工業(yè)大數(shù)據(jù)集成應(yīng)用綜述

秦明+陳凱+劉銀森+沈亞非

摘 要：近年來，無所不在的移動終端、智能系統(tǒng)設(shè)備、無線傳感器等時時刻刻都在產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，擁有數(shù)以億計用戶的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)也時刻都在進(jìn)行著巨量的交互，與此同時，數(shù)據(jù)的價值也在不斷凸顯，大數(shù)據(jù)被類比為新時代的黃金和石油。隨著以德國工業(yè)4.0 和美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新工業(yè)革命的深入發(fā)展，以及“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃與《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》的頒布實施，智能制造和工業(yè)大數(shù)據(jù)得到了越來越多的關(guān)注，工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，將成為未來制造業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵要素，也是目前全球工業(yè)轉(zhuǎn)型必將面臨的重要問題。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；工業(yè)大數(shù)據(jù)；智能制造

DOIDOI：10.11907/rjdk.171084

中圖分類號：TP301

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2017）007-0210-03

0 引言

“數(shù)據(jù)”一詞由來已久，在人們?nèi)粘Ｉ?、工作中反映客觀世界運(yùn)行狀態(tài)的信息，能夠通過感覺器官感知或是被傳感設(shè)備檢測到的信息，只要是能被記錄下來的就是數(shù)據(jù)，其內(nèi)容形式包括數(shù)字、圖片、時間、矢量坐標(biāo)等結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)是人類對于客觀世界運(yùn)行信號最原始的記錄，該原始數(shù)據(jù)既未被加工，也不能用來解釋任何問題，數(shù)據(jù)相互之間彼此孤立，并未進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)。隨著人類探索客觀世界運(yùn)行規(guī)律需求的逐漸強(qiáng)烈，這些記錄了各類信號的數(shù)據(jù)成為人類開展分析的原始材料，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，人類可以建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，從數(shù)據(jù)的對比中總結(jié)出規(guī)律性的結(jié)論，并用于回答某些問題，這些從數(shù)據(jù)中出來的結(jié)論被稱為“信息”[1]。在從數(shù)據(jù)中獲取信息的基礎(chǔ)上，可以選擇那些能夠積極指導(dǎo)任務(wù)執(zhí)行和管理的信息，借助他們解決問題或是輔助決策，這些信息被稱為知識。從數(shù)據(jù)到信息再到知識，這一轉(zhuǎn)化鏈條反映了人類記錄世界、認(rèn)識世界、探索世界的過程，在這個轉(zhuǎn)化過程中所用到的軟硬件技術(shù)、工具也都屬于大數(shù)據(jù)研究范疇，工業(yè)大數(shù)據(jù)也屬于該范疇，而且所涉及的領(lǐng)域更為廣泛。

