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1、 . 工业互联网与大数据对制造业推进的思考（航空航天大学 机电学院， 210016）摘要：工业互联网与大数据的出现给我国工业的升级和发展带来了很大的机遇和挑战。随着工业互联网与大数据的进一步融合，新技术，新模式，新业态将层出不穷。若要在这种新时代中迅速发展，占据主要的优势，必须要对工业互联网与大数据有更深入的认识。本文主要在工业互联网与大数据的发展，应用与关键技术等方面作了进一步的研究。文章最后通过一个实例阐述了工业互联网与大数据对制造业的影响。关键字：工业互联网；大数据；应用；关键技术Reflection on the promotion of industrial internet and
2、 big data for manufacturing（College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University Of Aeronautics AndAstronautics, Nanjing 210016）Abstract:The emergence of industrial Internet and big data has brought great opportunities and challenges to Chinas industrial upgrading and development.Wit
3、h the further integration of industrial Internet and big data, new technologies, new models, new formats will emerge in an endless stream.In this new era of rapid development, in order to occupy the main advantage, we must have a greater understanding of the industrial Internet and big data.In this
4、paper, the development, application and key technologies of the industrial Internet and big data are further studied.Finally, an example is given to illustrate the impact of industrial Internet and big data on manufacturing industry.Key Words:Industrial Internet; big data; application; key technolog
5、y1、前言大数据的概念是1997年左右提出的，至今已经约有20年的发展，在中国，大数据也推进了5年之久.从我们围绕工业信息化特别是在工业企业建立了一批具有大数据能力的企业来看，工业大数据的意义十分重大。当下，随着互联网与工业领域的全面融合，衍生出了一种新型的工业形态一工业互联网。工业互联网与大数据正前所未有地改变着工业的产业组织形态和生产方式。本文在第二节描述了工业互联网与大数据的发展；第三节叙述了工业互联网与大数据的应用；第四节主要研究了工业互联网与大数据的关键技术；第五节通过实例介绍了工业互联网与大数据在生产制造中的应用；第五节对前面的叙述做了总结，并展望工业互联网与大数据的未来。2、工业
6、互联网与大数据的发展工业互联网将人和机器连接起来，将为制造商和客户带来前所未有的数据、信息和解决方案。工业互联网可以为制造业企业建立交流的平台，打破买方和卖方之间的“封闭”，使买卖双方的交易透明化，同时有利于降低交易成本。在1990年JohnRomkey 和 Simon Hackett将烤箱与网络连接生产出了第一台互联网烤面包机1。1991年Interop在烤面包机上增加了一个小的机器人将一小片面包放入烤箱里面，因此诞生了一个完整的自动化机器2。20世纪末期联网能够让计算机之间相互通信的大型主框架计算机、软件和“数据信息包”。而网络的开放性和灵活性是为革命的爆炸性增长奠定基础的关键要素3。在二
7、十一世纪的今天，工业互联网与大数据相融合，为加快生产力，减少低效和浪费，以与改善人类工作经验开辟了新的领域。大数据这个词语被创造出来是在20世纪90年代，在2000年的时候第一次在学术论文上有人将它提出，在2003年的时候在Francis X.Diebolt在宏观经济测量和预测的大数据动态因子模型一书中正式将大数据这个词语进行诠释和应用。在2005年的时候，当前最火爆的Hadoop项目就已经被创建，之所以在10多年后大数据和Hadoop项目才受到热捧和关注主要是因为当时的数据还不够大。在现如今的世界，随着互联网、移动互联网、IOT、智能设备的发展，你举目四望会发现整个世界每秒都在生产海量的数据
8、，我们所有的世界空间、所有的行为路径都在被数据给描述，我们都在生产数据又依赖于数据。研究机构Gartner对大数据给出了这样的定义。“大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力来适应海量、高增长率和多样化的信息资产4。大数据是从不同领域和资源产生的，包括巨大、复杂、结构复杂、半结构、非结构与隐藏的数据集。大数据特征可以被归类为6V（Volume, Velocity, Variety, Veracity,Viability and Value）5-8，将这些要素连接并组合在一起，将会给各企业和经济体提供新的机会。工业互联网和大数据的无缝结合是当今世界的主流技术，工业互
