宋云鵬，孫海龍，焦 潔，李 婕 SONG Yunpeng,SUN Hailong,JIAO Jie,LI Jie

（1.中國原子能科學(xué)研究院，北京 102413；2.北京機械工業(yè)自動化研究所有限公司，北京 100120；3.浙江科技學(xué)院，浙江杭州 310013）

目前，全球市場競爭愈發(fā)激烈，各行各業(yè)都在追求高效益、高質(zhì)量、低生產(chǎn)成本和低資源消耗，這也促使制造行業(yè)不得不優(yōu)化生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以達到提升自己的目的。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)過程正逐步向智能化、透明化和全局化的方向發(fā)展，進而引起了新一輪的技術(shù)變革，即以高端智能和綠色制造為主的智慧制造，全球各國尤其是制造業(yè)大國對此都十分重視[1]。

過去，中國的局面多以發(fā)達國家的拉動作為增長引擎，隨著持續(xù)上升的要素成本和不斷弱化的傳統(tǒng)比較優(yōu)勢，該局面已經(jīng)發(fā)生了變化。中國制造業(yè)正面臨巨大的轉(zhuǎn)變，即從傳統(tǒng)的勞動密集型模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦呖萍妓侥Ｊ?。對此中國政府提出了以工業(yè)信息化為主要任務(wù)的“中國制造2025規(guī)劃”，該規(guī)劃旨在將全新的信息技術(shù)與工業(yè)制造和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)進行融合，推動此類行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，從而提升中國制造的整體水平。

1 大數(shù)據(jù)的定義

大數(shù)據(jù)自提出起就引得廣泛關(guān)注，被世界經(jīng)濟論壇認定為價值堪比石油的新財富[2]，其沒有具體的定義，大數(shù)據(jù)是個相對的概念，目前對它的定義都來源于對其定性的描述。維基百科中指出：大數(shù)據(jù)是指用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫管理工具或傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序難以處理的龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)集；2011年，國際數(shù)據(jù)中心IDC對大數(shù)據(jù)進行了定義：大數(shù)據(jù)技術(shù)指通過從海量的信息中快速發(fā)現(xiàn)、迅速提取和高效分析從而得出有價值的信息數(shù)據(jù)，它開創(chuàng)了數(shù)據(jù)技術(shù)的新時代[3-4]；管理咨詢公司McKinsey將大數(shù)據(jù)描述為數(shù)據(jù)規(guī)模大且用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理軟件已不能獲取、存儲、管理以及分析的數(shù)據(jù)集。

以上是從不同角度、側(cè)重點來定義大數(shù)據(jù)的，但是他們都傳達了同樣的信息，就是大數(shù)據(jù)本身是一種數(shù)據(jù)集。并且可以依據(jù)不同的需求，大數(shù)據(jù)的時間處理范圍也會適當?shù)母淖儯钪匾囊稽c是大數(shù)據(jù)的價值在于對數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理，深度挖掘其中的含義，而不是數(shù)據(jù)本身。

2 大數(shù)據(jù)應(yīng)用的目的及意義

工業(yè)行業(yè)和學(xué)術(shù)界對傳統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的認識由于大數(shù)據(jù)時代的來臨而發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的巨大變化。例如，在大數(shù)據(jù)的驅(qū)使下，衍生出了大規(guī)模存儲設(shè)備的研制，新型數(shù)據(jù)庫的開發(fā)，云存儲服務(wù)等新興技術(shù)，由于這些新興技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)所帶來的價值能夠更快速有效地被挖掘出來。與此同時，大數(shù)據(jù)及其衍生出來的相關(guān)技術(shù)能夠在一定程度上改變?nèi)祟惿a(chǎn)以及生活方式。由此可見，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的背景下，有效地運用大數(shù)據(jù)及其相關(guān)技術(shù)，努力抓住其中的機遇，并在未來市場以及科技的競爭中充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，才能立足于科技潮流之中[5]。

