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1、第四章 智能制造新技术1嵌入式系统移动计算物联网大数据云计算新一代人工智能增强现实/虚拟现实（AR/VR）2345671、嵌入式系统1.1 1.1 什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统简而言之，嵌入式系统既是完成某一特定功能的机器或设备的“大脑”。海尔冰箱的嵌入式系统电脑板海尔冰箱的嵌入式系统框架1、嵌入式系统 与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。l嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助操作
2、机器和设备的装置，是一种专用的计算机系统。美国电气和电子工程师协会（IEEE）l嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。国内普遍认同的嵌入式系统定义1.1 1.1 什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统1、嵌入式系统1.2 1.2 典型应用典型应用自动驾驶自动驾驶 自动驾驶的嵌入式系统将来自多传感器或多源的信息和数据，在一定的准则下加以自动分析和综合，以完成所需要的决策。自动驾驶嵌入式系统与人类大脑对比嵌入式系统1、嵌入式系统1.2 1.2 典型应用典型应用自动驾驶自动驾驶 传感器是汽车感知周围的环境的硬件基础
3、。目前，多数汽车自动化系统或是ADAS（Advanced Driver Assistance System，即高级驾驶辅助系统）都有赖于三类传感器的融合进行环境感知：毫米波雷达、激光雷达以及摄像头。ADAS中用到的多种传感器 毫米波雷达可在低能见度情况下完成测距，受天气因素影响小，且探测距离较远；摄像头有更高的分辨率，能够感知颜色，但受强光影响较大；激光雷达则能够提供三维尺度感知信息，对环境的重构能力更强。只有几种传感器的融合才能提供车辆周围环境更精准的绘图信息，并达到自动驾驶所需的安全标准。1嵌入式系统移动计算物联网大数据云计算新一代人工智能增强现实/虚拟现实（AR/VR）2345672、移
4、动计算2.1 2.1 什么是移动计算什么是移动计算 所谓移动计算实际上就是如何向分布在不同位置的移动用户(包括手提电脑、掌上电脑、移动电话、传呼机等)提供优质的信息服务(信息的存储、查询、计算等)。设计出的数据库系统能够安全、快速、有效地向各种用户终端设备提供数据服务。移动通信成为当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的业务。越来越多的人希望在移动的过程中高速地接入互联网，获取急需的信息，完成想做的事情。2、移动计算2.2 5G2.2 5G技术技术 5G即第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术。5G关键能力比以前几代移动通信更加丰富，用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速
5、率和移动性等都将成为5G的关键性能指标。基于5G主要场景的技术需求，5G用户体验速率应达到Gbps量级。5G呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点。历代移动网络演变打电话发信息看视频移动支付自动驾驶2、移动计算2.2 5G2.2 5G技术技术l增强移动宽带（enhanced Mobile Broadband，eMBB）：3D/超高清视频等大流量移动宽带业务；5G下载l大规模物联网（massive Machine Type of Communication，mMTC）：大规模物联网业务；l超高可靠超低时延通信（Ultra Reliable Low Latency Communication，URLL
6、C）：如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。5G的三大场景：1嵌入式系统移动计算物联网大数据云计算新一代人工智能增强现实/虚拟现实（AR/VR）234567通信网互联网物联网3、物联网3.1 3.1 什么是物联网什么是物联网 物联网（IoT，Internet of things）是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。物联网白皮书 物联网即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息
