中國工程院院士李伯虎：智慧制造云中大數(shù)據(jù)的研究、實踐與思考

第一個方面，首先講一下智慧制造云，它實際上是一種智能制造系統(tǒng)。緊接著把智慧制造云中間大數(shù)據(jù)的來源價值，它對大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的需求以及我們所研制的大數(shù)據(jù)的技術(shù)構(gòu)成做一個簡要的介紹。同時也談幾個應用例子，最后提幾點建議。

首先智慧制造云，它的背景，這個時代的背景，大家知道新技術(shù)新時代產(chǎn)業(yè)變革，大家認為互聯(lián)網(wǎng)+，人工智能+的時代已經(jīng)到來了，我們對它的解讀，創(chuàng)新、綠色、開放共享、個性，這個時代的網(wǎng)絡(luò)，是天上，地下，有線、無線、固定、移動，泛在互聯(lián)網(wǎng)。

那么這個時代的技術(shù)，是很多技術(shù)深度融合的綜合性技術(shù)，包括互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，新一代的信息技術(shù)，新的人工智能技術(shù)，新的能源技術(shù)，新的材料技術(shù)，新的生物技術(shù)，以及國民應急、國家安全、國計民生等領(lǐng)域的新技術(shù)。

這個時代的生態(tài)系統(tǒng)24字，發(fā)展互聯(lián)，數(shù)據(jù)驅(qū)動，共享服務(wù)，跨界融合，這樣一個時代對國民經(jīng)濟，國際民生，國家安全領(lǐng)域的模式，手段生態(tài)和系統(tǒng)都要求發(fā)生重大的變化。

制造業(yè)作為國民經(jīng)濟也不例外，各個國家制定發(fā)展計劃，美國，德國，英國，法國，歐洲，日本以及中國。這些國家的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，制造業(yè)，核心就是積極發(fā)展智能制造的技術(shù)產(chǎn)業(yè)和應用，來實現(xiàn)面向智能制造的模式、手段和生態(tài)。

我們這個團隊80年代就開始做制造業(yè)信息化工作，2009年我們在國際上，首先提出了云制造的理念，而且開始了網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化為主要特征的，云制造1.0的研究實踐。以后隨著時代的發(fā)展，我們在2012年提出云制造2.0，智慧云制造。

按照智慧云制造理念所構(gòu)造的系統(tǒng)，我們叫智慧制造云，實際上這個里面，目前我們國內(nèi)在這方面的關(guān)鍵技術(shù)，制成平臺和應用已經(jīng)取得階段成果，應用也出現(xiàn)成效，這個產(chǎn)業(yè)開始起步，特別提到的2018年8月份開始，在歐盟啟動的項目，支持國外開始關(guān)注開展智能制造云制造。2013-2016美國召開的大會，都有專門的云制造。這是提出發(fā)展。

究竟什么叫智慧制造云，實際上是根據(jù)云制造的含義提出來的。新型網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，生產(chǎn)實驗都在里面，第二就是信息通訊技術(shù)，第三，智能科技技術(shù)，包括腦科學，認知科學等人工智能，以及制造技術(shù)，航天。這個把深度的網(wǎng)絡(luò)化作為一個手段，構(gòu)成一個用戶為中心的，統(tǒng)一經(jīng)營的智慧制造的硬軟資源和能力的服務(wù)云，也就是研究行業(yè)信息的互聯(lián)服務(wù)。

用戶通過終端和智慧云制造的服務(wù)平臺，能夠隨時隨地按照他的需要獲取他所需要的資源和能力。干什么呢？對制造的全系統(tǒng)，全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)境能夠自主的感知互聯(lián)，學習，風險，認知，決策，控制和執(zhí)行，使得從全生命周期里，再先進的系統(tǒng)，必須有三個要素五個流。組織、精英管理、技術(shù)設(shè)備三要素。五個流，興線、物流、資金流、知識流、服務(wù)流。

使得三要素五個流全程優(yōu)化，就能夠形成一種放在網(wǎng)絡(luò)用戶為中心的人基于環(huán)境信息融合、互聯(lián)服務(wù)協(xié)同個性、柔性、社會化的一個智慧制造新的模式。剛才我講得24個是一個新的一態(tài)。最后達到什么目的，就是要高效、優(yōu)質(zhì)、綠色、柔性的制造產(chǎn)品和服務(wù)用戶，提高市場競爭力。這就是智慧云制造的內(nèi)涵，這里面我們對它的模式、手段、業(yè)態(tài)、特征、實施內(nèi)容都有比較明確的規(guī)定。