1 工業(yè)大數(shù)據(jù)的價值與發(fā)展現(xiàn)狀

隨著工業(yè)制造技術(shù)的突飛猛進(jìn)及信息技術(shù)的日新月異，制造業(yè)正在從“業(yè)務(wù)驅(qū)動型”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動型”演進(jìn)，大數(shù)據(jù)分析與價值提取是“數(shù)據(jù)驅(qū)動”之源。工業(yè)大數(shù)據(jù)主要來自企業(yè)內(nèi)各類信息系統(tǒng)、基于設(shè)備互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和外部互聯(lián)網(wǎng)管道3個方向，每個方向都從不同角度記錄工業(yè)產(chǎn)品生命周期相關(guān)信息。企業(yè)內(nèi)部信息系統(tǒng)記錄并存儲了工業(yè)產(chǎn)品的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)涉及產(chǎn)品生命周期、供應(yīng)鏈管理、客戶關(guān)系管理及企業(yè)資源規(guī)劃等各環(huán)節(jié)；物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)匯總了當(dāng)前智能設(shè)備的狀態(tài)、使用運(yùn)轉(zhuǎn)周期等信息，對相關(guān)產(chǎn)品制造流程涉及的工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并存儲；用戶對產(chǎn)品的體驗感及改進(jìn)建議等數(shù)據(jù)信息則來源于互聯(lián)網(wǎng)渠道。據(jù)麥肯錫咨詢公司大數(shù)據(jù)報告統(tǒng)計，過程工業(yè)的數(shù)據(jù)存儲量高于其它行業(yè)。過程工業(yè)大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含大價值，麥肯錫全球研究院發(fā)布的《Big Data：the Next Frontier for Innovation，Competition，and Productivity》中已指出過程工業(yè)可以從大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用中提高生產(chǎn)力、降低消耗，以工業(yè)大數(shù)據(jù)為價值源，到2020年的總體價值將近1.3萬億美元[4]。工業(yè)大數(shù)據(jù)價值產(chǎn)生方式主要是通過集成設(shè)計與運(yùn)行時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、采購的原料數(shù)據(jù)及銷售過程中積累的點擊流和用戶行為數(shù)據(jù)等，更好地決策以改進(jìn)過程運(yùn)行、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少缺陷產(chǎn)品、滿足用戶需求。一方面，通過工業(yè)大數(shù)據(jù)分析可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)制造過程中的短板以及時采取補(bǔ)救措施提高生產(chǎn)效率；另一方面，通過大數(shù)據(jù)提前預(yù)測，可實現(xiàn)快速分析問題、降低錯誤決策的效果。同時，對制造工藝流程類似的企業(yè)，可以進(jìn)行類比分析提煉之后的工業(yè)大數(shù)據(jù)，以達(dá)到同行業(yè)之間經(jīng)驗共享的目的，由于涉及同行業(yè)間的競爭關(guān)系，該舉措在集團(tuán)內(nèi)部企業(yè)之間可以實施。

從當(dāng)前我國工業(yè)制造發(fā)展來看，與西方發(fā)達(dá)國家相比還存在很大差距，尤其體現(xiàn)在高精密、制造智能化等方面，且在工業(yè)制造業(yè)中對大數(shù)據(jù)的應(yīng)用還處于起步階段。結(jié)合當(dāng)前的實際應(yīng)用狀況，大數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)及互聯(lián)網(wǎng)公司，該類企業(yè)根據(jù)自身業(yè)務(wù)方向及特征能有效利用大數(shù)據(jù)分析實際的生產(chǎn)經(jīng)營情況，能夠從大數(shù)據(jù)里提煉的企業(yè)價值信息對客戶的個人行為進(jìn)行價值引導(dǎo)或定制服務(wù)推送，企業(yè)更注重通過大數(shù)據(jù)價值提取來改善產(chǎn)品、提高服務(wù)質(zhì)量，引導(dǎo)企業(yè)制定、修正階段性決策等。當(dāng)前，國內(nèi)BAT公司在大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用領(lǐng)域已走在業(yè)界前沿，而在工業(yè)制造業(yè)發(fā)展過程中，通過大數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用可積極推動工業(yè)制造過程的整體運(yùn)轉(zhuǎn)，包括產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)以及銷售等，在產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中能夠使其周期有效縮短，同時還能夠使產(chǎn)品質(zhì)量以及客戶滿意度均得到有效提升。當(dāng)整個業(yè)界在高談全量數(shù)據(jù)的理念時，碰到的最大問題是沒有全量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的碎片化和孤島化現(xiàn)狀沒有改觀，主要有兩個原因：一是沒有經(jīng)濟(jì)上的激勵機(jī)制，二是對數(shù)據(jù)安全和隱私的憂慮。

2 工業(yè)大數(shù)據(jù)集成應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)大數(shù)據(jù)的典型應(yīng)用領(lǐng)域包括生產(chǎn)工具產(chǎn)品創(chuàng)新、設(shè)備故障診斷與預(yù)測、工業(yè)生產(chǎn)線工藝流程改進(jìn)、工業(yè)企業(yè)供應(yīng)鏈優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量等級分析及優(yōu)良率提升等。

