“人工智能制造”产业发展研究报告概念、趋势与互联网赋能机会2018年6月目录“人工智能制造”的现状“人工智能制造”的概念 互联网助力“人工智能制造”“人工智能制造”的影响010203 040506 “人工智能制造”政策借鉴加快推进 “人工智能制造”对策建议“人工智能制造”的概念什么是人工智能什么是“人工智能制造”人工智能如何“”制造01为什么要研究“人工智能制造”工业困局信息革命 发达国家产业空心化，赚了利润但丢了就业，且贸易逆差 发展中国家产业低值化，赚了收入和就业，但丢了利润和环境 算据大数据 算力云边缘计算 算法深度神经网络信息技术的发展，对各行各业效率提升提供了可能 英国高价值制造、人工智能发展计划 美国先进制造、工业互联网、制造业回流 德国工业4.0 日本机器人新战略、工业价值链、社会5.0 中国中国制造2025、新一代人工智能规划概念三问问题1什么是人工智能波士顿动力的自主机器狗DeepMind的围棋阿法狗本田的人行机器人ASIMO DeepMind模拟老鼠网格细胞的定位与导航历史理论专家系统符号主义（逻辑）联结主义（仿生）行为主义（控制）当前大数据深度学习 深度神经网络 大规模、无监督、多层次 非结构数据处理突破（图像、语音）算法突破算力飞跃 互联网50亿连接，积累了海量数据（主要是人） 物联网500亿连接，开启更大规模数据的来源机器、政府、生物、环境 CPU-GPU-TPU，计算速度和效率大幅提升 云边缘计算，低成本、海量计算资源 光刻等技术进一步发展，芯片越来越小，端处理能力持续提高算据激增 ImageNet大赛2014Google-22层2015MS-152层2016商汤-1207层错误率6.7-3.6-3.1年增长率472017年超10EB/月TPU速度15-30倍GPUGPU速度1-3倍CPU数据来源上图-Survey of neural networks in autonomous driving，Gustav von Zitzewitz，2017.7；中图-Google Cloud官网；下图-Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2016–2021 White Paper，Cisco未来小数据大任务当前“大数据、小任务” 海量数据 局部、特定问题（如计算下棋落子的位置） “暴力”计算 未来“小数据、大任务” 少量数据 全局问题独立闭环（如像人一样到场-落座-下棋-离场） “精确”计算问题2什么是“人工智能制造”“人工智能制造”简史历史专家系统辅助制造 20世纪60-80年代，根据“知识库”和“if-then”逻辑推理构建的“专家系统”，在矿藏勘测、污染物处理、太空舱任务控制等方面得到初步应用 专家系统实际上只是一定程度上实现了这些环节和流程的分析和自动化，对于错综复杂的现实问题只能提供有限的辅助参考当前深度学习优化制造 人工智能及相关技术融合应用，逐步实现对制造业各流程环节效率优化。主要由工业物联网采集各种生产数据，放到云计算资源中，通过深度学习算法处理后提供建议甚至自主优化未来人机融合协同制造 机器和人将重新磨合成新的相互配合、补充、协同工作的平衡关系。未来智能制造将以人为中心，统筹协调人、信息系统、和物理系统的综合集成大系统，即“人-信息-物理系统”（human-cyber-physical systems, HCPS）问题3人工智能如何“”制造“人工智能制造”魔方体系模型 技术范式 数字化可编程 网络化可协同 智能化可自主生产组织 工厂生产单元自主 企业企业各部门协同 生态供应链客群连接价值形态 产品人性化功能 制造人机协同生产 服务个性化服务“人工智能制造”的现状产业规模典型案例面临挑战02产业结构从单一链到嵌套网嵌套网单一链 物体数字体 