工业大数据的概念与价值.doc

1、工业大数据的概念与价值序言：拥抱工业大数据时代的到来当 前 ， 以 大 数 据 、 云 计 算 、 移 动 物 联 网 等 为 代 表 的 新 一 轮 科技 革 命 席 卷 全 球 ， 正 在 构 筑 信 息 互 通 、 资 源 共 享 、 能 力 协 同 、 开放 合 作 的 制 造 业 新 体 系 ， 极 大 地 扩 展 了 制 造 业 创 新 与 发 展 空 间 。新 一 代 信 息 通 信 技 术 的 发 展 驱 动 制 造 业 迈 向 转 型 升 级 的 新 阶 段 数 据 驱 动 的 新 阶 段 ， 这 是 新 的 技 术 条 件 下 制 造 业 生 产 全 流 程 、全 产 业

2、链 、 产 品 全 生 命 周 期 的 数 据 可 获 取 、 可 分 析 、 可 执 行 的 必然 结 果 ， 也 是 制 造 业 隐 性 知 识 显 性 化 不 断 取 得 突 破 的 内 在 要 求 。习 近 平 总 书 记 强 调 ， “要着力推动互联网与实体经济深度 融 合 发 展 ， 以 信 息 流 带 动 技 术 流 、 资 金 流 、 人 才 流 、 物 资 流 ， 促进 资 源 配 置 优 化 ， 促 进 全 要 素 生 产 率 提 升 ”。 习 总 书 记 这 段 话 深刻 阐 释 了 互 联 网 与 实 体 经 济 的 关 系 ， 阐 释 了 以 互 联 网 为 代 表

3、的新 一 代 信 息 通 信 技 术 融 合 创 新 推 动 实 体 经 济 转 型 升 级的内在机理，也充分体现了工业大数据作为一种新的资产、资 源和 生 产 要 素 ， 在 制 造 业 创 新 发 展 中 的 作 用 。 可 以 从 三 方 面 来理 解 。首 先 ， 资 源 优 化 是 目 标 。 新 一 代 信 息 通 信 技 术 与 制 造 业融 合 主 要 动 力 和 核 心 目 标 就 是 不 断 优 化 制 造 资 源 的 配 置 效率 ， 就 是 要 实 现 更 好 的 质 量 、 更 低 的 成 本 、 更 快 的 交 付 、 更 多的 满 意 度 ， 就 是 要 提 高

4、制 造 业 全 要 素 生 产 率 。 从 企 业 竞 争的 角 度 来 看 ， 企 业 是 一 种 配 置 社 会 资 源 的 组 织 ， 是 通 过 对 社会 资 本 、 人 才 、 设 备 、 土 地 、 技 术 等 资 源 进 行 组 合 配 置 来 塑造 企 业 竞 争 能 力 的 组 织 ， 是 一 个 通 过 产 品 和 服 务 满 足 客 户 需求 的 组 织 ， 企 业 之 间 竞 争 的 本 质 是 资 源 配 置 效 率 的 竞 争 ， 这是 任 何 一 个 时 代 技 术 创 新 应 用 永 恒 追 求 的 目 标 。其 次 ， 数 据 流 动 是 关 键 。 新 一

5、代 信 息 通 信 技 术 是 如 何 优化 制 造 资 源 配 置 效 率 ？ 信 息 流 是 如 何 带 动 技 术 流 、 资 金 流 、人 才 流 、 物 资 流 ？ 关 键 是 数 据 流 动 。 从 数 据 流 动 的 视 角 来 看 ， 数字 化 解 决 了 “有数据 ”的问题，网络化解决了 “能 流 动 ”的问题，智能化要解决数据“ 自动流动” 的问题，即能够把正确的 数 据在 正 确 的 时 间 以 正 确 的 方 式 传 递 给 正 确 的 人 和 机 器 ， 能 够 把海 量 的 工 业 数 据 转 化 为 信 息 ， 信 息 转 化 为 知 识 ， 知 识 转 化 为科

6、 学 决 策 ， 以 应 对 和 解 决 制 造 过 程 的 复 杂 性 和 不 确 定 性 等 问题 ， 在 这 一 过 程 中 不 断 提 高 制 造 资 源 的 配 置 效 率 。第 三 ， 工 业 软 件 是 核 心 。 工 业 大 数 据 的 核 心 在 于 应 用 ， 在 于 优 化 资 源 配 置 效 率 ， 其 关 键 在 于 ， 数 据 如 何 转 化 为 信 息 ， 信 息 如 何 转 化 为 知 识 ， 知 识 如 何 转 化 为 决 策 ， 其 背 后 都 有 赖 于软 件 ,软 件 是 人 类 隐 性 知 识 显 性 化 的 载 体 ， 软 件 构 建 了 一 套 数

