工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用價值及展望

王旭，高杰

［工信通（北京）信息技術(shù)有限公司，北京 100036］

0 引言

當(dāng)前，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等為代表的科學(xué)技術(shù)革命席卷世界，不斷構(gòu)建信息互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、資源合作、開放協(xié)同的現(xiàn)代工業(yè)創(chuàng)新體系，極大提高了工業(yè)創(chuàng)新能力，拓展了發(fā)展空間。新一代信息通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，推動著工業(yè)加速朝數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向邁進(jìn)，這是新一輪工業(yè)革命下制造業(yè)生產(chǎn)全周期的數(shù)據(jù)信息可采集、可分析、可運(yùn)行的必然結(jié)果。

隨著智能制造的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)已成為推進(jìn)制造業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要因素，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程自動化、風(fēng)險管控自動化、制造模式智能化的關(guān)鍵基礎(chǔ)，對智慧生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)有著重要的推進(jìn)意義。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)和突破，其本質(zhì)目標(biāo)即從大量繁雜的數(shù)據(jù)中挖掘出最有價值的內(nèi)容，從而挖掘新生產(chǎn)模式，進(jìn)而推動生產(chǎn)管理模式的革新和發(fā)展。工業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品需求設(shè)計(jì)、科學(xué)管控生產(chǎn)、實(shí)時風(fēng)險監(jiān)控、產(chǎn)品精準(zhǔn)營銷等產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)，都起到了舉足輕重的作用[1]。

1 工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的內(nèi)涵

從工業(yè)大數(shù)據(jù)分析本身來看，其橫向覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)、加工與生產(chǎn)、倉儲與物流、服務(wù)和銷售等整個生命周期的各個環(huán)節(jié)，而縱向涵蓋了供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈等3 個方面的內(nèi)容[2]。而工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用，即根據(jù)特定場景，利用數(shù)據(jù)采集、融合、儲存、挖掘及可視化等各種方式，把工業(yè)大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏的重要信息釋放出來，以改善企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營管理，并推動企業(yè)生產(chǎn)與商業(yè)模式的革新。工業(yè)大數(shù)據(jù)分析關(guān)鍵技術(shù)主要包含：大數(shù)據(jù)感知與收集、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一儲存與建模、統(tǒng)計(jì)分析和決策支持[2]。

1.1.1 數(shù)據(jù)感知與采集

數(shù)據(jù)感知和收集是獲取有效信息的重要途徑，是工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基石。數(shù)據(jù)感知和采集技術(shù)主要是通過傳感器，結(jié)合RFID、條形碼掃描器、生產(chǎn)和檢測裝置、PDA、智慧終端等技術(shù)手段收集工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，同時利用網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線等現(xiàn)代信息技術(shù)，達(dá)到對原始數(shù)據(jù)信息的及時傳遞的目的。

1.1.2 數(shù)據(jù)存儲與建模

數(shù)據(jù)存儲與建模可面向多種存儲模式、多種邏輯結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲與壓縮、復(fù)雜數(shù)據(jù)索引與查詢、數(shù)據(jù)優(yōu)化與緩存等功能，將數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)化的形態(tài)存放到管理系統(tǒng)中。

1.1.3 數(shù)據(jù)分析與決策支持

數(shù)據(jù)分析與決策支持即圍繞某一業(yè)務(wù)問題，構(gòu)建行業(yè)數(shù)據(jù)分析模型，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘算法、可視化等技術(shù)尋找海量信息背后的規(guī)律及原因，從而進(jìn)而形成高精度、高可靠性的生產(chǎn)模式，建立“工業(yè)大腦”，來真正地處理實(shí)際的業(yè)務(wù)問題，智能地支撐工業(yè)決策。