按照這樣一個含義所構(gòu)建的制造系統(tǒng)，就叫智慧制造云，或者叫智慧云制造系統(tǒng)，這是它的概念模型。包括智慧制造的軟硬資源和制造能力、產(chǎn)品，包括構(gòu)建云池，包括制造全生命周期的活動這三個大塊。

一個核心就是智慧云制造的平臺，里面有三類人員：

第一類：服務(wù)提供者。

第二類：服務(wù)使用者。

第三類：云的運營者。

根據(jù)這樣的概念模型，我們進一步提出實施的體系結(jié)構(gòu)，可以這樣簡單的描述。底層是制造資源的能力，上面是感知介入通訊層，然后服務(wù)平臺層，這里面包括虛擬化、服務(wù)化云池，包括一些共性支撐的中間件和面向制造的中間件，上面是三類用戶的人機界面。再上面是應用層，可以實現(xiàn)個性化、服務(wù)化、社會化、柔性化和智能化的制造產(chǎn)品和服務(wù)用戶，再上面就是人機。

所以實際上這樣一個系統(tǒng)明顯就是一種互聯(lián)網(wǎng)云+制造資源和能力的人、機、物、環(huán)境、信息智慧互聯(lián)的制造系統(tǒng)這樣一個系統(tǒng)架構(gòu)，可以用到垂直方向行業(yè)界、工廠企業(yè)界到車間，一直到設(shè)備和產(chǎn)品。橫向可以在這個里面實現(xiàn)云論證、云設(shè)計、云生產(chǎn)、云仿真、云識別、云管理、云銷售、云維修全生命周期的活動。

這樣的系統(tǒng)跟以前的制造系統(tǒng)有什么差別？主要體現(xiàn)數(shù)字化、物聯(lián)化、虛擬化、服務(wù)化、協(xié)同化、定制化、柔性化、智能化，統(tǒng)稱就是智慧化。

在這個基礎(chǔ)上，我們進一步提出他的技術(shù)體系，這里包括系統(tǒng)的總體技術(shù)，產(chǎn)品的專業(yè)技術(shù)，系統(tǒng)的支撐平臺技術(shù)，云設(shè)計、云生產(chǎn)、云基金管理、云仿真、云服務(wù)技術(shù)。軟件非常重要，在系統(tǒng)里的系統(tǒng)軟件、平臺軟件和應用軟件。同時我剛才說四大類技術(shù)，細分新興大制造，比如有先進的原器件，工藝、質(zhì)量、材料以及3D打印等等這些新的技術(shù)，信息通訊技術(shù)有12種，比如大數(shù)據(jù)，它就是為全生命周期活動提供精準、高效、智能化的一種技術(shù)。

還有智能科學技術(shù)，還有制造應用領(lǐng)域，這里面細分各種技術(shù)，都在我們智慧云制造系統(tǒng)，或者制造云里起到一定的作用，時間關(guān)系不多說了。

從上面我簡單的描述可以看出來，智慧制造云就是種互聯(lián)網(wǎng)+人工智能+的一種智能制造系統(tǒng)，為什么？因為它提出了一種新的制造模式、手段和新的生態(tài)。同時，它就是云計算在制造領(lǐng)域的拓展和落地，包括在共享資源，不僅僅是計算資源，包括制造的資源和能力。服務(wù)的模式剛才我講了，不僅僅計算模式，有四種、五種制造模式。

支撐技術(shù)不僅僅是云計算，有四大類技術(shù)。那么這個智慧制造云有中國的特色，中國特色是以兩個為主線，基于我們過去的制造業(yè)信息化的工作，突出了問題導向，要加快中國推進5個轉(zhuǎn)型升級，從大國變強國，突出了模式、手段和生態(tài)為核心，突出了2.0、3.0、4.0同步發(fā)展，以及突出了政產(chǎn)學研金融的團隊力量。

它的效益概括起來，就是能夠提供這樣一個新的模式、手段和業(yè)態(tài)以后，來改善企業(yè)界、產(chǎn)業(yè)界等的PTQCSEK，P是產(chǎn)品，T是時間，Q是質(zhì)量，C是成本，S是服務(wù)，E綠色制造，K是知識來提高企業(yè)的競爭能力。

那么上面是整個宏觀的理解，實際上航天云網(wǎng)實際上就是這樣一個出行，這是目前航天云網(wǎng)的體系架構(gòu)。很重要的，這里面有一個工業(yè)大數(shù)據(jù)的支撐平臺，我們做了三朵云，私有云內(nèi)部的，公有云，一朵一帶一路的國際云。

