AI+AR结合工业现场,构建虚实融合的空间智能应用

原创 爱分析ifenxi 2024-07-30 18:04




随着人工智能能力的问世与发展,越来越多的企业开始了解与融入模型能力,希望借助大模型赋能企业的部分场景,本文主要聚焦工业现场,针对生产、运维、设备管理等场景,探究空间智能概念在工业中有哪些作用?人工智能又该如何融进空间智能体系?

分享嘉宾|吴仑 亮风台 高级解决方案总监

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01
工业发展趋势

去年,苹果发布 Vision Pro ,同年 ChatGPT 进入大众视野,这两件事引起了业界的强烈反响。这代表了空间互联网的到来。

互联网发展目前经历了三阶段:PC 互联网、移动互联网、空间互联网。第一阶段以文档数据为主,第二阶段随着视频图像的增多,有了二维数据,第三阶段逐渐变成三维可视化数据,同时会有 AIGC 的数据生成,数据会随着互联网的服务方式的改变不断迭代升级。
结合该背景,工业的生产环境也在迎合基础变化,加入物联网、大数据、人工智能一系列技术构建基础底座。现在有了新技术、新方法,能达到更高的层级,整个工业发展往智能化方向做转型。
所谓空间智能大概是什么样子?可实现操作人员跟现场进行多种多样的交互,能把很多虚拟化信息直接展现在现场空间。通过佩戴智能可穿戴设备,能看到现场留下的信息,实现所见即所用,直接在前端交互。将数据和知识留在现场是核心概念,在现实物理空间查看知识,不必再去到后端查阅,这是我们所描绘的比较完整的空间智能应用场景。

要构建完整的空间智能场景需要哪些基本能力?空间智能指是三维空间中的感知、理解和交互。如何利用人工智能方法更好地理解三维空间,并且把三维空间中的一些数据上传,同时跟人进行更智能的交互,这是所要解决的问题。包含两大核心能力:AR 空间计算能力与AI 能力。
随着大模型技术的兴起,把两部分结合,使之更好地完成所需任务。AR 空间计算,主要解决数据集成、可视化、人机交互、场景感知等核心问题。AI 大模型在系统中主要解决场景理解、智能交互、自主进化、智能决策等基本问题,这是两种能力的基础性区分。


空间智能在过去已经落实到工业的多个应用场景,涵盖了工业生产大部分流程,其中包含客户服务类、运维、技能培训三大类,应用场景非常广泛。
02

空间智能工业应用

从现场服务需求角度出发,共有三部分需求,

  • 获取更全面的数据。包括已有的结构化数据与实时采集到的现实空间数据,有了这部分数据能进行更好的现场工作。

  • 反馈及时。通过各种智能化系统,在数据推送后进行及时反馈,一方面指前端操作人员的反馈,另一方面指后台系统的及时反馈。

  • 决策正确。基于输入的信息,如何快速做决策?AI 与人的作用需要思考,在人工智能大模型阶段,我认为大模型并不能完全替代人,虽然大模型的记忆能力非常强,但推理能力不足以取代人,在现场工作空间中,大模型更多承担辅助角色。

虽然人工智能大模型是热门板块,且大多企业认为该技术能解决很多问题,但实际落地过程当中还是会遇到很多阻碍,凝练出三点:
  • 不懂行业,对行业知识、术语的理解并不深入。

  • 对企业整体的流程结构、运营模式不能准确把握。

  • 大模型存在幻觉现象。

以上也是目前人工智能在精确度要求不高、娱乐交互场景用得更多的原因,因为那些场景的容忍度相对较高。
基于以上问题,我们有一套解决思路。因为大模型需要迭代并非一蹴而就的,当系统搭建后,需要进行整体优化。所以结合空间智能应用场景,构建“人、数、场”闭环,可以形成正向数据飞轮。

第一部分是数据生成,数据生成需要高质量工业数据,实际上很多结构化数据存在几点问题。第一,数据多集中在文字文本形式。第二,在一些工厂中,大家并没有对结构化数据做很好的整理,这也是制约大模型应用的重要原因。第三,在现场工业环境中,不只依赖单一维度的数据,对于文字、文本、图像、视频、三维模型术语,都具有依赖性。在数据生成方面,需要提升数据的质量与来源。
第二部分是模型迭代,现在工业的部分应用场景还是小模型发挥作用,小模型的数据质量更高,一旦利用大模型,会因为数据不达标,导致大模型在初期难以使用。所以小模型+大模型结合是较实际的路径,同时要加强数据生成的优化。
第三部分是空间智能交互,空间智能交互是交互必不可少,完全靠系统自身迭代、反馈,会存在一定偏差。所以在真正构建场景应用的过程中,我们会融入人的交互反馈过程,有利于整个数据的迭代、模型优化,这是整体思路。