3 數(shù)字化工廠概念

數(shù)字化工廠是指一種全新的生產(chǎn)制造組織方式，該方式通過采集產(chǎn)品整個生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)對生產(chǎn)的整個過程實施虛擬仿真、評估和優(yōu)化，并拓展到整個產(chǎn)品生命周期中。數(shù)字化工廠將計算機模擬仿真技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)融合，并保留這兩者中的優(yōu)勢特點[6]。它的出現(xiàn)給基礎(chǔ)制造業(yè)帶來了希望，它主要起到了橋梁的作用，溝通了產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造之間的聯(lián)系。數(shù)字化工廠的出現(xiàn)使得國內(nèi)外學(xué)者對其發(fā)展研究日益增多，綜其研究可以發(fā)現(xiàn)，人們對數(shù)字化工廠具體定義尚未達成一致意見。目前廣泛認可的定義有兩種——廣義數(shù)字化工廠和狹義數(shù)字化工廠[7]。

3.1 廣義數(shù)字化工廠

廣義定義的數(shù)字化工廠具體是指以提供服務(wù)和生產(chǎn)產(chǎn)品的企業(yè)為核心，將生產(chǎn)與經(jīng)營過程中所有有聯(lián)系的部分的信息數(shù)字化，其中包括核心制造企業(yè)、軟件系統(tǒng)服務(wù)商合作伙伴、供應(yīng)商、協(xié)作廠商、分銷商、客戶、銀行等[8]。

3.2 狹義數(shù)字化工廠

狹義定義的數(shù)字化工廠具體是指以生產(chǎn)操作、制造資源以及產(chǎn)品為中心，根據(jù)產(chǎn)品整個生命周期中采集到的數(shù)據(jù)，通過仿真、虛擬現(xiàn)實、實驗驗證等技術(shù)，模擬產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的所有真實活動，并利用仿真、試驗、分析、優(yōu)化等技術(shù)對產(chǎn)品生產(chǎn)中的加工和裝配過程進行模擬，是一種集成組織方式[9]。數(shù)字化工廠將資源物料信息數(shù)字化、產(chǎn)品信息數(shù)字化和過程信息數(shù)字化三者有效地加以融合，虛擬仿真真實工廠的制造過程（包括設(shè)計、性能分析、工藝規(guī)劃、加工制造、質(zhì)量檢測、生產(chǎn)過程管理和控制等）[10]。

4 大數(shù)據(jù)在數(shù)字化工廠中的應(yīng)用

數(shù)字工廠是在物理工廠的基礎(chǔ)上，采用先進的信息化技術(shù)，虛擬仿真真實工廠，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、物流、質(zhì)量管理、財務(wù)管理和供應(yīng)鏈管理等各個階段的規(guī)劃、管理、診斷和優(yōu)化，以求提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低各環(huán)節(jié)成本、提高工作效率[11]。

4.1 大數(shù)據(jù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

因為大數(shù)據(jù)時代的到來，產(chǎn)品設(shè)計思維需要發(fā)生轉(zhuǎn)變，設(shè)計師應(yīng)當以樹立正確的大數(shù)據(jù)意識為基礎(chǔ)，通過在產(chǎn)品設(shè)計中運用大數(shù)據(jù)，了解數(shù)據(jù)對產(chǎn)品設(shè)計的重要性，從而能夠指引設(shè)計師作出正確的決策， 最大限度地發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價值。廣東尚品宅配家具有限公司在家具設(shè)計方面可以作為參考案例。 尚品宅配合理的運用了大數(shù)據(jù)技術(shù)，設(shè)計師可以通過大數(shù)據(jù)更加了解消費者，從而提供更加合理的服務(wù)，采用實體店和網(wǎng)店相結(jié)合的方式讓消費者體驗產(chǎn)品，接著設(shè)計師通過對消費者的分析引導(dǎo)，幫助其更快地進行購買。通過大數(shù)據(jù)的平臺，生產(chǎn)部門可根據(jù)設(shè)計師提供的訂單信息安排生產(chǎn)，從而合理有序地進行生產(chǎn)，該公司將產(chǎn)品設(shè)計和大數(shù)據(jù)技術(shù)進行了完美的結(jié)合。此案例說明了像門店與實體店相結(jié)合的顧客體驗服務(wù)的設(shè)計思維，在大數(shù)據(jù)背景下家具設(shè)計創(chuàng)新的重要性，信息化技術(shù)指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計時，通過大數(shù)據(jù)平臺上的消費者信息資源獲取消費者的投入和貢獻是完成產(chǎn)品開發(fā)的重要手段。在產(chǎn)品開發(fā)完成投入市場后，設(shè)計師可以運用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行產(chǎn)品的售后跟蹤服務(wù)，以達到不斷完善產(chǎn)品設(shè)計的目的[12]。

