Article by: Asst.Prof. Yod Sukamongkol

Faculty of Engineering, Ramkhamheang University

โครงข่ายของสรรพสิ่ง (Internet of Things, IoT) และปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence, AI) เป็นเทคโนโลยีที่สำคัญที่จะนำภาคอุตสาหกรรมและประเทศไปสู่ยุค 4.0  ปัญญาประดิษฐ์ คือ ความฉลาดเทียมที่สร้างขึ้นให้กับสิ่งที่ไม่มีชีวิต ซึ่งปัญญาประดิษฐ์เป็นการเรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการการคิด การกระทำ การให้เหตุผล การปรับตัว หรือการอนุมาน สามารถสรุปได้ว่า ปัญญาประดิษฐ์จะทำหน้าที่เหมือนกับสมองของมนุษย์ เช่น หุ่นยนต์ที่มีปัญญาประดิษฐ์ในภาพยนตร์ จะมีพฤติกรรมและความสามารถเหมือนกับมนุษย์เพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์ให้สามารถคิดและเป็นผู้ช่วยในด้านต่างๆ เช่น ระบบนำทางรถยนต์ไร้คนขับ ช่วยผู้อัจฉริยะในสมาร์ตโฟน  หุ่นยนต์เสิร์ฟอาหาร เป็นต้น

ลักษณะของปัญญาประดิษฐ์ สามารถแบ่งได้ 4 กลุ่ม

1. การกระทำคล้ายมนุษย์ คือ (ก) สื่อสารกับมนุษย์ได้ด้วยภาษาที่มนุษย์ใช้อย่างภาษาอังกฤษ เป็นการประมวลผลภาษาธรรมชาติ เช่น การใช้เสียงสั่งให้คอมพิวเตอร์พิมพ์เอกสาร (ข) มีประสาทรับสัมผัสคล้ายมนุษย์ โดยสามารถมองเห็นและรับภาพได้โดยใช้อุปกรณ์รับสัญญาณภาพ (sensor) และ (ค) สามารถเรียนรู้ด้วยตัวเอง แล้วปรับตัวสู่สิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนไปได้

2. การคิดคล้ายมนุษย์ ก่อนที่จะทำให้เครื่องคิดอย่างมนุษย์ได้ ต้องรู้ก่อนว่ามนุษย์มีกระบวนการคิดอย่างไร เช่น ศึกษาโครงสร้างสามมิติของเซลล์สมอง การแลกเปลี่ยนประจุไฟฟ้าระหว่างเซลล์สมอง

3. การคิดอย่างมีเหตุผล หรือคิดถูกต้อง โดยใช้หลักตรรกศาสตร์ในการคิดหาคำตอบอย่างมีเหตุผล

4. การกระทำอย่างมีเหตุผล โดยจะตอบสนองต่อการกระทำแต่ละแบบโดยการนำเอาสภาพแวดล้อมเข้ามาวิเคราะห์ร่วมด้วย

ขั้นตอนการใช้ปัญญาประดิษฐ์

ระบบปัญญาประดิษฐ์เป็นข่ายงานระบบประสาทเทียม ซึ่งสร้างมาจากแบบจำลองคณิตศาสตร์ที่พัฒนาขึ้นมาเพื่อจำลองการทำงานของเครือข่ายประสาทในสมองมนุษย์ มีความสามารถในการเรียนรู้การจดจำแบบรูป และการอุปมานความรู้ เช่นเดียวกับความสามารถที่มีในสมองมนุษย์ ในระบบประสาทนั้นมีเซลล์ประสาทที่รับข้อมูลอินพุต สัญญาณข้อมูลอินพุตจะได้รับการประมวลผลภายใน จากนั้นสัญญาณข้อมูลเอาท์พุตจากเซลล์ประสาทจะถูกส่งออกมา เป็นรูปแบบที่ต่างกันไปตามอินพุตที่เข้ามา  ถ้าหากปริมาณอินพุตมากพอข่ายงานระบบประสาทจะรวบรวมข้อมูลและวิเคราะห์เชิงสถิติ ซึ่งจะสามารถพยากรณ์ ประมาณค่าฟังก์ชัน และ จำแนกกลุ่มข้อมูล มีการเรียนรู้แบบเรียนรู้ด้วยตัวเอง จดจำและจำแนกหมวดความรู้อย่างชัดเจน รวมถึง สามารถตอบสนองอินพุตนั้นๆ ตามตรรกะที่ได้เรียนรู้มาสอดคล้องกับสถานการณ์ในขณะนั้น รูปแบบจำลองโครงข่ายเซลล์ประสาทเทียมนั้นได้ถูกพัฒนาขึ้นมามากมายหลายชนิด เพื่อให้คล้ายคลึงกับสมองมากที่สุด แต่ละชนิดจะมีคุณสมบัติแตกต่างกันไป ซึ่งสามารถเลือกประยุกต์ให้เหมาะสมกับงานในแต่ละประเภท