在這個云里面，我們有在線的硬軟資源、在線能力，有金融服務(wù)、政務(wù)服務(wù)、物流服務(wù)、一站式服務(wù)�？梢栽谠粕稀⒃葡�，在全產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)個性化定制、協(xié)同研發(fā)、協(xié)同采購、協(xié)同生產(chǎn)、協(xié)同營銷、協(xié)同售后服務(wù)。

目前私有云已經(jīng)有100多家經(jīng)過改造以后，航天公有云已經(jīng)有60多萬，今年準備到100萬，國際運營商已經(jīng)1000多家。初步效益信息互通、資源共享、能力協(xié)同、開放合作、萬眾創(chuàng)新、互利共盈。

這是先給大家介紹一下智慧制造云，要談到大數(shù)據(jù)的應用，必須跟應用場景緊密結(jié)合，這就是我們的應用場景。那么在智慧制造云里，大數(shù)據(jù)有一些什么？

第一個，全生命活動里各種各樣的數(shù)據(jù)。

第二個，管理經(jīng)營內(nèi)外的數(shù)據(jù)，以及技術(shù)產(chǎn)品設(shè)備的數(shù)據(jù)。從大數(shù)據(jù)的分類，按照它的形式結(jié)構(gòu)有半結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化，按照它產(chǎn)生的頻度，有靜態(tài)、動態(tài)和實時。

眾所周知大數(shù)據(jù)是大量、高速、多樣價值，除此之外對我們智慧制造系統(tǒng)，里面有多元符合模態(tài)，數(shù)據(jù)型的異構(gòu)、類型異構(gòu)，符合參數(shù)結(jié)合，高度實時性和不確定性。

智慧制造云大數(shù)據(jù)的價值，通過采集管理分析服務(wù)，能夠精準高效智能促進云制造的智慧化，實現(xiàn)產(chǎn)品+服務(wù)為主導隨時隨地按需個性化、社會化的制造，提高企業(yè)的競爭能力。

這樣一個大數(shù)據(jù)，對我們智慧制造云，對大數(shù)據(jù)有什么需求。除了感知以外有六大技術(shù)的需求。首先大數(shù)據(jù)的集成很清洗，也就是把不同來源的數(shù)據(jù)，接入我們以后，要得到一個干凈一致的數(shù)據(jù)發(fā)給后續(xù)的處理。這個技術(shù)特色，要有海量的實時數(shù)據(jù)。

第二要實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)類型的集成，在存儲和管理方面，一定要能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)的分布式的存儲，以及需要對各類存儲數(shù)據(jù)快速進行訪問。

第三風險挖掘很重要，要有各種各樣的模型、算法，也就是說對我們這樣一個智慧制造系統(tǒng)來說，里面應該有應用目標導向的各類的模型和算法，以及要建立各種各樣的風險模型。

在可視化方面，我們要能夠綜合處理顯示多維的數(shù)據(jù)和交互式的一些需求。在標準和質(zhì)量上，要有多種類型的標準以及交互和交易。

對安全這里面隱私保護要求很高，難度大、關(guān)聯(lián)性強，數(shù)據(jù)產(chǎn)生和應用過程要內(nèi)容追溯和保護大數(shù)據(jù)交易中間的商業(yè)安全，有很多騙子到你云里，不僅是信息系統(tǒng)安全，而且還有商業(yè)安全，這就是我們的需求。

根據(jù)上面的需求，我們現(xiàn)在研發(fā)了這樣一個平臺框架，基于很多開源的軟件。那么這里面這就是它的體系結(jié)構(gòu)，在感知的基礎(chǔ)上，對大數(shù)據(jù)要有集成清洗，對大數(shù)據(jù)介入和存儲要進行管理，大數(shù)據(jù)要把他云化，大數(shù)據(jù)要進行風險，大數(shù)據(jù)要進行可視化。這就是一層一層，同時有各種各樣的標準安全和運營的管理，可以建筑在我們私有云和公有云上。

那么我下面分別把大數(shù)據(jù)平臺里，我們采用的一些技術(shù)，簡單跟大家交流一下。

首先大數(shù)據(jù)的集成和清洗，我們也是基于通用大數(shù)據(jù)的感知技術(shù)，它的集成和清洗技術(shù)實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的集成和清洗，也就是大數(shù)據(jù)的治理。這里面我們處理是業(yè)務(wù)系統(tǒng)的梳理，就是各種各樣的軟件硬件里，系統(tǒng)數(shù)據(jù)要進行梳理。

