陳爾東，徐建萍，廖 斌 （貴州大學(xué) 管理學(xué)院，貴州 貴陽 550005）

0 引言

隨著全球生態(tài)環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略成為各國的重要發(fā)展戰(zhàn)略。習(xí)近平總書記在十九大會議報(bào)告提出“要推進(jìn)綠色發(fā)展，加快建立綠色生產(chǎn)和消費(fèi)的法律制度和政策導(dǎo)向，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系”。制造業(yè)是我國實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要支撐產(chǎn)業(yè)，更是能源消耗、污染排放的一大根源，全面推進(jìn)制造業(yè)向綠色生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型是我國發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的當(dāng)務(wù)之急。

1996年，美國制造工程師學(xué)會首次提出綠色制造的概念，認(rèn)為綠色制造是一個(gè)綜合考慮資源、能耗、生態(tài)效率、經(jīng)濟(jì)效益的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是提高產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的資源利用率的同時(shí)降低能源消耗、污染排放，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效率的雙贏。經(jīng)過20多年的發(fā)展，綠色制造理念不斷延展，綠色技術(shù)創(chuàng)新[1]、綠色調(diào)度[2]、綠色生產(chǎn)物流[3]、綠色工廠[4]等概念的提出和應(yīng)用為制造企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了理論和技術(shù)的支持，產(chǎn)生了巨大的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

然而，學(xué)者們較少關(guān)注綠色制造模式的推進(jìn)過程中，如何收集產(chǎn)品綠色制造全生命周期中研發(fā)、制造、檢測、維護(hù)、銷售、回收等各階段的數(shù)據(jù)；如何將這些工業(yè)大數(shù)據(jù)與綠色制造模式的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行匹配關(guān)聯(lián)，如何集成各階段數(shù)據(jù)，從海量制造過程數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)與挖掘制造系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)特性與車間性能的演化規(guī)律，是當(dāng)前制造業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

2009年，“數(shù)據(jù)密集型科學(xué)”成為繼“實(shí)驗(yàn)科學(xué)”、“理論推論”、“模擬仿真”后的第四科學(xué)研究范式。該范式認(rèn)為，系統(tǒng)規(guī)模越大、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，數(shù)據(jù)間形成的關(guān)聯(lián)機(jī)制所產(chǎn)生的動產(chǎn)能力和分析決策能力也越強(qiáng)。因此，基于“關(guān)聯(lián)＋預(yù)測＋調(diào)控”的決策新模式，本文嘗試以新一代智能感知技術(shù)和數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，以綠色制造全生命周期的智能優(yōu)化決策為目標(biāo)，提出一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的綠色智能制造新模式及其服務(wù)體系構(gòu)架，為制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、制造調(diào)度、運(yùn)營維護(hù)、質(zhì)量管控、產(chǎn)品回收乃至整個(gè)生命周期的智能化和綠色可持續(xù)化發(fā)展提供一個(gè)可參考的解決方案。

1 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的綠色智能制造服務(wù)新模式

在新一輪制造業(yè)大變革的背景下，各制造大國紛紛提出不同的戰(zhàn)略規(guī)劃來搶占發(fā)展先機(jī)。德國提出“工業(yè)4.0”，強(qiáng)調(diào)真實(shí)世界與虛擬世界的深度融合和生產(chǎn)制造的智能化與自主化；美國提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，指出通過各工業(yè)數(shù)據(jù)的互通互聯(lián)互享，形成實(shí)時(shí)更新、開放挖掘的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可最大程度加速工業(yè)化進(jìn)程；我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)正處于工業(yè)化進(jìn)程變軌超車的關(guān)鍵時(shí)期，相關(guān)部門提出的“中國制造2025”要求兼顧綠色制造和智能制造，為生產(chǎn)加工的全生命周期“賦智”的同時(shí)，降低能耗與碳排放，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的智慧系統(tǒng)自組織可持續(xù)運(yùn)營與演化。但由于我國綠色制造模式對生命周期各階段數(shù)據(jù)的整合能力和應(yīng)用能力的缺乏，大量工業(yè)數(shù)據(jù)得不到有效利用，形成了大量的數(shù)據(jù)孤島。整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)得不到信息的交互和反饋，更無法滿足工業(yè)變革對生產(chǎn)系統(tǒng)自適應(yīng)和自決策、可持續(xù)的目標(biāo)要求。