物体与数字体映射，一个变另一个也变物流信息流 多个物体的变化形成物流，对应的数字体变化汇聚为信息流，通过洞察信息流通盘管理整个物流制造业信息业 两个产业融合，形成新的产品、生产组织方式、满足新的需求 AI实质是两化融合的高阶产业结构六大典型领域基础平台应用 制造业物联网制造云（公有） 制造业大数据及商业分析 制造业人工智能（算法）工业机器人智能工厂应用/解决方案DCS PLC MES ERP 产业规模1千亿到7千亿，连接/平台贡献大整体规模 2016年约为1.2千亿美元 2025年将超过7.2千亿美元 复合年均增长率预计可超过25具体组成 连接工业物联网4.7-14，增长近10 平台制造云、大数据和人工智能24-36，增长12。在互联网领域发展成熟的平台生态模式，将成为制造业智能化转型升级的重要选择数据来源MarketsandMarkets的Industrial Robotics、IIoT、Artificial Intelligence in Manufacturing、Smart Factory，以及IDC的public cloud services、Big Data and Business Analytics等研究报告数据整合分析六大细分领域特点领域 典型技术/产品 典型适用行业工业机器人 传统机器人仍然占据市场主体协作机器人将会呈现高速增长 金属和机械行业应用增速最显著；包装、物料处理和自动化机械工具等较多制造业物联网 广义包括基础-平台-应用-方案具体分为托管服务和专业服务 各子行业、全流程都将广泛适用制造云 IaaS/PaaS是未来主要增长 离散型由于环境分散、过程复杂，更需要制造业大数据及商业分析 非关系型数据存储和认知软件平台增长最强劲其他内容分析、搜索系统、IT和商业服务等 资产型制造（如机器装备，资产跟踪和管理）品牌型制造（如快消品，实时精准营销）技术型制造（如电子产品，供应链监测和管理）制造业人工智能 技术计算机视觉目前占比最大产品预测性维护和机械检查目前占比最大 主要应用于工序复杂的行业目前汽车行业人工智能技术应用最多智能工厂应用/解决方案 分布式控制系统（DCS）目前占最比最大。结合大数据和人工智能可有效实现预测性防护和优化制造执行系统（MES）预计未来增速最快。生产执行操作和管理，能够有效缩时、提产 汽车行业将占全球智能工厂市场最高份额，因新一代电动和智能汽车规模发展石油天然气工厂对安全性和可靠性需求日益增加，因此采用智能工厂预计会最高案例1研发设计，大幅降低不确定性成本基于卷积神经网络的新药研发（Atomwise） 【启示】【效果】快便宜（相比传统技术*） 节省一半早期药物筛选实验的数量 大大提高结果成功率【方案】超级计算机（IBM蓝色基因）独家算法（AtomNet） 学习分析学习已有数据库 发现数字化模拟药品研发过程，对基本的化学基团（如氢键、单键碳等）组合发掘新的有机化合物 测试分析化合物的成效关系 评估新药结构组成和风险*DOCK和Autodock-smina 研发设计环节，人工智能可基于海量数据建模分析，将原本高不确定性、高成本的实物研发、转变为低成本高效率的数字化自动研发对于制药、化工、材料等研发周期长、成本高、潜在数据丰富的行业，作用尤其明显【痛点】研发 慢贵 新药研发 各种不同化合物组合与测试 10-15年 5-10亿美元 一款新药研发成功 钥匙开门锁 配体有效结合蛋白质案例2生产制造，柔性生产满足个性需求基于个人数据分析的批量定制（adidas） 【启示】【效果】快个性化 节省时间18个月 - 1周，完成生产上架 成本不变，实现小规模、个性化定制【方案】迅捷工厂（Speed Factory）* 技术3D打印机器人手臂电脑针织 需求依靠云端收集顾客足型和运动数据 