江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司  李正海 ：一線大數(shù)據(jù)聯(lián)盟主要?jiǎng)?chuàng)始人,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+聯(lián)盟秘書長

本文發(fā)表于《中國工業(yè)評(píng)論》雜志2016年第2-3期

作為德國競爭戰(zhàn)略的工業(yè)4.0，目標(biāo)是以信息物理融合系統(tǒng)為技術(shù)核心，實(shí)現(xiàn)端到端集成、橫向集成、縱向集成的新工業(yè)價(jià)值生態(tài)。李克強(qiáng)總理2014年10月訪德期間，中德共同發(fā)表《中德合作行動(dòng)綱要》，宣布兩國將開展以智能制造為主導(dǎo)的“工業(yè)4.0”合作，該領(lǐng)域合作有望成為中德未來產(chǎn)業(yè)合作的新方向，被產(chǎn)業(yè)界高度關(guān)注。

那么，工業(yè)4.0的路線圖是什么，應(yīng)從哪里開始入手，仍是很大的問題。我認(rèn)為，工業(yè)4.0應(yīng)從構(gòu)建全生命周期數(shù)據(jù)圖譜開始。

全生命周期數(shù)據(jù)圖譜

數(shù)據(jù)圖譜可以理解為知識(shí)圖譜的擴(kuò)展，將企業(yè)的數(shù)據(jù)有機(jī)地整合起來。它在技術(shù)上涉及數(shù)學(xué)、圖形學(xué)、信息可視化。所涉及的內(nèi)容除了數(shù)據(jù)本身，還包括術(shù)語定義、模板定義、模型定義、數(shù)據(jù)關(guān)系定義、變換關(guān)系定義、編碼系統(tǒng)以及總體的體系架構(gòu)等。

所謂全生命周期，是指針對前述的主體，進(jìn)行按時(shí)間流的分析。典型的生產(chǎn)模式為接單、設(shè)計(jì)、工藝、采購、生產(chǎn)、裝配、物流、交付、服務(wù)等。而對于產(chǎn)品，可分成四個(gè)階段：小樣、試樣、模樣、正樣，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)BOM往往也會(huì)定義為設(shè)計(jì)BOM、工藝BOM、生產(chǎn)BOM、裝箱BOM等。

全生命周期的主體可分成四個(gè)領(lǐng)域，即人、財(cái)、物和數(shù)據(jù)。通常的資源管理只包括人、財(cái)、物，對于工業(yè)企業(yè)，則包括企業(yè)組織、人員、資金、信用、產(chǎn)品、生產(chǎn)裝備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、供應(yīng)物料等等。進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代，數(shù)據(jù)資源，即大數(shù)據(jù)資源，也變成了核心資源，甚至?xí)蔀槠髽I(yè)的核心資產(chǎn)。在工業(yè)企業(yè)中，生產(chǎn)信息流是重中之重。

圖譜可以說是企業(yè)的樣板，是依據(jù)，是標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)可以根據(jù)數(shù)據(jù)圖譜確立業(yè)務(wù)的工作方式、工作流程(見圖2);圖譜也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)自動(dòng)化，必須有標(biāo)準(zhǔn)化，而圖譜就是標(biāo)準(zhǔn)化的表現(xiàn)形式。而智能可以理解為圖譜的更高層應(yīng)用模式。由于智能的比例在工業(yè)企業(yè)中還很低，大幅度提升有待時(shí)日，所以二者并不矛盾。