第二這些數(shù)據(jù)都是原來像Oracle這些一些關(guān)系數(shù)據(jù)庫里的，所以我們要轉(zhuǎn)化成我們這個大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，要把它轉(zhuǎn)化。

第三要做得工作，設(shè)備數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，把設(shè)備里各種各樣的數(shù)據(jù)，通過工業(yè)總線技術(shù)等等之類，把它寫如到我們大數(shù)據(jù)系統(tǒng)里，這是我們做得第一個工作。第二要介進來，要進行存儲管理，這就是我們整個體系結(jié)構(gòu)。

這里面首先有兩類數(shù)據(jù)要接入：

第一個：批量數(shù)據(jù)要接入，大量的批量，這樣接入的過程，可以進行清洗和整合。

第二個：實時數(shù)據(jù)，這里面我們采用kasika和fouloumi兩個不同的。一個是屬于多種的消費者，一個是屬于多種的生產(chǎn)者。這兩類數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)要進行混合的我們結(jié)合的處理。

數(shù)據(jù)的存儲這是兩個介入，一個實時一個批量。存儲我們目前一種要海量結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的并行存儲和訪問，我們采用MPB的數(shù)據(jù)庫。分布一個數(shù)據(jù)在云端的存儲和訪問，我們就用handou。所以用MPB數(shù)據(jù)庫和handou數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的辦法。

第三個技術(shù)，云化。我們才用兩種云化辦法：

第一種：大數(shù)據(jù)的直接云化，就是dasi deta 提供服務(wù)。

第二種：大數(shù)據(jù)遷入到一個模型和軟件里去，通過軟件的服務(wù)來提供服務(wù)。

所以兩種云化方式，這里面涉及到一些高性能的技術(shù)，云存儲技術(shù)和工業(yè)數(shù)據(jù)處理的技術(shù)。

第四個問題是一個風險，這個大數(shù)據(jù)的風險，我們要分析歷史的數(shù)據(jù)，實時的數(shù)據(jù)，這里面我們要對描述性數(shù)據(jù)進行風險，對規(guī)定性的數(shù)據(jù)進行風險，對預測性的數(shù)據(jù)進行風險。

采用各種各樣盡量多的模型和算法擱在里面，以便于你對不同應用可以采取所需要的方法。這里面包括分布計算的引擎，包括工業(yè)的智能算法和通用的智能算法，包括機器學習的各類算法，以及包括交互性風險的算法，這是四類數(shù)據(jù)風險的算法。

也就是根據(jù)大數(shù)據(jù)可視化去實現(xiàn)智慧制造云里多維大數(shù)據(jù)各種各樣的風險展示，比如設(shè)備健康情況怎么樣，設(shè)備多維的智能預警出毛病了。制造活動整個趨勢怎么進行預測？這就是剛才我簡單跟大家講一下，我們大數(shù)據(jù)的評測架構(gòu)，以及他技術(shù)的構(gòu)成。

下面到底應用怎么樣？舉幾個例子，當然我們也做得很粗略。首先在基于大數(shù)據(jù)的研發(fā)，舉兩個例子，比如我們航天電纜，上次高總在中央電視臺接受采訪，說電纜也很重要，像神經(jīng)系統(tǒng)血管一樣。這個電纜我們根據(jù)經(jīng)驗大數(shù)據(jù)和綜合類型性能的數(shù)據(jù)，要建立一個應用軟件，來實現(xiàn)電纜數(shù)據(jù)設(shè)計的一體化，通過這樣一個大數(shù)據(jù)綜合的風險，我們可以節(jié)省時間，延遲時間60%，電纜重量減少15-30%。

民用醫(yī)藥研發(fā)，因為我們在這個系統(tǒng)里，與各種各樣官方的電子病例，有醫(yī)療等等信息系統(tǒng)提取的海量臨床的數(shù)據(jù)。所以根據(jù)這些數(shù)據(jù)，利用我們前面的技術(shù)，可以挖掘藥物效用和治療方法，從而為醫(yī)藥研發(fā)提供定量的數(shù)據(jù)參考。

第二類生產(chǎn)，航天制造零排產(chǎn)，就是經(jīng)過我們自己研發(fā)的叫云maisi，執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)在云里，可以對多個企業(yè)生產(chǎn)加工中心數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)控。基于我們提出的云排產(chǎn)算法，實現(xiàn)北京、河南異地跨企業(yè)生產(chǎn)資源協(xié)同排產(chǎn)和優(yōu)化調(diào)度。

