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1、一、引言尽管社会4.0集成了用于获取和分析数据的网络技术，但是没有本体论的研究，信息共享与相关知识之间仍有一道鸿沟。本体论研究是社会5.0的重要组成部分，随着全球可持续性所需流程的复杂性的不断增加，环境和人类生物学分析的大量数据也不断增加。此外，使用大数据的实时决策对于增强公司的竞争优势愈加重要。文献表明，人工智能(Al)可被应用于大数据处理。大数据分析可通过己安排流程为预测性创新提供指导。数字创新使得客户的终身价值降低，而这需要为非“数字原住民的人力资源(HR)提供灵活且具有智能人机交互技术的制造系统。尽管这些问题已经存在了一段时间，但许多公司至今还没有准备好利用智能分析工具来管理大数据，尤
2、其是在显然需要商业分析软件的信息技术(IT)系统的生产线方面。从自动化流程中收集信息的主要困难之一在于生产系统的创新，其必须通过整合新型生产机器或采用不同制造商开发的各项技术进行重新配置，以应对市场变化。例如，为了缩短从下订单到产品装运之间的时间，大规模定制需要以高质量标准进行快速生产，同时在物理空间和网络空间之间使用智能系统。为了找出易于掌握的程序以确保机器的快速重新配置，人力资源习惯的分析是必不可少的一环。在文章中提出了一种无需对非数字原住民的人力资源进行专业培训就可以管理高度定制化产品生命周期的新方法。该方法在不同的维护操作中应用同一项标准协议，以评估人信息物理系统(HCPS)的智能基础
3、架构设计。将这一方法应用于12家饮料公司的生产线，这些生产线均安装了高级诊断(AD)系统。之所以选择这些公司，是因为瓶子样式的更改不需要高难度的软件(SW)定制，因此降低了可变性，使我们能够专注于人类活动的分析。这项工作要解决的主要问题是开发一种与人力资源培训无关且基于定制安排的智能系统来连接网络空间和物理空间，以便利用智能基础架构和应用程序自动管理大量数据，从而减少故障和停工时间。本研究证明该方法可以减少人力资源培训并提高生产效率。二、背景介绍制造业中应用的信息和通信技术使得生产系统具有高度自动化、高效、灵活和智能的特点。这些生产系统需要有效的维修组织，而这些组织可以通过工程学方法实现，即利
4、用工程工具和方法设计控制论系统，如用于数字化、网络化和人工智能的工具与方法。越来越多的公司采用先进的生产系统，利用计算机集成制造来保持自己的竞争优势.这种先进的方法在高质量标准、低成本的自动化生产中拥有出色的表现，可以为智能企业设计一种经验检验方法。在这种情况下，可以执行一套完整的流程，该流程根据人力资源经验和统计数据定义过程参数，其中经验案例让我们可以在应用的人工神经网络中识别节点，使得网络空间中的感兴趣区域（ROD成为扩展至工业4.0的有效选择。在一般的过程中，为了让人力资源能够应对异常的操作条件，相应的新的培训课程数据需要用与恢发干预相关的数据进行更新，并由人工智能算法加以分析与精确，以
5、确保系统得以持续改进。文章提出的方法基于以下5种假设：（1）智慧社会通过人工智能评估人类的需求，以实施最佳的自动化操作流程，以人道的方式考虑问题和刺激因素，其结构可以在现代数字环境中收集并学习人类的习惯。（2）在特定制造过程中应用的自动化程序必须通过获取经验信息来改善程序本身，以防止人机交互引起的任何错误，确保所提供设施的安全性，并根据全球需求利用智能工厂合并操作流程。（3）大数据链的分析可以以一种可扩展的方式进行，从而利用高级诊断技术使其适应不同的企业流程。（4）得益于人工智能的进步，智能基础架构和应用程序可以被用于直至决策和协作机器人设计的所有管理流程的自动化。（5）各流程可自动由智能自主
6、学习系统管理，并通过数字应用程序进行人与网络空间的连接。表1总结了各种社会范式中的常用术语。在不同的范式下，一个名词对应不同的实体。以卜.将对有关不同社会的假设进行解释O表1各种社会范式卜的常用术语及其相关实体TernwEntitiesSociety40Socidy50SmartSocietyCoteProcessAiHumanScheduledoutputProcessparametersPlannedprocessesSociallyCharM：!CfiZCdAlSundardizalionC*bcncPhysicalspaceGlobalxycmMj11uflurinIMknlry40I
