初步認(rèn)識(shí)“端點(diǎn)智能”

Suad Jusuf

Senior Manager

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）不僅會(huì)改變我們的日常生活，也會(huì)改變?nèi)祟惿鐣?huì)的結(jié)構(gòu)。從智能家居到未來(lái)工廠，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量持續(xù)、快速地增長(zhǎng)。人工智能（AI）與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，改善了人機(jī)互動(dòng)，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)管理和分析。為了提高系統(tǒng)效率和決策的準(zhǔn)確性，我們現(xiàn)在可以在本地的邊緣或端點(diǎn)設(shè)備上運(yùn)行人工智能模型。然而，對(duì)于資源有限的設(shè)備而言，在大多數(shù)情況下，機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練仍然需要在云端進(jìn)行。訓(xùn)練后的模型可以部署在邊緣設(shè)備上得以執(zhí)行。這種方法得益于云端服務(wù)器的高算力（訓(xùn)練）以及邊緣設(shè)備執(zhí)行的低延遲（更快的執(zhí)行響應(yīng)）。

端點(diǎn)AI，即在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備上集成人工智能。它將本來(lái)僅用于計(jì)算數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備轉(zhuǎn)化為能支持人工智能的更高級(jí)的設(shè)備，為他們提供了實(shí)時(shí)決策的能力。目標(biāo)是使基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能決策在物理上更接近數(shù)據(jù)源，因此AI ML向嵌入式端點(diǎn)轉(zhuǎn)移。端點(diǎn)人工智能涵蓋廣泛的應(yīng)用，包括工業(yè)、消費(fèi)、醫(yī)療保健、運(yùn)輸、制造、零售等。

智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的價(jià)值主線是能夠在邊緣部署更多更強(qiáng)的智能，最終實(shí)現(xiàn)更大的靈活性。終端設(shè)備位于網(wǎng)絡(luò)的最邊緣，確切地說是數(shù)據(jù)的來(lái)源地，這可以實(shí)現(xiàn)更快更準(zhǔn)確的反應(yīng)，同時(shí)節(jié)省了不必要的數(shù)據(jù)傳輸、延遲和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)的成本。

第一步是確定問題，依靠系統(tǒng)的相關(guān)信息來(lái)分析問題并做出適當(dāng)?shù)臎Q定。然后需要對(duì)信息/數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和分組，以研究如何提取特征，從而有利于訓(xùn)練所需的AI/ML模型。在終端設(shè)備運(yùn)行的人工智能模型可以為復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界問題提供更好的洞察力和解決方案。在端點(diǎn)設(shè)備上集成人工智能，使開發(fā)者能夠利用強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，而不需要完全重建他們的系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)的完整性

為了在使用人工智能解決現(xiàn)實(shí)世界的問題時(shí)取得盡可能好的結(jié)果，數(shù)據(jù)及其可靠性起著決定性作用。需要一套綜合的方法，使用各種科學(xué)手段、算法和流程，從不斷增加的數(shù)據(jù)量中提取洞察力。以算法為核心，從原始數(shù)據(jù)中識(shí)別出背后隱藏的模式及信息。這些有價(jià)值的見解有助于支持商業(yè)決策，幫助分析商業(yè)困境，并將其轉(zhuǎn)化為可操作的解決方案。

當(dāng)批判性思維遇到機(jī)器學(xué)習(xí)算法時(shí)，數(shù)據(jù)科學(xué)有助于獲得更好的洞察力，指導(dǎo)高效的工作，并為預(yù)測(cè)提供信息。目標(biāo)是讓企業(yè)從數(shù)據(jù)科學(xué)中受益，做出指導(dǎo)性決策，創(chuàng)造更多的創(chuàng)新產(chǎn)品和服務(wù)。其中一個(gè)關(guān)鍵要求是使用TinyML等技術(shù)開發(fā)AI/ML模型，以便能夠在資源有限的終端設(shè)備上運(yùn)行這些模型，從而簡(jiǎn)化為嵌入式硬件建立機(jī)器學(xué)習(xí)模型的過程。依靠相關(guān)的人工智能工具來(lái)獲取機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）所需的數(shù)據(jù)，工具向?qū)н€會(huì)指導(dǎo)你完成模型訓(xùn)練、模型測(cè)試和模型生成的全部過程。

入門流程

構(gòu)建端點(diǎn)設(shè)備上的AI應(yīng)用程序需要一系列特定的技能，包括數(shù)據(jù)科學(xué)、硬件工程、嵌入式編程、軟件工程、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，以及正在開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域中的專業(yè)知識(shí)。構(gòu)建一個(gè)應(yīng)用程序所需的主要步驟可以分為四個(gè)部分，如下圖所示。

案例研究：預(yù)測(cè)性維護(hù)

