基于人工智能及工業(yè)云培訓平臺的設計

摘要：針對《中國制造2025》將智能制造作為主攻方向，推進(jìn)制造過(guò)程智能化的國家戰略，以及目前人工智能、工業(yè)云新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用，考慮到目前對應專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的高等院校、職業(yè)院校以及工廠(chǎng)培訓中心的教學(xué)方法和培訓設備，提出了對人工智能及工業(yè)云培訓平臺的設計。培訓平臺可用于訓練人工智能、工業(yè)云在典型智能制造環(huán)節中的應用，解決了人工智能、工業(yè)云領(lǐng)域的新技術(shù)由理論教學(xué)向實(shí)際培訓教學(xué)轉化的問(wèn)題，克服了目前設備單純以驗證為主、脫離工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的不足。

關(guān)鍵詞：人工智能；工業(yè)云；培訓

隨著(zhù)工業(yè)化與信息化的深度融合，企業(yè)內部及企業(yè)間生產(chǎn)控制系統和生產(chǎn)管理系統智能化以及信息技術(shù)互聯(lián)互通的需求漸增，使得人工智能、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)云等技術(shù)的融入進(jìn)而達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和運營(yíng)效率的需求更為強烈。通過(guò)將工廠(chǎng)設備的智能化建設或智能化升級改造，以及將智能生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節、設備變成數據終端，進(jìn)行全方位底層數據采集，并進(jìn)行更深層面的數據分析與挖掘，從而全面提高工廠(chǎng)生產(chǎn)效率、優(yōu)化工廠(chǎng)整體運營(yíng)。

目前，人工智能的主流應用為圖像識別、語(yǔ)音識別、語(yǔ)義識別、預測規劃和智能控制。計算機利用圖像識別、語(yǔ)音識別、語(yǔ)義識別技術(shù)采集數據并進(jìn)行處理、分析和理解，進(jìn)而根據目標和需要做出預測判斷，最終通過(guò)各種智能硬件設備以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)云來(lái)實(shí)現智能控制。所有新技術(shù)的應用，都需要高技術(shù)、高技能人才來(lái)實(shí)施，目前各高等院校、職業(yè)院校也在課程建設上增加了人工智能、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)云等專(zhuān)業(yè)技術(shù)理論內容，人工智能及工業(yè)云培訓平臺的研發(fā)及應用，可以培養學(xué)員將工業(yè)硬件、工業(yè)軟件、工業(yè)信息、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)云等多種技術(shù)融會(huì )貫通，讓學(xué)員研究學(xué)習各種技術(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)，適應人與設備之間的雙向交互，能夠讓學(xué)員將學(xué)習的理論知識落實(shí)到工業(yè)實(shí)際應用中，讓學(xué)生在學(xué)習中更加接近工業(yè)現場(chǎng)新技術(shù)應用場(chǎng) 景，能夠快速融入到企業(yè)智能化生產(chǎn)工作中。

1 培訓平臺組成

人工智能及工業(yè)云培訓平臺采用可二次開(kāi)發(fā)的協(xié)作機器人作為主要載體，綜合視覺(jué)檢測技術(shù)（人臉識別技術(shù)）、語(yǔ)音識別技術(shù)、語(yǔ)義分析技術(shù)、射頻電子標簽技術(shù)、能源采集管理技術(shù)、智能傳感技術(shù)、智能主令開(kāi)關(guān)技術(shù)、智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)、協(xié)作機器人等技術(shù)，搭建的一個(gè)智能制造領(lǐng)域的人工智能物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓平臺，系統使用智能語(yǔ)音系統和智能視覺(jué)系統，模擬人的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)，輔助人工智能算法，結合互聯(lián)網(wǎng)云平臺的計算優(yōu)勢，輔助技術(shù)人員進(jìn)行智能生產(chǎn)活動(dòng)。