7、 据如 何 流 动 的 规 则 体 系 ， 正 是 这 套 规 则 体 系 确 保 了 正 确 的 数 据 能够 在 正 确 的 时 间 以 正 确 的 方 式 传 递 给 正 确 的 人 和 机 器 。 工业 软 件 作 为 一 种 工 具 、 要 素 和 载 体 ， 为 制 造 业 建 立 了 一 套 信息 空 间 与 物 理 空 间 的 闭 环 赋 能 体 系 ， 实 现 了 物 质 生 产运行规律的模型化、代码化、软件化，使制造过程在虚拟世界实现快速迭代和持续优化，并不断优化物质世界的运行。目 录1. 工业大数据的概念 .11.1. 工业大数据的内涵 .11.2. 工业大数据的定义 .

8、11.3. 工业大数据的空间分布 .31.4. 工业大数据的产生主体 .31.5. 工业大数据的发展趋势 .41.6. 工业大数据的特点 .51.7. 工业系统的本质特征 .51.8. 工业大数据的 4V 特征 .81.9. 工业大数据的新特征 .101.10. 工业大数据应用特征 .112. 工业大数据的价值 .152.1. 工业大数据的创新价值 .152.2. 数据始终影响着人类工业化进程 .152.3. 数据在信息化过程中发挥着核心作用 .172.4. 工业大数据是新工业革命的基础动力 .172.5. 中国是制造大国，但不是制造强国 .182.6. 工业大数据提升制造智能化水平，推动中国

9、工业升级 .192.7. 工业大数据支撑工业互联网发展，促进中国工业转型 .202.8. 工业大数据助力中国制造弯道取直 .211. 工业大数据的概念本章主要讨论工业大数据的概念、意义和发展历程。1.1.工业大数据的内涵本节主要讨论工业大数据的内涵，从空间分布、产生主体两个维 度 对 工 业 大 数 据 进 行 分 类 ， 并 讨 论 数 据 产 生 主 体 和 内 容 结 构 演 化 路径 。1.2.工业大数据的定义工 业 大 数 据 即 工 业 数 据 的 总 和 ， 我 们 把 它 分 成 三 类 ， 即 企 业 信 息化 数 据 、 工 业 物 联 网 数 据 ， 以 及 外 部 跨

10、界 数 据 。 其 中 ， 企 业 信 息 化 和工 业 物 联 网 中 机 器 产 生 的 海 量 时 序 数 据 是 工 业 数 据 规 模 变 大 的 主 要来 源 。工 业 大 数 据 是 智 能 制 造 与 工 业 互 联 网 的 核 心 ， 其 本 质 是 通 过 促 进数 据 的 自 动 流 动 去 解 决 控 制 和 业 务 问 题 ， 减 少 决 策 过 程 所 带 来 的 不 确定 性 ， 并 尽 量 克 服 人 工 决 策 的 缺 点 。首 先 ， 企 业 信 息 系 统 存 储 了 高 价 值 密 度 的 核 心 业 务 数 据 。 上 世 纪六 十 年 代 以 来 信

11、 息 技 术 加 速 应 用 于 工 业 领 域 ， 形 成 了 制 造 执 行 系 统（ MES） 、 企 业 资 源 规 划 （E RP） 、 产 品 生 命 周 期 管 理 （P LM） 、 供 应 链管 理 （ SCM） 和 客 户 关 系 管 理 （ CRM） 等 企 业 信 息 系 统 。 这 些 系 统 中积 累 的 产 品 研 发 数 据 、 生 产 制 造 数 据 、 供 应 链 数 据 以 及 客 户 服 务 数 据 ，存在于企业或产业链内部，是工业领域传统数据资产。其 次 ， 近 年 来 物 联 网 技 术 快 速 发 展 ， 工 业 物 联 网 成 为 工 业 大 数

12、据新 的 、 增 长 最 快 的 来 源 之 一 ， 它 能 实 时 自 动 采 集 设 备 和 装 备 运 行 状 态 数据 ， 并 对 它 们 实 施 远 程 实 时 监 控 。最 后 ， 互 联 网 也 促 进 了 工 业 与 经 济 社 会 各 个 领 域 的 深 度 融 合 。 人们 开 始 关 注 气 候 变 化 、 生 态 约 束 、 政 治 事 件 、 自 然 灾 害 、 市 场 变 化 等 因素 对 企 业 经 营 产 生 的 影 响 。 于 是 ， 外 部 跨 界 数 据 已 成 为 工 业 大 数 据 不 可忽 视 的 来 源 。1.3.工业大数据的空间分布工 业 大 数