1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正蓬勃發(fā)展，國際工業(yè)巨頭正在迅速布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與場景應(yīng)用。美國通用電氣公司率先推出數(shù)據(jù)分析云平臺Predix，開啟數(shù)字化轉(zhuǎn)型新時代；德國西門子公司推出云平臺Mind Sphere，可將所有的生產(chǎn)設(shè)備、車間工廠和管理系統(tǒng)連接在一起，通過云計(jì)算技術(shù)來駕馭海量數(shù)據(jù)，為企業(yè)數(shù)據(jù)賦予了全新的價值；法國施耐德電氣有限公司推出的Eco Struxure 平臺，是具有互操作性的系統(tǒng)架構(gòu)與平臺的控制專家，服務(wù)于住宅樓宇、數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)設(shè)施市場、為用戶提供高效、安全、可靠的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通服務(wù)。德國SAP 公司研發(fā)的HANA 大數(shù)據(jù)平臺，可為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供實(shí)時數(shù)據(jù)處理，推動HANA 與信息化系統(tǒng)的融合。此外，硅谷眾多創(chuàng)業(yè)公司也積極投身于工業(yè)數(shù)據(jù)分析技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，典型代表有Uptake Tech 公司，為建筑、航空、采礦行業(yè)提供分析與預(yù)測軟件服務(wù)。

1.3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨工業(yè)4.0 浪潮的興起，新一代信息技術(shù)迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、VR/AR 等技術(shù)對實(shí)體經(jīng)濟(jì)的變革影響深遠(yuǎn)，各種創(chuàng)新應(yīng)用噴涌而出。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為生產(chǎn)工具和產(chǎn)品之間建立“橋梁”，把工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備變成數(shù)據(jù)終端，全方位采集底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；云計(jì)算使用互聯(lián)網(wǎng)上托管的遠(yuǎn)程服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)來存儲、管理和處理數(shù)據(jù)，形成跨企業(yè)、跨領(lǐng)域的資源共享與協(xié)同空間，打造供需對接的生態(tài)服務(wù)；VR/AR 技術(shù)可以使用戶通過視覺、聽覺、觸覺等感知行為沉浸于虛擬環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)人對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的操作模擬與工廠環(huán)境的沉浸式體驗(yàn)[3]；5G 技術(shù)的增強(qiáng)寬帶、海量連接、低延時高可靠等特性，為物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等各種跨界融合和跨行業(yè)應(yīng)用提供了重要保障。

國內(nèi)工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)方面也有一定進(jìn)展，在高端裝備方面仍然是以龍頭企業(yè)自建方式為主，國內(nèi)海爾集團(tuán)、中國航天科工、三一重工等企業(yè)分別推出了COSMO 平臺、航天云網(wǎng)平臺、三一樹根物聯(lián)平臺等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺產(chǎn)品。中國航天科工集團(tuán)公司打造航天云網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，將數(shù)據(jù)采集、處理、分析、可視化等數(shù)據(jù)分析全流程以“云化方式”向用戶開放，打造工業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)開放能力，并對接第三方商業(yè)與金融資源，為產(chǎn)業(yè)集群提供優(yōu)質(zhì)的商業(yè)創(chuàng)新模式與金融服務(wù)。

2 工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用價值

大數(shù)據(jù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用覆蓋產(chǎn)品需求設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、風(fēng)險管控、產(chǎn)品營銷等產(chǎn)品生命周期的各個環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品需求設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可通過分析用戶畫像，為用戶提供個性化定制體驗(yàn)；在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，可綜合大量的機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間運(yùn)營等工業(yè)數(shù)據(jù)的分析與可視化，科學(xué)管控生產(chǎn)；在風(fēng)險管控環(huán)節(jié)，可以對機(jī)械設(shè)備狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，預(yù)測設(shè)備可能的異常征兆，防范可能的設(shè)備故障，規(guī)避事故發(fā)生；在產(chǎn)品營銷環(huán)節(jié)，可通過挖掘銷售數(shù)據(jù)，預(yù)判市場趨勢，尋找機(jī)會產(chǎn)品，制定精準(zhǔn)營銷策略[3]。

2.1 把握用戶需求

準(zhǔn)確把握用戶需求，實(shí)現(xiàn)個性化定制規(guī)模生產(chǎn)。企業(yè)可以利用工業(yè)傳感器等器件，實(shí)時采集、存儲和傳輸用戶偏好數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析與可視化等技術(shù)手段，協(xié)助企業(yè)實(shí)現(xiàn)以需求為導(dǎo)向的產(chǎn)品創(chuàng)新。雙馳鞋業(yè)建設(shè)鞋業(yè)大規(guī)模個性化定制平臺，打造出了一條可根據(jù)個人腳型柔性選配產(chǎn)品、快速響應(yīng)需求的自動化定制生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)從消費(fèi)端腳型數(shù)據(jù)采集到工廠端生產(chǎn)的全流程的數(shù)字化，同時為用戶提供了個性化定制體驗(yàn)。