7、nduslr)-S0SnurlfxesnalassBigdataandCPSProceiitdataandIiCPSPredirtneanda&plivedtaMachineCdUCItM)CAdvanceddiagnosticsEnvironmentandbokgySmanInlrastwctUfeandaplc4tomHumanastslanccCo-wockingandzerofailureSma11systemsandnd*od;SmancitiesCPSCvbChPhVXieaIvlcm（一）社会4.0在社会4.0中，知识和信息的跨部门共享是有难度的，人们通过互联网访问网络空间中的云
8、服务（数据库）来检索和分析数据。工业4.0基于信息物理系统（CPS）、物联网（IoT）和服务互联网的概念和技术，其目标是拉近人与机器之间的距离，从而轻松构建组件均一分布的、满足人类需求的数字框架（如网络化的卫生系统）。在目前的情况下，人机合作反映了各种各样的变化，这对通信、协调和协作产生了广泛的影响，尤其对协作机器人的使用产生了影响。这些机器人需要拥有灵活的配置，可以适应任何操作流程，而且必须在很短的时间内做出响应。（二）社会5.0在社会5.0中，人工智能将从物理空间中获取的信息累积在网络空间中，而人-信息-物理系统的使用让我们可以对流程数据进行未来分析。人信息物理系统是新一代的人工智能,它以
9、本体论为基础，而且考虑了每一种人机交互的情况。此外，这一过程还考虑了环境和人类生物学方面的问题，为工业和社会提供了新的数据，而这在以前是不可能的。社会5Q的目标是在经济发展与解决社会问题之间实现平衡,这需要科学家仿照生物进化过程中能够确定的结构和过程。工业4.0侧重于采取不同的数字或网络技术来获取并监控数据，而工业5.0侧重于由合成生物学产生的地缘战略转变。工业5.0设想的动态城市需要根据环境条件进行设计，使用生物基产品、能源和服务，以在智能城市中实现结合人工智能的零故障流程。其目的是将制造流程与环境和人类需求完美匹配，并不断升级流程数据、服务和产品，以及智能系统和相关基础架构。此外，基于社会
10、4.0的经验和相关物理空间中经过验证的参数，文章介绍的数据调度功能可以使我们建立用于决策的人工神经网络。（三）智慧社会智慧城市代表的是一种城市发展的概念模型，其基础是人力、集体和技术资本的开发。智慧城市的概念可以扩展到智慧社会。实际上，社会5Q和人工智能可以通过标准化流程来评估人类的需求。因此，这种由数字驱动且以知识为基础的社会必须朝着社会、环境和经济可持续的方向发展。人力资本和社会资本是智慧城市和智慧社会发展的核心，且需要为预测性和适应性流程提供创新的方法。这一目的是设计一种以知识为基础的经济体，该经济体具有可以协同工作的数字基础架构，而且可以在各个智慧城市子系统之间实现动态实时交互。目前，
11、尽管研究者对智慧城市的定义未达成共识，但是文献中包含了数十种关于智慧城市或智能城市的描述。无论如何，可以说智慧城市是以人为本的社会，其中人工智能选择流程的目的在于利用智能工厂获取最佳的生活条件。这些智能工厂配备了智能设备（传感器/执行器）、可编程逻辑控制器（PLC）、流程管理和制造执行系统、企业资源计划软件以及人信息物理系统。也就是说，人们可以在网络中的任何地方下订单，然后基于智能基础架构和本体，制造流程可由即插即用技术实现远程控制和重组。由此，生产设备的一体化、更换或替换将无需人力资源对系统重新配置的特殊支持。实际上，即插即用技术能够让智能设备的智能重新配置和交互与可编程逻辑控制器相连，从而
12、实现与其他设备的智能协作。三、理论与方法（一）智能维护常见的维护方法包括修正法、预防法、预测法和主动法。修正法是未经计划的和在发生随机故障时进行维修的方法。其他3种方法均为有计划的方法,并且会评估预防性和（或）预测性分析中的数据。预防性维护加大了对组件的利用程度,评估了统计学研究和设备手册,从而在出现故障之前为换件程序提供支持。预测性维护使用传感器进行组件分析、数据收集和制造流程分析，并根据历史趋势逐步减少问题，从而提高生产效率。主动维护的基础在于对问题及其原因的了解，可以评估组件与流体或润滑剂之间的所有关系，列出每个潜在的问题并不断改进。文章提出的智能维护是一种以人为本的方法，它将人类习惯和