13、 据 不 仅 存 在 于 企 业 内 部 ， 还 存 在 于 产 业 链 和 跨 产 业 链 的 经营 主 体 中 。 企 业 内 部 数 据 ， 主 要 是 指 MES、 ERP、PLM 等自动化与 信息 化 系 统 中 产 生 的 数 据 。 产 业 链 数 据 是 企 业 供 应 链 （ SCM） 和 价 值 链（ CRM） 上 的 数 据 ， 主 要 是 指 企 业 产 品 供 应 链 和 价 值 链 中 来 自 于 原 材 料 、生 产 设 备 、 供 应 商 、 用 户 和 运 维 合 作 商 的 数 据 。 跨 产 业 链 数 据 ， 指 来 自于 企 业 产 品 生 产 和 使

14、 用 过 程 中 相 关 的 市 场 、 地 理 、 环 境 、 法 律 和 政 府 等外 部 跨 界 信 息 和 数 据 。1.4.工业大数据的产生主体人 和 机 器 是 产 生 工 业 大 数 据 的 主 体 。 人 产 生 的 数 据 是 指 由 人 输 入到 计 算 机 中 的 数 据 ， 例 如 设 计 数 据 、 业 务 数 据 、 产 品 评 论 、 新 闻 事 件 、 法律 法 规 等 。 机 器 数 据 是 指 由 传 感 器 、 仪 器 仪 表 和 智 能 终 端 等 采 集 的数据。智能制造与工业互联网发展，应致力于推动数据的自动采集。对特定企业而言，机器数据的产生主体可

15、分为生产设备和工业产品 两 类 。 生 产 设 备 是 指 作 为 企 业 资 产 的 生 产 工 具 ， 工 业 产 品 是 企 业 交付 给 用 户 使 用 的 物 理 载 体 。 前 一 类 数 据 主 要 服 务 于 智 能 生 产 ， 为 智 能 工厂 生 产 调 度 、 质 量 控 制 和 绩 效 管 理 提 供 实 时 数 据 基 础 ； 后 一 类 数 据 则 侧重 于 智 能 服 务 ， 通 过 传 感 器 感 知 产 品 运 行 状 态 信 息 ， 帮 助 用 户 降 低 装备 维 修 成 本 、 提 高 运 行 效 率 、 提 供 安 全 保 障 。随 着 互 联 网 与

16、 工 业 的 深 度 融 合 ， 机 器 数 据 的 传 输 方 式 由 局 域 网 络 走向 广 域 网 络 ， 从 管 理 企 业 内 部 的 机 器 拓 展 到 管 理 企 业 外 部 的 机 器 ， 支撑 人 类 和 机 器 边 界 的 重 构 、 企 业 和 社 会 边 界 的 重 构 ， 释 放 工 业 互 联 网 的价 值 。1.5.工业大数据的发展趋势从 数 据 类 型 看 ， 工 业 大 数 据 可 分 为 结 构 化 数 据 、 半 结 构 化 数 据 和 非结 构 化 数 据 。 结 构 化 数 据 即 关 系 数 据 ， 存 储 在 数 据 库 里 ， 可 以 用 二

17、维 表结 构 来 表 达 实 体 及 其 联 系 。 不 方 便 用 二 维 表 结 构 来 表 达 的 数 据 即 称 为 非结 构 化 数 据 ， 包 括 办 公 文 档 、 文 本 、 图 片 、 各 类 报 表 、 图 像 、 音 频 、 视频 等 。 所 谓 半 结 构 化 数 据 ， 就 是 以 XML 数 据 为 代 表 的 自 描 述 数 据 ，它 介 于 结 构 化 数 据 和 非 结 构 化 数 据 之 间 。二 十 世 纪 六 十 年 代 ， 计 算 机 在 企 业 管 理 中 得 到 应 用 ， 经 历 了 层 次 、 网状 等 模 型 后 ， 统 一 为 关 系 模

18、型 ， 形 成 了 以 结 构 化 数 据 为 基 础 的ERP/MES 管 理 软 件 体 系 。 七 十 年 代 ， 随 着 计 算 机 图 形 学 和 辅 助 设 计技 术 的 发 展 ， CAD/CAE/CAM 等 工 具 软 件 生 成 了 三 维 模 型 、 工 程 仿 真 、加 工 代 码 等 复 杂 结 构 文 件 ， 形 成 了 以 非 结 构 化 数 据 为 基 础 的 PDM 技术软件体系。二十一世纪，互联网和物联网为企业提供大量的文本、图像 、 视 音 频 、 时 序 、 空 间 等 非 结 构 化 数 据 ， 进 而 引 发 工 业 数 据 中 结 构 化数 据 与

