德國 “工業(yè)4.0”強調(diào)通過信息網(wǎng)絡(luò)與物理生產(chǎn)系統(tǒng)的融合，即建設(shè)信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS)來改變當前的工業(yè)生產(chǎn)與服務(wù)模式。美國 GE公司倡導(dǎo)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，則強調(diào)通過智能機器間的連接并最終將人機連接，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，來重構(gòu)全球工業(yè)。
事實上，無論工業(yè)4.0還是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，其主要特征都是智能和互聯(lián)，而主旨都在于通過充分利用信息通訊技術(shù)，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。智能制造時代的到來，也意味著工業(yè)大數(shù)據(jù)時代的到來。工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，將成為未來提升制造業(yè)生產(chǎn)力、競爭力、創(chuàng)新能力的關(guān)鍵要素，也是目前全球工業(yè)轉(zhuǎn)型必須面對的重要課題。
一、制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型將催生工業(yè)大數(shù)據(jù)時代
(一)制造業(yè)從5M模式向6C模式轉(zhuǎn)型將催生工業(yè)大數(shù)據(jù)
在工業(yè)3.0或工業(yè)自動化時代，傳統(tǒng)制造業(yè)模式的特征可以用5個字母(5M)來概括，即Material(材料，包含了其功能與特性)、Ma-chine(機器，指加工能力和精度)、Methods(方法，指產(chǎn)能和生產(chǎn)效率)、Measurement(測度，指如何探測與改進)、Modeling(建模，指對生產(chǎn)流程的預(yù)測、優(yōu)化和防范)。在智能制造時代，制造業(yè)生產(chǎn)方式也許應(yīng)該用六個字母(6C)來定義，即Connection(連接，主要指傳感器和網(wǎng)絡(luò))、Cloud(云儲存，即任意時間和需求的數(shù)據(jù))、Cyber(虛擬網(wǎng)絡(luò)，包括模式與記憶)、Content(內(nèi)容，是指相關(guān)性及含義)、Community(社群，包含分享和交際的功能)、Customization(定制化，指個性化的價值與服務(wù))。在制造智能化時代，工業(yè)機器、設(shè)備、存儲系統(tǒng)以及運營資源可以利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)連接成網(wǎng)絡(luò)。這些工廠與機器設(shè)備不僅可以隨時隨地進行信息分享，而且互相連接的系統(tǒng)可以獨立地自我管理(自組織).
要達到這一目標，現(xiàn)有的工業(yè)制造系統(tǒng)需要對制造設(shè)備本身的以及產(chǎn)品制造過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行更深入的分析，也就是說，企業(yè)必須掌握通過工業(yè)IT設(shè)施收集、傳輸和分析處理大數(shù)據(jù)的能力。隨著智能傳感器技術(shù)如RFID的發(fā)展，數(shù)據(jù)的收集已經(jīng)變得簡單和可行，而云計算等技術(shù)的發(fā)展，也使得分析與處理大數(shù)據(jù)變得高速與高效。在工業(yè)4.0模式中，CPS系統(tǒng)將通過M2M通信(Machine -to-Machine，機器對機器)在工業(yè)機器與設(shè)備之間實現(xiàn)信息交換、運轉(zhuǎn)和互相操控，被制造的產(chǎn)品可以與機器設(shè)備交流，機器可以自組織生產(chǎn)，智能工廠能夠自行運轉(zhuǎn)。因此可以說，工業(yè)大數(shù)據(jù)是由一個工業(yè)體系或者一個產(chǎn)品制造流程智能化催生出來的數(shù)據(jù)，即是制造業(yè)智能化的必然結(jié)果，也是制造業(yè)智能化的必要條件與基礎(chǔ)。
(二)工業(yè)大數(shù)據(jù)為研究工業(yè)復(fù)雜系統(tǒng)動態(tài)行為機理提供可能
工業(yè)大數(shù)據(jù)同我們傳統(tǒng)提到的消費、商業(yè)中的大數(shù)據(jù)概念有相似的一面，但又有差異。工業(yè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)主要呈現(xiàn)大體量、多源性、連續(xù)采樣、價值密度低、動態(tài)性強等特點。大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)出現(xiàn)前，除結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)外，其他半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化等類型數(shù)據(jù)很難通過機器分析來挖掘應(yīng)用價值，而目前大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)、建模技術(shù)與仿真技術(shù)等信息技術(shù)，為研究工業(yè)領(lǐng)域機理不清的復(fù)雜系統(tǒng)的動態(tài)行為開辟了可能途徑。例如，風(fēng)力渦輪機制造商在對天氣數(shù)據(jù)及渦輪儀表數(shù)據(jù)進行交叉分析的基礎(chǔ)上，可以對風(fēng)力渦輪機布局進行改善，從而增加風(fēng)力渦輪機的電力輸出水平并延長其服務(wù)壽命。