再有客輪公司，他有一個醫(yī)療器械的智能制造生產(chǎn)線，我們給他建立基于云制造和大數(shù)據(jù)技術(shù)的云maisi，實現(xiàn)醫(yī)療生產(chǎn)執(zhí)行過程產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集和加工流程實時動態(tài)的優(yōu)化。

還有異地智能生產(chǎn)來實現(xiàn)剛才那個大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)線在蘇州太遠兩地異地數(shù)據(jù)的互聯(lián)互動和云生產(chǎn)的排產(chǎn)。

第三類基于大數(shù)據(jù)的維修和監(jiān)測，比如C919，我這個片子講的時候還沒飛呢，現(xiàn)在已經(jīng)飛上去了，這我們國家了不起的事情。這里面我們先做了一個實現(xiàn)3萬多項飛行數(shù)據(jù)中，實際的飛行安全4600個關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)控，健康狀態(tài)要評估，以及維修品質(zhì)風險這些功能，來建立我們國產(chǎn)大型科技的實時監(jiān)測和風險大數(shù)據(jù)中心。

直升飛機、健康管理，通過我們建立了一個細分的故障預測和健康的管理系統(tǒng)，當然是基于大數(shù)據(jù)的。對傳感器獲取設(shè)備的狀態(tài)信息，借助多種智能算法，可以進行監(jiān)測風險、診斷設(shè)備直升機的狀態(tài)。

中國的平臺正在進行之中，比如格力，這就是格力大數(shù)據(jù)的平臺，有技術(shù)平臺、資源整合集成、存儲管理、組織管理、服務(wù)體系、業(yè)務(wù)應用，基于標準化和安全。

他們商機一部、商機二部計算中心，對大數(shù)據(jù)有不同的需求，沒關(guān)系。我們把各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)首先要進行統(tǒng)一的治理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合。然后正在開發(fā)的應用系統(tǒng)，可以提供故障診斷都是基于大數(shù)據(jù)的，故障的預測、產(chǎn)品統(tǒng)計、配件預測、智能搜索、實時查詢和營銷服務(wù)。

哈電集團，過去他是單一的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，現(xiàn)在由于大數(shù)據(jù)技術(shù)引用，可以有多種高層次的數(shù)據(jù)集成抽象。基于大數(shù)據(jù)各種各樣的算法，然后實現(xiàn)具有擴展性的工業(yè)大數(shù)據(jù)的風險。這也是資產(chǎn)管理監(jiān)控，基于知識庫和故障的健康管理和綜合性的數(shù)據(jù)。

最后我們通過初步的實踐，感覺到大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為智慧制造云或者智能制造系統(tǒng)建設(shè)和運營的戰(zhàn)略資源。它的作用使智慧制造云實現(xiàn)智慧化的基礎(chǔ)，它的研究和實踐發(fā)展，需要技術(shù)應用產(chǎn)業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展，以及各個層次的基礎(chǔ)創(chuàng)新體系和人才培養(yǎng)體系持續(xù)的建設(shè)。具體在技術(shù)方面，宏觀上講要有六個重視，重視大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)理論算法決策問題的持續(xù)研究，重視大數(shù)據(jù)技術(shù)和信息通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)和制造領(lǐng)域等多種技術(shù)深度融合的技術(shù)研究。

三重視對面向用戶的大數(shù)據(jù)云服務(wù)技術(shù)，就是大數(shù)據(jù)的云化。四重視基于大數(shù)據(jù)制造業(yè)全生命周期的模式、流程、手段和業(yè)態(tài)的技術(shù)研究。五要重視共享經(jīng)濟上商業(yè)模式的技術(shù)研究，最后要重視安全技術(shù)和相關(guān)標準評估體系的研究，在技術(shù)方面要從六個方面進行重視。

在應用方面，當然要應用來牽引，這里面要突出四個：

第一個：突出制造特點、行業(yè)特點。

第二個：突出問題導向。

第三個：突出大數(shù)據(jù)驅(qū)動下，智慧制造云管理的模式、手段和業(yè)態(tài)的變革。

第四個：要制造三要素，人組織、基因管理、技術(shù)，五個流信息流、物流、資金流、知識流、服務(wù)流，要突出制造三要素五流的集成化、優(yōu)化和智慧化。

那么在產(chǎn)業(yè)方面，可以加強三個加強：

第一個：加強大數(shù)據(jù)技術(shù)的硬軟工具和平臺研發(fā)的產(chǎn)業(yè)。

第二個：大數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建和運行解決方案的產(chǎn)業(yè)。

第三個：加強工業(yè)云數(shù)據(jù)中心的運營服務(wù)產(chǎn)業(yè)。