在数据生成方面:总体目标是要形生成高质的工业语料库,传统数据已经在进行结构化。在空间智能生产环境当中,还会有新型的数据出现。其中空间三维数据、位置数据、操作人员现场的交互性数据,这类数据是以前数据库中缺失的部分,通过系统的构建,把数据加入到原有数据库中,能丰富数据库的构成,同时同步人的反馈信息,促进数据质量的提高。

大模型+小模型是目前较常用的方式:在实际构建过程中,要加入更高质量的结构化数据作为预训练语料,同时也可以对大模型的生成结果进行二次知识校验,形成正向循环,促进大模型的真正落地应用。

空间的智能交互反馈机制:整套人工智能体系在现场工作环境中是人的助手,并不能替代人。人能给系统给予有效反馈,因为智能可穿戴设备能获取更多的现场工作环境信息,这部分信息分为两类,一类指事先采集信息,例如文本、图片、视频。另一类指人的实时反馈信息,像手势、语音等都可以通过智能设备采集。在完整的工作流程中,会有各种各样的突发情况,针对于这部分情况加上人的真实反馈机制,对整套系统的运行提供有效的迭代机制,通过以上两种方式,可以实现整套系统的正常循环。
03

空间智能落地方案与案例

从整体方案架构上看,我们是围绕空间计算与 AI 大模型能力为基础,以“设备”为中心,构建空间 AI 计算平台。

从数据角度出发,分为两大块,一块指原有的工业数据生产要素,如现有的结构化数据。另一块指工业现场数据,包括实时获取数据。通过这套平台的构建,应用于制造、供应链、培训设备的巡检点、运维等场景中。

上图是现场超级助手的整体框架,包含基础的一些能力,其中空间计算部分提供环境的理解、跟踪、识别的基础能力,大模型相对偏后端,提供数据分析、智能决策方面能力。应用端结合后端的核心能力生成各种应用,例如巡检、运维、售后都会有专门的入口,结合场景实际特点构建应用。


上图介绍了空间智能的典型应用场景,其中设计和原型制作是目前大模型在工业应用中,探讨热度较高的方向。从执行的角度,对于装配维修、设备运维场景的探索较多,这部分距离生产很近,也是工厂较关注的方向,但难度较大。

典型场景1:设备维修

在该场景前端应用部分,主要是标准作业的流程指导方面的任务,这些任务多依赖于知识库的,在前端会使用智能可穿戴设备,可穿戴设备相当于人的助手,可以在工作过程中实时帮助人进行各种设备的检修。数据库在执行案例中,多把知识图谱结合 AI 的智能问答能力共同构建体系。随着大模型技术的演化迭代,同时将大模型能力融入到系统中,推进项目的升级。
典型场景2:线下智能巡视


该场景以问答为主,问答是文本类的加多模态数据,包括文字、视频、三维模型数据,提前帮助工厂构建数据库。但目前体量较小,由于工厂以前的智能问答都基于原有的数据。另外一部分数据是线上收集的实时数据,数据库在系统集成过程中是不断增长的。利用大模型技术为一线员工进行操作,实现智能问答、关键词设置、AI助手训练等,能够快速为员工提供有效信息,并持续学习与改进。

典型场景3:新人培训
培训场景相对与生产环境相对友好,会把企业的知识信息输入到系统中,将设备的全部信息包括状态、操作历史等以实景结合的形式进行展示与交互。替代老师傅的传授功能,给部分新员工进行整体培训,相比较传统的培训更加直观、易学、节约时间,提高了新人培训的效率。强化训练效果,结合情况提供合适的情景训练,边学边做,实践结果反馈于训练过程。指导员工的流程性操作,保障安全性与规范性,提升工作质量。并且帮助企业不断沉淀数字化内容,形成自有知识库。
以上是工业现场环境中,空间智能应用较为成熟的几个落地场景。但是过程中还有很大的提升空间,人工智能大模型技术的出现,能为我们提供更多的想象力,把整套系统建设得更更完善、更智能。
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北京理工大学光学工程专业增强现实方向博士,美国伊利诺伊大学香槟分校电子工程专业访问学者。前汤姆逊北京研究院研究员,百度高级研发工程师,工信部智能制造标准验证项目AR技术负责人,现为亮风台高级解决方案总监。长期从事计算机视觉以及增强现实技术的研发工作,主导了公司内部多个大型应用项目的落地。在AR工业、教育、营销应用方面具备丰富的实战经验。

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