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智能中控系統霧小腦:為智能工廠裝上真正的“大腦”

2019-01-05 鴻橋文化傳播中心


核心霧計算智能中控系統實驗室研發團隊

不久前新開館的“大潮起珠江——廣東改革開放40周年展覽”中,富士康展出了一件完全自主知識產權的智能中控系統——霧小腦。
智能制造是全球制造業的發展方向和趨勢。近年來富士康建設了6座無人化智能工廠,其中最大的特點是開發出了具有完全自主知識產權的智能中控系統——霧小腦。
霧小腦,采用國產芯片、開源操作系統,通過數據采集、建立模型,將富士康生產現場工程師多年的經驗技術轉換成具有自我學習功能的人工智能算法,來實現無人工廠的智能化實時控制。霧小腦是工業互聯網的核心,也是連接富士康工業互聯網平臺BEACON云平臺與智能制造工廠的樞紐。
與普通消費級互聯網相比,霧小腦的中控系統具有更強大的計算能力。消費者(普通IOT)互聯網,比如阿里巴巴等,采用的是云計算模式,將數據上傳到服務器,計算、決策對比再反饋回來,時間大概需要數秒,如果是比較復雜的計算,時間可能會達到分鐘級,無法達到工業生產需要的實時反饋(微秒級)需求。
為了在計算能力和實時傳輸之間達到一個平衡,富士康核心霧計算智能中控系統實驗室想出了一個方案,把多個設備終端連接到一個本地化的中央服務器上面,之后在信息采集、分析的基礎上對生產過程進行集中優化管理,這樣不僅節省了傳輸與計算時間,同時也使生產過程中的每一個步驟無縫連接,每一個工藝都得到改善,而這個本地化、具有強大計算能力的中央服務器,就是霧小腦。


張敬東博士

緣起:開發真正的工廠“大腦”
降本提效一直是所有企業在做的,也是富士康一直以來的追求。集團核心霧計算智能中控系統實驗室設想通過對高端制造設備集中優化管理,達到降本提效的目的。他們將這個思路報給總裁,總裁和工業互聯網股份有限公司副董事長李杰教授一起討論后認為,富士康有專門研究做云計算的BEACON團隊,他們可以通過復雜的計算,做出智能的決策,有能力將富士康全球的管理系統結合在一起,成為工廠真正意義上的“大腦”。于是霧小腦團隊與FG次集團展開合作,核心霧計算智能中控系統實驗室開發軟件,FG次集團提供CPU、主板到整機組裝的硬件支持,軟硬結合,同時為集團實現無人工廠、降本提效目標而努力。
據核心霧計算智能中控系統實驗室張敬東博士介紹:5月11號,總裁指示FG次集團和C次集團一起聯合研發霧小腦,到現在將近有半年的時間,這近半年的時間主要花在了讓程序學習分析產線上面的數據,再從千絲萬縷的數據當中,建立有意義的數據模型。當然最終的結果證明了,現在的智能算法可以對一些生產工藝進行學習,對超精密生產過程進行實時監控。比如,第一,實現了數據可視化。以前的工廠事務全是靠眼睛去看,現在已經可以在電腦上面,用相機、數據、圖表等方式呈現,讓人可以不用到現場去看、去聽就能完成工作。第二,實現了一些簡單數據的建模,工程師、操作人員可以更直觀地看到每個工藝對應的控制參數。第三,可以在一些比較簡單的工作狀況下面,對產品進行缺陷檢測、智能分析、過程控制、工藝管理。
對比電腦操作,人的操作是很慢的,要實現產能的突破,必須要把人在中間進行傳遞的因素減掉,然后才能實現提高效率。6月份的時候,霧小腦就已經可以把人在中間操作傳遞的過程省略掉,實現整個產品簡單自動化的過程。人一減下來,犯錯的幾率降低了,效率就上去了,人力成本也得到了控制。6月到9月三個月時間,他們在霧小腦上研究開發了4到5種人工智能的學習算法,并進行了實際應用。在刀具的智能主軸、加工刀具的智能模床、注塑成型加工、焊接工藝等方面實現了精密的檢測、控制模床系統、自動組裝和一些人工智能的學習算法等。9月,因為人工智能和超精密加工的刀具自動化過程以及中間的算法,集團ST基準精密被認定為國家智能制造示范基地、廣東省人工智能制造示范基地,這一成果也代表霧小腦在智能制造行業、人工機器學習方面在中國走在了前面,成為了被其他企業學習的典范。