2.1 工業(yè)大數(shù)據(jù)在產(chǎn)品創(chuàng)新上的應(yīng)用

客戶工程師或生產(chǎn)人員在工業(yè)生產(chǎn)線操作設(shè)備期間可產(chǎn)生大量產(chǎn)品使用過程數(shù)據(jù)，挖掘和分析這些數(shù)據(jù)，能夠掌握客戶對所使用產(chǎn)品的期望模型，同時也能掌握產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的使用、運(yùn)行情況，無形中把客戶納入到了產(chǎn)品需求分析和產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化的創(chuàng)新活動中，對改善產(chǎn)品和提升用戶滿意度有極大幫助。精測電子的光學(xué)測試產(chǎn)品在客戶使用期間記載了大量的用戶使用數(shù)據(jù)信息及產(chǎn)品自身狀態(tài)信息，工程師定期獲取這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)價值數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使得每一次產(chǎn)品升級都能準(zhǔn)確命中客戶的價值需求，數(shù)據(jù)的價值在產(chǎn)品升級階段得以體現(xiàn)。

2.2 工業(yè)大數(shù)據(jù)在故障診斷上的應(yīng)用

數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和記錄貫穿于產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)、從調(diào)試安裝到投產(chǎn)使用以及進(jìn)入維護(hù)的所有階段，智能傳感設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)以及現(xiàn)代化IT技術(shù)的支撐，使得這些數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r同步至大數(shù)據(jù)平臺，使設(shè)備在生產(chǎn)線的實時狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能，一方面改善客戶的生產(chǎn)工作環(huán)境，另一方面可為客戶提供更可靠的服務(wù)，如設(shè)備的遠(yuǎn)程檢修、設(shè)備故障的及時精準(zhǔn)定位排除等。與此同時，對比分析設(shè)備使用過程中的歷史數(shù)據(jù)信息可對設(shè)備的使用壽命進(jìn)行初步預(yù)判、對可能性故障進(jìn)行預(yù)警。以京東方OLED模組信號檢測設(shè)備為例，成千上萬臺設(shè)備在生產(chǎn)線同時規(guī)模運(yùn)行，半小時內(nèi)即可產(chǎn)生GB數(shù)量級的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括設(shè)備運(yùn)行過程記錄、設(shè)備異?；蚋婢?、客戶的產(chǎn)品屬性統(tǒng)計等。除了能及時了解到客戶某時間段內(nèi)的產(chǎn)能和良率情況外，還能夠讓工程師及時了解生產(chǎn)線的整體運(yùn)行情況，通過基于故障數(shù)據(jù)模型的對比分析，可進(jìn)行以發(fā)生概率優(yōu)先或影響因子優(yōu)先的故障預(yù)測并提供防范對策，以提前做好風(fēng)險防控工作，以免導(dǎo)致產(chǎn)線臨時停產(chǎn)對客戶造成影響。endprint

2.3 工業(yè)大數(shù)據(jù)在工藝流程改進(jìn)上的價值體現(xiàn)

在生產(chǎn)工藝改進(jìn)方面，生產(chǎn)過程中大量的數(shù)據(jù)實時顯示與記錄，可對整個生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控并建模，了解每個環(huán)節(jié)的執(zhí)行情況，能夠分析整個生產(chǎn)流程性能或質(zhì)量瓶頸。一旦某個流程偏離了標(biāo)準(zhǔn)工藝，就會發(fā)出報警信號，使用戶及時發(fā)現(xiàn)錯誤或者異常，便于解決問題，比如在材料制造、醫(yī)藥等行業(yè)，脫軌的工藝流程將帶來災(zāi)難性的后果。

2.4 工業(yè)大數(shù)據(jù)在供應(yīng)鏈優(yōu)化上的應(yīng)用

射頻識別（RFID）電子標(biāo)簽技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效幫助工業(yè)企業(yè)獲得完整的供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)，比如原材料的用量和消耗速率、配件采購數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)、物流效率數(shù)據(jù)等，匯總、清理、提煉這些數(shù)據(jù)，有助于提升倉儲、配送、銷售效率，降低成本。如果再利用產(chǎn)品中傳感器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以監(jiān)控和預(yù)測產(chǎn)品在不同區(qū)域的需求，輔以原材料供應(yīng)商數(shù)據(jù)，可優(yōu)化材料及配件買入時機(jī)，節(jié)約大量采購成本，同時還可以預(yù)測配件的使用壽命或更換時間，便于提高運(yùn)維響應(yīng)時間，降低運(yùn)行維護(hù)成本。