培訓平臺主要由 SCARA 協(xié)作機器人單元、智能語(yǔ)音單元、智能視覺(jué)單元、物聯(lián)網(wǎng)（internet of things, IoT）能源采集與管理單元、IoT 智能網(wǎng)關(guān)單元、IoTRFID 單元、IoT-IO-LINK 智能傳感單元、IoT- 智能主令開(kāi)關(guān)單元、智能安全保護單元、軌跡單元、供料單元、皮帶傳送單元、稱(chēng)重單元、壓合裝配單元、滑槽單元、平面倉儲單元、龍門(mén)檢測單元、反轉工作臺單元、雙吸盤(pán)夾具單元、空氣壓縮機單元、智能接線(xiàn)單元模塊、 PLC 單元、HMI 人機交互單元、工業(yè)云平臺及大數據分析、全集成自動(dòng)化展示區以及信息采集、工程應用安裝平臺、機器人外圍線(xiàn)路電控單元等組成。

2 培訓平臺特點(diǎn)

（1）平臺主要用于通過(guò)桌面級協(xié)作機器人等典型應用對象，實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)系統構建、人工智能算法的編寫(xiě)，以及典型人工智能及工聯(lián)網(wǎng)融合案例學(xué)習與訓練。

（2）通過(guò)網(wǎng)關(guān)設備（Mindconnect IoT2040/Nano）采集工業(yè)控制器數據，掌握數據采集能力。

（3）在平臺上進(jìn)行連接設備配置，實(shí)現物理設備在云端模型建立，建立云端設備創(chuàng )建能力。

（4）利用云端 APP（Fleet Manager）針對連接設備，對物理設備建立基于設備列表和地理分布的設備狀態(tài)顯示；針對采集數據做可視化及報警值設定，建立通過(guò)人工智能設備管理及數據應用能力；

（5）實(shí)現設備狀態(tài)多終端顯示，設備狀態(tài)透明。

（6）平臺和采用模塊化的結構，將智能智造的基本要素融合于每個(gè)單元，使每個(gè)單元具有標準化架構、模塊組合、網(wǎng)絡(luò )系統、網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)、RFID 等。這樣的結構，不僅能夠不斷的滿(mǎn)足對技術(shù)發(fā)展的擴容需求，可以隨時(shí)將新的技術(shù)、新的設備添加到系統之中，使得整個(gè)系統隨時(shí)跟上并滿(mǎn)足工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。也可以分組進(jìn)行相關(guān)的培訓。

3 培訓平臺信息流

（1）基礎語(yǔ)音本地信息流

語(yǔ)音單元采集語(yǔ)音—分析語(yǔ)音命令信息—將信息傳遞給機器人和 PLC—機器人和 PLC 執行相關(guān)命令。

舉例如下：讓機器人畫(huà)三角形，語(yǔ)音單元可以通過(guò)試教學(xué)習，學(xué)習基本語(yǔ)言命令，不用通過(guò)以太網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)云端語(yǔ)音識別庫，即可做出簡(jiǎn)單的語(yǔ)義學(xué)習，然后讓機器人執行相關(guān)命令，到軌跡單元，走三角形軌跡。

（2）語(yǔ)音互聯(lián)網(wǎng)信息流

語(yǔ)音單元采集語(yǔ)音—將語(yǔ)音信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳—利用科大訊飛云端庫處理信息—將處理后的語(yǔ)音信息轉換為文字下發(fā)到本地—根據制作的相關(guān)標簽提取控制信息—將信息傳遞給機器人和 PLC—機器人和 PLC 執行相關(guān)命令。

舉例如下：讓機器人裝配 5 個(gè)藍色的工件，可以是不同的方言的人來(lái)發(fā)布命令，科大訊飛云端由豐富的方言庫，可以更精準地識別。

（3）視覺(jué)本地信息流

視覺(jué)單元采集圖像—對圖像進(jìn)行分析—將信息傳遞給機器人和 PLC—機器人和 PLC 執行相關(guān)命令。舉例如下：用視覺(jué)判斷工件的顏色，如果是黃色工件則放 1# 滑槽，如果是藍色工件，放 2# 滑槽，視覺(jué)進(jìn)行顏色判斷，僅需進(jìn)行本地學(xué)習即可。

