導(dǎo)讀：本文從工業(yè)大數(shù)據(jù)的概念、特征入手，對工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展態(tài)勢進行了探討，指出工業(yè)大數(shù)據(jù)可廣泛應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過程的各環(huán)節(jié)。并按照研發(fā)設(shè)計、供應(yīng)鏈、生產(chǎn)制造、營銷與服務(wù)等場景，對工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用進行了分析與歸納。
1、引言
2014年，美國發(fā)布《先進制造合作伙伴》報告2.0，提出優(yōu)先發(fā)展的三大技術(shù)領(lǐng)域，即先進傳感器、控制和制造平臺(ASCPM)技術(shù)，可視化、信息化和數(shù)字化的制造(VIDM)技術(shù)，先進材料制造(AMM)技術(shù)。其中可視化、信息化和數(shù)字化的制造技術(shù)領(lǐng)域主要研究工業(yè)數(shù)據(jù)。德國《工業(yè)4.0研發(fā)白皮書》提出工業(yè)數(shù)據(jù)分析是工業(yè)4.0五大交叉技術(shù)之一?！缎鹿I(yè)法國》指出，2015年，法國推出“新工業(yè)法國戰(zhàn)略”，總體布局為“一個核心，九大支點”。大數(shù)據(jù)經(jīng)濟是九大核心支點之一。
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)略的相繼實施，工業(yè)大數(shù)據(jù)日益成為全球制造業(yè)挖掘價值、推動變革的主要抓手。
2、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)，運用先進大數(shù)據(jù)技術(shù)，貫穿于工業(yè)的設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等各個環(huán)節(jié)，使工業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預(yù)測、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)是指傳統(tǒng)工業(yè)自動化控制與信息化系統(tǒng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如ERP、MES等。機器設(shè)備數(shù)據(jù)是來源于工業(yè)生產(chǎn)線設(shè)備、機器、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、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)的存儲量將達到EB級別。二是數(shù)據(jù)分布廣泛，分布于機器設(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，有要求實時、半實時和離線三種，生產(chǎn)層級要求實時性，需要達到毫秒級別；管理層級實時性要求不高。五是數(shù)據(jù)價值不均勻，20%的數(shù)據(jù)具有80%的價值密度(如產(chǎn)品圖紙、試驗分析、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：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)蘊含信息復(fù)雜，關(guān)聯(lián)性強；三是持續(xù)采集，具有鮮明的動態(tài)時空特性；四是采集、存貯、處理實時性要求高；五是與具體工業(yè)領(lǐng)域密切相關(guān)。
先進制造企業(yè)基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，把產(chǎn)品、機器、資源和人有機結(jié)合在一起，推動制造業(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)能夠促進形成企業(yè)和消費者之間的信息主動反饋機制，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)價值，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級開辟了新途徑。
3、工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展態(tài)勢
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)勢有三個，一是已從理念轉(zhuǎn)向?qū)嵺`，二是工業(yè)大數(shù)據(jù)成為云計算的價值體現(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)化融合的不斷推進和大數(shù)據(jù)采集、集成、計算和分析技術(shù)的發(fā)展，很多工業(yè)企業(yè)已經(jīng)進入工業(yè)大數(shù)據(jù)實踐階段。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，通過引入國際最先進的生產(chǎn)線，已實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集，并與愛施德等企業(yè)合作，深度挖掘工業(yè)大數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)生產(chǎn)實時監(jiān)測、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)，且存儲成本高。云計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，實現(xiàn)低成本海量數(shù)據(jù)存儲。此外，在云平臺上，企業(yè)可運用Hadoop、流計算等分析計算，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理。
對于工業(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、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)和供應(yīng)鏈等各個環(huán)節(jié)。在研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)，可實現(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)，可實現(xiàn)設(shè)備診斷與維護、智能排程、智能生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化、個性化定制；在管理服務(wù)環(huán)節(jié)可實現(xiàn)產(chǎn)品遠程監(jiān)測與維護；在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)可實現(xiàn)供應(yīng)鏈全局優(yōu)化。
4、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)整個生產(chǎn)過程。下面按照企業(yè)生產(chǎn)過程的研發(fā)設(shè)計、供應(yīng)鏈、生產(chǎn)制造、營銷與服務(wù)環(huán)節(jié)，對工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景及其應(yīng)用進行探討。
