汪 洋 ，王 柯 ，張?zhí)覍?，韓 蕊 ，彭艷兵 ，2，湯國(guó)強(qiáng) ，2

(1.南京烽火天地通信科技有限公司，江蘇 南京210000；2.南京掌控通信科技有限公司司法鑒定所，江蘇 南京210000)

0 引言

近年來(lái)，在國(guó)家政策引導(dǎo)和新一代信息技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，在推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、提高網(wǎng)絡(luò)支撐能力等方面都有長(zhǎng)足進(jìn)步。 隨著數(shù)據(jù)資源的爆炸性增長(zhǎng)，企業(yè)面臨著數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)信息分散、數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊、開發(fā)維護(hù)困難等問(wèn)題[1]，很難滿足實(shí)時(shí)分析和決策的高要求。 因此，數(shù)據(jù)治理對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要。

1 數(shù)據(jù)治理發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 數(shù)據(jù)治理的相關(guān)概念

數(shù)據(jù)治理是組織中對(duì)數(shù)據(jù)使用和管護(hù)的管理行為，其本質(zhì)是指導(dǎo)、評(píng)估和監(jiān)督數(shù)據(jù)的管理和利用，通過(guò)制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并為組織提供不斷創(chuàng)新的數(shù)據(jù)服務(wù)，以提高數(shù)據(jù)的價(jià)值密度。 數(shù)據(jù)治理內(nèi)容主要包括元數(shù)據(jù)管理、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)生命周期管理、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)服務(wù)等模塊，不同模塊功能明確、相互協(xié)同，共同打造統(tǒng)一調(diào)度、精準(zhǔn)服務(wù)、安全可用的信息共享服務(wù)體系。

1.2 數(shù)據(jù)治理的發(fā)展歷史

數(shù)據(jù)治理的發(fā)展歷史可分為三個(gè)階段。 第一階段為早期探索階段，1988 年麻省理工學(xué)院?jiǎn)?dòng)的全面數(shù)據(jù)質(zhì)量管理計(jì)劃形成了數(shù)據(jù)治理的雛形。 同年，國(guó)際數(shù)據(jù)管理組織協(xié)會(huì)(Data Asset Management Association，DAMA)成 立 。 2002 年 ， 數(shù) 據(jù) 治 理 概 念 在學(xué)術(shù)界嶄露頭角，美國(guó)兩位學(xué)者結(jié)合兩家公司的實(shí)踐結(jié)果提出數(shù)據(jù)治理研究方向，由此拉開了數(shù)據(jù)治理在企業(yè)管理中的大幕。 第二階段為理論研究階段，2003 年國(guó)際數(shù)據(jù)治理研究所成立， 主要研究數(shù)據(jù)治理理論框架，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織合作對(duì)數(shù)據(jù)治理進(jìn)行定義。 2009 年，DAMA 發(fā)布數(shù)據(jù)管理知識(shí)體系指南，基本確定數(shù)據(jù)治理的理論框架。 第三階段為廣泛接受與應(yīng)用階段，隨著數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)，國(guó)內(nèi)也逐步開始接受數(shù)據(jù)治理的理念，并在2015 年提出了《數(shù)據(jù)治理白皮書》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研究報(bào)告[2]。2020 以來(lái)，數(shù)據(jù)治理在公共管理、科學(xué)研究與工商業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，以數(shù)據(jù)為核心的“互聯(lián)網(wǎng)+”體系日益彰顯數(shù)據(jù)治理的價(jià)值[3]，為進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)據(jù)治理的發(fā)展，美國(guó)、歐盟紛紛頒布圍繞數(shù)據(jù)使用與保護(hù)的公共政策[4-5]。 我國(guó)也相繼出臺(tái)了《中國(guó)制造2025》《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》等相關(guān)政策以促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展[6]，進(jìn)一步體現(xiàn)了工業(yè)數(shù)據(jù)治理的必要性。