（4）視覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)信息流

視覺(jué)單元采集圖像—將采集信息上傳至云端—云端對采集的信息進(jìn)行識別分析—將分析后的數據下發(fā)到本地—將信息傳遞給機器人和 PLC—機器人和 PLC 執行相關(guān)命令。舉例如下：利用人臉識別，如果是甲客戶(hù)，則裝配一個(gè)金屬的工件給甲，如果是乙客戶(hù)，則裝配一個(gè)塑料的工件給乙，人臉數據存儲在云端數據庫。

（5）數據信息流

數據通過(guò)采集終端采集，將采集后的數據通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)將數據上傳到云端，云端可對數據進(jìn)行監控，同時(shí)云端可通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)對節點(diǎn)下達控制指令。

（6）物聯(lián)網(wǎng)信息流

采用網(wǎng)絡(luò )的指令器件、傳感器件、采集器件，將數據控制和采集過(guò)程可視化，實(shí)現萬(wàn)物互聯(lián)。

4 平臺訓練內容

（1）執行機構基本功能實(shí)訓課題：執行機構在工業(yè)領(lǐng)域中的應用；執行機構機械結構及工作原理認知；執行機構控制功能學(xué)習；執行機構基本控制指令實(shí)訓；執行機構示教運動(dòng)功能學(xué)習；編程控制執行機構的簡(jiǎn)單動(dòng)作實(shí)訓；編程控制執行機構多軸聯(lián)動(dòng)實(shí)訓；執行機構復雜運動(dòng)編程指令實(shí)訓

（2）人工智能實(shí)訓課題：語(yǔ)音控制顏色分揀訓練；語(yǔ)音控制材質(zhì)分揀訓練；語(yǔ)音控制裝配訓練；語(yǔ)音稱(chēng)重訓練；語(yǔ)音稱(chēng)重分揀訓練；語(yǔ)音視覺(jué)控制選擇裝配訓練；視覺(jué)自動(dòng)反轉工件訓練；視覺(jué)顏色識別訓練；視覺(jué)人臉識別訓練；視覺(jué)分類(lèi)撿拾訓練

（3）智能網(wǎng)絡(luò )實(shí)訓課題：IoT 主令信號采集；IoTIO-LINK 傳感器信號采集；IoT-RFID 數據采集；IoTRFID 數據寫(xiě)入；IoT- 能源信號采集；IoT 智能網(wǎng)關(guān)信號上傳；IoT 云端監控；IoT 智能網(wǎng)關(guān)信號下發(fā)；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概論；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安裝調試；云平臺數據可視化實(shí)習；工業(yè)數據采集實(shí)習。

5 結語(yǔ)

在人工智能、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)云等新興技術(shù)的大潮下，當前幾乎所有傳統行業(yè)，包括工業(yè)、醫學(xué)、教育等，都面臨著(zhù)轉型的巨大壓力。各領(lǐng)域通常要求結合其行業(yè)的歷史數據，結合機器學(xué)習算法建立數據模型進(jìn)行訓練，從而提高效率、降低成本。同時(shí)在行業(yè)應用領(lǐng)域，機器人、無(wú)人機、智能識別設備等人工智能載體也愈來(lái)愈成熟，這就需要從業(yè)人員具備基本的硬件知識，尤其是掌握基于人工智能相關(guān)硬件平臺的模塊構成及開(kāi)發(fā)技能。人工智能及工業(yè)云培訓平臺把工業(yè)實(shí)際硬件、軟件以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò )融入到實(shí)訓教學(xué)中，讓學(xué)生能夠快速的將理論知識轉化成實(shí)際應用，而且平臺的設計思路也能夠將不斷發(fā)展的新技術(shù)快速對接到設備中，始終讓平臺保持先進(jìn)性，既能夠節約資金，也方便教師不斷創(chuàng )新，提高人工智能、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)云等領(lǐng)域實(shí)訓課程的整體教學(xué)水平。

(注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年8月期)