工業(yè)自動化、智能化系統(tǒng)的建模，控制系統(tǒng)的運行、管理與優(yōu)化，無不涉及到大量的圖像及數(shù)據(jù)信息。同樣，企業(yè)的綜合生產(chǎn)指標、生產(chǎn)計劃調(diào)度、生產(chǎn)線的質(zhì)量控制等等，同樣涉及到大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)。而通過信息化手段對流程進行優(yōu)化整合，必須要用到大數(shù)據(jù)技術(shù)，以此實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。因此，大數(shù)據(jù)應(yīng)用對于工業(yè)領(lǐng)域動態(tài)模型建設(shè)、安全運行及監(jiān)控、多目標優(yōu)化控制方法等多個方面將有促進作用。
二、工業(yè)大數(shù)據(jù)可以通過多種方式創(chuàng)造價值
(一)創(chuàng)建透明度，優(yōu)化運營效率
在傳統(tǒng)的制造企業(yè)中，大量的數(shù)據(jù)分布于企業(yè)中的各個部門中，要想在整個企業(yè)內(nèi)及時、快速提取這些數(shù)據(jù)存在一定的困難。而有了工業(yè)大數(shù)據(jù)，就可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)幫助企業(yè)將所有的數(shù)據(jù)集中在一個平臺上，以此充分整合來自研發(fā)、工程、生產(chǎn)部門的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建產(chǎn)品生命周期管理平臺，對工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)進行虛擬模型化，優(yōu)化生產(chǎn)流程，確保企業(yè)內(nèi)的所有部門以相同的數(shù)據(jù)協(xié)同工作，從而提升組織的運營效率，縮短產(chǎn)品的研發(fā)與上市時間。
(二)優(yōu)化供應(yīng)鏈，細分市場
利用傳感器創(chuàng)造并存儲更多數(shù)據(jù)和出自供應(yīng)商數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，制造企業(yè)可以實時收集更多準確的運作與績效數(shù)據(jù)，不斷可以跟蹤產(chǎn)品庫存和銷售價格，而且準確地預(yù)測全球不同區(qū)域的需求，從而運用數(shù)據(jù)分析得到更好的決策來優(yōu)化供應(yīng)鏈。制造企業(yè)還可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對客戶進行細分，優(yōu)化生產(chǎn)流程以定制化產(chǎn)品和服務(wù)來滿足不同用戶的不同需求，創(chuàng)造更好的產(chǎn)品。企業(yè)不僅可以滿足消費者高度個性化的需求，也能夠?qū)υ牧瞎⿷?yīng)變動和市場需求的變化做出及時的反應(yīng)和調(diào)整，實現(xiàn)產(chǎn)品由大規(guī)模趨同性生產(chǎn)向規(guī)�；ㄖ粕a(chǎn)轉(zhuǎn)變。
(三)提升競爭力，創(chuàng)新商業(yè)模式
大數(shù)據(jù)讓傳統(tǒng)制造企業(yè)能夠創(chuàng)新產(chǎn)品和服務(wù)，從而創(chuàng)造全新的商業(yè)模式。傳統(tǒng)的制造企業(yè)不再單單是圍繞產(chǎn)品產(chǎn)銷的實體物理設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)，而是充分借助大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的生產(chǎn)服務(wù)型企業(yè)。在工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，制造企業(yè)通過內(nèi)嵌在產(chǎn)品中的傳感器獲得數(shù)據(jù)，從發(fā)電設(shè)備到工程機械，一切都可以連接到互聯(lián)網(wǎng)上，為機器設(shè)備的作業(yè)監(jiān)控、性能維護和預(yù)防性養(yǎng)護提供狀態(tài)更新和性能數(shù)據(jù)。例如實時位置數(shù)據(jù)的出現(xiàn)已經(jīng)創(chuàng)造了一套全新的跟蹤服務(wù)體系，可以使飛機發(fā)動機制造企業(yè)提供航空信息與服務(wù)管理。這不但可以使制造企業(yè)自身提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)業(yè)競爭力，更可以為其所服務(wù)的客戶創(chuàng)造新的價值。
三、開發(fā)與利用工業(yè)大數(shù)據(jù)需要解決的主要問題
(一)數(shù)據(jù)開發(fā)共享與安全保護政策
由于工業(yè)大數(shù)據(jù)是數(shù)字化的和橫跨企業(yè)邊界甚至是跨越國界的(如跨國公司不同國家工廠的數(shù)據(jù))，因此安全、開放、共享等一些政策問題必須得到有效解決。隨著工業(yè)大數(shù)據(jù)的價值越來越被重視，生產(chǎn)設(shè)施和數(shù)據(jù)中的商業(yè)秘密和專利技術(shù)也必須同樣受到保護。在工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，工業(yè)IT系統(tǒng)的安全不僅涉及生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)，而且還關(guān)聯(lián)到由此延伸的通訊網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)，因此，研究并出臺相應(yīng)的工業(yè)IT系統(tǒng)的安全策略、架構(gòu)和標準，保護制造企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)的安全、數(shù)據(jù)安全，提升系統(tǒng)的緊密性、完整性和有效性，將是個非常重要的問題。
