网络物理系统（CPS）的复杂性日益增加，使工业自动化具有挑战性。需要处理大量传感器记录的数据，以充分执行诸如故障的诊断之类的任务。解决这种复杂性的一种有希望的方法是因果关系的概念。但是，大多数有关因果关系的研究都集中在推断未知系统部分之间的因果关系。工程以根本不同的方式使用因果关系：复杂的系统是通过将组件与已知可控行为相结合的。由于CP是通过第二种方法构建的，因此大多数基于数据的因果模型不适合工业自动化。为了弥合这一差距，提出了针对工业自动化各种应用程序领域的统一因果模型，这将允许更好地沟通和跨学科的更好的数据使用。最终的模型在数学上描述了CPS的行为，并且由于对应用领域的独特要求评估了该模型，因此证明统一的因果关系模型可以作为在工业自动化中应用新方法的基础，该方法侧重于机器学习。

在过去的十年中，数字双胞胎的概念在受欢迎程度上爆发了，但围绕其多个定义，其新颖性作为新技术的新颖性以及其实际适用性仍然存在，尽管进行了许多评论，调查和新闻稿，但其实际适用性仍然存在。探索了数字双胞胎一词的历史，以及其在产品生命周期管理，资产维护和设备车队管理，运营和计划领域的初始背景。还基于七个基本要素提供了一个最小可行的框架来利用数字双胞胎的定义。还概述了采用DT方法的DT应用程序和行业的简短旅行。预测维护领域突出了数字双胞胎框架的应用，并使用基于机器学习和基于物理的建模的扩展。采用机器学习和基于物理的建模的组合形成混合数字双胞胎框架，可以协同减轻隔离使用时每种方法的缺点。还讨论了实践实施数字双胞胎模型的关键挑战。随着数字双技术的快速增长及其成熟，预计将实现实质性增强工具和解决方案的巨大希望，以实现智能设备的智能维护。

生产公司在快速调整其生产控制到波动需求或不断变化的要求时面临问题。旨在在服务意义上封装生产功能的控制方法已经令人前途，以提高网络物理生产系统的灵活性。但是，这种方法的现有挑战是根据一套要求的提供功能来寻找生产计划，特别是当要求和提供的职能之间没有直接（即句法）匹配时。在这种情况下，它可以变得复杂，以找到可以安排到满足需求的计划中的那些功能。虽然生产规划有各种不同的方法，但灵活的生产造成了现有研究未涵盖的特定要求。在这一贡献中，我们首先捕获了灵活生产环境的这些要求。之后，给出了可以利用的当前人工智能方法来概述，以克服上述挑战。讨论符号AI规划以及基于机器学习的方法的方法，并最终与要求进行比较。根据这种比较，得到了研究议程。

我们展示了一个端到端框架，以提高人造系统对不可预见的事件的弹性。该框架基于基于物理的数字双胞胎模型和三个负责实时故障诊断，预后和重新配置的模块。故障诊断模块使用基于模型的诊断算法来检测和分离断层，并在系统中产生干预措施，以消除不确定的诊断解决方案。我们通过使用基于物理学的数字双胞胎的平行化和替代模型来扩展故障诊断算法为所需的实时性能。预后模块跟踪故障进度，并训练在线退化模型，以计算系统组件的剩余使用寿命。此外，我们使用降解模型来评估断层进程对操作要求的影响。重新配置模块使用基于PDDL的计划，并带有语义附件来调整系统控件，从而最大程度地减少了对系统操作的故障影响。我们定义一个弹性度量，并以燃料系统模型的示例来说明该指标如何通过我们的框架改进。