7、传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。人与人人与人、人与物人与人、人与物、物与物3、物联网3.3 3.3 物联网的关键技术物联网的关键技术RFIDRFID 物联网要实现物与物的连接需要先让物体之间相互识别，这就要用到自动识别技术，包括条码识别技术、射频识别技术（RFID）和图像识别技术。其中射频识别技术是一种非接触的、实时快速、高效准确地采集和处理实体对象信息的自动识别技术。射频识别通过电子标签来标志某个实体对象，用RFID读写器来接受实体对象的数据。RFID抗干扰能力强，可识别高速移动实体对象，也可同时识别对个实体对象目标。条码识别技术
8、射频识别技术（RFID）图像识别技术3、物联网3.3 3.3 物联网的关键技术物联网的关键技术RFIDRFID基于RFID的管理系统可以大大简化物品的库存管理，满足信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需求。基于RFID的管理系统可实现仓库的收料管理、出入库管理、移库管理和盘点管理等功能，可以方便企业对货物进行监管，并可方便地对仓库里物料的基本情况进行更新、删除和查询。RFID技术在自动化立体仓库中的应用1嵌入式系统移动计算物联网大数据云计算新一代人工智能增强现实/虚拟现实（AR/VR）2345674、大数据4.1 4.1 什么是大数据什么是大数据 大数据（big data），指无法在一定时
9、间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。大数据技术的战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。换而言之，如果把大数据比作一种产业，那么这种产业实现盈利的关键，在于提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”。4、大数据4.2 4.2 大数据起源大数据起源 大数据的应用和技术是在互联网快速发展中诞生的，起点可追溯到2000年前后。到2000年底全球网页数达到40亿，谷歌等公司率先建立了覆盖数十亿网页的索引库，开始提供较为精确的搜索服务，大大
10、提升了人们使用互联网的效率，这是大数据应用的起点。Google存储着世界上最庞大的数据量，数千亿个网页、数百亿张图片。谷歌自己打造硬件、自己组建硬件系统，并且自己开发分布式系统软件，通过基础架构和系统设计实现数据的价值。谷歌数据中心4、大数据4.3 4.3 大数据大数据5V5V特点特点 大数据的5V特点（IBM提出）：Volume（大量）、Variety（多样）、Velocity（高速）、Veracity（真实性）、Value（低价值密度）数据量大，包括采集、存储和计算的量都非常大。大数据的起始计量单位至少是P（1000个T）、E（100万个T）或Z（10亿个T）种类和来源多样化。包括结构化、
11、半结构化和非结构化数据，具体表现为网络日志、音频、视频、图片、地理位置信息等数据价值密度相对较低，需要结合业务逻辑并通过强大的机器算法来挖掘数据价值数据增长速度快，处理速度也快，时效性要求高。数据的准确性和可信赖度，即数据的质量4、大数据4.4 4.4 大数据关键技术大数据关键技术应对数据的海量化和快增长特征以及多种数据格式大数据存储管理技术处理数据密集型计算，需要巨大计算能力大数据并行计算技术通过人工智能和机器学习技术分析大数据，进行数据挖掘大数据分析技术4、大数据4.4 4.4 大数据关键技术大数据关键技术Hadoop是一个能够让用户轻松架构和使用的分布式计算平台。Hadoop能够将数量庞
12、大的数据分解成规模较小、易访问的数据集并发送到多台服务器上进行分析，获得高效的分析速率。未来大数据处理的核心技术 基于列存储+MPP架构的新型数据库是为面向结构化数据分析设计开发的，能够判断出数据之间的相互依赖关系，将可以并行的部分分发到各个节点上并行运行。4、大数据4.5 4.5 大数据技术应用大数据技术应用 目前，工业大数据的典型应用包括产品创新、产品故障诊断与预测、工业物联网生产线分析、工业供应链优化和产品精准营销等6个方面：产品创新产品创新客户与企业之间的交互和交易行为将产生大量数据，挖掘和分析这些客户动态数据，能够加速产品创新。产品故障产品故障诊断与预测诊断与预测无所不在的传感器、互