工業(yè)生產(chǎn)的組織、執(zhí)行，核心是實(shí)現(xiàn)四流合一。物流(其中物流要?jiǎng)澐殖蓛蓚€(gè)部分，第一是生產(chǎn)中的變化，第二是傳統(tǒng)意義上的運(yùn)輸、存儲(chǔ))。實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，要達(dá)到高度自動(dòng)化、高度信息化和高度網(wǎng)絡(luò)化。其中高度自動(dòng)化是根據(jù)系統(tǒng)的執(zhí)行，高度網(wǎng)絡(luò)化是數(shù)據(jù)的傳遞，高度信息化則是講數(shù)據(jù)本身。所以，工業(yè)企業(yè)要想提升到工業(yè)4.0的水平，需要一系列的投入，而這種投入是有先后順序的。相對而言，工業(yè)裝備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)投入都很大，而在投入這些系統(tǒng)之前需要對企業(yè)進(jìn)行整體數(shù)據(jù)建模。分析市場并結(jié)合企業(yè)的自身情況確立發(fā)展方向，然后才能開展下一步的工作。

工業(yè)企業(yè)的數(shù)據(jù)圖譜常見問題

在工業(yè)企業(yè)中，生產(chǎn)的過程其實(shí)也是信息的變換過程，分析整體生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程就會(huì)發(fā)現(xiàn)，信息處理的過程往往占到非常大的比例。先舉一個(gè)正面的例子，上海一家企業(yè)，在人員規(guī)模基本不變、設(shè)備資源基本不變的情況下，招聘了兩名程序開發(fā)人員，通過程序?qū)⑵髽I(yè)的定單從紙面?zhèn)髡姘l(fā)展到電子材料，然后再到標(biāo)準(zhǔn)電子材料，總體實(shí)現(xiàn)定單向設(shè)備加工指令的自動(dòng)化變換，可以達(dá)到85%的比例轉(zhuǎn)換。而其余部分通過人機(jī)交互、半自動(dòng)模式，也大幅度提升了效率。結(jié)果企業(yè)的定單交付周期，從原來的一個(gè)月縮短到7天，加急定單縮短到3天，一年以后企業(yè)的產(chǎn)值從2億多元提升到7億多元。

對企業(yè)的全生命周期圖譜進(jìn)行分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)企業(yè)普遍存在數(shù)據(jù)缺少記錄、數(shù)據(jù)不正確、數(shù)據(jù)不完整、數(shù)據(jù)時(shí)效不夠等系統(tǒng)問題，而這些問題往往導(dǎo)致企業(yè)的巨大損失。

有一家企業(yè)，在一名獨(dú)立負(fù)責(zé)一條生產(chǎn)線的工程師離職后，他的工作計(jì)算機(jī)硬盤不見了，企業(yè)找人未果，又缺乏證據(jù)，導(dǎo)致一條生產(chǎn)線整整停工八個(gè)月。另一個(gè)企業(yè)集團(tuán)，接到客戶投訴，被指沒有按照客戶要求應(yīng)用零件。集團(tuán)檢查后發(fā)現(xiàn)，客戶在技術(shù)要求中明確指定了某零件的規(guī)格、供應(yīng)商，但集團(tuán)技術(shù)人員在向工廠傳遞生產(chǎn)要求時(shí)沒有把這部分信息傳遞過去，于是工廠就選用了國產(chǎn)的產(chǎn)品，最終導(dǎo)致企業(yè)賠付50萬美元。還有一家企業(yè)，在日本談業(yè)務(wù)，打電話問國內(nèi)庫存情況如何，獲知有庫存，于是簽訂合同。然而回國后才發(fā)現(xiàn)庫存已經(jīng)不夠，陷入進(jìn)退維谷的境地。

這些案例說明，絕大部分企業(yè)缺少整體的、面向全生命周期的數(shù)據(jù)圖譜，我們要想?yún)⑴c新工業(yè)革命，就必須從夯實(shí)這些基礎(chǔ)開始。

構(gòu)建數(shù)據(jù)圖譜的主要內(nèi)容

針對企業(yè)的各種數(shù)據(jù)、各種對象，從其生命周期考慮，主要包括這樣一些內(nèi)容(見圖4)：

術(shù)語定義：如對“物”的某個(gè)狀態(tài)進(jìn)行明確定義，確立其內(nèi)涵、外延，甚至其處理方式。

模板、模型：確立規(guī)范，從而可以進(jìn)行快速處理。例如在CAD中，使用啞圖技術(shù)，使用參數(shù)化繪圖技術(shù)。

變換關(guān)系：例如一張銷售單過賬，同時(shí)生成一張財(cái)務(wù)憑證，這是兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