PdM（預(yù)測(cè)性維護(hù)）是一種由時(shí)序數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，采用機(jī)器學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)性數(shù)據(jù)分析來(lái)監(jiān)控設(shè)備的一系列狀況，這些狀況可能表征出潛在的系統(tǒng)或設(shè)備故障。基于各種機(jī)器學(xué)習(xí)模型的預(yù)測(cè)性維護(hù)，開發(fā)人員在給定數(shù)據(jù)集上運(yùn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理。經(jīng)過訓(xùn)練的模型可以幫助檢測(cè)出潛在的設(shè)備故障，并實(shí)時(shí)執(zhí)行事先定義好的保護(hù)或者預(yù)警操作。

預(yù)測(cè)性維護(hù)的背后就是一套人工智能技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)/TinyML算法。這些算法就是以監(jiān)控特定機(jī)器的過程中收集的數(shù)據(jù)為運(yùn)行基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)也用于訓(xùn)練可預(yù)測(cè)潛在異常的算法模型。

在樓宇自動(dòng)化、家電或工業(yè)自動(dòng)化等不同類型的電機(jī)應(yīng)用中，都可以看到預(yù)測(cè)性維護(hù)的典型用例。為電機(jī)應(yīng)用部署PdM有助于檢測(cè)和管理電機(jī)相關(guān)故障，基于電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)頻率或信號(hào)。一旦建立了故障特征的基線，模式識(shí)別可以識(shí)別出電機(jī)運(yùn)行中的任何不平衡、錯(cuò)位、松動(dòng)或軸承故障。減少系統(tǒng)維護(hù)和服務(wù)成本的同時(shí)保持整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

電機(jī)應(yīng)用中的一些故障通常與振動(dòng)異常和負(fù)載不平衡有關(guān)。這種異常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失效和過熱，最終會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組的絕緣故障、昂貴的維修費(fèi)用和電機(jī)更換期間的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)。這一切都可以通過部署基于人工智能的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案來(lái)避免。

瑞薩電子的RA6T1系列微控制器是專為智能家居、工業(yè)自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化中的電機(jī)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，提供豐富的外設(shè)和基于人工智能的故障檢測(cè)，以滿足從家用電器、HVAC、太陽(yáng)能逆變器到交流驅(qū)動(dòng)器等電機(jī)應(yīng)用的獨(dú)特需求。

基于Arm? Cortex?-M33內(nèi)核，新一代RA6T2 32位微控制器的工作頻率為240MHz，具有豐富的外設(shè)集合，并為高性能精密電機(jī)控制進(jìn)行了優(yōu)化。擁有高速模擬外設(shè)，提高電機(jī)控制性能的同時(shí)大大降低了物料（BOM）成本。RA6T2 MCU可以同時(shí)控制兩個(gè)無(wú)刷DC（BLDC）電機(jī)。

此外，瑞薩為TinyML應(yīng)用提供了一個(gè)專用工具鏈，為基于RA6T2 MCU的系統(tǒng)提供了增強(qiáng)的故障檢測(cè)能力，為客戶提供智能、易用、經(jīng)濟(jì)的無(wú)傳感器電機(jī)系統(tǒng)，作為預(yù)測(cè)性維護(hù)的平臺(tái)。這種基于TinyML的人工智能模型可以幫助更早、更準(zhǔn)確地檢測(cè)出電機(jī)系統(tǒng)中潛在異常，以幫助客戶改善預(yù)測(cè)性維護(hù)流程，降低維護(hù)成本。

瑞薩電子提供基于RA6T2的完整開發(fā)套件，包括硬件開發(fā)組件和軟件模塊，可快速構(gòu)建支持預(yù)測(cè)性維護(hù)的電機(jī)控制解決方案：

RA6T2在單個(gè)芯片上集成了PWM定時(shí)器和模擬外設(shè)，可以同時(shí)控制兩臺(tái)電機(jī)，是電機(jī)應(yīng)用的最佳選擇。

完整的電機(jī)解決方案，用于評(píng)估和調(diào)試電機(jī)應(yīng)用：

硬件套件（MCK-RA6T2），電機(jī)工作臺(tái)（RMW），以及PdM解決方案都由瑞薩電子提供。

MCK-RA6T2（完整的電機(jī)控制開發(fā)平臺(tái)）

瑞薩推廣高效的AIOT解決方案，涵蓋語(yǔ)音、視覺和實(shí)時(shí)分析等廣泛應(yīng)用。瑞薩與合作伙伴一起，提供完整且高度優(yōu)化的TinyML端點(diǎn)解決方案，包括硬件、軟件和工具，可幫助工程師快速構(gòu)建基于人工智能的解決方案。

人工智能不是只能運(yùn)行在云端服務(wù)器，它還可以無(wú)處不在地運(yùn)行在任何端點(diǎn)設(shè)備上。智能化、減少延遲、數(shù)據(jù)完整性、更迅速的響應(yīng)、可擴(kuò)展性等等都是端點(diǎn)人工智能的意義所在，也因此創(chuàng)造了無(wú)限的應(yīng)用可能。