2.2 科學(xué)管控生產(chǎn)

科學(xué)監(jiān)控與管理生產(chǎn)過程，提升生產(chǎn)效率。企業(yè)利用采集的產(chǎn)能產(chǎn)量、溫度、壓力、熱能、噪音、損耗等數(shù)據(jù)，對制造全過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，對生產(chǎn)過程建立仿真模型，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的優(yōu)化。另外，企業(yè)可根據(jù)生產(chǎn)訂單、在用產(chǎn)線以及庫存管理等數(shù)據(jù)預(yù)測市場走勢，提高庫存周轉(zhuǎn)率，科學(xué)安排生產(chǎn)計(jì)劃。海爾集團(tuán)的COSMOPlat 工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺利用物聯(lián)感知、云平臺、智能決策等技術(shù)，對設(shè)備狀態(tài)、工藝變量、資源使用情況及效率進(jìn)行在線監(jiān)測，同時通過對產(chǎn)能、庫存的分析預(yù)測，給出最佳的生產(chǎn)排程及資源調(diào)整方案，有效地優(yōu)化資源配置，提升生產(chǎn)效率[4]。

2.3 實(shí)時風(fēng)險監(jiān)控

實(shí)時監(jiān)測設(shè)備故障，有效規(guī)避風(fēng)險。企業(yè)運(yùn)行過程中存在諸多風(fēng)險，既涉及產(chǎn)品缺陷、設(shè)備能效不高、可靠性和安全等問題，還涉及設(shè)備的工作性能降低、零件損壞、操作風(fēng)險增加等問題。而利用工業(yè)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在設(shè)備功能退化的過程中傳遞信號，從而及時預(yù)警并防范可能的故障，避免事故發(fā)生。三一重工股份有限公司構(gòu)建裝備工況大數(shù)據(jù)平臺，接入將近23 萬臺設(shè)備（6 萬臺活躍設(shè)備），實(shí)時監(jiān)測并可視化顯示設(shè)備運(yùn)行情況，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析工具對大型機(jī)械裝備進(jìn)行故障分析，及時排除故障[5]。大唐集團(tuán)自主研發(fā)的X-BDP大數(shù)據(jù)平臺，可通過視頻、傳感器等多維度數(shù)據(jù)，對電廠設(shè)備進(jìn)行各類傳感數(shù)據(jù)的監(jiān)測，同時結(jié)合視頻智能分析，識別出設(shè)備損壞、危險操作的不安全行為，構(gòu)建企業(yè)重大危險源監(jiān)測模型，提前預(yù)測潛在風(fēng)險，有效保障了生產(chǎn)安全[6]。

2.4 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營銷

準(zhǔn)確觸達(dá)目標(biāo)用戶，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營銷。企業(yè)和用戶在交互和交易的過程中產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析可精準(zhǔn)獲得用戶的使用行為、偏好，進(jìn)而生成用戶畫像?？梢栽谑袌鐾茝V、渠道選擇等營銷環(huán)節(jié)，為目標(biāo)用戶推送不同類型的產(chǎn)品，提高營銷的準(zhǔn)確度。更關(guān)鍵的是，企業(yè)能夠根據(jù)用戶需求進(jìn)行產(chǎn)品的個性化設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)定位，通過提升產(chǎn)品價值及核心理念與用戶需求的吻合程度，滿足用戶需求，進(jìn)而提升企業(yè)經(jīng)營效益。紅獅集團(tuán)建成水泥行業(yè)經(jīng)銷商B2B 平臺，把自助查詢、財務(wù)對賬等業(yè)務(wù)搬到線上，實(shí)現(xiàn)與經(jīng)銷商的交易協(xié)同，縮短相應(yīng)時效。并且能夠針對不同偏好、不同需求的客戶群體制定對應(yīng)的營銷策略，提高營銷精準(zhǔn)度。