1.3 工業(yè)數(shù)據(jù)治理探索

工業(yè)生產(chǎn)制造主要包括設(shè)備故障預(yù)警、異常實(shí)時(shí)告警、異?；厮?、產(chǎn)品穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率優(yōu)化等業(yè)務(wù)場(chǎng)景[7]。 隨著智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等戰(zhàn)略政策的深入推進(jìn)，工業(yè)企業(yè)積累了大量的數(shù)據(jù)[8]，為不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)分析提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)接口，使得開展工業(yè)數(shù)據(jù)治理成為核心問(wèn)題。 本文將以工業(yè)數(shù)據(jù)為核心，以數(shù)據(jù)治理為方法，以業(yè)務(wù)應(yīng)用為目的，構(gòu)建面向工業(yè)生產(chǎn)制造的數(shù)據(jù)治理體系，并通過(guò)案例實(shí)踐驗(yàn)證數(shù)據(jù)治理的成效。

2 工業(yè)數(shù)據(jù)治理體系

2.1 工業(yè)數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)

2.1.1 工業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)源

工業(yè)數(shù)據(jù)可劃分為操作技術(shù)數(shù)據(jù)(Operation Technology，OT)和信息技術(shù)數(shù)據(jù)(Information Technology，IT)[9]。OT 數(shù)據(jù)是工業(yè)數(shù)據(jù)的主要部分，源自工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器設(shè)備、自動(dòng)化采集系統(tǒng)等，包含時(shí)序數(shù)據(jù)和非時(shí)序數(shù)據(jù)。 時(shí)序數(shù)據(jù)包括溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)。 非時(shí)序數(shù)據(jù)包括工業(yè)系統(tǒng)的日志數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)調(diào)控的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 IT 數(shù)據(jù)主要包括企業(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning，ERP)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)[10]。其中ERP 系統(tǒng)主要包括財(cái)務(wù)、客戶關(guān)系、供應(yīng)鏈管理等數(shù)據(jù)，MES 系統(tǒng)位于上層 ERP 層與底層控制層之間，主要包括生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量管理、人員管理等數(shù)據(jù)[11]。

2.1.2 工業(yè)數(shù)據(jù)特點(diǎn)

“隔離性”。 工業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)自多道工序的多臺(tái)設(shè)備，設(shè)備獨(dú)立工作以及工序間數(shù)據(jù)互不流通，形成一座座“數(shù)據(jù)孤島”[12]。

“多模態(tài)”。工業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)源多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。除工業(yè)生產(chǎn)中所采集的溫度、壓力、流量等時(shí)序數(shù)據(jù)之外，還包括檢測(cè)火焰溫度等的紅外熱成像視頻數(shù)據(jù)。

“強(qiáng)關(guān)聯(lián)”。 工業(yè)數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)主要包括：生產(chǎn)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)，如原料燃料流量、溫度、壓力的關(guān)聯(lián)；生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)聯(lián)，如生產(chǎn)工序間的工藝參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系；產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造等環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)，如仿真過(guò)程與產(chǎn)品實(shí)際工況間的關(guān)聯(lián)。

“高通量”。 傳感器所采集的時(shí)序數(shù)據(jù)具有設(shè)備多、測(cè)點(diǎn)多、頻率高、吞吐量大、連續(xù)不間斷的特點(diǎn)。 以某工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備為例，數(shù)據(jù)采樣頻率為10 Hz，單臺(tái)設(shè)備每秒產(chǎn)生16 KB 的傳感器數(shù)據(jù)，按 20 臺(tái)設(shè)備全量采集計(jì)算，每日將產(chǎn)生約12.87 GB 的數(shù)據(jù)，每年將產(chǎn)生 4.58 TB 的數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)出“高通量”的特征。數(shù)據(jù)帶來(lái)巨大的存儲(chǔ)成本，還存在銜接不連貫、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)不對(duì)齊、“臟”數(shù)據(jù)等質(zhì)量問(wèn)題，無(wú)法為數(shù)據(jù)分析提供有效接口，如何提升數(shù)據(jù)價(jià)值密度、提高數(shù)據(jù)挖掘效率是現(xiàn)階段亟待解決的問(wèn)題。