2.5 工業(yè)大數(shù)據(jù)在產(chǎn)品良率提升上的應(yīng)用

一般制造產(chǎn)品質(zhì)量都是由設(shè)計合理的生產(chǎn)流程及貫穿始終的質(zhì)量監(jiān)控來保證，通過這些環(huán)節(jié)記錄并提取海量數(shù)據(jù)中有價值的信息，一方面確保產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程的每個環(huán)節(jié)是符合特定工藝流程的；另一方面通過大數(shù)據(jù)分析，對比問題產(chǎn)品和達(dá)標(biāo)產(chǎn)品的過程差異，找到缺陷所在并加以矯正，這是提高產(chǎn)品良率最有效、最直接的方法。實際工作中，常見對失效品的個案分析往往無疾而終，有價值的信息淹沒在量測誤差、實驗噪聲或者不科學(xué)的實驗設(shè)計里。而通過對于大量數(shù)據(jù)的分析，噪聲信息會消失，差異點會疊加放大，工程師甚至可以將異常定位到機(jī)臺的某個機(jī)構(gòu)，從而使得實驗設(shè)計也能合理化、目的化，極大地提升產(chǎn)品優(yōu)良率。

2.6 面板制造領(lǐng)域工業(yè)大數(shù)據(jù)集成應(yīng)用

本文參考大數(shù)據(jù)在各行業(yè)的應(yīng)用案例，分析面板生產(chǎn)制造及銷售的核心要點，總結(jié)面板制造企業(yè)關(guān)于工業(yè)大數(shù)據(jù)集成應(yīng)用的模型要素，為后續(xù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并開展生產(chǎn)運(yùn)營模式、銷售模式的研究打下基礎(chǔ)。

在面板制造領(lǐng)域，企業(yè)要保持其核心競爭力，要在業(yè)界保持領(lǐng)先地位并能持續(xù)發(fā)展，需要對涉及的關(guān)鍵要素進(jìn)行拆分并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)針對關(guān)鍵要素進(jìn)行建模；面板制造行業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量、工藝制程、市場銷售預(yù)測及品牌吸引力是影響企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素。

（1）產(chǎn)品質(zhì)量。對影響產(chǎn)品質(zhì)量要素的挖掘來源于內(nèi)外兩個方面的信息收集，一方面與企業(yè)內(nèi)部的研發(fā)、制造相關(guān)，例如產(chǎn)品原型屬性信息、實驗數(shù)據(jù)、制造流程監(jiān)控數(shù)據(jù)等；另一方面需要通過客戶關(guān)系通道獲取面板客戶以及通過互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對終端用戶的體驗及意見反饋信息進(jìn)行匯總分析并反饋落實到研發(fā)制造流程。

（2）工藝制程。除了技術(shù)選型、材料選型之外，工藝制程是面板制造的關(guān)鍵要素之一；面板研發(fā)、工藝生產(chǎn)、制造涉及300多道工序，每一道工序都是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵影響點；企業(yè)內(nèi)部，綜合每個環(huán)節(jié)的制造數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、歸類、提煉，找出影響制造流程的對應(yīng)環(huán)節(jié)；企業(yè)之間，尤其是業(yè)界掌握先進(jìn)制造技術(shù)的巨頭企業(yè)，其生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)具有重大的指導(dǎo)和參考價值，對比其提煉后的數(shù)據(jù)加以修正，對業(yè)內(nèi)中小企業(yè)優(yōu)化其工藝制程有重要意義。

（3）市場預(yù)測。面板行業(yè)競爭激烈，終端技術(shù)的日新月異及終端用戶種類的差異會直接影響面板制造企業(yè)的市場決策及銷售驅(qū)動力。終端技術(shù)演進(jìn)趨勢、終端客戶的需求分析是市場預(yù)測的兩個關(guān)鍵要素，細(xì)分這些關(guān)鍵要素涉及的關(guān)鍵點，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)及“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、清洗、提煉、可視化等，可以用來對用戶未來需求作出預(yù)測并及時調(diào)整銷售策略。