4.1研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景
在研發(fā)設(shè)計環(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、設(shè)計仿真、工藝流程優(yōu)化等。
產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計，主要是利用大數(shù)據(jù)存儲、分析、處理等技術(shù)處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，建立企業(yè)級產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，以便不同地域可以訪問相同的設(shè)計數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)多站點協(xié)同、滿足工程組織的設(shè)計協(xié)同要求。
設(shè)計仿真，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)計模型，將機翼的風(fēng)洞實驗次數(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，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，對過去彼此孤立的各類數(shù)據(jù)進行匯總和分析，評估和改進當前操作工藝流程。
4.2供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景
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，使整個生產(chǎn)系統(tǒng)達到協(xié)同優(yōu)化，讓生產(chǎn)系統(tǒng)更加動態(tài)靈活，進一步提高生產(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)品電子標識技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及移動互聯(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)進行分析，確定采購物料數(shù)量、運送時間等，實現(xiàn)供應(yīng)鏈優(yōu)化。
用戶需求快速響應(yīng)。即利用先進數(shù)據(jù)分析和預(yù)測工具，對實時需求預(yù)測與分析,增強商業(yè)運營及用戶體驗。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)測各地商品需求量，從而提高配送和倉儲的效能，保證了次日貨到的客戶體驗。
4.3生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景
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)測維護、生產(chǎn)計劃與排程、能源消耗管控和個性化定制等應(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)，對生產(chǎn)本身進行實時監(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，對有限資源進行最大限度使用，從而降低工業(yè)和資源的配置成本，使得生產(chǎn)過程能夠高效地進行。
生產(chǎn)流程優(yōu)化。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對工業(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，當所有流程和績效數(shù)據(jù)都能在系統(tǒng)中重建時，這種透明度將有助于制造商改進其生產(chǎn)流程。
設(shè)備預(yù)測維護。建立大數(shù)據(jù)平臺，從現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中獲取軸承振動、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)劣化趨勢預(yù)測、部件剩余壽命預(yù)測等模型，通過數(shù)據(jù)分析進行設(shè)備故障預(yù)測與診斷。
生產(chǎn)計劃與排程。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)測與實際的偏差概率，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)計劃排產(chǎn)，并監(jiān)控計劃與現(xiàn)場實際的偏差，動態(tài)的調(diào)整計劃排產(chǎn)。
能源消耗管控、延長設(shè)備壽命。通過對企業(yè)生產(chǎn)線各關(guān)鍵環(huán)節(jié)能耗排放和輔助傳動輸配環(huán)節(jié)的實時動態(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，進行多維度能耗模型仿真預(yù)測分析，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)化負荷與能耗平衡，從而實現(xiàn)整體生產(chǎn)線柔性節(jié)能降耗減排；及時發(fā)現(xiàn)能耗的異?；蚍逯登闆r，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的能源消耗實時優(yōu)化。
個性化定制。采集客戶個性化需求數(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，建立個性化產(chǎn)品模型，將產(chǎn)品信息傳遞給智能設(shè)備，進行設(shè)備調(diào)整、原材料準備，生產(chǎn)出符合個性化需求的定制產(chǎn)品。
4.4營銷與服務(wù)環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景
在市場營銷環(huán)節(jié)，利用大數(shù)據(jù)挖掘用戶需求和市場趨勢，找到機會產(chǎn)品，進行生產(chǎn)指導(dǎo)和后期市場營銷分析。
建立用戶對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)，形成滿足消費者預(yù)期的各品類生產(chǎn)方案等。
在產(chǎn)品售出服務(wù)環(huán)節(jié)，工業(yè)數(shù)據(jù)推動企業(yè)創(chuàng)新服務(wù)模式，從被動服務(wù)、定期服務(wù)發(fā)展成為主動服務(wù)、實時服務(wù)。通過搭建企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺，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)測分析模型，提供智能產(chǎn)品服務(wù)。
5、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，對工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級開辟了新的途徑。對工業(yè)大數(shù)據(jù)在制造業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用場景及應(yīng)用的深入探討，將有利于更好地發(fā)揮其助力作用。
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