2.2 工業(yè)數(shù)據(jù)治理體系研究

2.2.1 頂層框架設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)治理是工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)治理工作的落地有助于提升數(shù)據(jù)價(jià)值密度、提高數(shù)據(jù)挖掘效率，更好服務(wù)靈活多變的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，為數(shù)據(jù)分析提供有效接口[13]。 目前，數(shù)據(jù)治理體系的研究相當(dāng)成熟，可適應(yīng)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景[14]。 本文在借鑒通用數(shù)據(jù)治理體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合工業(yè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)特點(diǎn)及業(yè)務(wù)場(chǎng)景等核心要素，搭建面向工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)治理體系，如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)治理體系框架

為保證數(shù)據(jù)資產(chǎn)不流失，對(duì)源數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)進(jìn)行物理隔離，源數(shù)據(jù)按照原始格式保留存儲(chǔ)在本地服務(wù)器中，分析數(shù)據(jù)則經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)治理后進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)非必要數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔或銷毀。 該數(shù)據(jù)治理體系框架囊括元數(shù)據(jù)管理、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)生命周期管理、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)安全及數(shù)據(jù)服務(wù)環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)間相互協(xié)同和依賴，形成全方位、多層次、多角度的數(shù)據(jù)治理框架。

2.2.2 元數(shù)據(jù)管理

元數(shù)據(jù)的定義是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，元數(shù)據(jù)反映了數(shù)據(jù)的交易、事件、對(duì)象和關(guān)系等[15]。通過(guò)元數(shù)據(jù)管理可繪制數(shù)據(jù)地圖、統(tǒng)一數(shù)據(jù)口徑、標(biāo)明數(shù)據(jù)方位、分析數(shù)據(jù)關(guān)系以及精確到字段級(jí)別的影響分析，方便數(shù)據(jù)的跟蹤和回溯。

在工業(yè)領(lǐng)域中，元數(shù)據(jù)主要包括技術(shù)元數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)，如圖2 所示。其中技術(shù)元數(shù)據(jù)具體為：物理資源的元數(shù)據(jù)(服務(wù)器、操作系統(tǒng)等)、數(shù)據(jù)源元數(shù)據(jù)(網(wǎng)關(guān)地址等)、存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)(指標(biāo)說(shuō)明、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)屬性、管理屬性等)、共享元數(shù)據(jù)(接口方式、格式等)等方面；業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)具體為：模型元數(shù)據(jù)(特征工程、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等)、分析元數(shù)據(jù)(業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)規(guī)則等)方面。 基于工業(yè)元數(shù)據(jù)管理，可構(gòu)建元模型進(jìn)行元數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化資產(chǎn)梳理、數(shù)據(jù)地圖、數(shù)據(jù)血緣分析等功能。

圖2 工業(yè)元數(shù)據(jù)管理

2.2.3 主數(shù)據(jù)管理

主數(shù)據(jù)是指滿足跨部門、跨業(yè)務(wù)協(xié)同需要的系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，在各個(gè)業(yè)務(wù)部門中被重復(fù)使用，如客戶、供應(yīng)商、資產(chǎn)、產(chǎn)品、物料單、賬戶等數(shù)據(jù)。 工業(yè)主數(shù)據(jù)管理流程由業(yè)務(wù)治理、標(biāo)準(zhǔn)治理、質(zhì)量治理組成，如圖 3 所示。

圖3 工業(yè)主數(shù)據(jù)管理

在工業(yè)制造領(lǐng)域中，主數(shù)據(jù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求[16]。 例如，若要了解或預(yù)測(cè)物料的庫(kù)存情況以提高生產(chǎn)調(diào)度效率，可將原料消耗的傳感器數(shù)據(jù)與物料單主數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，從而感知到物料的庫(kù)存情況。因此，通過(guò)將高價(jià)值、高共享、相對(duì)穩(wěn)定的主數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法，可實(shí)時(shí)評(píng)估企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)情況以做針對(duì)性的調(diào)整。

2.2.4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一套標(biāo)準(zhǔn)體系，包括數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)操作標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，形成一個(gè)可流通、可共享的信息平臺(tái)[17]。 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要由業(yè)務(wù)定義、技術(shù)定義和管理信息三部分構(gòu)成，業(yè)務(wù)定義包括業(yè)務(wù)、名稱和接口等方面的定義，技術(shù)定義包括數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面的定義，管理信息包括所有者、管理人員等方面的定義，如圖4 所示。