การใช้ปัญญาประดิษฐ์ในการอนุรักษ์พลังงานในโรงงาน

เนื่องจากปัญญาประดิษฐ์ ต้องการข้อมูลจำนวนมากเป็นอินพุตเพื่อทำให้เกิดการเรียนรู้ที่จะตอบสนองการสถานการณ์ต่าง ๆ ที่จะเกิดขึ้น ดังนั้น จึงมีความจำเป็นที่ต้องทราบค่าตัวแปรต่างๆ ในระบบ ที่มีผลต่อการใช้พลังงาน โดยใช้เครื่องมือวัด เซ็นเซอร์และสมาร์ทมิเตอร์ ที่มีความถูกต้องแม่นยำ เพราะมีความจำเป็นอย่างมากที่จะใช้ตรวจวัดและส่งข้อมูลค่าตัวแปรต่างๆ ของเครื่องจักรในระบบต่างๆ รวมถึงข้อมูลการใช้พลังงานแบบ real-time ข้อมูลทั้งหมดจะถูกจัดเป็นกลุ่มที่สะท้อนให้เห็นถึงสถานะของอุปกรณ์แต่ละชิ้น ซึ่งจะเห็นภาพรวมของอุปกรณ์ในรูปแบบของชุดข้อมูล และถูกส่งต่อไปยัง AI ซึ่งจะทำการบันทึกข้อมูลของแต่ละอุปกรณ์ ทำการวิเคราะห์การทำงานและสั่งการให้อุปกรณ์ทำงานเต็มประสิทธิภาพตามสถานการณ์นั้นๆ หากไม่รู้ว่าอุปกรณ์นั้นคือชนิดใดหรือไม่เคยเรียนรู้มาก่อน AI จะแจ้งให้ทีมผู้ใช้หรือขอให้ผู้เชี่ยวชาญให้ข้อมูลเพิ่มเติม ทำให้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการปฏิบัติงาน ลดช่วงเวลาการหยุดเดินเครื่อง ช่วงบริหารจัดการเครื่องจักร และสามารถใช้พลังงานอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพในที่สุด

ปัจจุบันกรมโรงงานอุตสาหกรรม (กรอ.) กระทรวงอุตสาหกรรม เริ่มมีการผลักดันให้มีการใช้ปัญญาประดิษฐ์ในระบบต่างๆ ในโรงงาน เช่น การยกระดับหม้อไอน้ำเป็น Smart boiler ในระบบผลิตไอน้ำ โดยจำเป็นต้องตรวจวัดตัวแปรที่มีผลต่อปริมาณการใช้เชื้อเพลิงเพื่อใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานและการวิเคราะห์ตามตาราง

หลังจากที่ AI ได้วิเคราะห์และทราบถึงสถานการณ์ทำงานของหม้อไอน้ำแล้ว ก็จะสั่งการหรือควบคุมการทำงานของหม้อไอน้ำให้มีประสิทธิภาพสูงสุดและเหมาะกับสภาวะการทำงานนั้นๆ เช่น เปิด-ปิดวาล์วควบคุมการโบลว์ดาวน์  หรือ หรี่-เร่งอัตราการไหลของน้ำป้อนหรือเชื้อเพลิง เป็นต้น ทำให้หม้อไอน้ำมีการใช้พลังงานอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพสูงสุด นอกจากนี้ปัญญาประดิษฐ์ยังสามารถทำให้การใช้งานหม้อน้ำเป็นไปอย่างปลอดภัย เช่น มีการควบคุมระดับน้ำ ความดันภายใน และอุณหภูมิ เป็นต้น ทำให้ความเสี่ยงในการเกิดอุบัติเหตุลดลง อีกทั้ง ความอัจฉริยะของปัญญาประดิษฐ์จะทำให้หม้อไอน้ำสามารถควบคุมหรือกำหนดการปลอดปล่อยมลภาวะทางอากาศหรือทางน้ำให้สอดคล้องกับข้อกำหนดกฎหมายและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