生产按照顾客的喜好选择配料和设计，并在库卡机器人手臂、电脑针织和人工辅助的共同协作下完成定制*2015年底在德国安斯巴赫（Ansbach）开设首家 生产制造环节，人工智能可针对消费者个性化需求数据，在保持与大规模生产同等、甚至更低成本的同时，提高生产的柔性生产制造系统越柔性，越能快速响应市场需求等关键因素的变化，尤其适合服饰、工艺品等与消费者体征或品味等需求相关性强的行业【痛点】同质竞争 - 价格战 - 低利润 传统生产 标准化 大批量 同质竞争 竞争差异化 个性化需求定制 高成本案例3质量管控，快速质检并保障质量基于视觉识别的质量检测（IBM） 【启示】【效果】快高质量成本节约 质检时间缩短80、产品质量缺陷减少7-10、节约重复性人工成本【方案】视觉洞察（Visual Insights）* 技术前台高清摄像头 后台Watson算法 建模Watson中央学习服务器通过训练不断识别合格和异常产品图像差异从而建模 分析判断摄像头捕捉产品组件在生产和组装过程中的图像，提供给Watson进行分析 检查人工检查员进行二次检查和确认*基于IBM物联网和人工智能平台（Watson）能力 质量管控环节，人工智能结合物联网和大数据技术，能够实现对产品质量的自动检测扩展到生产的全流程，从而不仅提高质检效率，甚至能指导工艺、流程等改善，提高整体良品率尤其适合材料、零配件、精密仪器等产量大、部件复杂、工艺要求高的行业【痛点】人工速度慢、误差多、成本高 传统质检 人工为主 精度有限 次品漏检 人工经验难量化，难以指导产线优化案例4供应管理，精准掌握供需变化提效能基于需求感知的库存动态调整（Tools Group） 【启示】【效果】快精准 有效减少50的预测误差、提高20的库存性能，并能有效优化库存分布【方案】端-端供应链优化组件SO99* 组件组成需求、计划和库存 需求预测基于贸易促销和媒体活动预测；基于新产品介绍预测；基于社交聆听预测；基于极端或复杂的季节性预测；基于气候数据预测 供应优化多级库存、计划生产等动态调整，最终实现采购和补货的半自动甚至全自动化*将机器学习引入供应链管理开发新软件 供应管理环节，人工智能在于建立更实时、精准匹配的供需关系。即通过掌握和预测需求动态变化，以进行更有效的供应链调整优化更适合于快消、零配件等市场需求变动较大、供应链较复杂的行业【痛点】供应链效率低、成本高 技术有限 - 需求预测不准 - 供应响应不足 导致库存管理成本提高 最终用户体验差案例5运营维护，提前预测和解决故障风险基于运营数据分析的预测性维护（Microsoft） 【启示】【效果】全天候节约 如电梯制造服务商thyssenkrupp，借此减少50电梯停运时间、节约15维护费用【方案】预测性维护* 技术物联网云计算机器学习 步骤确定预测目标和结果、明确数据源、获取及整合数据、建模、测试和迭代、现场操作验证、融入运营 功能设备或产品运营状态的实时监测和健康预警*Microsoft将其搭载在物联网平台上作为服务项 运营维护环节，人工智能在于对设备或产品的运行状态建立模型，找到与其运行状态强相关的先行指标，通过这些指标的变化、能够提前预测设备故障的风险，从而预防故障的发生对于设备或产品故障成本高的行业意义重大，比如装备、精密仪器等【痛点】故障事后处理，高成本 有限状态指标 缺乏预测模型 - 设备故障后处理 - 停机停产维修 - 高成本 面临挑战四个主要方面② 标准难落地 政府和机构已牵头在建各种标准 但不同线条的标准间仍存差异 更重要的是，当前制造业设备很多来自国外厂商，多厂家软硬件不兼容的情况多见，顶层设计的标准与复杂的现状一时难以匹配落地① 技术有缺口 缺关键自主技术（如芯片、核心装备部件、软件/算法等） 导致产业受制（如美国最新针对中国制造2025贸易战） 但关键技术、尤其是基础技术需要长期大量投入研发，短时难突破 ③ 管理模式旧 工业时代的大规模、标准化生产，造成制造企业管理仍然以金字塔、多层次、细分化为主 这种模式，组织末梢人员任务单一、弹性弱，难适应快速变动的市场 而人工智能的普及，更可能需要新的人机协同分工机制设计④ 资本投入少 近年来制造业普遍利润不高，投资回报率相对其他高新领域低，商业资本的关注度走低 而制造业的改造升级，又需要长期大量的资本投入，短期效益可能很难显现，资本投入就更偏谨慎“人工智能制造”的影响整体产业影响分类产业影响03人工智能对制造业影响的四个角度② 改变就业市场 结构性失业50*的现有工作可能被替代，制造业就业人口缩减 创造新职业/岗位针对机器的开发、管理、维护等岗位增加 人机赛跑的拐点就业数量绝对减少的拐点可能到来**① 提高生产效率 增效柔性生产、全天候生产 提质降低人为错误、持续工艺改善，提升成品率 降本重复性、危险性工作机器替人；生产废料、时间等成本节约 ③ 优化产业结构 淘汰大部分传统“非智能”产品，尤其是电子制品 改造部分产品被逐渐“注智”，变成新产业，如自动驾驶汽车 孕育新的智能产业，如算法公司④ 重构国际分工 削弱传统劳动力比较优势 工业强国向下游、工业大国向上游，争夺更多价值空间 地理上的国家国际分工，可能进一步形成新跨国平台间的竞争与合作*李开复50的工作将被AI取代，第48届世界经济论坛年会发言，新浪财经，2018年05月05日；**布林约尔松与机器赛跑，东西文库，2013年01月20日人工智能对不同制造业的影响差异比较行业类型 特征 典型行业 发展瓶颈 人工智能作用劳动密集型 低劳动力成本为核心竞争力 加工组装（家电、电子产品） 人工成本不断提高工人不稳定性影响品质 减少人工降低人工造成的品质不稳定资本密集型 固定成本占比高 材料（冶金、化工） 柔性化程度低不能满足定制需求 实现低成本定制化生产技术引领型 依靠技术进步获得竞争力 高新（生物医药、航空航天） 技术研发的风险、不可控和长周期 提高技术研发成功率缩短研发周期市场变动型 产品生命周期短 快消品（服装、食品） 难以准确预测市场走向 准确预测和快速响应市场互联网助力“人工智能制造”互联网助力的基础互联网助力的模式互联网助力的实践04互联网助力的五大基石连接 安全数据 算法云用户-产品 海量用户连接，可扩展为用户和产品/企业的连接 信息-物理 多年信息安全经验，将成为企业生产经营物理安全的保障需求-生产 基于海量用户连接洞察趋势，能帮助企业生产贴近需求 通用-专用 数据挖掘推动智能算法领先，能为企业直接调用和转化公有-私有 海量数据推动云计算建设领先，能有效转化为对企业的服务互联网助力的三种典型模式智能产品 智能服务 智能生产 由软到硬 算法嵌入产品 人工智能成产品功能 由硬到软 卖产品转向卖服务 销售变成智能运营 由外到内 从供需到生产 从通用深入专用智能模式1智能产品智能芯片智能组件智能产品 从应用需求出发 主导设计和开发更高性能的人工智能芯片 为产业提供更有效的算力支持 Google自主打造的张量处理单元（TPU），专为大规模机器学习定制 将算法API化对外开放 供企业调用并二次开发 借助生态推动智能产品落地百度针对无人驾驶推出阿波罗开放平台计划（Apollo） 基于自身人工智能技术/应用 直接生产相应软硬件一体化的人工智能产品 将此产品作为平台进一步发展 Amazon智能音箱echo，内嵌其人工智能语音助手alexa，语音对话就能够控制操作模式2智能服务C端（用户）功能即服务 狭义产品附加智能功能。比如在安全方面，通过脸部、声纹等识别解锁； 广义产品可提供的所有智能应用。