圖4 工業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理

在工業(yè)制造領(lǐng)域中，大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一般以業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，如元數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)(ISO-11179，CWM，DCMI)、數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(ISO-8000，ISO-25012)以及數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)(ISO-27001)，結(jié)合工業(yè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化，一般會(huì)包括數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)語(yǔ)義、編碼規(guī)則、字典值等內(nèi)容，減少數(shù)據(jù)孤島、流轉(zhuǎn)不暢、應(yīng)用繁瑣等問(wèn)題的發(fā)生。

2.2.5 數(shù)據(jù)質(zhì)量管理

數(shù)據(jù)質(zhì)量管理是工業(yè)數(shù)據(jù)治理的關(guān)鍵，是數(shù)據(jù)應(yīng)用的前提，為企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)把控、分析決策、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供更精準(zhǔn)的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，提升工業(yè)數(shù)據(jù)分析的效率。 工業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理如圖 5 所示。

圖5 工業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理

傳統(tǒng)的質(zhì)量評(píng)估體系過(guò)于繁雜，結(jié)合工業(yè)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)場(chǎng)景，基于完整性、準(zhǔn)確性、規(guī)范性、唯一性、一致性、關(guān)聯(lián)性、可追溯性等構(gòu)建合理的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估體系，并根據(jù)工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)質(zhì)量評(píng)估體系細(xì)化：

(1)生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)：生產(chǎn)控制指標(biāo)若出現(xiàn)不完整、不一致等問(wèn)題，或?qū)е庐惓Ｕ{(diào)控不及時(shí)等情況發(fā)生。 因此，對(duì)生產(chǎn)控制指標(biāo)的數(shù)據(jù)質(zhì)量管理提高優(yōu)先級(jí)，保障生產(chǎn)流程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)傳感器數(shù)據(jù)：傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)作情況，可實(shí)時(shí)感知生產(chǎn)異常，并及時(shí)優(yōu)化調(diào)整。因此，要提高傳感器數(shù)據(jù)接入的及時(shí)性、一致性。

(3)故障記錄數(shù)據(jù)：為保證生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，需要對(duì)設(shè)備故障記錄進(jìn)行分析診斷，因此需要保證設(shè)備故障記錄數(shù)據(jù)的可靠性和可追溯性。

(4)庫(kù)存物流數(shù)據(jù)：庫(kù)存物流管理是生產(chǎn)、計(jì)劃和控制的基礎(chǔ)。 通過(guò)保證庫(kù)存物流數(shù)據(jù)的及時(shí)性和完整性，能夠優(yōu)化生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)的良性循環(huán)。

2.2.6 數(shù)據(jù)生命周期管理

采用科學(xué)的數(shù)據(jù)生命周期管理能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，大幅減少數(shù)據(jù)儲(chǔ)存成本，更好服務(wù)客戶需求。數(shù)據(jù)生命周期包含在線階段、歸檔階段、銷毀階段三大階段，如圖6 所示。

圖6 工業(yè)數(shù)據(jù)生命周期管理

本文對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的各應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉和分類，在數(shù)據(jù)生命周期的各個(gè)階段制定有效的管理策略。 首先，將光工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)按產(chǎn)品線進(jìn)行劃分，確定數(shù)據(jù)類別，規(guī)定數(shù)據(jù)有效期，從而建立完整的數(shù)據(jù)有效期管理工作規(guī)范體系。 然后，針對(duì)長(zhǎng)有效期數(shù)據(jù)，在有效期結(jié)束后采用低成本存儲(chǔ)介質(zhì)保存，采用在線和離線的方式逐步歸檔數(shù)據(jù)。最后，銷毀冗余數(shù)據(jù)，節(jié)約數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源。可以看出，數(shù)據(jù)生命周期管理能夠大幅提升高價(jià)值數(shù)據(jù)的查詢效率，同時(shí)減少高價(jià)格的存儲(chǔ)介質(zhì)的采購(gòu)成本。

2.2.7 數(shù)據(jù)組織

數(shù)據(jù)組織的目的是根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、流程規(guī)范的方案分類構(gòu)建數(shù)據(jù)資源庫(kù)，進(jìn)一步強(qiáng)化大數(shù)據(jù)內(nèi)部關(guān)聯(lián)。 數(shù)據(jù)組織主要包括原始庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、主題庫(kù)等。

