關鍵要點：
- 機器人、人工智能（AI）和物聯網（IoT）是智能工廠的關鍵使能技術
- 機器學習賦予了智能工廠“智能”的本質
- 決策盡可能下放到靠近實際物理操作的地方
- 機器人正在進入工廠車間，但不會完全取代人類
引言
根據《福布斯》的一篇文章，"第四次工業革命"一詞由一組德國科學家提出，並由世界經濟論壇（WEF）的創始人兼執行主席克勞斯·施瓦布（Klaus Schwab）推廣。世界經濟論壇將前三次工業革命定義爲：
- 第一次工業革命：1784年。以蒸汽機和水力爲動力
- 第二次工業革命：1870年。勞動分工、電力、大規模生產
- 第三次工業革命：1969年。電子技術、信息技術、自動化生產
在以智能制造爲核心的第四次工業革命中，機器人、人工智能和物聯網是至關重要的推動力。這些因素也是其他非制造領域的基礎，例如智能家居和庫存控制等。
最初用來描述非人類通信手段的互聯網術語是工業物聯網（IIoT）。但隨着工廠外應用的迅速擴展，更爲廣泛的物聯網（IoT）稱謂逐漸佔據主導地位。
然而，本文將重點討論第四次工業革命對制造業的深遠影響。
物聯網傳感器與連接如何轉變工業監控
一切都始於電子傳感器。傳感器價格低廉、功耗小且可靠，能夠測量振動、熱量、溼度、電壓、電流等多種重要參數。它們可以每秒多次測量，也可以大部分時間“休眠”，從而消耗更少的電力。傳感器可以安裝在工廠的任何地方，任何機器上。
但傳感器如何知道何時讀取數據？大量信息如何被匯集到一個或多個中心點以供處理和分析？這正是物聯網發揮作用的地方，它呈現出多種形式。
傳感器可以通過多種方式直接連接到互聯網。全球任何地方的數據中心都可以指揮傳感器讀取數據，或者當傳感器記錄的讀數超過預設限制時，傳感器可以自動發起“對話”。
傳輸到數據中心的數字信息可以由強大的分析引擎解釋，以判斷機器的“健康”狀況。當然，如果觀察到危險情況，數字命令可以發回工廠，指示關閉某個子系統的電源，或控制重要閥門的开閉。
通常，分析也會在本地工廠進行。原因之一是從遠程數據中心接收信號需要時間，而響應回到工廠則需要更長時間。在緊急情況下，這可能會導致延誤。
多種傳感器的輸出可以被分析，以判斷一台設備的性能或是否有危險正在酝釀。爲了實現本地分析，每個傳感器必須能夠與其他傳感器及本地分析引擎通信。利用物聯網進行機器監控的優勢在於，設備可以移動，而無需重新布线。尤其需要說明的是，5G對普通智能手機用戶可能影響不大，但它在智能工廠中正在扮演越來越重要的角色。
利用機器學習實現更智能的工廠自動化
機器學習（ML）爲智能工廠注入了“智能”。作爲人工智能的一個分支，機器學習使計算機能夠像生物一樣從經驗中學習。它允許計算機系統自主應對新情況，尤其是那些它們從未被明確編程過的情況。
例如，工廠車間可能會發生一個棘手的情況，同時若幹傳感器可能會報告某些特定值。系統會“學習”這些特定的模式可能預示着負面情況。我們使用“可能預示”是因爲，如果沒有發生負面事件，機器學習將尋找其他傳感器響應來修正原先的初步結論。隨着時間的推移，機器學習會建立一個越來越具體的模式庫，幫助揭示潛在的危險，這些危險可能是人類規劃者從未想到的。
值得注意的是，這些模式完全由機器學習自動發現，而無需人類幹預。
預測性維護如何減少停機時間並提高效率
即便沒有機器學習，遍布關鍵機器的傳感器也可以根據需要進行多次測量。這些數據可以傳輸到中心位置，供分析人員使用。然而，這並不是終點。
如前文所述，機器學習數據引擎會逐步建立越來越廣泛的模式庫。工程師和管理者將自動了解機器中某個組件是否可能出現故障，並得知其原因。這就是所謂的預測性維護，它是智能工廠的標志之一。