需智能产品变成一个开放平台，使得各种开发方可开发和提供丰富的应用 B端（企业）洞察即服务 借助人工智能算法能够比较完整地勾勒出用户的画像和需求特征 一是售前营销实现更实时、精准的广告信息传递 二是售后维护对制造业产品的实时监测、管理和风险预警例Google专门为制造企业开发了制造商中心解决方案，为制造商的产品提供在Google全网的精准广告展示，有效帮助制造商提升在线转化率模式3智能生产横向通用平台基础设施 用云计算构建工业云平台，在此基础上提供人工智能算法能力 方式一自建，如阿里巴巴的ET工业大脑，自建并主导IaaS和PaaS层，在SaaS层引入工业软件等合作服务商；方式二合建，如腾讯与三一重工合作构建“根云”工业互联网平台 纵向垂直应用场景应用 针对具体制造企业的某一生产环节，利用软、硬件人工智能工具，提升该环节的生产效能。主要应用在 一是工艺优化即通过机器学习建立产品的健康模型，识别各制造环节参数对最终产品质量的影响，最终找到最佳生产工艺参数 二是智能质检即借助机器视觉识别，快速扫描产品质量，提高质检效率例三一重工的设备画像和操作优化腾讯实践“智慧 工业”典型案例① 工艺优化 ② 智能质检③ 预测性维保④ 工业互联网平台研发设计 生产制造 质量管控 供应管理 运营维护工业平台腾讯案例1工艺优化 - 亿纬锂能 数字化上云把产线上重要工序运行参数，实时接入工业物联网平台 参数学习建模利用深度学习筛选出电池质量的关键参数 实时计算与优化建议对各批次电池质量进行实时计算，及提供预警和建议新型锂电能源领先企业工艺 - 良品率 - 成本 - / 竞争力 - 83 - 1260万（极耳焊接工序不良率）成熟产品新产品（18650锂电池） （年节约成本）（21700锂电池） 1.5（标准化良率） 2（产能）腾讯案例2智能质检 - 华星光电 图像识别与训练采用图像识别技术，对华星光电生产线上产生的面板海量图片进行快速学习及训练 建模形成高准确度、能自主学习的新模型 自主质检实现全天候无间断、机器自主精准判片面板制造的龙头企业工序多 - 人多 - 人工质检不稳定、成本高88.9 1（分类识别准确率）15 ms/图（质检扫描效率） （预测综合性良率） - 60（预测人力）腾讯案例3预测性维保 - 三一重工 基于云的设备互联三一重工通过腾讯云把分布在全球各地的40万台设备接入平台 设备数据采集与监控实时采集1万多个运行参数，远程监控和管理设备群的运行 建模与预测对设备参数学习建模，实现对设备状态异常预警建议全球知名机械装备企业设备故障 设备租赁逾期 - 企业损失大-10 - -10亿（租赁设备逾期率） 6.5h 85（异常预测提前时间）（不良资产） （预测准确率）腾讯案例4工业互联网平台 - 木星云工业软硬件厂家多 - 标准不统一 - 通用难木星云工业互联网平台连接 数据 计算 管理 各智能设备连接入云，实现异构数据融合、识别、清洗、分类和处理 百万级系统，ms级处理 利用物联平台数据进行3D建模，实现可视化生产 生产直观、可控 时间、成本、浪费显著降低 机器学习数据构建健康度模型仿真，实现状态预测预警 系统健康扫描从月降为天 无效空转降低60 企业微信作为移动端办公审理协作平台，实现远程在线处理 分钟级监测管理腾讯云 华龙讯达（工业应用软件高新企业）腾讯案例4工业互联网平台 - 木星云（续）生产前虚拟预演 生产中监控诊断 生产后评估优化提升资源配置能力 提升制造管控能力 提升全程优化能力系统级CPS - 人机料法环全要素数据建模木星云工业互联网平台 完成实时数据、业务数据、文件数据等的分类分层；达到数据的统一入口、统一管理、统一出口及应用；通过数字虚拟仿真实现生产全程的智能管理“人工智能制造”政策借鉴顶层设计与战略指引构建智能制造平台推动技术标准制定支持共性技术研发重视中小企业发展完善人才保障体系05顶层设计与战略指引 先进制造 人工智能 工业4.0 机器人 工业价值链 社会5.0 制造2025 