(1)原始庫(kù)：原始庫(kù)保存原始業(yè)務(wù)場(chǎng)景數(shù)據(jù)。 工業(yè)原始數(shù)據(jù)主要包括設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)流程記錄、產(chǎn)品檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)異常數(shù)據(jù)及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)等。

(2)知識(shí)庫(kù)：知識(shí)庫(kù)指工業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)則方法集合，包括數(shù)據(jù)接入、處理、服務(wù)以及工業(yè)通用模型所涉及的知識(shí)性數(shù)據(jù)和規(guī)則方法。 工業(yè)知識(shí)庫(kù)主要包括原料特性、設(shè)備參數(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)原理、行業(yè)動(dòng)態(tài)等。

(3)主題庫(kù)：主題庫(kù)對(duì)原始數(shù)據(jù)和資源數(shù)據(jù)根據(jù)分析和服務(wù)的目的進(jìn)行劃分，形成不同主題的數(shù)據(jù)集合。 工業(yè)數(shù)據(jù)主題庫(kù)主要包括人員主題庫(kù)、設(shè)備主題庫(kù)、原料主題庫(kù)、生產(chǎn)方法庫(kù)、生產(chǎn)環(huán)境庫(kù)等。

2.2.8 數(shù)據(jù)安全

工業(yè)生產(chǎn)中的重要且敏感數(shù)據(jù)大部分集中在應(yīng)用系統(tǒng)中，例如原料配方、控制策略等工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，以及客戶信息、生產(chǎn)計(jì)劃、資產(chǎn)信息等生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)， 敏感數(shù)據(jù)泄露對(duì)企業(yè)的影響是不可逆的，凸顯出數(shù)據(jù)安全在數(shù)據(jù)治理過(guò)程中的重要性。 數(shù)據(jù)安全包括以下三點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全：包括物理安全、系統(tǒng)安全存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全，主要通過(guò)安全硬件的采購(gòu)來(lái)保障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全。

(2)數(shù)據(jù)傳輸安全：包括數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全控制，通過(guò)專業(yè)數(shù)據(jù)安全廠商提供技術(shù)保障。

(3)數(shù)據(jù)使用安全：基于業(yè)務(wù)系統(tǒng)層面，建立完善的數(shù)據(jù)安全管理體系、審查機(jī)制。 對(duì)生產(chǎn)及研發(fā)測(cè)試過(guò)程中使用的各類敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密管理。

2.2.9 數(shù)據(jù)服務(wù)

數(shù)據(jù)治理是為了更好地利用數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。 基于工業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)需求，大體劃分為三個(gè)方向：應(yīng)用支撐、工具應(yīng)用及業(yè)務(wù)應(yīng)用。應(yīng)用支撐服務(wù)包括知識(shí)圖譜構(gòu)建、數(shù)據(jù)服務(wù)總線和服務(wù)管理等服務(wù)類型；工具應(yīng)用服務(wù)包括生產(chǎn)查詢檢索服務(wù)、模型分析服務(wù)和數(shù)據(jù)管理服務(wù)等服務(wù)類型；業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)包括產(chǎn)品溯源、異常預(yù)警和可視化大屏等服務(wù)類型。通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)的集中、整合、挖掘和共享，結(jié)合全方位、多層次的數(shù)據(jù)服務(wù)體系，增強(qiáng)了異常處理的實(shí)時(shí)性和前瞻性，推動(dòng)工業(yè)向信息化、智能化轉(zhuǎn)型。

3 工業(yè)數(shù)字化之?dāng)?shù)據(jù)治理實(shí)踐

本文基于工業(yè)數(shù)據(jù)治理體系，以光纖生產(chǎn)為背景，探索工業(yè)數(shù)據(jù)治理在光纖生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐。采用大數(shù)據(jù)分布式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、清洗、存儲(chǔ)。 構(gòu)建數(shù)據(jù)地圖并進(jìn)行數(shù)據(jù)血緣分析，采用智能算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)齊、生產(chǎn)異常自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警。 對(duì)比了數(shù)據(jù)治理前后產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析的優(yōu)化效果，搭建了數(shù)字化大屏，呈現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)治理成效，最后總結(jié)了數(shù)據(jù)治理為光纖生產(chǎn)帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量和效率的提升。