4.2 大數(shù)據(jù)在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)，大數(shù)據(jù)應(yīng)用的最突出優(yōu)勢是高質(zhì)量和低成本，下面以聚類模型與異常點分析為例，在產(chǎn)品故障分析方面，上海某大型印刷企業(yè)根據(jù)不同批次的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)建立產(chǎn)品批次數(shù)據(jù)庫，進而通過聚類算法挑選出產(chǎn)品合格率低的批次數(shù)據(jù)，因生產(chǎn)環(huán)境大多是多道工序、多臺機器相結(jié)合，所以根據(jù)“加工路徑分析法”找到可能存在故障的機器設(shè)備，最后通過實驗驗證對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)進行調(diào)整，使產(chǎn)品的質(zhì)量得以提高。

另外一個降低產(chǎn)品制造成本的實例是IBMSPSS開發(fā)出的“預(yù)測性維護”的數(shù)據(jù)挖掘模塊，工廠按照“定時維護”的原則對工廠的設(shè)備實施維護，即根據(jù)制定好的設(shè)備維護計劃，按照計劃上的時間點對機器設(shè)備進行維護，不考慮設(shè)備的實際運行狀況。該模塊通過采集相關(guān)設(shè)備各項基本數(shù)據(jù)（距離上次服務(wù)的天數(shù)、設(shè)備類型、工作電壓和運行天數(shù)等），進行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析結(jié)果提出維護設(shè)備的最佳建議。部分生產(chǎn)型企業(yè)已經(jīng)通過“預(yù)測性維護”模塊，實現(xiàn)了低生產(chǎn)、維護成本[13]。

4.3 大數(shù)據(jù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，在物流領(lǐng)域也越來越多的應(yīng)用大數(shù)據(jù)模型和算法，上海某大型印刷企業(yè)通過數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)對物流成本進行分析，緩解了物流成本高的現(xiàn)狀。該企業(yè)將過去幾年的物流成本進行了匯總，其中包括了庫存、包裝、運輸和裝卸四大類，通過回歸分析等相關(guān)手段對物流成本數(shù)據(jù)進行分析，從而得出結(jié)果，再根據(jù)結(jié)果分析的圖表，可以充分了解到各類物流成本所占的比例，能夠一目了然地知道壓縮物流成本的關(guān)鍵，所以在解決物流成本高的問題上，數(shù)據(jù)分析扮演了非常重要的角色。

在物流行業(yè)，對RFID技術(shù)的研究從未停過，RFID的應(yīng)用在物流行業(yè)也很普遍。RFID技術(shù)是指在某種電子標簽中寫進特殊的信息編碼，將該標簽粘貼在需要識別的物體上后，通過無線射頻的方式對電子標簽實現(xiàn)一邊識別一邊交換數(shù)據(jù)的非接觸雙向通信。根據(jù)由RFID技術(shù)獲得的產(chǎn)品實時信息（包括何時、經(jīng)過何地等）決策者能夠及時處理和判斷各類問題，最終提高商品的物流與營銷效率[13]。

