用大數(shù)據(jù)技術(shù)驅(qū)動工業(yè)信息化升級

■ 文/沈春鋒

沈春鋒,上海寶信軟件股份有限公司高級技術(shù)總監(jiān)。

應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，改造現(xiàn)有的工業(yè)信息化系統(tǒng)，從而實現(xiàn)柔性制造，滿足用戶個性化需求，將是未來一段時期內(nèi)工業(yè)制造轉(zhuǎn)型升級的方向。

多年來，企業(yè)發(fā)展都是采用傳統(tǒng)工業(yè)信息化分層架構(gòu)體系。工業(yè)4.0時代，規(guī)?；a(chǎn)模式的局限性日益顯現(xiàn)，柔性生產(chǎn)要求越來越高。這種情況下，傳統(tǒng)分層架構(gòu)的缺點暴露出來：大量底層數(shù)據(jù)在逐層上傳過程中被丟棄，導(dǎo)致在后期進行故障診斷和流程優(yōu)化時，缺乏完整的數(shù)據(jù)支撐 ；同級或周邊系統(tǒng)無法直接分享數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過上位系統(tǒng)周轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)價值未得到充分發(fā)揮 ；上位系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)的決策只能以非實時的方式逐級下達并執(zhí)行，難以實現(xiàn)實時智能控制。

要徹底解決傳統(tǒng)分層架構(gòu)的不足，就需要將整個信息系統(tǒng)由分層多級數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ?，改造為扁平化的架?gòu)，實現(xiàn)全流程、全工序的數(shù)據(jù)貫通與共享，真正達到工業(yè)4.0提倡的柔性制造和快速響應(yīng)要求。

近十幾年來，IT技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。首先，基于x86架構(gòu)的通用PC服務(wù)器計算能力越來越強，小型機正逐步被成本更低廉、生態(tài)更成熟的x86服務(wù)器所取代。其次，開源社區(qū)得到了更多IT公司的支持，獲得了蓬勃的發(fā)展。從開源社區(qū)涌現(xiàn)出了一大批功能完善的開源軟件，包括虛擬化、消息中間件、數(shù)據(jù)庫、前端展示技術(shù)等。再者，以Hadoop和Spark為代表的分布式數(shù)據(jù)處理平臺日益成熟，其功能和穩(wěn)定性已具備應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)境的條件。

技術(shù)的成熟和架構(gòu)演化的需求不謀而合，信息化系統(tǒng)建設(shè)“去IOE化”（“IOE”分別指IBM的小型機、Oracle數(shù)據(jù)庫、EMC存儲設(shè)備）運動轟轟烈烈，寶信軟件也開始著手基于普通PC服務(wù)器集群，借助開源分布式的存儲、計算技術(shù)，構(gòu)建新一代的工業(yè)信息系統(tǒng)。目標(biāo)是以真正具備分布式架構(gòu)、高可用性、橫向擴展能力的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺為核心，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)資源的高效整合。

1+N模式契合公司組織架構(gòu)

寶信軟件基于自身多年的平臺產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗和深厚的行業(yè)應(yīng)用背景，采用1+N模式推動工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用落地。1+N模式的“1”就是1個大數(shù)據(jù)平臺，“N”就是寶信軟件擅長的N個行業(yè)領(lǐng)域，主要包括冶金、交通、能源、化工等。1+N模式與寶信軟件“產(chǎn)品研發(fā)中心+行業(yè)事業(yè)部制”的組織架構(gòu)設(shè)置非常契合，推動了工業(yè)大數(shù)據(jù)在各行業(yè)迅速形成示范應(yīng)用并全面推廣。

1+N模式中，首先要有1個大數(shù)據(jù)平臺產(chǎn)品。如果白手起家，從無到有地開發(fā)一個大數(shù)據(jù)平臺產(chǎn)品，必然是一個費時費力的浩大工程。現(xiàn)在瞬息萬變的市場要求首先是“快”，為了把握先機，寶信軟件經(jīng)過充分調(diào)研和技術(shù)分析，最終在開源軟件基礎(chǔ)上快速打造了工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺產(chǎn)品xInsight。研發(fā)不到一年時間，xInsight就推出了第一個發(fā)布版本，此后，xInsight每個季度都會推出一個正式的發(fā)布版本，平臺產(chǎn)品功能也日趨豐富完善。

xInsight產(chǎn)品研發(fā)始終堅持功能特性設(shè)計必須滿足工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用場景的需求?？紤]到與同類企業(yè)產(chǎn)品的差異化競爭優(yōu)勢，xInsight充分汲取了寶信軟件在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)經(jīng)驗，面向數(shù)據(jù)全生命周期管理形成了數(shù)據(jù)接入、存儲、分析和展示的端到端完整解決方案?？紤]到工業(yè)應(yīng)用場景下企業(yè)對數(shù)據(jù)安全保密的要求，xInsight并沒有強行推進公有云的建設(shè)，而是根據(jù)企業(yè)實際需要，致力于幫助企業(yè)建設(shè)私有云或者混合云。正是考慮到這些工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用場景的差異性，并將之糅合進xInsight產(chǎn)品的功能特性設(shè)計中，才使得xInsight一經(jīng)推出，就在工業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域獲得了廣泛贊譽。