13、相关知识水平纳入考量,对新机器/组件与人力资源之间的关系进行评估，旨在通过采用一种新型的人机培训方法来改进主动维护。该人机培训法具有针对高级诊断的自主系统（参见人信息物理系统），还可以通过零故障分析逐步升级为为设施管理提供支持的网络空间。（二）全球标准方法的提议每个制造系统中的人类习惯和操作可能会有所不同，这取决于环境条件、现有资源、网络、基础设施、设备等。所以，我们必须对每种人机交互中的感兴趣区域，以及在质量、可持续性和效率方面具有较高的成功潜力的操作提议进行定义。文章提出的社会5.0全球标准方法（GSM5）（图1）能够不断完善自身，并且可以利用预测分析来优化运行与维护（O&M）流程。Par
14、ameters, Smart systems and network Innovative education, Environment and biology Mass customizationSmart maintenance, Machine in collaboration with man Man educated by man, Machine educated by man Machine educated by machineAutomated predictive innovation Zero-failure activity, Big-data analysis Adv
15、ance diagnostic New generation of intelligent manufacturing图L用于人信息-物理空间的社会50全球标准方法和运营管理方法。社会5.0的物理空间：环境资源、用于统一时间定义的智能系统和网络、提高运营效率的创新教育，以及大规模定制目标（棕色方框）。智能维护调度和人信息物理系统信息数据流（蓝色方框）。网络空间运营管理调度的宏观领域（黄色方框）。社会5.0全球标准方法的目的是开发生产流程和支持流程，以实现一种能够在所有运营管理级别上提供正确信息的多核循环系统，从而确保人工智能的完整调度。专用的智能系统、网络和应用为创新教育提供了基础。为实现情境
16、化的大规模定制，我们必须对社会5.0中典型智能工厂的环境进行分析。培训和调度系统（即智能维护）通过大数据链得以构建，而流程设计可使社会5.0中典型的智慧城市不断加以完善，也可改进跨企业活动以实现自适应。从已安装的机器（即与人类协作的机器）中获得的数据可被用于人类进行创新教育，从而预测和计划未来的维护工作。如今，环境问题和人类需求要求我们创造更多的可持续流程，这界定了现有资源和生产限制（即由人类训练的机器）O这样做的目的是确保全球化的扩展（即由机器训练的机器），并且缩短所投入和浪费的时间。具有智能应用的数据调度从执行新的操作流程开始，评估了以下相关宏观领域中的人机交互：零故障、大数据链、高级诊断
17、，以及新一代智能制造（NGlM）。结构化的网络空间通过新一代智能制造为大规模定制流程及其在具有现有生物资源的特定环境中的零故障整合提供支持。信息与智能系统和网络的实时共享，可实现创新教育、相关数据分析和高级诊断。因此，基于特定环境下得出的未来结果，为了获得从网络空间到物理空间的简单的、经过验证的、可扩展的演示程序，所有操作流程都需要完整的大数据分析来建立和开发程序，以减少故障和浪费。空间是无限的三维范围，其中物体和事件具有相对的位置和方向。人信息物理空间分析人信息物理系统（物体和事件）和操作流程（位置和方向）网络空间和物理空间之间的连接需要硬件（HW）和软件，它们可以在人信息物理系统中通过本体
18、将人机交互数字化并进行完善。具有相关数据调度管理流程的自主网络空间的创建，使我们可以根据社会5.0的参数模拟新一代智能制造的操作过程。自动化的预测性创新基于图2所示的原理，图中展示了该目标的实现途径。支持设施管理的操作流程定义了目标、资源、规则和利用现有硬件（感兴趣区域）的时间安排。图2.操作流程的预测性创新示意图。操作流程：深度学习和想法。质量和全球扩展：适用性和地理定位。长期可持续性：附加值以及收益与成本之间的关系。治理和互操作效率：真正的适用性和管理指令。新增：存在问题和必须被测试的可能的解决方案（技术、调度阶段和网络空间调度）。不断改进的数据流（黄色和红色箭头）：YeS表示新过程改进了
