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)盟主要創(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，目標是以信息物理融合系統(tǒng)為技術核心，實現(xiàn)端到端集成、橫向集成、縱向集成的新工業(yè)價值生態(tài)。李克強總理2014年10月訪德期間，中德共同發(fā)表《中德合作行動綱要》，宣布兩國將開展以智能制造為主導的“工業(yè)4.0”合作，該領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)界高度關注。

那么，工業(yè)4.0的路線圖是什么，應從哪里開始入手，仍是很大的問題。我認為，工業(yè)4.0應從構(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圖譜的擴展，將企業(yè)的數(shù)據(jù)有機地整合起來。它在技術上涉及數(shù)學、圖形學、信息可視化。所涉及的內(nèi)容除了數(shù)據(jù)本身，還包括術語定義、模板定義、模型定義、數(shù)據(jù)關系定義、變換關系定義、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，進行按時間流的分析。典型的生產(chǎn)模式為接單、設計、工藝、采購、生產(chǎn)、裝配、物流、交付、服務等。而對于產(chǎn)品，可分成四個階段：小樣、試樣、模樣、正樣，產(chǎn)品的設計BOM往往也會定義為設計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領域，即人、財、物和數(shù)據(jù)。通常的資源管理只包括人、財、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)絡系統(tǒng)、供應物料等等。進入工業(yè)4.0時代，數(shù)據(jù)資源，即大數(shù)據(jù)資源，也變成了核心資源，甚至會成為企業(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)，是標準，企業(yè)可以根據(jù)數(shù)據(jù)圖譜確立業(yè)務的工作方式、工作流程(見圖2);圖譜也是企業(yè)實現(xiàn)自動化的基礎，因為要實現(xiàn)自動化，必須有標準化，而圖譜就是標準化的表現(xiàn)形式。而智能可以理解為圖譜的更高層應用模式。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，核心是實現(xiàn)四流合一。物流(其中物流要劃分成兩個部分，第一是生產(chǎn)中的變化，第二是傳統(tǒng)意義上的運輸、存儲)。實現(xiàn)工業(yè)4.0，要達到高度自動化、高度信息化和高度網(wǎng)絡化。其中高度自動化是根據(jù)系統(tǒng)的執(zhí)行，高度網(wǎng)絡化是數(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)的過程其實也是信息的變換過程，分析整體生產(chǎn)業(yè)務流程就會發(fā)現(xiàn)，信息處理的過程往往占到非常大的比例。先舉一個正面的例子，上海一家企業(yè)，在人員規(guī)?；静蛔?、設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，然后再到標準電子材料，總體實現(xiàn)定單向設備加工指令的自動化變換，可以達到85%的比例轉(zhuǎn)換。而其余部分通過人機交互、半自動模式，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行分析，就會發(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)時效不夠等系統(tǒng)問題，而這些問題往往導致企業(yè)的巨大損失。

有一家企業(yè)，在一名獨立負責一條生產(chǎn)線的工程師離職后，他的工作計算機硬盤不見了，企業(yè)找人未果，又缺乏證據(jù)，導致一條生產(chǎn)線整整停工八個月。另一個企業(yè)集團，接到客戶投訴，被指沒有按照客戶要求應用零件。集團檢查后發(fā)現(xiàn)，客戶在技術要求中明確指定了某零件的規(guī)格、供應商，但集團技術人員在向工廠傳遞生產(chǎn)要求時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，最終導致企業(yè)賠付50萬美元。還有一家企業(yè)，在日本談業(yè)務，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，就必須從夯實這些基礎開始。

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)：

術語定義：如對“物”的某個狀態(tài)進行明確定義，確立其內(nèi)涵、外延，甚至其處理方式。

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

變換關系：例如一張銷售單過賬，同時生成一張財務憑證，這是兩者之間的關聯(lián)關系。

數(shù)據(jù)關系：對于關系型數(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)合軟件應用，構(gòu)建整體的體系框架。

軟件應用

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

在裝配設計中，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計管理系統(tǒng)就構(gòu)建了裝配樹，實現(xiàn)左右拖拉的方式，如果有零件沒有裝配設計，可以直觀看到。

某企業(yè)設計PDM/PLM系統(tǒng)時，增加了標準化數(shù)據(jù)字典型字段，這樣用戶在輸入時，采取選擇性輸入的方式，這樣數(shù)據(jù)輸入錯誤、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，由于設計采取的是選配策略，而根據(jù)規(guī)則，軟件系統(tǒng)采用推薦、自動化匹配的方式，如果設計師認為不合適，則再進行修改，總體提高配置速度60%以上。

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

數(shù)據(jù)圖譜應用

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，其設計圖紙多達10萬張，設計師根本沒有時間把它們輸入系統(tǒng)，但如果只采用掃描輸入的方式，而不是轉(zhuǎn)成CAD圖形，輸入時間就可以大幅度縮短。而在應用的時候，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臺工程掃描儀，安排四名中專生，利用8個月時間，就將企業(yè)的圖紙全部實現(xiàn)了電子化。

下一個需要注意的問題是數(shù)據(jù)的動態(tài)變換。很多企業(yè)存在著系統(tǒng)性問題，例如，某企業(yè)從來不給設計變更安排工時，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)品的起初工時定額。可以預見到，生產(chǎn)計劃的準確性將很低，甚至出現(xiàn)企業(yè)一個工人一個月工時做到3000多小時的情況。

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，存儲是昂貴的，而現(xiàn)在盡管存儲價格下降了，數(shù)據(jù)的完整性往往也不足。另外需要注意的還有一個鮮為人察覺的變換，那就是時間變化。隨著時間流，我們需要對數(shù)據(jù)圖譜進行改進，對數(shù)據(jù)進行處理，對知識庫進行優(yōu)化，引進更為先進的智能系統(tǒng)。

運營保證

保證運行全生命周期的數(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、運行工具、員工培訓等多個方面進行強化。

某企業(yè)實施廠長查詢系統(tǒng)，廠長表示一般不實施，因為想要的數(shù)據(jù)查詢不到。后來廠辦結(jié)合計算機中心，確立了專人檢查，建立了如果數(shù)據(jù)沒有按時填寫就重罰的制度。經(jīng)過幾個月的磨合，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)設計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)二維圖紙再進行建模，可以想象其周期與質(zhì)量將會如何，而這樣運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)處理中的應用。我們執(zhí)行的原則是，凡是我們希望員工做的，在設計上就讓它非常簡便，而不希望員工做的，就讓它復雜。

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、價值、展現(xiàn)形式上的差異，我們需要結(jié)合具體業(yè)務進行優(yōu)化，從而保證節(jié)點運行的有效性，進而提升整體生產(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;其次是移動化，企業(yè)的領導不在現(xiàn)場，可以利用移動終端，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)服務的、淘寶樣式的平臺企業(yè)將會出現(xiàn)。社會最終將發(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)的各種復雜管理的大數(shù)據(jù)社會。

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