數(shù)據(jù)關(guān)系：對于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫而言，各種耦合需要確立企業(yè)的數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)表。

編碼系統(tǒng)：為了提高數(shù)據(jù)規(guī)范性，提高數(shù)據(jù)利用效率，開發(fā)應(yīng)用編碼系統(tǒng)，編碼系統(tǒng)不僅包含有基于軟件的系統(tǒng)，更重要的是面向企業(yè)的各種數(shù)據(jù)的生命周期必須完整、正確、具有時(shí)效。

體系框架：工業(yè)企業(yè)，一般迄今都未建立起面向宏觀的全生命周期數(shù)據(jù)圖譜。我們需要從頂層開始，利用大數(shù)據(jù)的方式，結(jié)合軟件應(yīng)用，構(gòu)建整體的體系框架。

軟件應(yīng)用

在企業(yè)中，應(yīng)用軟件可以大幅度提升數(shù)據(jù)處理的能力，減少錯(cuò)誤，提高質(zhì)量。這里，上海思普可以作為一個(gè)例子。

在裝配設(shè)計(jì)中，裝配工藝卡經(jīng)常出現(xiàn)零件沒有裝完的情況，而上海思普的工藝設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)就構(gòu)建了裝配樹，實(shí)現(xiàn)左右拖拉的方式，如果有零件沒有裝配設(shè)計(jì)，可以直觀看到。

某企業(yè)設(shè)計(jì)PDM/PLM系統(tǒng)時(shí)，增加了標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)字典型字段，這樣用戶在輸入時(shí)，采取選擇性輸入的方式，這樣數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤、不易理解的情況大幅度降低。

另一企業(yè)在構(gòu)造生產(chǎn)BOM時(shí)，由于設(shè)計(jì)采取的是選配策略，而根據(jù)規(guī)則，軟件系統(tǒng)采用推薦、自動(dòng)化匹配的方式，如果設(shè)計(jì)師認(rèn)為不合適，則再進(jìn)行修改，總體提高配置速度60%以上。

另外一企業(yè)在進(jìn)行開發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)時(shí)，針對產(chǎn)品類型，剛開始認(rèn)為7種足矣。然而運(yùn)行兩年后發(fā)現(xiàn)原來的思路不正確，后期的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)就改為所有新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都可以作為模板使用。

數(shù)據(jù)圖譜應(yīng)用

數(shù)據(jù)圖譜的構(gòu)建也有生命周期。例如，數(shù)據(jù)的輸入工作量很大，過程非常繁瑣，然而這往往僅僅是一種未經(jīng)深思熟慮的直覺感受。以上海某一企業(yè)為例，其設(shè)計(jì)圖紙多達(dá)10萬張，設(shè)計(jì)師根本沒有時(shí)間把它們輸入系統(tǒng)，但如果只采用掃描輸入的方式，而不是轉(zhuǎn)成CAD圖形，輸入時(shí)間就可以大幅度縮短。而在應(yīng)用的時(shí)候，根據(jù)需要將舊圖紙轉(zhuǎn)換成CAD圖形，則是一種可行的方案。這家企業(yè)購置了3臺(tái)工程掃描儀，安排四名中專生，利用8個(gè)月時(shí)間，就將企業(yè)的圖紙全部實(shí)現(xiàn)了電子化。

下一個(gè)需要注意的問題是數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變換。很多企業(yè)存在著系統(tǒng)性問題，例如，某企業(yè)從來不給設(shè)計(jì)變更安排工時(shí)，而企業(yè)的變更是非常頻繁的。因此，生產(chǎn)部門采取的策略就是加大產(chǎn)品的起初工時(shí)定額。可以預(yù)見到，生產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確性將很低，甚至出現(xiàn)企業(yè)一個(gè)工人一個(gè)月工時(shí)做到3000多小時(shí)的情況。