新一代人工智能 先进传感与控制 信息与数字制造 下一代机器人 物理信息系统（CPS） 机器人 人工智能及物联网 大数据 高端制造 核心装备 智能工厂 制造业回流与复兴 制造业竞争力强化 工业支持社会转型 制造大国到强国国家 主要战略 重点领域 核心目标具体策略对比借鉴构建智能制造平台 推动技术标准制定 支持共性技术研发 重视中小企业发展 完善人才保障体系智能制造领导联盟（SMLC） 工业互联网参考架构IIRA 先进传感、控制与制造平台技术可视化、信息与数字制造技术 国家制造业创新网络，以创新遴选、项目资助、共享设备和资源、提供技术咨询和定制服务 社区学校先进制造业学徒计划（1亿美元）工业4.0联盟 工业4.0参考架构（RAMI 4.0） 物理信息系统（CPS）技术 提供信息/测试/资金等支持建立各种能力中心协助转型 双元制工业价值链联盟 工业价值链参考架构（IVRA） 机器人 综合采用多样化组合式的政策工具，引导创新 支持各地建设工业技术专门学校加快推进我国“人工智能制造”对策建议多渠道投融资机制突破关键共性技术重大科技工程项目多方协作服务平台06 融合创新试点基地复合人才培养机制技术标准体系建设信息安全保障体系前提长期稳定的资源投入，“钱”和“人”建立多渠道投融资机制① 财政手段金融资本社会资源 设立面向制造业专门的贷款及融资方案，鼓励银行等金融机构提供资金 严格政府补贴审核，向民营、中小企业适当倾斜，同时鼓励更多用投资方式 采取更激励的政策，如成果返税等健全复合人才培养机制② 完备教育体系复合学科新设重点培养 建立完善针对新型制造，从幼儿到高等完备的教育体系，尤其对区域、社区性学校增强本地制造业人才培养义务 增加相关复合专业和学科设置，如工业算法工程、机器人维护、STEAM等 鼓励产学研结合培养，如共建培训基地中坚公共性的平台，高效共享资源和服务搭建多方协作服务平台③加强技术标准体系建设④构建信息安全保障体系⑤ 资源共享便利协作服务聚合 鼓励计算力、数据、算法等开源或开放 提供产学研等协作的信息沟通渠道 提供创新企业注册、项目申报、税务等服务技术联盟创新鼓励国际接轨 鼓励产学研联合组建“智能制造”技术联盟 在产权保护基础上鼓励各方共享专利 鼓励积极参与国际标准制定，推广我国标准工业信息安全标准应用开发认证机制 完善工业信息安全管理等政策法规和标准 鼓励工业安全应用和解决方案开发及试点 推动建立工业信息安全测试平台，实施认证突破产学研结合，集群工程推动创新落地建立融合创新试点基地⑥布局重大科技工程项目⑦重点突破关键共性技术⑧ 产学研集群众创空间应用示范 推动工业园升级为“智能制造”集群 支持工业界与信息业联合创办众创空间 提供资金奖励等鼓励应用创新与试点基础理论研究专项应用研发 “智能制造”生产组织和管理模式 “算法工艺”的融合基础理论 智能装备、生产流程、供应管理等重点领域定义共性技术鼓励整合与突破国际化 引导对人工智能关键共性技术的持续归纳总结 鼓励各方整合相应技术标准，并联合研究突破 鼓励海外建立研究机构，吸纳人才并推广技术互联网助力“人工智能制造”政策前行1677万互联网从业者（拉勾网，2016年）102家/9万亿互联网上市公司及市值（CNNIC，2017） 403万移动应用数量（工信部，2017年）3万中国人工智能专利数量（CNNIC，2016年）资源 平台 工具原创声明本报告所有内容的知识产权均受版权保护，未经腾讯研究院官方书面许可，任何组织和个人，不得将本报告中的信息复制及用于其他商业目的。研究及撰写机构 腾讯研究院官网www.tisi.org官微cyberlawrc中国社会科学院工业经济研究所官网官微IIE_CASS 报告负责人吴朋阳arkphone（微信）报告负责人李晓华xiaohuali（微信）完整报告，敬请关注