19、现有技术：FeedbaCk表示网络空间调度：No表示提议的解决方案不符合指导原则。为了指出效率低下的情况或应该在人机交互中做出的改变，操作流程需要采用经验演示案例进行人为定制。操作流程的评估可以减少问题数量并确保效率、高质量和可持续性，而整个大数据链必须从操作流程的评估开始,被用于研究任何特定的环境和相关资源（例如，电子商务具有可持续性并且可以减少浪费，但前提是必须接入互联网）。因此，我们需要定制用于提供可行性和零故障反馈的功能性高级诊断和智能应用程序,将人类习惯与生产绩效数据合并在一起，并根据任务成功的可能性整合现有的选择（如减少浪费、增加产量）。此外，循环系统必须能够识别为了实现预测性创新
20、而必须考虑的行动，从而自主地改进。这需要通过使用网络空间的数字结构完成，其中大数据输出有助于实现高级诊断，而零故障追踪有助于实现可行性分析。公司治理生成的反馈对于提高流程质量有所帮助，同时全球扩展的潜力和可持续性从经济、环境和社会的角度得到了评估。在每一步中，我们都可能会错过目标，因此需要对操作流程进行修订以改善系统并重塑理想的循环。不断推出改进措施的各管理层（战略、战术和运营管理）将分析并储存经验结果，从而推出操作教程以修复机器故障。此外，我们需要利用机器历史记录让人工神经网络（节点）能更加准确地预测故障并安排维护工作，以便在年度维护计划之外尽可能地减少干预和意外或多余的停工期（即在理想情况
21、下，将干预行为减少到接近零）。因此，智能维护系统会提供适当的服务，并且产品管理的反馈会生成一个定制的高级诊断算法。该方法的效率通过接近零故障的高级诊断（nZ-FAD）流程不断得到更新，该流程将确保方法的不断改进和完善。我们的目标是达成一项自动的自我修复流程。因此，以建筑信息模型（BIM）流程为例，以便为智能工厂、社会5.0、工业5.0和智慧城市设计一份智能协议。这使我们能够研究一些经验案例，从而获得对人工智能原始数据和调度设计的效率反馈。四、信息数据流一一管理和操作流程在这项研究中，为了以一种智能的方式收集数据，我们决定参考一个通常被用于大数据处理和管理的逻辑模型，该模型集成了上述所有技术。数
22、据分析强调了以往经验与模拟方法相结合的结果。该结构旨在关联长期算法，识别促成因素并评估其对成本、风险和操作流程的影响（图3）。网络物理空间和相关调度（图4）必须通过用户友好系统进行更新，以确保效率、质量和可持续性；信息和通知必须持续可用、保密和完整。Definition of ROI for structuredimprovementAnalytical algorithm forlong-term validationCriticality and riskof inefficiencyOperativeprocesses toensure maximumProducVservicequal
23、ity related toreliability,security, safety,authority, andbusinessEnablingfactorsSmart-sensors:identification,characterization, andapplicationIdentification anddowngrading ofoperative resource/instrument图3功能过程管理及其操作流程图。图4.网络物理空间中（功能、信息学和全局）的操作宏区域和用于自动预测创新的系统信息调度。橙色：建筑信息模型；绿色：工业4.0技术；黑色：调度阶段：黄色：网络空间调度
24、。目标是实现操作过程的持续自动化创新，这将为适当的供应链管理（采用预测算法）奠定基础。本案例研究将有助于探索建筑信息模型的概念，其中包括对结构的物理和功能特征进行数字表示。建筑信息模型涉及多个维度上区域的物理和功能特性的数字表示的生成和管理。在这种情况下，工业4.0提供了支持人机交互的所有必需的技术，其功能目标是降低成本并增强对自动化过程的控制。在这一点上，明确用于调度和相关阶段的操作宏区域是至关重要的。功能区域的运营商和代理商定制高级诊断，以获得足够的数据量和质量来确保零故障和零浪费。人工智能系统中处理信息学的部分必须通过提供用于预测和模拟操作过程的所有必要数据来确保可行性。专家从操作过程开