1.1 設(shè)計(jì)思路

利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合銷售數(shù)據(jù)和客戶訂單數(shù)據(jù)特征刻畫顧客信息圖，指導(dǎo)產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)，推動制造業(yè)定制化和精準(zhǔn)服務(wù)化轉(zhuǎn)型；應(yīng)用關(guān)聯(lián)分析法對企業(yè)調(diào)度信息和訂單信息進(jìn)行回溯研究，構(gòu)建主動生產(chǎn)、動態(tài)調(diào)度、能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控的生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)；應(yīng)用預(yù)測分析法對生產(chǎn)中的設(shè)備維護(hù)周期和質(zhì)量監(jiān)控力度進(jìn)行模擬預(yù)測，形成事先維護(hù)、事先控制的質(zhì)量管理與設(shè)備維護(hù)機(jī)制；利用聚類分析法對能耗數(shù)據(jù)與回收數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)關(guān)聯(lián)，探索企業(yè)生產(chǎn)制造低碳化、清潔化、循環(huán)化的發(fā)展路徑。通過各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)互相關(guān)聯(lián)，最終形成全生命周期的閉環(huán)大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維模式。

基于以上構(gòu)想，本文設(shè)計(jì)了大數(shù)據(jù)驅(qū)動的綠色智能制造服務(wù)體系構(gòu)建，如圖1所示。該體系構(gòu)架主要由技術(shù)支撐、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交互與獲取七部分構(gòu)成。

圖1 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的綠色智能制造服務(wù)體系構(gòu)架

1.2 主要模塊介紹

（1）技術(shù)支撐模塊：通過智能感知、RFID等先進(jìn)技術(shù)對數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析模塊提供相關(guān)技術(shù)和可行性方案，是連接真實(shí)世界和數(shù)據(jù)世界的物理要素。

（2）數(shù)據(jù)收集模塊：將綠色制造模式全生命周期進(jìn)行延展，對研發(fā)、訂單、維護(hù)、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換和儲存。

（3）數(shù)據(jù)處理模塊：提供數(shù)據(jù)處理和分析相關(guān)技術(shù)，為復(fù)雜、多維、多噪聲的數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、降維和數(shù)據(jù)可視化處理，為數(shù)據(jù)分析層提供有效數(shù)據(jù)。

（4）大數(shù)據(jù)分析模塊：對數(shù)據(jù)處理模塊提供的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘和決策方案生成，主要提供銷售客戶和訂單客戶的特征刻畫、生成運(yùn)作系統(tǒng)內(nèi)部各工藝環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性、預(yù)測性規(guī)律分析。

（5）應(yīng)用服務(wù)模塊：本模塊是整個(gè)服務(wù)體系的應(yīng)用層和目標(biāo)層。通過整合服務(wù)體系的相關(guān)內(nèi)容和技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本制造模式產(chǎn)品設(shè)計(jì)綠色化、生成調(diào)度主動化、質(zhì)量預(yù)測預(yù)先化、生產(chǎn)回收清潔化。

（6）數(shù)據(jù)交互模塊：本模塊通過API接口與同行業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)對接，為各企業(yè)提供“數(shù)據(jù)共享池”，同時(shí)也將本企業(yè)的數(shù)據(jù)決策方案及數(shù)據(jù)資源分享給其他企業(yè)，進(jìn)而為先驗(yàn)維護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測等技術(shù)提供了數(shù)據(jù)支持。

（7）數(shù)據(jù)儲存模塊：本模塊為物理支撐模塊，負(fù)責(zé)存儲綠色制造模式的所有數(shù)據(jù)信息、過程信息及決策信息。

2 結(jié)論

為響應(yīng)“中國制造2025”綠色和智能融合的要求，將大數(shù)據(jù)制造技術(shù)與方案融入傳統(tǒng)綠色制造模式中，提出一種大數(shù)據(jù)驅(qū)動的綠色智能制造新模式研究，以實(shí)現(xiàn)綠色制造過程的智能化。

（1）分析了當(dāng)前綠色制造模式面臨的挑戰(zhàn)、機(jī)遇與不足，提出了一種大數(shù)據(jù)驅(qū)動的綠色智能制造新模式及其服務(wù)體系構(gòu)架。

（2）本文所提出的數(shù)據(jù)驅(qū)動的全生命周期綠色制造新模式是將傳統(tǒng)綠色制造模式從研發(fā)、生產(chǎn)、維護(hù)延伸到銷售與回收，引入智能感知、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)等先進(jìn)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)綠色制造全生命周期數(shù)據(jù)的收集與各階段數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通與動態(tài)交互，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維、清洗、集成和可視化處理，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述與優(yōu)化，為數(shù)據(jù)的分析和運(yùn)營提供支持。

（3）作為一項(xiàng)探索性研究，本文僅以綠色制造模式為原型，對其智能化體系架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)框架與實(shí)現(xiàn)思路進(jìn)行了闡述和探討。今后還可對網(wǎng)格制造模式、云霧制造模式、社會制造模式等的智能化改造進(jìn)行研究。