9、联网将传感器和其他先进的检测仪器嵌人到机器阵列中，从简单到高度复杂。这就使得可以收集和分析大量的数据，用于改善机器的性能，同时不可避免地提高了与之相连的网络和系统的效率。数据本身，也可以变得“智能化”，即能够立刻知道它需要到达哪些用户处。许多工业互联网与大数据的实践都证明，各种各样的新的创新能够给企业和全球经济带来巨大利益。就像工业革命一样，工业互联网与大数据革命正在以动态的方式展开，而我们现在正处在转折点上。3、工业互联网与大数据的应用工业互联网与大数据的应用渗透到了工业企业产业链的各个环节，条形码、二维码、RFID、工业传感器、工业自动控制系统、工业物联网、ERP、CAD/CAM/CAE/
10、CAI等技术在工业企业中得到广泛应用。我国的工业企业也进入了互联网工业的新的发展阶段，工业企业所拥有的数据也日益丰富。工业企业中生产线处于高速运转，由工业设备所产生、采集和处理的数据量远大于企业中计算机和人工产生的数据，从数据类型看也多是非结构化数据，生产线的高速运转则对数据的实时性要求也更高。因此，工业大数据应用所面临的问题和挑战并不比互联网行业的大数据应用少，某些情况下甚至更为复杂。本文将从以下四个方面阐述工业互联网与大数据在工业中的应用。3.1开放式产品设计互联网可以融合不同领域，大规模的参与者进行产品的协同开发。客户与工业企业之间的交互和交易行为将产生大量数据，挖掘和分析这些客户需求数
11、据，能够帮助客户参与到产品的需求分析和产品设计等创新活动中，为产品创新作出贡献。如图1所示，系统的模型是根据用户要求定制产品的模型图9。首先，用户根据自己的喜好设计产品或通过Web页面提供个性化产品的关键参数。然后，Web服务器将用户的信息提交给工业云，它解析产品数据和关键参数。同时，将这些数据通过有线或无线网络传送这传送到工业机器人，工人和控制器。生产系统根据这些产品开始创建数据，在产品的制造过程中，各种各样的相关的数据被传输到云和相邻节点用于管理和优化。图1 用户参与定制产品模型图在2016年12月07日的世界智能制造大会上，海尔公司也展示了大规模定制解决方案。海尔以智能制造云平台COSM
12、O为核心，集用户的交互、营销、研发，模块商的采购、制造、物流、服务于一体的全流程制造模式。举例来说，一个用户提出了“想要一个智能吸尘器”需求，在将创意草图提交到COSMOPlat平台的子系统众创汇后，经过30名发烧友众创交互设计，得到了1700多名用户支持。依托COSMOPlat平台，海尔并联生态圈同步启动，用户通过APP定制下单、参与虚拟设计、对生产过程和物流过程全程可视、通过U+APP进行体验反馈，持续迭代，满足了用户定制体验。3.2产品故障诊断与预测产品把传感器、处理器、存储器、通信模块、传输系统融入到各种产品中，使得产品具备动态存储、感知和通信能力，实现产品的可追溯、可识别、可定位。目
13、前互联网汽车、工程机械、智能家电等是产品智能化的热点领域。工业互联网与大数据通过网络与企业管理平台连接，企业管理平台可以运用无线网络、视频远程故障诊断等信息服务系统，远程监控设备的运转情况，并基于工业大数据实现故障预警，有针对性地提供维修等服务，实现“服务型制造”。在马航MH370失联客机搜寻过程中，波音公司获取的发动机运转数据对于确定飞机的失联路径起到了关键作用。我们就拿波音公司飞机系统作为案例。在波音的飞机上，发动机、燃油系统、液压和电力系统等数以百计的变量组成了在航状态，这些数据不到几微秒就被测量和发送一次。3.3工业生产链的应用现代化工业制造生产线安装有数以千计的小型传感器，来探测温度
14、、压力、热能、振动和噪声。因为每隔几秒就收集一次数据，利用这些数据可以实现很多形式的分析，包括设备诊断、用电量分析、能耗分析、质量事故分析（包括违反生产规定、零部件故障）等。在生产工艺改进方面，在生产过程中使用这些大数据，就能分析整个生产流程，了解每个环节是如何执行的。一旦有某个流程偏离了标准工艺，就会产生一个报警信号，能更快速地发现错误或者瓶颈所在，也就能更容易解决问题。利用大数据技术可以对工业产品的生产过程建立虚拟模型，仿真并优化生产流程，当所有流程和绩效数据都能在系统中重建时，这种透明度将有助于制造商改进其生产流程。如图2所示为一个工厂的工业链的综合模型10。图2工业链综合模型此工厂通过
15、工业大数据将传感驱动的机器，车间，工厂，企业，供应链和正在使用的产品连接在一起，实时监控分析工厂的全部运转状况。在能耗分析方面，在设备生产过程中利用传感器集中监控所有的生产流程，能够发现能耗的异常或峰值情形，由此便可在生产过程中优化能源的消耗，对所有流程进行分析将会大大降低能耗。 3.4供应链的分析与优化当前，大数据分析已经是很多电子商务企业提升供应链竞争力的重要手段。比如通过电子商务平台提前分析和预测各地商品需求量，从而提高配送和仓储的效能，保证了次日货到的客户体验。RFID等产品电子标识技术、物联网技术以与移动互联网技术能帮助工业企业获得完整的产品供应链的大数据，利用这些数据进行分析，将带
16、来仓储、配送、销售效率的大幅提升和成本的大幅下降。以海尔公司为例，海尔公司供应链体系很完善，它以市场链为纽带，以订单信息流为中心，带动物流和资金流的运动，整合全球供应链资源和全球用户资源。在海尔供应链的各个环节，客户数据、企业部数据、供应商数据被汇总到供应链体系中，通过供应链上的大数据采集和分析，海尔公司能够持续进行供应链改进和优化，保证了海尔对客户的敏捷响应。4、工业互联网与大数据的关键技术中国可以通过拥抱“工业互联网与大数据”，拥抱这一轮正在改变全球经济的数字创新来应对这个挑战。工业互联网与大数据领域已经涌现了大量的新技术，包括数字技术和物理技术、大数据与大机器的融合等。本节将从5个方面对新的机遇与挑战所面临的关键技术进行阐述。4.1超级计算与大数据采集技术 超级计算终端就是能够将一些新的智能化设备所采集的大量的数据能够准确实时的分析与应用。这些产品的核心都是有一个强大的芯片。随处可与
