工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展態(tài)勢(shì)與典型應(yīng)用

隨著美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和德國工業(yè)4.0等制造智能化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的相繼實(shí)施，工業(yè)大數(shù)據(jù)日益成為全球制造業(yè)挖掘價(jià)值、推動(dòng)變革的主要抓手。

工業(yè)大數(shù)據(jù)概念與特征

工業(yè)數(shù)據(jù)是指在工業(yè)領(lǐng)域信息化應(yīng)用中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。工業(yè)大數(shù)據(jù)是基于工業(yè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用先進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)，貫穿于工業(yè)的設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，使工業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預(yù)測(cè)、決策、控制等智能化功能的模式和結(jié)果。工業(yè)數(shù)據(jù)從來源上主要分為信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、機(jī)器設(shè)備數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)。信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是指?jìng)鹘y(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化控制與信息化系統(tǒng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如ERP、MES等。機(jī)器設(shè)備數(shù)據(jù)是來源于工業(yè)生產(chǎn)線設(shè)備、機(jī)器、產(chǎn)品等方面的數(shù)據(jù)，多由傳感器、設(shè)備儀器儀表進(jìn)行采集產(chǎn)生。外部數(shù)據(jù)是指來源于工廠外部的數(shù)據(jù)，主要包括來自互聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)、環(huán)境、客戶、政府、供應(yīng)鏈等外部環(huán)境的信息和數(shù)據(jù)。

工業(yè)大數(shù)據(jù)具有五大特征。一是數(shù)據(jù)體量大，主要表現(xiàn)在隨著設(shè)備數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的涌入，工業(yè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量將達(dá)到EB級(jí)別。二是數(shù)據(jù)分布廣泛，分布于機(jī)器設(shè)備、工業(yè)產(chǎn)品、管理系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等。三是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化等不同類型。四是數(shù)據(jù)速度需求多樣化，有要求實(shí)時(shí)、半實(shí)時(shí)和離線三種，生產(chǎn)層級(jí)要求實(shí)時(shí)性，需要達(dá)到毫秒級(jí)別；管理層級(jí)實(shí)時(shí)性要求不高。五是數(shù)據(jù)價(jià)值不均勻，20%的數(shù)據(jù)具有80%的價(jià)值密度（如產(chǎn)品圖紙、試驗(yàn)分析、加工工藝）；80%的數(shù)據(jù)密度只有20%，需要分析挖掘（如工況情況、圖片數(shù)據(jù)）。

與互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)相比，工業(yè)大數(shù)據(jù)具有自身特點(diǎn)：一是多源性獲取，數(shù)據(jù)分散，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)比例大；二是數(shù)據(jù)蘊(yùn)含信息復(fù)雜，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)；三是持續(xù)采集，具有鮮明的動(dòng)態(tài)時(shí)空特性；四是采集、存貯、處理實(shí)時(shí)性要求高；五是與具體工業(yè)領(lǐng)域密切相關(guān)。

先進(jìn)制造企業(yè)基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，把產(chǎn)品、機(jī)器、資源和人有機(jī)結(jié)合在一起，推動(dòng)制造業(yè)向基于大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用基礎(chǔ)上的智能化轉(zhuǎn)型。工業(yè)大數(shù)據(jù)能夠促進(jìn)形成企業(yè)和消費(fèi)者之間的信息主動(dòng)反饋機(jī)制，為完善以客戶需求為導(dǎo)向的產(chǎn)品全生命周期信息集成和跟蹤服務(wù)、建立以服務(wù)為核心的整體解決方案提供可行路徑，將大大提升產(chǎn)品服務(wù)價(jià)值，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)開辟了新途徑。

工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

隨著信息化和工業(yè)化融合，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)字化，積累大量數(shù)據(jù)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集、集成、計(jì)算和分析技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，促使工業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)揮巨大價(jià)值。工業(yè)大數(shù)據(jù)越來越受到工業(yè)企業(yè)的關(guān)注。目前工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展態(tài)勢(shì)有三個(gè)，一是已從理念轉(zhuǎn)向?qū)嵺`，二是工業(yè)大數(shù)據(jù)成為云計(jì)算的價(jià)值體現(xiàn)，三是工業(yè)大數(shù)據(jù)孕育豐富的工業(yè)應(yīng)用生態(tài)。