机器学习（ML）系统的开发和部署可以用现代工具轻松执行，但该过程通常是匆忙和意思是结束的。缺乏勤奋会导致技术债务，范围蠕变和未对准的目标，模型滥用和失败，以及昂贵的后果。另一方面，工程系统遵循明确定义的流程和测试标准，以简化高质量，可靠的结果的开发。极端是航天器系统，其中关键任务措施和鲁棒性在开发过程中根深蒂固。借鉴航天器工程和ML的经验（通过域名通过产品的研究），我们开发了一种经过验证的机器学习开发和部署的系统工程方法。我们的“机器学习技术准备水平”（MLTRL）框架定义了一个原则的过程，以确保强大，可靠和负责的系统，同时为ML工作流程流线型，包括来自传统软件工程的关键区别。 MLTRL甚至更多，MLTRL为跨团队和组织的人们定义了一个人工智能和机器学习技术的人员。在这里，我们描述了通过生产化和部署在医学诊断，消费者计算机视觉，卫星图像和粒子物理学等领域，以通过生产和部署在基本研究中开发ML方法的几个现实世界使用情况的框架和阐明。

即将开发我们呼叫所体现的系统的新一代越来越自主和自学习系统。在将这些系统部署到真实上下文中，我们面临各种工程挑战，因为它以有益的方式协调所体现的系统的行为至关重要，确保他们与我们以人为本的社会价值观的兼容性，并且设计可验证安全可靠的人类-Machine互动。我们正在争辩说，引发系统工程将来自嵌入到体现系统的温室，并确保动态联合的可信度，这种情况意识到的情境意识，意图，探索，探险，不断发展，主要是不可预测的，越来越自主的体现系统在不确定，复杂和不可预测的现实世界环境中。我们还识别了许多迫切性的系统挑战，包括可信赖的体现系统，包括强大而人为的AI，认知架构，不确定性量化，值得信赖的自融化以及持续的分析和保证。

在AI研究中，到目前为止，尽管这一方面在智能系统的功能中突出特征，但对功能和负担的表征和代表的表征和代表的关注一直是零星和稀疏的。迄今为止，零星和稀疏的稀疏努力是对功能和负担的表征和理解，也没有一般框架可以统一与功能概念的表示和应用有关的所有不同使用域和情况。本文开发了这样的一般框架，一种方法强调了一个事实，即所涉及的表示必须是明确的认知和概念性的，它们还必须包含有关涉及的事件和过程的因果特征，并采用了概念上的结构，这些概念结构是扎根的为了达到最大的通用性，他们所指的指南。描述了基本的一般框架，以及一组有关功能表示的基本指南原则。为了正确，充分地表征和表示功能，需要一种描述性表示语言。该语言是定义和开发的，并描述了其使用的许多示例。一般框架是基于一般语言含义表示代表框架的概念依赖性的扩展而开发的。为了支持功能的一般表征和表示，基本的概念依赖框架通过称为结构锚和概念依赖性阐述的代表性设备以及一组地面概念的定义来增强。这些新颖的代表性构建体得到了定义，开发和描述。处理功能的一般框架将代表实现人工智能的重大步骤。

大量的数据和创新算法使数据驱动的建模成为现代行业的流行技术。在各种数据驱动方法中，潜在变量模型（LVM）及其对应物占主要份额，并在许多工业建模领域中起着至关重要的作用。 LVM通常可以分为基于统计学习的经典LVM和基于神经网络的深层LVM（DLVM）。我们首先讨论经典LVM的定义，理论和应用，该定义和应用既是综合教程，又是对经典LVM的简短申请调查。然后，我们对当前主流DLVM进行了彻底的介绍，重点是其理论和模型体系结构，此后不久就提供了有关DLVM的工业应用的详细调查。上述两种类型的LVM具有明显的优势和缺点。具体而言，经典的LVM具有简洁的原理和良好的解释性，但是它们的模型能力无法解决复杂的任务。基于神经网络的DLVM具有足够的模型能力，可以在复杂的场景中实现令人满意的性能，但它以模型的解释性和效率为例。旨在结合美德并减轻这两种类型的LVM的缺点，并探索非神经网络的举止以建立深层模型，我们提出了一个新颖的概念，称为“轻量级Deep LVM（LDLVM）”。在提出了这个新想法之后，该文章首先阐述了LDLVM的动机和内涵，然后提供了两个新颖的LDLVM，并详尽地描述了其原理，建筑和优点。最后，讨论了前景和机会，包括重要的开放问题和可能的研究方向。