3 工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用展望

工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的外部環(huán)境日益成熟。隨著智能制造的迅猛發(fā)展，其相關(guān)研究和應(yīng)用推動了傳感器、控制器、云平臺等軟硬件系統(tǒng)的更新迭代，深化了新一代信息技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用。智能制造的日益成熟，一方面打破了數(shù)據(jù)孤島，機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)信息共享、互聯(lián)互通，為數(shù)據(jù)匯聚奠定了基礎(chǔ)；另一方滿制造業(yè)大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用需求逐漸增多，促進(jìn)制造業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的外部環(huán)境日趨完善。

人工智能和工業(yè)大數(shù)據(jù)融合加深。以機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理、語音識別等為代表的人工智能技術(shù)，促進(jìn)了大數(shù)據(jù)在工業(yè)領(lǐng)域的深度應(yīng)用。人工智能為海量數(shù)據(jù)清洗、匯總提供高效智能的技術(shù)手段，同時保障了更高的數(shù)據(jù)質(zhì)量。工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用離不開人工智能技術(shù)，而人工智能的基礎(chǔ)是海量數(shù)據(jù)支持，二者的深度融合成為發(fā)展的必然趨勢[7]。

工業(yè)大數(shù)據(jù)逐漸上云上平臺。工業(yè)云將與大數(shù)據(jù)、人工智能、VR/AR、區(qū)塊鏈等方面充分結(jié)合，使工業(yè)整體上實(shí)現(xiàn)快速更新升級。工業(yè)云平臺作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，能夠使大數(shù)據(jù)在工業(yè)領(lǐng)域快速發(fā)展，提高資源分配效率、優(yōu)化生產(chǎn)過程并提升決策能力[8]。云平臺為工業(yè)企業(yè)提供了大數(shù)據(jù)綜合解決方案，特別是降低了中小企業(yè)使用工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的門檻和成本。

4 加快工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的相關(guān)建議

當(dāng)前，我國工業(yè)大數(shù)據(jù)正處于規(guī)?；l(fā)展初期。應(yīng)搶抓機(jī)遇、順勢而為，充分利用我國工業(yè)市場廣闊、應(yīng)用場景豐富的優(yōu)勢，借助新一代信息技術(shù)高速發(fā)展的勢頭，加速構(gòu)建大數(shù)據(jù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造領(lǐng)域的全新產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展[9]。

（1）要不斷引導(dǎo)企業(yè)需求，拓展工業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用廣度。一方面鼓勵企業(yè)優(yōu)化數(shù)據(jù)源，特別是對于機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線等現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集總量，采集類型、采集精度以及頻率方面，提高關(guān)鍵技術(shù)的核心競爭力。另一方面促進(jìn)上游供應(yīng)商與下游客戶之間的資源交互與信息共享，拓展工業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用廣度，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用價值。

（2）發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺優(yōu)勢，提升平臺的數(shù)據(jù)處理能力。支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺面向企業(yè)開放數(shù)據(jù)資源，重點(diǎn)提高中小企業(yè)的數(shù)據(jù)應(yīng)用水平。加快推動研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量檢測、故障運(yùn)維等方面的工業(yè)知識的系統(tǒng)化，培育一批工業(yè)APP。突破工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)難點(diǎn)，推動工業(yè)數(shù)據(jù)資源實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)、跨行業(yè)甚至跨地域的流動與共享，推動工業(yè)數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化加速演進(jìn)。

（3）推進(jìn)工業(yè)大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)修訂，健全安全管理體系。組織協(xié)會聯(lián)盟、研究機(jī)構(gòu)、高校及專家團(tuán)隊(duì)開展全國行業(yè)性工業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)框架研究，加快推進(jìn)工業(yè)數(shù)據(jù)開放、流通及交換、數(shù)據(jù)安全等關(guān)鍵領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)研制。同時，凝練工業(yè)大數(shù)據(jù)交換集成、全流程建模、分析算法等數(shù)據(jù)處理和典型應(yīng)用場景，通過應(yīng)用試點(diǎn)形成可復(fù)制、可推廣的數(shù)據(jù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。此外，鼓勵企業(yè)對接國家或省級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)測平臺，強(qiáng)化技術(shù)保障，完善數(shù)據(jù)安全相關(guān)法律法規(guī)，健全安全管理體系，筑牢工業(yè)大數(shù)據(jù)的安全防線。