2012年GE在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng):突破智慧和機(jī)器的界限》中率先提出“工業(yè)大數(shù)據(jù)”概念，引起業(yè)界熱烈討論。經(jīng)過三年的發(fā)展，隨著信息化和工業(yè)化融合的不斷推進(jìn)和大數(shù)據(jù)采集、集成、計(jì)算和分析技術(shù)的發(fā)展，很多工業(yè)企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)踐階段。大型工業(yè)企業(yè)在應(yīng)用方面走在前列。如唐山鋼鐵集團(tuán)，通過引入國際最先進(jìn)的生產(chǎn)線，已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并與愛施德等企業(yè)合作，深度挖掘工業(yè)大數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)排程、產(chǎn)品質(zhì)量管理、能源管控等。

工業(yè)大數(shù)據(jù)顯著特征之一是數(shù)據(jù)體量大。企業(yè)普通的數(shù)據(jù)庫難以承載如此大體量數(shù)據(jù)，且存儲(chǔ)成本高。云計(jì)算是最好的解決方案，企業(yè)通過自建私有云或使用公有云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)低成本海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。此外，在云平臺(tái)上，企業(yè)可運(yùn)用Hadoop、流計(jì)算等分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理。

對(duì)于工業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘和分析結(jié)果，可廣泛應(yīng)用于企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)和供應(yīng)鏈等各個(gè)環(huán)節(jié)。在研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)工藝管理優(yōu)化和工藝流程優(yōu)化；在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備診斷與維護(hù)、智能排程、智能生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)化、個(gè)性化定制；在管理服務(wù)環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與維護(hù)；在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈全局優(yōu)化。

工業(yè)大數(shù)據(jù)的典型應(yīng)用

工業(yè)大數(shù)據(jù)可廣泛應(yīng)用于企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過程。下面按照企業(yè)生產(chǎn)過程的研發(fā)設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷與服務(wù)環(huán)節(jié)，對(duì)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景及其應(yīng)用進(jìn)行探討。

研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景

在研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用主要有產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)仿真、工藝流程優(yōu)化等。

產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)，主要是利用大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、處理等技術(shù)處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，建立企業(yè)級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，以便不同地域可以訪問相同的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)協(xié)同、滿足工程組織的設(shè)計(jì)協(xié)同要求。

設(shè)計(jì)仿真，是指將大數(shù)據(jù)技術(shù)與產(chǎn)品仿真排程相結(jié)合，提供更好的設(shè)計(jì)工具，減少產(chǎn)品交付周期。如波音公司通過大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，將機(jī)翼的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)次數(shù)從2005年11次縮減至2014年的1次；瑪莎拉蒂通過數(shù)字化工具加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)，開發(fā)效率提高30%。

工藝流程優(yōu)化，主要是應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析功能，深入了解歷史工藝流程數(shù)據(jù)，找出工藝步驟和投入之間的模式和關(guān)系，對(duì)過去彼此孤立的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，評(píng)估和改進(jìn)當(dāng)前操作工藝流程。例如一家排名前五強(qiáng)的生物藥品制造商廣泛收集與工藝步驟和使用材料相關(guān)的數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，來確定不同工藝參數(shù)之間的相關(guān)性，以及參數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響，最終確定影響最大的9種參數(shù)，針對(duì)與這9種參數(shù)相關(guān)的工藝流程做出調(diào)整，從而把疫苗產(chǎn)量增加了50%以上。

供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景

供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在供應(yīng)鏈優(yōu)化，即通過全產(chǎn)業(yè)鏈的信息整合，使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到協(xié)同優(yōu)化，讓生產(chǎn)系統(tǒng)更加動(dòng)態(tài)靈活，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。主要應(yīng)用有供應(yīng)鏈配送體系優(yōu)化和用戶需求快速響應(yīng)。

供應(yīng)鏈配送體系優(yōu)化，主要是通過RFID等產(chǎn)品電子標(biāo)識(shí)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲得供應(yīng)商、庫存、物流、生產(chǎn)、銷售等完整產(chǎn)品供應(yīng)鏈的大數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定采購物料數(shù)量、運(yùn)送時(shí)間等，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈優(yōu)化。如海爾公司供應(yīng)鏈體系很完善，它以市場(chǎng)鏈為紐帶，以訂單信息流為中心，帶動(dòng)物流和資金流的運(yùn)動(dòng)，整合全球供應(yīng)鏈資源和全球用戶資源。在海爾供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，客戶數(shù)據(jù)、企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)、供應(yīng)商數(shù)據(jù)被匯總到供應(yīng)鏈體系中，通過供應(yīng)鏈上的大數(shù)據(jù)采集和分析，海爾公司能夠持續(xù)進(jìn)行供應(yīng)鏈改進(jìn)和優(yōu)化，保證了海爾對(duì)客戶的敏捷響應(yīng)。