There has been a recent resurgence in the area of explainable artificial intelligence as researchers and practitioners seek to make their algorithms more understandable. Much of this research is focused on explicitly explaining decisions or actions to a human observer, and it should not be controversial to say that looking at how humans explain to each other can serve as a useful starting point for explanation in artificial intelligence. However, it is fair to say that most work in explainable artificial intelligence uses only the researchers' intuition of what constitutes a 'good' explanation. There exists vast and valuable bodies of research in philosophy, psychology, and cognitive science of how people define, generate, select, evaluate, and present explanations, which argues that people employ certain cognitive biases and social expectations towards the explanation process. This paper argues that the field of explainable artificial intelligence should build on this existing research, and reviews relevant papers from philosophy, cognitive psychology/science, and social psychology, which study these topics. It draws out some important findings, and discusses ways that these can be infused with work on explainable artificial intelligence.

信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。

有效推论是一种数学框架，它起源于计算神经科学，作为大脑如何实现动作，感知和学习的理论。最近，已被证明是在不确定性下存在国家估算和控制问题的有希望的方法，以及一般的机器人和人工代理人的目标驱动行为的基础。在这里，我们审查了最先进的理论和对国家估计，控制，规划和学习的积极推断的实现;描述当前的成就，特别关注机器人。我们展示了相关实验，以适应，泛化和稳健性而言说明其潜力。此外，我们将这种方法与其他框架联系起来，并讨论其预期的利益和挑战：使用变分贝叶斯推理具有功能生物合理性的统一框架。

The concept of intelligent system has emerged in information technology as a type of system derived from successful applications of artificial intelligence. The goal of this paper is to give a general description of an intelligent system, which integrates previous approaches and takes into account recent advances in artificial intelligence. The paper describes an intelligent system in a generic way, identifying its main properties and functional components. The presented description follows a pragmatic approach to be used in an engineering context as a general framework to analyze and build intelligent systems. Its generality and its use is illustrated with real-world system examples and related with artificial intelligence methods.

The pervasive application of artificial intelligence and machine learning algorithms is transforming many industries and aspects of the human experience. One very important industry trend is the move to convert existing human dwellings to smart buildings, and to create new smart buildings. Smart buildings aim to mitigate climate change by reducing energy consumption and associated carbon emissions. To accomplish this, they leverage artificial intelligence, big data, and machine learning algorithms to learn and optimize system performance. These fields of research are currently very rapidly evolving and advancing, but there has been very little guidance to help engineers and architects working on smart buildings apply artificial intelligence algorithms and technologies in a systematic and effective manner. In this paper we present B-SMART: the first reference architecture for autonomic smart buildings. B-SMART facilitates the application of artificial intelligence techniques and technologies to smart buildings by decoupling conceptually distinct layers of functionality and organizing them into an autonomic control loop. We also present a case study illustrating how B-SMART can be applied to accelerate the introduction of artificial intelligence into an existing smart building.

在本文中，我们在人工代理中介绍了活跃的自我的计算建模叙述。特别是，我们专注于代理人如何配备控制意识以及它在自主位于行动中的方式以及反过来，影响行动控制。我们认为这需要铺设一个体现的认知模型，将自下而上的过程（传感器学习和对控制的细粒度适应）与自上而下的过程（战略选择和决策的认知过程）。我们基于预测处理和自由能量最小化的原理提出了这种概念计算架构。使用此常规模型，我们描述了控制层次结构的级别的控制感以及如何支持在不可预测的环境中的动作控制。我们在模型的实施以及模拟任务场景中的第一评估，其中自主代理必须应对不可预测的情况并经历相应的控制感。我们探讨了不同的型号参数设置，导致不同方式结合低电平和高级动作控制。结果表明，在低/高级动作控制需求的情况下适当加权信息的重要性，并且他们证明了控制的感觉如何促进这一点。