               อย่างไรก็ตามค่าใช้จ่ายในการปรับเปลี่ยนหรือติดตั้งปัญญาประดิษฐ์ในระบบต่างๆ ในโรงงานนั้นยังมีมูลค่าค่อนข้างสูงเพราะต้องมีการติดตั้งเครื่องมือวัด ระบบ IoT และ ระบบอัตโนมัติต่างๆ เพิ่มเติมจำนวนมาก จึงต้องศึกษาความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ควบคู่ไปกับความพร้อมของสถานที่และการพัฒนาบุคคลากรให้มีความพร้อมให้สามารถใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีเหล่านี้ได้ในหลายๆ ด้าน ไม่ว่าจะเป็นด้านการทำงาน หรือการใช้ชีวิต นอกจากนี้ยังมีความจำเป็นที่จะต้องปรับปรุงการปัญญาประดิษฐ์ให้ดียิ่งขึ้นในอนาคต โดยการใช้เทคนิคใหม่ๆ ในกระบวนการคิดที่ต้องเน้นความถูกต้องของข้อมูลและตรรกะในการตอบสนองที่มีประสิทธิภาพ มีความปลอดภัยต่อชีวิต ทรัพย์สิน และสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

Article by: Asst.Prof. Yod Sukamongkol

Faculty of Engineering, Ramkhamheang University

Industrial 4.0 need the alternative technologies which are Internet of Things (IoT) and Artificial Intelligence (AI).  AI is a general term used to describe various forms of advanced computational and control techniques associated with the analysis of large data sets. These techniques mimic the natural reasoning process of the human brain.  At present, AI is initially used to serve the human’s needs, for example, in the self-driving car, user assistance in smart phone, waitress robot, etc.

AI’s characteristics consist of

Acting Humanly: AI can act like a human as communicate with natural language, or it can sense the surrounding condition and it can learn and respond as a machine learning.

Thinking Humanly: AI can think like a human cause its analyzed processes use the mathematical models as the basis of which is the artificial neural network imitating a nervous system in the human brain.

Thinking rationally: AI can use the data mining as the base case and analyze them logically, reasonably and wisely. 

Acting rationally: After rationally thinking, AI can respond and action efficiently due to the real-time surrounding condition

How does AI work?

AI makes it possible for machines to learn from experience, adjust to new inputs and perform human-like tasks.  Due to these technologies, computers can be trained to accomplish specific tasks by processing large amounts of data and recognizing patterns in the data, therefore, AI works by combining large amounts of data with fast, iterative processing and intelligent algorithms, allowing the software to learn automatically from patterns or features in the data.

In fact, first, AI need lots of set of data or parameters and use data mining techniques to search historical data and identify process, opportunities, process bottlenecks and process variability issues.  As neural networks analyze data with genetic algorithms more wisely than conventional techniques, AI can minimize processes by selecting the best operational set point and working condition.  Then, its self-learning will develop artificial expert systems that contain the knowledge discovered during the data mining exercise along with that of domain experts to control the high efficiency machine’s operation with optimal conditions.

How does AI use for Energy Conservation in Factory?

According to lots of parameter data sets are needs for training AI, the accuracy and precise sensors and smart meters are necessary to implement for measuring those parameters which effect the energy used in the factory.  IoT technologies and internet network system are also required to sent data and communicate with AI.  The net result of utilizing artificial intelligent techniques in industrial environments will be an improvement in the factors that influence complex industrial processes and, finally, lead to the energy used efficiently.

At present, Department of Industrial Works, Ministry of Industry, lunches a policy to promote the use of smart boiler system which composes of sensors, IoT and AI.  The necessary parameters and analyzed the energy conservation of operating boiler are shown in the following table.

By using artificial intelligent techniques, it is, therefore, possible to discover for example patterns in a steam production system of the boiler that may cause production bottleneck, or an increase in process variability resulting in reduced product quality or increase energy usage and cost.  In addition, AI’s responds that control the operation of boiler, such as water level, steam’s pressure and steam’s temperature at real-time, this result in the decrement of risk of accident occurred, on another hand, AI increases the safety of boiler operation.  Moreover, AI can also control the quality and quantity of emission followed the environment friendly regulation.