（4）品牌吸引力。品牌吸引力是企業(yè)留住老客戶、吸引新客戶的能力，也是企業(yè)不斷擴(kuò)大市場占有率，保持可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在面板制造業(yè)，原材料在經(jīng)過復(fù)雜的工藝制程后，最終輸出面向各類客戶需求的顯示面板，面板承載著制造企業(yè)日常工作過程中的點點滴滴，包括產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、材料選型、工藝制程、管理方式等。練好內(nèi)功，為客戶提供滿足其要求的產(chǎn)品是造就品牌吸引力的基本要求之一。企業(yè)需要通過“互聯(lián)網(wǎng)+”和工業(yè)大數(shù)據(jù)相融合的應(yīng)用模式，積極開展與客戶互動活動，對比與其它品牌之間的差異，了解并掌握客戶對意向品牌的態(tài)度，如繼續(xù)使用、不再使用或可能轉(zhuǎn)移其它品牌等客戶動向，根據(jù)這方面的信息及時調(diào)整企業(yè)的營銷和競爭策略。

3 工業(yè)大數(shù)據(jù)力促行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)筑

面板制造工藝繁瑣，從原材料到產(chǎn)品成型至少需要300道工藝流程；各制造廠家在橫向縱向領(lǐng)域所儲備的技術(shù)積累差異性大；源于行業(yè)的競爭性，廠家在各領(lǐng)域的技術(shù)層面進(jìn)行了嚴(yán)格的信息保密，即使是同集團(tuán)下不同子公司之間也存在同樣現(xiàn)象，此現(xiàn)象也是信息孤島的表象之一，且隨著新興企業(yè)的崛起，孤島數(shù)量呈上升趨勢。分析面板生產(chǎn)的各類要素，利用大數(shù)據(jù)平臺對各關(guān)鍵要素進(jìn)行建模，這樣可以提煉最優(yōu)工藝生產(chǎn)流程，使制造流程標(biāo)準(zhǔn)化。打通信息孤島，在同行業(yè)內(nèi)形成工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，促進(jìn)信息共享和數(shù)據(jù)開放，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析，對比不同廠家之間的關(guān)鍵要素、工藝流程，進(jìn)行同領(lǐng)域內(nèi)跨企業(yè)研究，能在整個行業(yè)內(nèi)促使生產(chǎn)制造標(biāo)準(zhǔn)化。目前，我國面板制造業(yè)正在加快國產(chǎn)化步伐，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一是大勢所趨，但還有很長的路要走。

橫向深度交融、縱向深入研究是未來工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的兩個方向。工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的核心是從數(shù)據(jù)中獲取價值，進(jìn)而實現(xiàn)價值轉(zhuǎn)換。隨著信息化和工業(yè)化的逐漸融合，工業(yè)界生產(chǎn)信息數(shù)字化程度不斷提升，大量過程工業(yè)數(shù)據(jù)得以積累，利用當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)從工業(yè)大數(shù)據(jù)中獲取更準(zhǔn)確、更深層次的知識，是當(dāng)前工業(yè)大數(shù)據(jù)的基本任務(wù)。要達(dá)到這一目標(biāo)，需要提升系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的認(rèn)知計算能力，讓計算系統(tǒng)具備對數(shù)據(jù)的理解、推理、發(fā)現(xiàn)和決策能力。工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是應(yīng)用落地，數(shù)據(jù)孤島制約著工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展，技術(shù)和數(shù)據(jù)的分離是工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的瓶頸。各組織之間的數(shù)據(jù)封閉，甚至同一個組織之間各部門之間的數(shù)據(jù)也互不開放，這些嚴(yán)重制約著工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展，為工業(yè)大數(shù)據(jù)提供帶信息安全機(jī)制的共享平臺是所有組織需要共同研究的技術(shù)難題。因此，需要加強(qiáng)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)技術(shù)研究和應(yīng)用力度。

4 結(jié)語

事實證明，大量的產(chǎn)業(yè)價值蘊(yùn)藏在工業(yè)大數(shù)據(jù)中，應(yīng)跨界、跨領(lǐng)域整合業(yè)內(nèi)資源，加大對工業(yè)大數(shù)據(jù)的研究力度，促使其價值最大化。當(dāng)前，制造業(yè)應(yīng)該結(jié)合自身已有的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，并充分利用互聯(lián)網(wǎng)已具備的大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺不斷加強(qiáng)、加深對同行業(yè)內(nèi)業(yè)務(wù)信息的集成應(yīng)用。

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