25、始，通过描述质量、可持续性和可行性，定义了全局区域指令，这些指令在任何全局范围内是可扩展的，可用于未来人工智能培训和数据调度。之后，可以将物理空间与网络空间连接起来以实现数据处理。（一）数据集和警报消息优化维护对于提高性能至关重要。在制造系统中，警报消息用于连接网络空间和物理空间，并显示改进高级诊断所需的内容（图5）。punoj.se PUeU snMBcro-functulareaOperativepccesHClPandMtSSAGES(WhMhashappened”)Wheretheproblem?AfeaofIDIerCtfActivityandprocessesWhyhasithap
26、penedRiksMotcrukWhocanfcoreit?ProductiondauIechmcalcbemaandoragcareaMknlIIiartnCCAandSuintenanceWhichdevicesandtookioac?ID(XMnon0i.H-CiP.(WhailDdo?)RUrCeIOMnpanenl.InveCttypdogfunctionaldescription,fromItoIOWhenmCnticalitylevel,nctarea,hCMO,XtdadonactivityHigh,medium,oflow.quality,safety,andbusa.syx
27、tetnphenomena,mksandaUrmsOPLIwodolWdPOPCrBtiveprocedures.XeroCailureMtnues.aMSandalgorithms,finalizedrecovety因此实现了一个基于一些基本和间接的人类问题的调度。自古以来，这些问题对于任何类型的假设和论证的发展都非常重要，因此对于问题解决阶段（发现、形成和解决）也非常重要。事实上，人脑可以被视为一个处理器，一旦收到刺激（警报），就会明白“发生了什么？为什么会发生？以及“哪里发生了问题？，最后给出解决方案。同样的方法（确定问题、原因和位置，以及可以实施解决方案的人员）也可被用于智能维护操作过
28、程，以提供基本的操作说明，即“怎么办？”和“如何做好？来恢复正常活动，并考虑主题类型及其“使用哪些设备和工具？的功能以及问题的重要性，即“什么时候做？（二）数据分析数据分析的目的是使获得的原始数据适用于决策或其他特定用途（如文献参考、定性影响、症状的现象学分析、风险预防、建议的改造活动、操作影响和优先处置过程）每个错误字符串都与唯一的ID匹配，并创建一个专用文件，其中包含解决引起警报的故障所需的指令。数据分析的主要目标是在操作员层面提供一种方法，在无需专门人力资源的特殊干预的情况下，重启每台存在故障的非活动的机器。这将减少工厂停工时间、未售出产品的费用以及人为活动的费用。基于这些原因，针对每个
29、问题创建一个指南。换言之，数据分析会导致为每种故障编写单点课程，这样在机器上工作的操作员可以在故障发生时有效地使用单点课程。为了在特定的环境中实现该方法的功能，同时考虑人们有不同类型的习惯，高效的互操作调度是必须的。数据分析实现的示例如表3所示。表3高互操作效率和相关阶段的数据分析示例ProcessMacroOperativeprocessPhaselPhase2Phase3TargetFunelionalsegmentationTdUdqualitysegmentationandstructuredpesonalatmPreventiveCOnSUmPliveAukMnalicrcoftRc
30、soufccsOperativecostsandstatisticsOperativesupplysystemandfnaltzatmStatisticalincidenceCriticalityquantieatonAdapUlMMitotherealeaseRolesCustomizMionanddimensionBesttimeallocationanditsvalidabonCustomizedrotationSchcddingSuslainability,alidaUonTimingFeasibilitystudyRealcaseandstructuralvalidationofth