霧小腦

技術:再不用被人卡住脖子
張博士的研發團隊分為四個部分,智能傳感器:把設備運行時產生的數據信息實時收集起來,這個功能光靠過去獨立的設備是不可能實現的,所以他們必須先研發出先進的、性價比較好的傳感器,以方便后續的數據采集、分析和人工智能學習。
視頻圖像收集:通過8K顯示技術對生產過程進行監控,也是為后續分析和人工智能學習收集數據。小到不良品成因分析,大到整個工廠進料、生產、出貨實時監控,整體把控。
工業大數據分析:數據采集上來了,怎樣分析、建模、儲存保管?有沒有把歷史數據進行關聯統計分析?這些都要通過數學建模等方法進行分析。
人工智能監控:數據已經采集分析了,高清視頻圖像也有了,要實現無人化就可以用人工智能的辦法自動化檢測產品的不良,再對應到整個工廠的質量檢測系統、供應鏈系統,安排整條產線從生產到出貨的路線,最后呈現在管理者面前的將是一個條理清晰,方便管理的生產系統。
霧小腦的核心技術是人工智能機器學習的算法軟件,它的芯片主板只是硬件上面優化的一個考慮而已。霧小腦使用的系統是在開放式的開源代碼系統上進行研發,再針對集團實際生產需要定制開發的國產自制控制系統。張敬東博士表示,開發一個操作系統憑借一兩家公司是沒有這么大的人力物力的,需要國家層面的助力,如果出現中國的操作系統,再移植到霧小腦上就是真正的國產化,現在這樣只能說我們控制程度更高了,不像中興一樣會被別人卡住關鍵技術,人家不給用,工廠就得停掉了。
軟件研發出來,自然要進行廣泛的安全性、穩定性等測試,工業軟件龐大的計算量對硬件要求極高,幸好得到了FG次集團的大力支持,目前已初步完成了對霧小腦操作系統安全穩定運行的測試和優化。


張博士(左)與同仁商討工作

前景:對內提質增效、對外兼濟中小企業
過去40年,整個珠江三角洲制造業積累了大量舊硬件、生產線、生產工藝,放棄這些是巨大的浪費,但整個行業從傳統制造轉型到智能制造,很多硬件與工藝卻又無法勝任。大部分中小企業既不能完全丟掉舊有設備,也無力購買價格昂貴的新設備,那么引入被灌注了40年生產制造經驗的霧小腦,也許將會是個不錯的選擇。
相較于國外進口的整裝超精密制造設備,霧小腦可以根據企業的生產特色,只需在自身CPU上安裝指定軟件、配置配套的硬件設備,就可以幫助設備提升生產性能,收集在生產過程中的數據,再通過人工智能學習后,為生產提供更優良的解決方案。
此前國家工信部到集團參觀時就表示:目前很多公司沒有在中國現有的產業基礎上去思考怎樣升級,動不動就提出一些高大上的口號,卻根本沒有考慮到很多企業是否具備相應的技術條件,就算研究出來的方案也沒有辦法大規模復制。富士康研發的霧小腦可以普惠到大量的中小企業,幫助他們漸進式地升級改造,對整個制造產業升級將有很大的幫助。
“我國制造行業與國際同行的差距,不可能靠一兩家公司就追得上,這還需要靠國家整體的提升。但在整體提升前,一些大企業還是可以憑借自身實力,做一些力所能及的探索,就像我們開發霧小腦,它至少能為富士康的轉型多爭取一點生存空間,也能給部分中小企業帶來希望,我們的霧小腦相當于就是找到了這樣一個突破點?!睆埐┦拷榻B。
雖然獲得了國家工信部的認可,被評為國家智能制造示范基地,廣東省人工智能示范基地,核心霧計算智能中控系統實驗室仍在努力,“我們現在正在爭取國家產業創新中心,如果申請成功的話,就意味著富士康的工業互聯網思路和轉型是得到國家認可的。用這種方式來把富士康40年的生產經驗變成智造升級服務,不管是提供技術咨詢,還是直接賣軟硬件,都可以為中小企業提供一些幫助,通過新系統的加持,不用丟掉以前的舊有設備,而是通過改進舊有的設備硬件,就能夠提高自身效能。
張博士說:“明年霧小腦可以至少到外面一兩百家中小企業進行經營示范,看看他們使用霧小腦后有什么反饋。再進行新的技術更新,后年可能就是一兩千家了,這樣慢慢地拓展開。因為富士康的工業制造經驗是無與倫比的,將設備賣或租給缺乏創新力的中小企業,幫助他們提質增效,對中小企業的降本減存來說是一個可以看得見摸得著的方法。等中小企業通過霧小腦研發成功新的具體應用之后,就會看到這個對他們的幫助,我們也就真正能夠從內部性能改造時的獨善其身,做到最后幫助大家的兼濟天下了?!?/div> 榮光:參展廣東改革開放40周年展覽、推進制造強國
富士康是廣東省制造業發展的一個縮影,從傳統的來料加工,到精密制造,逐步上升到做光學模組、精密光學件等,再到現在的無人工廠、工業互聯網平臺建設,代表了廣東制造業從過去的勞動密集型一步步發展為現在的知識密集型的整個轉型過程。作為工業互聯網的核心,連接富士康BEACON云平臺與智能制造工廠的樞紐——霧小腦能代表富士康參加廣東改革開放40周年展覽,也正緣于此。
作為一個開放式的智能中控系統,霧小腦是富士康云平臺的核心,目前,搭配機器人、AGV小車、自動配料系統等硬件設備,已經在精密刀具加工、精密切削加工、精密注塑成型等智能工廠中得到廣泛應用,成功實現了缺陷檢測、故障預測及智能控制,確保了工廠的自主決策及無憂生產。
未來,相信富士康會以此為基礎,利用自身科技實力,賦能中國中小企業進行改造升級,共同推進我國制造強國發展。

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