4.4 大數(shù)據(jù)在質(zhì)量監(jiān)督中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)在質(zhì)量監(jiān)督中的應(yīng)用分別體現(xiàn)在質(zhì)量信息監(jiān)督、質(zhì)量管理體系監(jiān)督和實物質(zhì)量監(jiān)督。質(zhì)量監(jiān)督工作以質(zhì)量信息監(jiān)督作為前提，在質(zhì)量信息監(jiān)督中運用大數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)將質(zhì)量信息形成具有鮮明特征的圖表，從而工作人員可以方便而綜合性地整理和分析產(chǎn)品的相關(guān)質(zhì)量，也為后續(xù)的驗證環(huán)節(jié)提供了便利。制定適合企業(yè)的質(zhì)量管理體系對企業(yè)實施實物質(zhì)量監(jiān)督至關(guān)重要。將質(zhì)量管理體系納入具有多種先進的質(zhì)量管理信息資源大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，再借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，經(jīng)過比較分析能夠檢驗現(xiàn)在實施的質(zhì)量管理體系是否可行、科學(xué)。經(jīng)過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有體系中薄弱的環(huán)節(jié)，借鑒合適的質(zhì)量管理體系數(shù)據(jù)，從而建立科學(xué)的質(zhì)量管理體系。與此同時，企業(yè)可以根據(jù)大數(shù)據(jù)平臺上的信息資源，通過圖表的分析，能夠快速掌握并修改質(zhì)量管理體系中的不足，把握其正確的發(fā)展方向，最終可以建立順應(yīng)時代發(fā)展的質(zhì)量管理體系。大數(shù)據(jù)在具體的實物質(zhì)量監(jiān)督中，能夠通過排列圖、直方圖等各類有效圖表直觀地了解到產(chǎn)品的相關(guān)質(zhì)量信息，包括產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)（不合格率、入場復(fù)驗合格率、外場故障率等），整理分析上述數(shù)據(jù)可以有效驗證實物產(chǎn)品的質(zhì)量是否符合相關(guān)規(guī)定。質(zhì)監(jiān)部門通過大數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r監(jiān)管實物產(chǎn)品的質(zhì)量信息和發(fā)展趨勢，對存在的問題適時調(diào)整戰(zhàn)略規(guī)劃，改進生產(chǎn)技術(shù)，督促相關(guān)生產(chǎn)部門進行糾正與預(yù)防，讓企業(yè)持續(xù)健康地改進產(chǎn)品質(zhì)量。

最后，質(zhì)量監(jiān)督是一項多重工作程序相輔相成的工作，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)、監(jiān)督、管理的各個環(huán)節(jié)，可以保證整個監(jiān)督過程可以動態(tài)的展現(xiàn)出來，質(zhì)監(jiān)部門和監(jiān)督人員可通過大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)對監(jiān)督程序的動態(tài)信息把握。所以，將大數(shù)據(jù)納入到質(zhì)量監(jiān)督的全過程中是必要的[14]。

4.5 大數(shù)據(jù)在企業(yè)財務(wù)管理中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)在企業(yè)財務(wù)管理中的應(yīng)用一方面體現(xiàn)在利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略環(huán)境的創(chuàng)新上。作為企業(yè)財務(wù)管理中必要的技術(shù)應(yīng)用手段之一，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)在財務(wù)執(zhí)行效率提升方面有著極其重要的作用。財務(wù)管理人員根據(jù)自身采集的數(shù)據(jù)結(jié)果，設(shè)定更加精細的財務(wù)管理方案，更好地規(guī)劃企業(yè)經(jīng)濟未來的發(fā)展策略。將大數(shù)據(jù)信息技術(shù)應(yīng)用于各項管理方案和管理措施中，可以更好地滿足社會成員提出的高端執(zhí)行效率的認知訴求，保障財務(wù)管理工作有秩序的執(zhí)行與發(fā)展。另一方面體現(xiàn)在優(yōu)化財務(wù)管理方案，提升風險預(yù)估能力上。在大數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)應(yīng)用于財務(wù)管理的基礎(chǔ)上，財務(wù)人員可以以宏觀發(fā)展的認知視角，及時全面地掌握企業(yè)內(nèi)部的工作環(huán)境、資金儲備能力以及融資實踐性的管理規(guī)模等。財務(wù)人員可以通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)信息報表當中的風險預(yù)估功能，及時地從企業(yè)經(jīng)濟數(shù)額流轉(zhuǎn)參數(shù)的發(fā)展近況中找到財務(wù)實踐性管理工作開設(shè)的過程中存在的不足[15]。