xInsight項目應(yīng)用案例

目前，xInsight正用于寶鋼股份熱軋1580智能車間改造項目。作為鋼鐵業(yè)唯一正式入圍工業(yè)和信息化部《2015年智能制造試點示范專項行動實施方案》試點示范的項目。借助于xInsight，1580熱軋項目計劃打造一個符合工業(yè)4.0信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS）理念，基于多源數(shù)據(jù)融合的可視化虛擬工廠。利用大數(shù)據(jù)平臺的分布式海量數(shù)據(jù)存儲和處理能力，綜合匯聚各類信息資源，整合上層的經(jīng)營管理信息與制造現(xiàn)場的過程信息，實現(xiàn)集中監(jiān)控、互聯(lián)互通，建立分廠級智能運營和輔助決策平臺。通過構(gòu)建虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，實現(xiàn)虛擬與實際系統(tǒng)的映射，探索熱軋?zhí)摂M制造的新途徑。

1580熱軋項目采用了先進節(jié)能裝備與技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)平臺的優(yōu)勢可在更廣的范圍內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)實際實現(xiàn)供能與用能的自動匹配控制，做到能源精細化管理，實現(xiàn)部門、作業(yè)區(qū)直至每塊帶鋼的能耗跟蹤與預(yù)算管理。

利用大數(shù)據(jù)平臺的時序數(shù)據(jù)存儲和分析功能，項目還可實現(xiàn)裝備在線診斷與預(yù)測性維護。通過設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的實時采集，并將設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)結(jié)合，形成基于模型的預(yù)警分析和綜合分析，提供實時、準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)信息及對策支持，為設(shè)備管理人員提供技術(shù)支撐。裝備的在線診斷和預(yù)測性維護，改變了以往周期性的設(shè)備點檢和更換，在降低成本的同時，使設(shè)備狀態(tài)的維護有了更可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

大數(shù)據(jù)平臺的智能算法和自學(xué)習(xí)能力，可以為生產(chǎn)的柔性制造建立優(yōu)化模型和新產(chǎn)品開發(fā)模型，在更大范圍數(shù)據(jù)的支撐下，實現(xiàn)知識推理，彌補現(xiàn)有模型的不足。

此外，xInsight還可以與新產(chǎn)品開發(fā)全生命周期管理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，根據(jù)其要求進行新產(chǎn)品工藝參數(shù)的計算。

通過應(yīng)用xInsight大數(shù)據(jù)平臺，新的1580智能車間將以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集成、混合模型與數(shù)據(jù)分析、多目標(biāo)交互優(yōu)化、智能機器人等為支撐技術(shù)，通過無人化板坯庫、全流程質(zhì)量監(jiān)控、智能點檢、機器人應(yīng)用等，就熱軋產(chǎn)線開展智能化車間的探索與實踐，在工藝控制、物質(zhì)能源協(xié)同化、勞動效率提升等多個領(lǐng)域，實現(xiàn)管控智能化、預(yù)測預(yù)警前瞻應(yīng)變、業(yè)務(wù)協(xié)同多目標(biāo)優(yōu)化等的智能化應(yīng)用，提升產(chǎn)線的制造穩(wěn)定性和靈活性，降低制造成本。

大數(shù)據(jù)技術(shù)面臨挑戰(zhàn)

應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，改造現(xiàn)有的工業(yè)信息化系統(tǒng)，從而實現(xiàn)柔性制造，滿足用戶個性化需求，將是未來一段時期內(nèi)工業(yè)制造轉(zhuǎn)型升級的方向。雖然大數(shù)據(jù)技術(shù)能給企業(yè)帶來巨大收益，但是在具體的實施過程中，仍然面臨不小的挑戰(zhàn)。

首先，企業(yè)信息化建設(shè)，不能拋棄所有已經(jīng)具有并實際運行多年的系統(tǒng)資產(chǎn)和知識資產(chǎn)，而需要在集成存量資產(chǎn)的基礎(chǔ)上，進一步提升和優(yōu)化。這就面臨與原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成時數(shù)據(jù)接入、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的統(tǒng)一、在線流程的無縫對接等諸多問題。

其次，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)無法對原系統(tǒng)進行簡單堆砌。企業(yè)的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資產(chǎn)，都帶有不同時代管理水平和技術(shù)特征的深刻烙印，會形成若干數(shù)據(jù)孤島和孤島型的系統(tǒng)，已經(jīng)集成的系統(tǒng)也存在諸多瓶頸環(huán)節(jié)。因此，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和建設(shè)要伴隨著新技術(shù)的運用，對原有系統(tǒng)資產(chǎn)進行優(yōu)化。

最后，應(yīng)用大數(shù)據(jù)平臺和技術(shù)更需要關(guān)注細節(jié)。大數(shù)據(jù)的建設(shè)不是轟轟烈烈的運動，而是一個拾遺補闕的過程，在修修補補中達到目標(biāo)，這個過程需要不斷地積累數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的運用實現(xiàn)知識的挖掘和沉淀，形成企業(yè)特有的運營和創(chuàng)新能力。