在制造过程中通常检查因果关系，以支持故障调查，进行干预并做出战略决策。行业4.0已获得越来越多的数据，可实现数据驱动的因果发现（CD）。考虑到最近提出的CD方法的数量越来越多，有必要在公开可用的数据集上引入严格的基准测试程序，因为它们代表了公平比较和验证不同方法的基础。这项工作在连续制造过程中介绍了两个用于CD的新型公共数据集。第一个数据集使用著名的田纳西州伊士曼模拟器进行故障检测和过程控制。第二个数据集是从超级加工的食品制造厂中提取的，其中包括对该工厂的描述以及多个地面真相。这些数据集用于基于不同的指标提出基准测试程序，并对多种CD算法进行了评估。这项工作允许在现实条件下测试CD方法，从而为特定目标应用程序选择最合适的方法。数据集可在以下链接中找到：https：//github.com/giovannimen

批处理过程显示了几种可变性来源，从原材料的特性到制造过程中不同事件期间变化的初始和不断发展的条件。在本章中，我们将用一个工业示例说明如何使用机器学习来减少这种明显的数据，同时维护过程工程师的相关信息。将提出两个常见的用例：1）自动分析以快速找到批处理过程中的相关性，以及2）轨迹分析以监视和识别异常批次，从而导致过程控制改进。

这篇理论文章研究了如何在计算机中构建类似人类的工作记忆和思维过程。应该有两个工作记忆存储，一个类似于关联皮层中的持续点火，另一个类似于大脑皮层中的突触增强。这些商店必须通过环境刺激或内部处理产生的新表示不断更新。它们应该连续更新，并以一种迭代的方式进行更新，这意味着在下一个状态下，应始终保留一组共同工作中的某些项目。因此，工作记忆中的一组概念将随着时间的推移逐渐发展。这使每个状态都是对先前状态的修订版，并导致连续的状态与它们所包含的一系列表示形式重叠和融合。随着添加新表示形式并减去旧表示形式，在这些更改过程中，有些保持活跃几秒钟。这种持续活动，类似于人工复发性神经网络中使用的活动，用于在整个全球工作区中传播激活能量，以搜索下一个关联更新。结果是能够朝着解决方案或目标前进的联想连接的中间状态链。迭代更新在这里概念化为信息处理策略，一种思想流的计算和神经生理决定因素以及用于设计和编程人工智能的算法。

一个令人着迷的假设是，人类和动物的智力可以通过一些原则（而不是启发式方法的百科全书清单）来解释。如果这个假设是正确的，我们可以更容易地理解自己的智能并建造智能机器。就像物理学一样，原理本身不足以预测大脑等复杂系统的行为，并且可能需要大量计算来模拟人类式的智力。这一假设将表明，研究人类和动物所剥削的归纳偏见可以帮助阐明这些原则，并为AI研究和神经科学理论提供灵感。深度学习已经利用了几种关键的归纳偏见，这项工作考虑了更大的清单，重点是关注高级和顺序有意识的处理的工作。阐明这些特定原则的目的是，它们有可能帮助我们建立从人类的能力中受益于灵活分布和系统概括的能力的AI系统，目前，这是一个领域艺术机器学习和人类智力。

AI的蓬勃发展提示建议，AI技术应该是“以人为本”。然而，没有明确的定义，对人工人工智能或短，HCAI的含义。本文旨在通过解决HCAI的一些基础方面来改善这种情况。为此，我们介绍了术语HCAI代理商，以指配备有AI组件的任何物理或软件计算代理，并与人类交互和/或协作。本文识别参与HCAI代理的五个主要概念组件：观察，要求，行动，解释和模型。我们看到HCAI代理的概念，以及其组件和功能，作为弥合人以人为本的AI技术和非技术讨论的一种方式。在本文中，我们专注于采用在人类存在的动态环境中运行的单一代理的情况分析。

作为行业4.0时代的一项新兴技术，数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策制定等，通过全面对物理世界进行建模，以进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策，因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中，我们研究了不同建模技术，孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述，重点是不确定性量化，优化方法，开源数据集和工具，主要发现，挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法，以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外，本文介绍了一个案例研究，其中构建和测试了电池数字双胞胎，以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。