這一過程無需人工檢查或使用任何測試設備或維護工具。技術人員和檢查員可以避免這些枯燥且偶爾危險的工作，智能制造也使得在故障發生之前發現潛在問題成爲可能。結果是減少了停機時間和成本，並通過該過程獲得的信息，找到提高整體效率的隱藏途徑。
邊緣計算在智能工廠中的效率與安全
智能制造高度依賴於位於遠程服務器上的強大AI引擎，但如今技術上已經可以將AI芯片直接安裝到或接近被監控的智能工廠機器上。這不會完全取代基於服務器的分析引擎，但可以補充它們的作用。
邊緣計算 圖片來源： FSP
現代西方組織（無論是軍事還是商業）都強調本地管理在決策中的重要性，而不是依賴遠程機構。在智能工廠的情況下，英特爾指出，相比遠程服務器，本地決策的優勢包括：
- 運營速度與效率
- 成本效益
- 節能
- 安全性與數據主權
首要原因是邊緣AI做出的決策不受可能的網絡延遲影響。其次是，工廠內的控制和監控操作涉及大量信息的生成和傳輸。IIoT所需的帶寬不便宜，本地處理可以節省成本。第三個原因是減少了對高能耗網絡硬件的需求。
第四個原因可能是最重要的。減少通過互聯網傳輸的信息，意味着系統被黑客入侵或欺騙的風險減少。
機器人與協作機器人如何轉變智能制造
機器人技術在智能工廠中蓬勃發展。智能制造的特點是高水平的觀察和控制，使機器人能夠承擔更復雜或危險的任務。
工業機器人通常配備本地AI和機器視覺，進一步推動了智能制造的趨勢，使決策盡可能靠近操作地點。
如Active Silicon所述，關於機器人未來在工廠的角色有兩種觀點。一種是機器完全接管的反烏托邦觀念，另一種則是機器人僅限於執行最危險、枯燥或重復的任務。
但也存在中間道路。協作機器人（Cobots）是機器人研究的一個活躍領域，這些設備設計用於與人類同事安全協作。在這種方式下，人類的直覺和多功能性與機器人的堅固性結合，可以比單獨行動的任何一方更高效。
挑战與機遇
智能制造商希望盡可能多的AI決策在靠近機器的位置進行，供應商將對此作出回應，邊緣計算的穩步發展將繼續。
制造商面臨的一個更大挑战是，他們需要一種全新的制造工人。這類新型工人更像是技術人員，且不愿從事重復性工作。實際上，他們的一部分職責是識別那些無腦的重復任務，並與工程師合作，將其交給機器處理。
但這些智能工廠工人將來自哪裏？例如，美國的高等教育體系尚未對此挑战作出回應。此外，具有實踐思維的人才不愿像過去那些學術型同行那樣花費巨額資金接受培訓。美國各方都致力於將更多制造業帶回本土，但除非有人經過培訓，否則這一目標無法實現。
總結
人工智能將智能融入智能工廠。沒有人工智能，不那么智能的工廠只能對預先編程的一定數量的情況做出反應。人工智能讓工廠能夠從經驗中學習。通過人工智能，工廠不斷變得更加智能，能夠更明智地應對不斷變化的情況和挑战。
物聯網（也可以稱爲工業物聯網）是將智能工廠的各個組件連接在一起的粘合劑。它還將智能工廠與基於服務器的決策引擎和遠程監控端口連接起來。沒有物聯網。智能工廠仍然可以是智能的，但智能將成爲“自動化孤島”，無法有效協作。
與西方軍隊和工業組織類似，智能制造強調盡可能接近“實際”做出決策的能力。通過使用邊緣計算，這種能力得到了極大增強。
最後，正如協作機器人的持續發展所證明的那樣，很明顯，人類在工廠車間仍然有未來——至少現在是這樣！
本文作者： Gary Elinoff 資料來源：Electropages
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