的智能化過程；通過設(shè)計工業(yè)大模型結(jié)構(gòu)，牽引和驅(qū)動高層決策對底層數(shù)據(jù)的主動抓取；通過設(shè)計去中心化的決策系統(tǒng)，完成全流程的智能化決策。
工業(yè)元宇宙智能制造平臺涵蓋工業(yè)活動的四大生命流程：研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、營銷銷售、售后服務(wù)。
針對每一流程環(huán)節(jié)，使用上述大模型技術(shù)體系，優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)活動，產(chǎn)生輔助決策，達(dá)到提高全生命周期效率的效果。具體實施方式如下：
a、研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)：核心是創(chuàng)新和設(shè)計，包括了從產(chǎn)品概念、設(shè)計、原型測試到產(chǎn)品開發(fā)的所有步驟，包括市場調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計、原型測試。
b、生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)：核心是生產(chǎn)和質(zhì)量控制，包括了從供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)流程控制到產(chǎn)品質(zhì)量檢測的所有步驟。
c、營銷銷售環(huán)節(jié)：核心是銷售和市場推廣，包括了從市場策略制定、產(chǎn)品推廣到銷售服務(wù)的所有步驟。
d、售后服務(wù)環(huán)節(jié)：核心是客戶服務(wù)和產(chǎn)品維護(hù)，包括了從售后支持、產(chǎn)品維修到客戶反饋的所有步驟。
4結(jié)論
通過構(gòu)建面向智能制造的Web 3.0新型體系架構(gòu)，形成工業(yè)智能制造全過程“大模型+”技術(shù)體系，完成web3.0安全產(chǎn)品、工業(yè)園區(qū)虛擬仿真系統(tǒng)組件、工業(yè)安全攻擊和防護(hù)系統(tǒng)、元宇宙場景演示系統(tǒng)和工業(yè)智能控制平臺等系列產(chǎn)品開發(fā)，最終實現(xiàn)一套工業(yè)元宇宙智能制造平臺。