4.6 數(shù)據(jù)分析在供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用在供應(yīng)鏈管理中一個成功案例，其系統(tǒng)化框架的內(nèi)容在結(jié)合大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)后可以概括為以下三個步驟：第一步，將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于供應(yīng)鏈管理后，可以建立較為準確完善的供應(yīng)鏈分區(qū)，再利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)精確地為每個分區(qū)制定優(yōu)先發(fā)展要項。第二步，大數(shù)據(jù)將企業(yè)內(nèi)所有的業(yè)務(wù)職能進行整合，將競爭要項時刻保持在競爭優(yōu)勢的狀態(tài)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)支持供應(yīng)鏈分區(qū)中的競爭要項， 使企業(yè)的數(shù)據(jù)集中，防止目標不明確或迷失發(fā)展方向。第三步，企業(yè)在對市場績效和產(chǎn)品的評估過程中采用關(guān)鍵績效指標或市場普遍認同的聯(lián)合策略模型。在這個過程，模型應(yīng)用要不斷地優(yōu)化，在供應(yīng)鏈分區(qū)之間的競爭要項中可以建立一種反饋機制，以供企業(yè)持續(xù)監(jiān)控[16]。

4.7 生命周期大數(shù)據(jù)驅(qū)動的復(fù)雜產(chǎn)品智能制造服務(wù)新模式

為了實現(xiàn)各生命周期階段生產(chǎn)與管理的優(yōu)態(tài)運行與智能決策，任彬提出了一種生命周期大數(shù)據(jù)驅(qū)動的復(fù)雜產(chǎn)品智能制造服務(wù)體系構(gòu)架，該體系架構(gòu)主要由生命周期大數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)處理、存儲與管理、分析和應(yīng)用服務(wù)五部分構(gòu)成。

這種生命周期大數(shù)據(jù)驅(qū)動的復(fù)雜產(chǎn)品智能制造服務(wù)新模式是指在傳統(tǒng)的PLM過程中引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能信息技術(shù)，實現(xiàn)生命周期各階段數(shù)據(jù)的相互聯(lián)系； 在此基礎(chǔ)上利用大數(shù)據(jù)處理、存儲、分析等技術(shù)，對產(chǎn)品全生命周期多階段、多學(xué)科、多類型數(shù)據(jù)進行優(yōu)化管理、實時共享和知識發(fā)現(xiàn)；最終通過各階段數(shù)據(jù)與知識的集成創(chuàng)新，提高數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用能力，構(gòu)建從制造到運維動態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的閉環(huán)設(shè)計模式，推動運維服務(wù)由被動向主動轉(zhuǎn)變，促進制造企業(yè)向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型。

在此新模式下的制造服務(wù)主要通過以下兩個方面實現(xiàn)：一是從作業(yè)方式上。通過在產(chǎn)品各生命周期階段的運營和決策過程中集成并應(yīng)用先進的ICT與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)過程的泛在互聯(lián)、動態(tài)聯(lián)動與協(xié)同優(yōu)化模式，并通過大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)對服務(wù)價值鏈上用戶需求進行高效與準確挖掘，實現(xiàn)個性化生產(chǎn)和服務(wù)。二是從運作模式上。在產(chǎn)品的設(shè)計、制造、運行維護服務(wù)過程中，產(chǎn)品生命周期各階段的利益相關(guān)者主動參與，在整個過程中進行動態(tài)協(xié)作，從而實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，并且能夠完成為各利益相關(guān)者提供生產(chǎn)性服務(wù)和服務(wù)性生產(chǎn)的目標，在滿足用戶需求的同時，協(xié)同創(chuàng)造價值[17]。

5 結(jié)束語

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，大數(shù)據(jù)技術(shù)在各個行業(yè)的應(yīng)用也越發(fā)廣泛，雖然制造業(yè)相比較于金融、通訊等行業(yè)來說還處于起步階段，但是這也預(yù)示著在制造業(yè)的很多方面都可以應(yīng)用大數(shù)據(jù)。本文主要討論了大數(shù)據(jù)在數(shù)字化工廠的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)領(lǐng)域、物流領(lǐng)域、質(zhì)量管理、財務(wù)管理和供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用?；谠诖髷?shù)據(jù)在這些方面的應(yīng)用，數(shù)字化工廠可以有效地推進企業(yè)的生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)與物流成本，提高物流與營銷效率，優(yōu)化財務(wù)管理方案，提升風險預(yù)估能力。