用戶需求快速響應(yīng)。即利用先進(jìn)數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)工具，對(duì)實(shí)時(shí)需求預(yù)測(cè)與分析,增強(qiáng)商業(yè)運(yùn)營(yíng)及用戶體驗(yàn)。例如，電子商務(wù)企業(yè)京東商城，通過大數(shù)據(jù)提前分析和預(yù)測(cè)各地商品需求量，從而提高配送和倉儲(chǔ)的效能，保證了次日貨到的客戶體驗(yàn)。

生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景

在制造環(huán)節(jié)，工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要有智能生產(chǎn)、生產(chǎn)流程優(yōu)化、設(shè)備預(yù)測(cè)維護(hù)、生產(chǎn)計(jì)劃與排程、能源消耗管控和個(gè)性化定制等應(yīng)用。

智能生產(chǎn)。就是生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備都將配備傳感器，抓取數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過無線通信連接互聯(lián)網(wǎng)，傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)本身進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而生產(chǎn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同樣經(jīng)過快速處理、傳遞，反饋至生產(chǎn)過程中，將工廠升級(jí)成為可以被管理和被自適應(yīng)調(diào)整的智能網(wǎng)絡(luò)，使得工業(yè)控制和管理最優(yōu)化，對(duì)有限資源進(jìn)行最大限度使用，從而降低工業(yè)和資源的配置成本，使得生產(chǎn)過程能夠高效地進(jìn)行。

生產(chǎn)流程優(yōu)化。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產(chǎn)流程，當(dāng)所有流程和績(jī)效數(shù)據(jù)都能在系統(tǒng)中重建時(shí)，這種透明度將有助于制造商改進(jìn)其生產(chǎn)流程。

設(shè)備預(yù)測(cè)維護(hù)。建立大數(shù)據(jù)平臺(tái)，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中獲取軸承振動(dòng)、溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)。通過構(gòu)建基于規(guī)則的故障診斷、基于案例的故障診斷、設(shè)備狀態(tài)劣化趨勢(shì)預(yù)測(cè)、部件剩余壽命預(yù)測(cè)等模型，通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行設(shè)備故障預(yù)測(cè)與診斷。如燕山石化建立星環(huán)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析計(jì)算，使設(shè)備故障診斷和趨勢(shì)預(yù)測(cè)等功能的延遲控制在5秒之內(nèi)；利用大數(shù)據(jù)分析自動(dòng)生成的檢修維護(hù)計(jì)劃，保證了設(shè)備維護(hù)更有針對(duì)性，減少了“過修”和“失修”現(xiàn)象，節(jié)省成本。

生產(chǎn)計(jì)劃與排程。收集客戶訂單、生產(chǎn)線、人員等數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)現(xiàn)歷史預(yù)測(cè)與實(shí)際的偏差概率，考慮產(chǎn)能約束、人員技能約束、物料可用約束、工裝模具約束，通過智能的優(yōu)化算法，制定預(yù)計(jì)劃排產(chǎn)，并監(jiān)控計(jì)劃與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的偏差，動(dòng)態(tài)的調(diào)整計(jì)劃排產(chǎn)。