19、非 结 构 化 数 据 的 规 模 比 例 发 生 了 质 的 变 化 。近年来，智能制造和工业互联网推动了以“ 个性化定制、网络化协同、智能化生产和服务化延伸”为代表的新兴制造模式的发展，未来 由 人 产 生 的 数 据 规 模 的 比 重 将 逐 步 降 低 ， 机 器 数 据 所 占 据 的 比 重 将 越来越大。2 012 年美国通用电气公司提出的工业大数据（ 狭义的） ，主要 指 工 业 产 品 使 用 过 程 中 由 传 感 器 采 集 的 以 时 空 序 列 为 主 要 类 型 的 机器 数 据 ， 包 括 装 备 状 态 参 数 、 工 况 负 载 和 作 业 环 境 等 信

20、息 。1.6.工业大数据的特点在 未 来 理 想 状 态 下 ， 工 业 大 数 据 应 该 作 为 工 业 系 统 相 关 要 素 在 赛博 空 间 的 数 字 化 映 像 、 运 行 轨 迹 及 历 史 痕 迹 。 工 业 大 数 据 的 特 点 ， 应 该体 现 工 业 系 统 的 本 质 特 征 和 运 行 规 律 ， 并 推 动 工 业 进 入 智 能 制 造 时 代 。本 节 主 要 比 较 分 析 工 业 大 数 据 的 特 点 ， 进 而 为 后 续 的 讨 论 奠 定 基 础 。1.7.工业系统的本质特征工 业 系 统 往 往 具 有 复 杂 动 态 系 统 特 性 。 飞

21、机 、 高 铁 、 汽 车 、 船 舶 、 火箭 等 高 端 工 业 产 品 本 身 就 是 复 杂 系 统 ； 产 品 设 计 过 程 ， 首 先 要 满 足外 部 系 统 复 杂 多 变 的 需 求 ； 生 产 过 程 更 是 一 个 人 机 料 法 环 协 同 交 互 的多 尺 度 动 态 系 统 ； 使 用 过 程 本 质 上 就 是 产 品 与 外 部 环 境 系 统 的 相 互 作 用过 程 。 由 此 可 见 ， 产 品 全 生 命 周 期 相 关 各 个 环 节 都 具 有 典 型 的 系 统 性 特征 。确定性是工业系统本身能够有效运行的基础。对设计过程来说， 确定性体现为对

22、用户需求、制造能力的准确把握；对生产过程来说， 确 定 性 体 现 为 生 产 过 程 稳 定 、 供 应 链 可 靠 、 高 效 率 和 低 次 品 率 ； 对 使 用过 程 来 说 ， 确 定 性 体 现 为 产 品 持 久 耐 用 、 质 量 稳 定 和 对 外 部 环 境 变 化 的适 应 性 。 因 此 ， 人 们 总 是 倾 向 于 提 高 系 统 的 确 定 性 ， 避 免 不 确 定 性 因 素对 系 统 运 行 的 干 扰 。 工 业 系 统 设 计 一 般 基 于 科 学 的 原 理 和 行 之 有 效 的 经验 ， 输 入 输 出 之 间 的 关 系 体 现 为 强 确

23、定 性 。 有 效 应 对 不 确 定 性 是 工 业 系统 相 关 各 方 追 求 的 目 标 。 工 业 系 统 是 一 个 开 放 的 动 态 系 统 ， 要 面 临 复 杂多 变 的 内 外 部 环 境 。 因 此 ， 不 确 定 性 是 工 业 系 统 必 须 面 临 的 客 观 存 在 。工 业 产 品 全 生 命 周 期 的 各 个 阶 段 都 面 临 着 不 确 定 性 ， 例 如 外 部 市 场 与 用户 需 求 等 因 素 的 不 确 定 性 、 制 造 过 程 中 人 机 料 法 环 等 要 素 的 不 确 定 性 ，以 及 产 品 使 用 和 运 行 环 境 的 不 确 定 性 。应 对 不 确 定 性 的 前 提 是 感 知 信 息 、 消 除 不 确 定 性 。 以 工 业 互 联 网技 术 为 代 表 的 ICT 技 术 的 发 展 和 普 遍 应 用 ， 能 大 大 提 升 信 息 自 动 感 知的 能 力 ， 能 让 我 们 感 知 到 用 户 需 求 和 市 场 的 变 化 、 感 知 到 远 程 设 备 和 供应 链 的 异 动 、 感 知 到 人 机 料 法 环 等 诸 要 素 的 状 态 ， 可 减 少 人 在 信 息 感知 环 节 的 参 与 ， 降 低 人 对 信 息 感 知 所 带 来 的 不 确 定 性 影 响 。