工業(yè)大數(shù)據(jù)日益提高的經(jīng)濟價值也會產(chǎn)生大量的法律問題，如，如何克服阻礙數(shù)據(jù)獲取的障礙、建立交易或共享數(shù)據(jù)的市場機制，如何保護工業(yè)大數(shù)據(jù)中的知識產(chǎn)權(quán)。這需要政府制定平衡數(shù)據(jù)使用與數(shù)據(jù)安全保護的政策，制定鼓勵數(shù)據(jù)共享的獎勵措施、建立有效的促進創(chuàng)新的知識產(chǎn)權(quán)框架，以及面向公眾開放政府部門擁有的能夠公開的大數(shù)據(jù)，從而促進工業(yè)大數(shù)據(jù)共享和整合以及價值創(chuàng)造。
(二)建立容量更大、服務(wù)質(zhì)量更可靠的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施
信息物理融合系統(tǒng)或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)，是建立在連續(xù)采樣、大體量的工業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，而工業(yè)大數(shù)據(jù)的傳輸、交互和共享，必然要求建立容量、帶寬、存儲與數(shù)據(jù)處理能力更強大的基礎(chǔ)實施，以及極高的通信智能和管理智能�，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施肯定難以滿足工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代的要求。因此，容量更大、服務(wù)質(zhì)量更可靠的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施將成為工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的重要組成部分。因此，政府有必要對擴建工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施制定專門的激勵措施，獎勵和鼓勵工業(yè)寬帶基礎(chǔ)實施的投資與建設(shè)。有效的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)該簡易、安全、價格合理以及易擴展，不僅應(yīng)該應(yīng)用于智能工廠，也能夠包括智能電網(wǎng)、智能交通以及智慧醫(yī)療。
(三)應(yīng)用和創(chuàng)新工業(yè)大數(shù)據(jù)開發(fā)與分析技術(shù)
工業(yè)信息化系統(tǒng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，必須先經(jīng)過整理和分析，讓其變成“信息”，然后再深加工為“知識”，在這個通過大數(shù)據(jù)獲取價值的轉(zhuǎn)化過程中，制造企業(yè)需要新的技術(shù)(例如存儲、計算和分析軟件)和技能(新的分析類型)。目前很多企業(yè)還處于工業(yè)2.0時代，工業(yè)信息化、智能化水平較低，缺乏將大數(shù)據(jù)技術(shù)整合到自身系統(tǒng)的技術(shù)能力。而對于那些工業(yè)3.0時代的企業(yè)來說，現(xiàn)有的舊系統(tǒng)和不兼容的標準和格式，也會妨礙大數(shù)據(jù)分析工具的應(yīng)用。因此，促進制造企業(yè)和技術(shù)人員整合、應(yīng)用不斷創(chuàng)新的工業(yè)大數(shù)據(jù)開發(fā)與分析技術(shù)，促進制造企業(yè)從工業(yè)大數(shù)據(jù)中獲取最大收益，是非常緊迫的挑戰(zhàn)與任務(wù)。
(四)制造企業(yè)的組織變革和人才培養(yǎng)
讓制造企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)認識到對工業(yè)大數(shù)據(jù)蘊含的價值以及如何釋放這一價值，將是一個富有挑戰(zhàn)的過程。制造企業(yè)不但需要擁有具備挖掘大數(shù)據(jù)價值的技術(shù)人員，同時需要構(gòu)建適當?shù)墓ぷ髁鞒毯图畲胧﹣韮?yōu)化大數(shù)據(jù)的使用，才有可能利用工業(yè)大數(shù)據(jù)來優(yōu)化企業(yè)管理、創(chuàng)造新的產(chǎn)品、服務(wù)和商業(yè)模式。同時，制造企業(yè)中不同部門產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠集成、交互共享，打破信息“孤島”現(xiàn)象，也需要相應(yīng)的組織體系變革。因此，政府應(yīng)該創(chuàng)造激勵措施并對制造企業(yè)管理者進行大數(shù)據(jù)分析技術(shù)培訓(xùn)，采取措施鼓勵企業(yè)加強大數(shù)據(jù)相關(guān)人才的培養(yǎng)。
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本文標題：工業(yè)大數(shù)據(jù)：下一個提升制造業(yè)生產(chǎn)力的技術(shù)前沿
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