3.1 數(shù)據(jù)地圖

數(shù)據(jù)地圖的構(gòu)建屬于數(shù)據(jù)治理中的元數(shù)據(jù)管理環(huán)節(jié)。 光纖工業(yè)的數(shù)據(jù)來(lái)源廣，數(shù)量多，分散性強(qiáng)。 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方式查找數(shù)據(jù)的成本較高。 通過(guò)大數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)技術(shù)，追蹤從上游產(chǎn)品光纖預(yù)制棒至下游產(chǎn)品光纜的各項(xiàng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的原料、 工況、質(zhì)量等相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)串聯(lián)，打通數(shù)據(jù)孤島。 數(shù)據(jù)地圖如圖 7 所示。

圖7 數(shù)據(jù)地圖

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)治理之后，在對(duì)光纜成品進(jìn)行質(zhì)量分析時(shí)，分析人員能夠利用數(shù)據(jù)地圖進(jìn)行數(shù)據(jù)血緣分析，跟蹤數(shù)據(jù)來(lái)源并分析任務(wù)依賴，輕松追溯到上游生產(chǎn)中的光纖拉絲、光纖預(yù)制棒生產(chǎn)環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)，而不僅僅局限于當(dāng)前的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而獲得更有價(jià)值的分析結(jié)果。

3.2 數(shù)據(jù)對(duì)齊

數(shù)據(jù)對(duì)齊屬于數(shù)據(jù)治理中的數(shù)據(jù)質(zhì)量管理環(huán)節(jié)。 以光纖預(yù)制棒的制造為例，由于預(yù)制棒在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生了多次形變，后期預(yù)制棒測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)法與前期傳感器記錄的生產(chǎn)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)[18]。 為了展開后續(xù)的質(zhì)量分析研判工作，需要將測(cè)試數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)齊。

通過(guò)對(duì)預(yù)制棒生產(chǎn)過(guò)程中的棒體尺寸數(shù)據(jù)等記錄數(shù)據(jù)，采用膨脹點(diǎn)映射等智能算法對(duì)預(yù)制棒收縮和拉伸的過(guò)程進(jìn)行建模還原，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)位與生產(chǎn)時(shí)間段的對(duì)應(yīng)，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量豐富數(shù)據(jù)量的同時(shí)，為后續(xù)人工智能建模分析打下良好基礎(chǔ)。

圖8 展示了數(shù)據(jù)對(duì)齊前后預(yù)制棒 BA 比(芯層直徑與包層直徑之比)的建模預(yù)測(cè)誤差率，曲線越靠下表示預(yù)測(cè)誤差越低。 可以看出，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)治理后，同樣樣本量下，由于數(shù)據(jù)對(duì)齊后能夠進(jìn)行測(cè)點(diǎn)分段映射，擴(kuò)充了模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)，使得基于隨機(jī)森林的回歸預(yù)測(cè)模型建模預(yù)測(cè)誤差率明顯降低。

圖8 數(shù)據(jù)對(duì)齊前后建模誤差對(duì)比

3.3 異常識(shí)別與預(yù)警

傳統(tǒng)異常告警機(jī)制具有告警模型單一，人工識(shí)別工作量大等缺陷，人工標(biāo)注效率較低，而且誤標(biāo)、漏標(biāo)率較高。 光纖工業(yè)的常見異常類型包括脈沖型異常，階躍型異常以及模式異常[19]。 基于大量數(shù)據(jù)采用時(shí)序差分特征和時(shí)間窗統(tǒng)計(jì)特征構(gòu)建的時(shí)間序列異常識(shí)別模型，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的異常告警需求，同時(shí)極大提高歷史異常識(shí)別效率，原本進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、整理，再人工對(duì)異常進(jìn)行標(biāo)注的工作需要花費(fèi)數(shù)天時(shí)間，通過(guò)數(shù)據(jù)治理集成異常識(shí)別模型后，只需要花費(fèi)幾分鐘的時(shí)間即可完成歷史異常的識(shí)別和分析。