13、联网技术的引入，使得产品故障实时诊断变为现实，大数据应用、建模与仿真技术则使得预测动态性成为可能。工业物联网工业物联网生产线生产线现代化工业制造生产线安装有数以千计的小型传感器，来探测温度、压力、热能、振动和噪声，每隔几秒就收集一次数据。工业供应链工业供应链优化优化RFID等产品电子标识技术、物联网技术以及移动互联网技术，能帮助制造企业获得完整的产品供应链大数据。产品精准产品精准营销营销大数据通过历史数据的多维度组合，可以看出区域性需求占比和变化、产品品类的市场受欢迎程度以及最常见的组合形式、消费者的层次等。生产计划与生产计划与排程排程大数据可以给予我们更详细的数据信息，通过智能的优化算法，制
14、定预计划排产，并监控计划与现场实际的偏差，动态的调整计划排产。4、大数据4.6 4.6 大数据发展前景大数据发展前景 大数据是信息化发展的新阶段。随着信息技术和人类生产生活交汇融合，互联网快速普及，全球数据呈现爆发增长、海量集聚的特点，对经济发展、社会治理、国家管理、人民生活都产生了重大影响。在政策层面，大数据的重要性进一步得到巩固。在技术层面，以分析类技术、事务处理技术和流通类技术为代表的大数据技术得到了快速的发展。在产业层面，我国大数据产业继续保持高速发展。在应用层面，大数据在各行业的融合应用继续深化。大数据企业正在尝到与实体经济融合发展带来的“甜头”。我国大数据市场产值图（单位：亿元）1
15、嵌入式系统移动计算物联网大数据云计算新一代人工智能增强现实/虚拟现实（AR/VR）2345675、云计算5.1 5.1 什么是云计算什么是云计算 云计算（Cloud Computing）是一种通过网络统一组织和灵活调用各种ICT信息资源（Information and Communication Technology，即信息和通信技术）实现大规模计算的信息处理方式。云计算的物理实体是数据中心，由“云”的基础单元（云元，Cloud unit）和“云”操作系统，以及连接云元的数据中心网络等组成。连接“云元”的网络，汇聚为庞大的资源池。云计算通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，
16、然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。5、云计算5.2 5.2 云计算三种服务云计算三种服务 云计算是共享经济的代表，主要利用互联网来共享计算设施、存储设备、应用程序资源，并且不受时间地点的限制。按照云计算服务提供的资源所在的层次，可以分为IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施及服务）、PaaS（Platform as a Service，平台即服务）和SaaS（Software as a Service，软件即服务）。云计算层次5、云计算5.3 5.3 云计算与微服务云计算与微服务 微服务架构是一种将单应用程序拆分成多
17、个小型服务开发的方法，每种应用程序都在其自己的进程中运行，并与轻量级机制（通常是HTTP资源的API）进行通信。微服务的目标是充分分解应用程序，以促进快速部署、便捷维护、安全上云。云计算为微服务提供计算、存储、网络等支持，微服务化的应用更能享受云计算的优势。微服务设计模式举例-聚合器聚合器调用多个服务实现应用程序所需的功能。每个服务都有自己的缓存和数据库。5、云计算5.5 5.5 云计算技术应用云计算技术应用 云计算给我国工业与信息业带来了新一轮创新和前所未有的发展机遇，目前，在许多领域的实践都取得了成效，展望未来，将在更广泛的领域得以应用。在云计算的支持下，银行业可以创造新的利润，控制风险，
18、节约成本银行业云计算平台可以随时了解零件供应商的库存和市场行情，调整组装和备料方案制造业云计算的特性在于通过共享的IT资源和网络，用最少的管理成本实现最快的资源配置和最大的效能。物流业基于互联网的在线商业和服务业所占比重将会迅速超过实体销售服务业。云计算将成为在线服务的信息系统基础设施。商业和金融服务业“教育云”将各地、各时期、各种教学内容整合、选优、传播、普及，以提供高效、普遍的信息化基础设施，提高教育投入效率，促进资源合理分布，提高边远落后地区教育水平教育科研云计算在业务支撑系统、企业内部IT管理系统以及互联网数据中心等能创造利润和节约成本电信业云计算平台可以将这些分散的系统整合在一起，形