構(gòu)建全生命周期數(shù)據(jù)圖譜，重中之重是數(shù)據(jù)本身的生命周期。傳統(tǒng)上，存儲(chǔ)是昂貴的，而現(xiàn)在盡管存儲(chǔ)價(jià)格下降了，數(shù)據(jù)的完整性往往也不足。另外需要注意的還有一個(gè)鮮為人察覺的變換，那就是時(shí)間變化。隨著時(shí)間流，我們需要對數(shù)據(jù)圖譜進(jìn)行改進(jìn)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對知識(shí)庫進(jìn)行優(yōu)化，引進(jìn)更為先進(jìn)的智能系統(tǒng)。

運(yùn)營保證

保證運(yùn)行全生命周期的數(shù)據(jù)圖譜有很大難度，企業(yè)需要從企業(yè)文化、規(guī)則制度、運(yùn)行工具、員工培訓(xùn)等多個(gè)方面進(jìn)行強(qiáng)化。

某企業(yè)實(shí)施廠長查詢系統(tǒng)，廠長表示一般不實(shí)施，因?yàn)橄胍臄?shù)據(jù)查詢不到。后來廠辦結(jié)合計(jì)算機(jī)中心，確立了專人檢查，建立了如果數(shù)據(jù)沒有按時(shí)填寫就重罰的制度。經(jīng)過幾個(gè)月的磨合，終于讓系統(tǒng)可以查詢到工廠的整體概貌數(shù)據(jù)。

某企業(yè)設(shè)計(jì)部門制作了三維模型，但是生產(chǎn)部門收到的還是二維圖紙。生產(chǎn)部門根據(jù)二維圖紙?jiān)龠M(jìn)行建模，可以想象其周期與質(zhì)量將會(huì)如何，而這樣運(yùn)行的原因卻是與國家政策不符。

前面一些例子也提到了軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。我們執(zhí)行的原則是，凡是我們希望員工做的，在設(shè)計(jì)上就讓它非常簡便，而不希望員工做的，就讓它復(fù)雜。

需要特別說明的是，構(gòu)建全生命周期數(shù)據(jù)圖譜，數(shù)據(jù)有大小、價(jià)值、展現(xiàn)形式上的差異，我們需要結(jié)合具體業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，從而保證節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的有效性，進(jìn)而提升整體生產(chǎn)流程的精益性。

未來展望

企業(yè)全生命周期數(shù)據(jù)圖譜的發(fā)展方向，首先是大數(shù)據(jù)化，從數(shù)據(jù)的總量、到單元業(yè)務(wù)處理需要的數(shù)據(jù)量、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，將發(fā)生質(zhì)的變化;其次是移動(dòng)化，企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)不在現(xiàn)場，可以利用移動(dòng)終端，查詢、控制、優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場;第三是數(shù)據(jù)圖譜的社會(huì)化。工業(yè)4.0的橫向集成，可以理解為各種主體的數(shù)據(jù)需要處理，另外提供工業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)的、淘寶樣式的平臺(tái)企業(yè)將會(huì)出現(xiàn)。社會(huì)最終將發(fā)展成有譜系的、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的、高效、互聯(lián)的各種復(fù)雜管理的大數(shù)據(jù)社會(huì)。

鳳谷工業(yè)爐集設(shè)計(jì)研發(fā),生產(chǎn)銷售,培訓(xùn)指導(dǎo),售后服務(wù)一體化,專利節(jié)能技術(shù)應(yīng)用,每年為企業(yè)節(jié)省40%-70%的能源成本,主要產(chǎn)品加熱爐,工業(yè)爐,節(jié)能爐,蓄熱式爐,垃圾氣化處理設(shè)備，歡迎致電咨詢:0510-88818999