               Although, AI has lots of benefits, for example, energy conservation, energy efficient, safety and environment friendly, as described above, the feasibility study of implement AI system in the factory must be considered because, presently, its installation cost still high due to Intelligent sensors, advanced control, monitoring device, software process modelling and simulation, data storage and AI management systems.  In addition, the human resources like operators, workers and owners must be educated in this AI Technologies to prepare and can use this tech efficiently when it is implemented.

Article by: Asst.Prof. Yod Sukamongkol

Faculty of Engineering, Ramkhamheang University

インダストリアル4.0では、モノのインターネット（IoT）と人工知能（AI）の代替技術が必要です。人工知能は、大規模なデータセットの分析に関連する高度な計算および制御技術の様々な形態を説明するために使用される一般的な用語です。これらの技法は、人間の脳の自然な推論プロセスを模倣しています。現在、AIは、自走車、スマートフォンのユーザー支援、ウェイトレスロボットなど、主に人間のニーズに対応するために使用されています。

AIの特徴

1. 人間的な行動：AIは人間のように行動し、自然な言語を利用してコミュニケーションをとったり、周囲の状態を感知したり、機械学習のように学び、応答することができます。
2. 人間的な思考：AIは人間のように考えることができます。なぜなら、その解析プロセスは、人の神経回路網が人間の脳内の神経系を模倣することを基礎とする数学モデルを使用するからです。
3. 合理的な思考：AIは、データマイニングを基本事例として使用して、論理的、合理的、賢明に分析することができます。
4. 合理的な行動：合理的に考えた後に、AIはリアルタイムの周囲条件によって効率的に反応し、行動することができます。

AIはどのように機能しますか？

AIは、機械が経験から学び、新しい入力に適応し、人間のような作業を実行することを可能にします。これらの技術のおかげで、コンピュータは、大量のデータを処理し、データのパターンを認識することによって特定の作業を達成するように訓練することができます。したがって、AIは大量のデータを高速かつ反復的に処理し、インテリジェントなアルゴリズムと組み合わせ、ソフトウェアがデータ内のパターンや機能から自動的に学習できるようにします。

　　　実際には、AIは多くのデータまたはパラメータセットを必要とし、データマイニング技術を使用して履歴データを検索し、プロセス、機会、ボトルネック、および変動性の問題を特定します。ニューラルネットワークが従来の技術よりも賢明に遺伝的アルゴリズムを用いてデータを分析するため、AIは最良の動作設定点および動作条件を選択することによってプロセスを最小限に抑えることができます。そして、その自己学習は、データマイニングの訓練中に発見された知識を含む人工エキスパートシステムを開発し、ドメインエキスパートの知識と共に最適な条件で高性能マシンの動作を制御します。

AIは工場で省エネルギーにどのように使用されていますか？

多くのパラメータデータセットがAIの学習に必要であるため、工場で使用されるエネルギーに影響を与えるパラメータを測定するためには、精度と正確なセンサーとスマートメータが必要です。IoT技術とインターネットネットワークシステムはまた、データを送信してAIと通信する必要があります。産業環境で人工知能技術を利用することの正味の結果は、複雑な産業プロセスに影響を及ぼし、最終的に効率的に使用されるエネルギーにつながる要因の改善となることでしょう。

現在、工業省工業省は、センサー、IoT、AIを構成するスマートボイラーシステムの利用を促進する政策を立てています。必要なパラメーターと運転ボイラーの省エネルギーを分析した結果を下表に示します。

                したがって、人工知能技術を使用することにより、ボトルネックの原因となるボイラーの蒸気生産システムにおけるパターン、またはプロセスの変動性の増大による製品品質の低下またはエネルギー使用量およびコストの増加を発見することが可能です。さらに、AIは、水位、蒸気の圧力、蒸気の温度などリアルタイムでのボイラーの動作を制御することによって、事故の危険性を減少させ、AIはボイラー運転の安全性を高めます。さらにAIは、環境に配慮した規制に従った排出量の質と量をコントロールすることもできます。

                AIは、上述したように省エネルギー、エネルギー効率、安全性、環境に優しいなどのメリットがありますが、現時点では、インテリジェントセンサー、高度な制御、監視装置、ソフトウェアプロセスのモデリングとシミュレーション、データストレージとAI管理システムにより、インストールコストが依然として高いため、工場でのAIシステムの実現可能性の検討が必要です。さらに、このAIテクノロジーには、オペレータ、労働者、所有者などの人的資源が準備され、このテクノロジーが実装されたときに効率的に使用できるように教育されなければなりません。