19、成统一的医疗信息基础设施，提供类型多样的健康管理应用医疗行业将信息转化成智能和决策需要大量的实时计算。卫星、雷达、武器及人员等各类信息都需要实时集成和处理。国防工业5、云计算5.5 5.5 云计算市场规模及发展趋势云计算市场规模及发展趋势 全球云计算市场增长趋于稳定。IaaS市场增长快速，计算类服务为IaaS最主要的类型。PaaS市场稳定增长，数据库服务需求增长较快。SaaS市场增长放缓，CRM、ERP、办公套件仍是主要的服务类型。全球云计算市场规模全球云计算市场格局1嵌入式系统移动计算物联网大数据云计算新一代人工智能增强现实/虚拟现实（AR/VR）2345676、新一代人工智能6.1 6.1
20、 什么是新一代人工智能什么是新一代人工智能在数据、运算能力、算法模型、多元应用的共同驱动下，人工智能定义正从用计算机模拟人类智能演进到协助引导提升人类智能，从辅助设备和工具进化为协同互动的助手和伙伴。新一代人工智能发展白皮书新一代人工智能特征6.2 6.2 特征特征6、新一代人工智能1.大数据成为人工智能持续快速发展的基石与早期基于推理的人工智能不同，新一代人工智能是由大数据驱动的。例如，在输入30万张人类对弈棋谱并经过3千万次的自我对弈后，人工智能AlphaGo具备了媲美顶尖棋手的棋力。6.2 6.2 特征特征6、新一代人工智能2.文本、图像和语音等信息实现跨媒体交互当前，计算机图像识别、语
21、音识别和自然语言处理等技术在准确率及效率方面取并成功应用在无人驾驶、智能搜索等垂直行业。得了明显进步，6.2 6.2 特征特征6、新一代人工智能3.基于网络的群体智能技术开始萌芽随着新一代信息技术的快速应用，人工智能研究的焦点，已从单纯用计算机模拟人类智能，打造具有感知智能及认知智能的单个智能体，向打造多智能体协同的群体智能转变。6.2 6.2 特征特征6、新一代人工智能4.自主智能系统成为新兴发展方向2018年12月21日在中南大学举办的“人工智能+”院士高峰论坛中，陈杰阐述了“自主无人系统的分布式系统工作”后，最终给出了自主智能无人系统发展规划的建议：自主感知与理解、决策与控制一体化、群知
22、与协同控制。6.2 6.2 特征特征6、新一代人工智能5.人机协同正在催生新型混合智能形态人类智能在感知、推理、归纳和学习等方面具有机器智能无法比拟的优势，机器智能则在搜索、计算、存储、优化等方面领先于人类智能，人与计算机协同，互相取长补短将形成一种新的“1+12”的增强型智能。2018年8月30日美国国防部公开的无人系统综合路线图（2017-2042）1嵌入式系统移动计算物联网大数据云计算新一代人工智能增强现实/虚拟现实（AR/VR）2345677、增强现实/虚拟现实（AR/VR）7.1 7.1 什么是什么是AR/VRAR/VR虚拟现实（Virtual Reality，VR）呈现在使用者面前
23、的是一个包含计算机创造的图像和声音的人造世界。增强现实（Augmented Reality，AR）是通过技术手段将数字信息所形成的虚拟环境叠加到现实环境并融为一体。智能制造术语解读7.2 7.2 应用应用7、增强现实/虚拟现实（AR/VR）1.VR/AR+工业方面虚拟现实应用于工业方面，其基础是智能制造各个环节信息获取、实时通信，以实现动态交互、决策分析和控制。以工业互联网平台/物联网平台为基础。数字双胞胎7、增强现实/虚拟现实（AR/VR）2.VR/AR+医疗方面虚拟现实与医疗行业的结合正在逐步展开，将成为未来医疗行业的重要技术手段之一。2016年上海瑞金医院成功借助VR技术直播了3D腹腔镜手术，开创了国内VR直播手术的先河，无法现场观摩的医生可以通过VR眼镜学习高难度手术中的技巧。VR直播手术7.2 7.2 应用应用3.VR/AR+游戏/社交方面虚拟现实与视频游戏的结合将为用户带来更为真实而强烈的感官刺激，而庞大的用户基数以及核心玩家对于新技术的开放性态度使得视频游戏有望成为最先发展起来的VR大众市场。7、增强现实/虚拟现实（AR/VR）7.2 7.2 应用应用VR+游戏/社交方面Thank you for listening!谢谢聆听!