31、esystemRealavailableresourcesRequirementssatisfactionInter-Operaineefficiency该过程由一个专用的宏逐步构建，从目标的定义和对可用资源的评估开始，直到确定关键角色和正确的时机。这样，就可以开始模拟和测试阶段（分别为阶段1和阶段2）,以便计划操作过程的自动化（阶段3）,（三）数据管理、存储和使用除了选择、分类和验证等操作外，主要还需要对数据进行处理以避免重复。所有这些操作都要确保数据是可信的、可发现的、可访问的、可重复使用的，并且适合于此目的。然而，在不同的工业水平上获取所有数据通常仍然依赖于环境。文章采用的解决方案可以立
32、即使用，并且涉及一个公共云计算平台，该平台确保了互操作性、可伸缩性和灵活性。之所以做出这样的选择，是因为即使需要昂贵的冗余存储系统来确保为灾难恢复而设计的可靠服务，共享的公共云也可以降低其成本。本研究旨在为未来的计划实施奠定基础，并且无需外部人力资源干预就可管理所有类型的警报，从而减少停机时间。近年来，云计算和存储技术不断发展,根据美国国家标准技术研究所的定义，云计算系统包含5个基本特征：按需自助服务、广泛的网络接入、资源的集中、快速的弹性和可衡量的服务。该网络的服务提供商能够存储大量数据，并且能够使用数据高效地执行计算。当一个独立系统与云技术相结合时，即使计算资源有限且存储容量较小，性能和功
33、能也会显著扩展，从而形成一个为多个用户提供共享服务的网络。通过云容量、物联网、中间件和大数据的结合来控制产品质量和设备的第一步是定义连接到网络的机器的数据存储技术。在这项工作中，我们利用了外部云存储，外部云存储可以与工业测试案例中的机器或不同的信息技术组件进行通信。每当发生故障时，可编程逻辑控制器都会向人机界面发送警报信息，而人机界面会向专用云发送文文章件，以丰富历史数据库。高级诊断功能将记录传感器记录的所有数据，或通过一个名为“警报历史管理”的专用功能在本地硬盘上计算所有数据，并将警报存在云端，以确保数据保护。通过电子邮件可以将警报发送给所有参与维护活动的操作员。最终数据库被工业机器用于优化
34、管理。收集到的数据也可以被组织用于商业活动或通过通常由数据分析开发的测量模型来提高其行动的有效性。借助智能的自动化决策流程，可以通过降低成本、增加价值或任何其他可衡量的参数来增强公司的竞争力。高级诊断的实施将操作员警报与采用单点课程格式和接近零故障模型的故障排除相结合。它针对工业环境进行了功能化，恢复了监督程序，并改进了发送给相关人力资源的图像和文本。我们为Andrc）id设备开发了维护跟踪和监控移动应用程序（MAM-TAM）,该应用程序通过验证和显示链接到警报代码的单点课程的文文章件、图像和Pdf文档直接访问云，并可用于从外部和本地内存检索数据。针对Windows加固平板电脑的类似应用程序己
35、经在工业应用中实现。通过MAM-TAM可以对系统进行实时监控，这样每个专门的人力资源可以执行监督，并可以提醒其他操作员所存在的不同风险状况。在不改变自动化生产过程的管理机制的情况下，收集所有级别的实时信息的能力可以使安全级别保持不变，同时不需要使用HMI存储器。六、结果在过去4年中，文章提出的方法已被应用于12家公司。对已经取得的进步进行评估，重点关注了停机时间、培训活动、故障和外包支持的减少以及产量的增加。如前所述，我们选择了12家饮料公司的生产线，因为瓶字型的变化不需要棘手的软件定制。因此，这一选择减少了变异性，使我们能够专注于人类活动分析。此外，这些公司也代表了世界各地不同的地点，他们的
36、营业额也不同。考虑人类和机器的不正确操作，我们在所有的企业中都应用了专门的单点课程来提供智能帮助。表4显示了在采用接近零故障的高级诊断期间(12-38个月)获得的结果。与应用该实现方法前相同数量的月数相比,包含编写良好的单点课程的智能助手减少了(236)%的停机时间，测量结果没有时间相关性S?=0.163),且显示减少了(93)%的故障。表4全球12家不同的公司对接近零故障的高级诊断的应用时间和结果，重点关注停机时间、故障、培训成本和外包服务的减少，产量的增加以及实施方法应用后的停机事件数量CompanyCOUntlynZ-FADimplicationUmC(month)DOWntimereduction()Reductioninfailures(%)Reductionintrainingcosts(%)Reductionnoutsouxservices()