能源消耗管控、延長(zhǎng)設(shè)備壽命。通過對(duì)企業(yè)生產(chǎn)線各關(guān)鍵環(huán)節(jié)能耗排放和輔助傳動(dòng)輸配環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，收集生產(chǎn)線、關(guān)鍵環(huán)節(jié)能耗等相關(guān)數(shù)據(jù)，建立能耗仿真模型，進(jìn)行多維度能耗模型仿真預(yù)測(cè)分析，獲得生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)的節(jié)能空間數(shù)據(jù)，協(xié)同操作智能優(yōu)化負(fù)荷與能耗平衡，從而實(shí)現(xiàn)整體生產(chǎn)線柔性節(jié)能降耗減排；及時(shí)發(fā)現(xiàn)能耗的異?；蚍逯登闆r，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的能源消耗實(shí)時(shí)優(yōu)化。風(fēng)力渦輪機(jī)制造商Vestas對(duì)天氣數(shù)據(jù)及渦輪儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉分析,并對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)布局進(jìn)行改善，由此增加了風(fēng)力渦輪機(jī)的電力輸出水平并延長(zhǎng)了服務(wù)壽命；魯南化工有限公司將多年積累的氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括近十幾年的所有極差操作、最好操作、容易出事故的各種數(shù)據(jù)用于培訓(xùn)操作人員，使多噴嘴氣化裝置實(shí)現(xiàn)單爐年運(yùn)行開工率達(dá)到97%以上。

個(gè)性化定制。采集客戶個(gè)性化需求數(shù)據(jù)、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、外部環(huán)境數(shù)據(jù)等信息，建立個(gè)性化產(chǎn)品模型，將產(chǎn)品信息傳遞給智能設(shè)備，進(jìn)行設(shè)備調(diào)整、原材料準(zhǔn)備，生產(chǎn)出符合個(gè)性化需求的定制產(chǎn)品。如紅領(lǐng)集團(tuán)通過建立西服個(gè)性化定制平臺(tái)，將成衣的各種款式和設(shè)計(jì)都數(shù)字化，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)物料數(shù)據(jù)整合管理，實(shí)現(xiàn)了里料、縫線、袖口的自動(dòng)搭配，工廠3000人，每天可以一款一件不重樣地定制西裝1200套。

營(yíng)銷與服務(wù)環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景

在市場(chǎng)營(yíng)銷環(huán)節(jié)，利用大數(shù)據(jù)挖掘用戶需求和市場(chǎng)趨勢(shì)，找到機(jī)會(huì)產(chǎn)品，進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)和后期市場(chǎng)營(yíng)銷分析。

建立用戶對(duì)商品需求的分析體系，挖掘用戶深層次的需求；建立科學(xué)的商品生產(chǎn)方案分析系統(tǒng)，結(jié)合用戶需求與產(chǎn)品生產(chǎn)，形成滿足消費(fèi)者預(yù)期的各品類生產(chǎn)方案等。如我國海爾集團(tuán)利用SCRM會(huì)員大數(shù)據(jù)平臺(tái)，提取數(shù)以萬計(jì)用戶數(shù)據(jù)，通過“l(fā)ook-like”模型將用戶分類，然后結(jié)合智能語義分析工具，分析客戶需求，優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

在產(chǎn)品售出服務(wù)環(huán)節(jié)，工業(yè)數(shù)據(jù)推動(dòng)企業(yè)創(chuàng)新服務(wù)模式，從被動(dòng)服務(wù)、定期服務(wù)發(fā)展成為主動(dòng)服務(wù)、實(shí)時(shí)服務(wù)。通過搭建企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)，圍繞智能裝備、智能家居、可穿戴設(shè)備、智能聯(lián)網(wǎng)汽車等多類智能產(chǎn)品，采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)，建立產(chǎn)品性能預(yù)測(cè)分析模型，提供智能產(chǎn)品服務(wù)。例如GE能源監(jiān)測(cè)和診斷（M&D）中心，收集全球50多個(gè)國家上千臺(tái)GE燃?xì)廨啓C(jī)的數(shù)據(jù)，每天就能為客戶收集10G的數(shù)據(jù)，通過分析來自系統(tǒng)內(nèi)的傳感器振動(dòng)和溫度信號(hào)的恒定大數(shù)據(jù)流，這些大數(shù)據(jù)分析將為GE公司對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)故障診斷和預(yù)警提供支撐；固特異輪胎跟IMS合作推出了FuelMax產(chǎn)品就利用分析輪胎壓力提醒用戶如何保養(yǎng)輪胎更加省油，每年可以給一輛集裝箱客車節(jié)省3000美元的油耗。

結(jié)束語

工業(yè)大數(shù)據(jù)有其鮮明的特征，隨著信息化和工業(yè)化融合，對(duì)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)開辟了新的途徑。對(duì)工業(yè)大數(shù)據(jù)在制造業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用場(chǎng)景及應(yīng)用的深入探討，將有利于更好地發(fā)揮其助力作用。