3.4 數(shù)據(jù)分析周期優(yōu)化

在光纖工業(yè)中，針對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的數(shù)據(jù)分析是生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，需要不斷通過(guò)分析確定工藝參數(shù)的調(diào)整方向，以此改善生產(chǎn)品質(zhì)，保證生產(chǎn)穩(wěn)定性。

開展數(shù)據(jù)治理前，數(shù)據(jù)分析的周期長(zhǎng)、工作量大，分析的數(shù)據(jù)量也比較有限。 在實(shí)施數(shù)據(jù)治理之后，采用云端采集和在線分析，代替過(guò)去手動(dòng)采集和離線分析的方式，同時(shí)保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，大大減少分析人員在繁瑣的數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)中耗費(fèi)的時(shí)間。 數(shù)據(jù)治理前后對(duì)比如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)治理前后對(duì)比

云端采集在線分析的方式能夠避免數(shù)據(jù)的二次傳輸，同時(shí)能夠利用服務(wù)器資源輔以定制化的數(shù)據(jù)分析工具產(chǎn)出分析結(jié)果，有效提高數(shù)據(jù)分析效率，數(shù)據(jù)分析周期由原來(lái)的 3 ～7 天縮短到了現(xiàn)在的當(dāng)日產(chǎn)生數(shù)據(jù)，當(dāng)日產(chǎn)出分析結(jié)果。在未來(lái)，將實(shí)現(xiàn)采集即服務(wù)，分析即服務(wù)的分析模式，保證數(shù)據(jù)高質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的數(shù)據(jù)分析反饋。

3.5 數(shù)字化大屏

將數(shù)據(jù)治理工作通過(guò)可視化方式展現(xiàn)，直觀體現(xiàn)數(shù)據(jù)治理成果，提供企業(yè)運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)狀況、產(chǎn)品畫像等主題的大展示，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)光纖工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況，如圖 9 所示。

圖9 數(shù)字化大屏

企業(yè)運(yùn)營(yíng)大屏展現(xiàn)了企業(yè)光棒、光纖、光纜的原料、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的信息。

生產(chǎn)狀況大屏通過(guò)綜合產(chǎn)量、良品率、穩(wěn)定性、資源消耗等多方面因素建立的分析模型為產(chǎn)線評(píng)分，直觀展現(xiàn)產(chǎn)線整體情況。

產(chǎn)品畫像大屏基于歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量測(cè)試數(shù)據(jù)構(gòu)建產(chǎn)品畫像，以質(zhì)量數(shù)據(jù)為導(dǎo)向回溯生產(chǎn)數(shù)據(jù)，量化展示產(chǎn)品質(zhì)量差異的原因。

3.6 產(chǎn)品質(zhì)量與效率提升

目前，企業(yè)在光纖預(yù)制棒、光纖拉絲中有諸多方面的提升，如表2 所示。其中在光纖預(yù)制棒階段，生產(chǎn)過(guò)程中內(nèi)部形成雜質(zhì)和氣泡，會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)光纖拉絲過(guò)程。經(jīng)數(shù)據(jù)治理后，數(shù)據(jù)質(zhì)量提高，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與建模，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，有效降低預(yù)制棒的氣泡缺陷率，改善光纖預(yù)制棒的均勻性和重復(fù)性，良品率大幅度提升，達(dá)到投產(chǎn)門檻；在光纖拉絲階段，在拉絲提速、塔斷及告警反饋等方面的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)方面有明顯的改善，拉絲良品率有效提升。

表2 產(chǎn)品質(zhì)量與效率提升

4 結(jié)論

本文介紹了數(shù)據(jù)治理的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了工業(yè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，構(gòu)建了一套面向工業(yè)的數(shù)據(jù)治理體系，并結(jié)合數(shù)據(jù)治理應(yīng)用案例驗(yàn)證數(shù)據(jù)治理的成效。 以光纖生產(chǎn)為背景，應(yīng)用案例表明，該工業(yè)數(shù)據(jù)治理體系作為工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的支撐點(diǎn)，能夠極大簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)管理流程，減少人工工作量，提高數(shù)據(jù)價(jià)值密度，提升數(shù)據(jù)挖掘效率，為不同的業(yè)務(wù)分析場(chǎng)景提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)接口，有效推動(dòng)企業(yè)向數(shù)字化、智能化發(fā)展。