1 引言

　　 伴隨著全球化加劇帶來的生產(chǎn)力扁平化競爭，老齡化帶來的工作人口下降和勞動(dòng)力成本上升，自然環(huán)境的不斷惡化和自然資源的不斷減少以及更加多元化的用戶需求，工業(yè)企業(yè)面臨巨大的產(chǎn)業(yè)升級(jí)壓力，如何向更高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、更快市場(chǎng)響應(yīng)速度、更具綠色環(huán)保的方向演進(jìn)，是擺在每個(gè)工業(yè)企業(yè)面前的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，自動(dòng)化和信息化技術(shù)近年來得到了長足的發(fā)展，特別是信息技術(shù)隨著消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展迅速進(jìn)步，在全面改造第三產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，也進(jìn)一步與自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生融合而進(jìn)入工業(yè)，為傳統(tǒng)制造業(yè)的升級(jí)創(chuàng)造了技術(shù)基礎(chǔ)。新工業(yè)革命以信息物理系統(tǒng)為載體，以創(chuàng)新商業(yè)模式為引領(lǐng)，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征，其核心是將以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)深度融合，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　 工業(yè)企業(yè)多年來（特別是在生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集之后）累積的大量工業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)已成為企業(yè)的重要資產(chǎn)，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供核心動(dòng)力，然而，其應(yīng)用也帶來了廣泛的挑戰(zhàn)。從業(yè)務(wù)方面來看，工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用還處于發(fā)展初期，具有廣泛示范作用的成功案例還不多。企業(yè)面對(duì)的一個(gè)挑戰(zhàn)是如何著手及推動(dòng)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的開發(fā)和實(shí)施，以保證所構(gòu)建的系統(tǒng)在投產(chǎn)后能產(chǎn)生預(yù)期的作用，能收回期待的投資回報(bào)。若沒有架構(gòu)作為基礎(chǔ)，將很難有效地應(yīng)對(duì)這些技術(shù)和業(yè)務(wù)上的挑戰(zhàn)。要解決不同行業(yè)之間系統(tǒng)的互操作性問題，不同產(chǎn)業(yè)之間就必須對(duì)系統(tǒng)的整體架構(gòu)達(dá)成共識(shí)。一個(gè)通用的參考架構(gòu)不僅能夠?yàn)榻鉀Q不同產(chǎn)業(yè)共有的挑戰(zhàn)提供共同的基礎(chǔ)，還能夠在跨產(chǎn)業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的共享，采用可重用的技術(shù)和系統(tǒng)構(gòu)建模塊。一個(gè)廣闊跨產(chǎn)業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)，將刺激更多的技術(shù)創(chuàng)新，降低技術(shù)成本，加快工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的實(shí)施。

　　 當(dāng)前，工業(yè)領(lǐng)域主流的架構(gòu)主要是從智能制造的視角進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括德國的工業(yè)4.0參考架構(gòu)、美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)、中國的智能制造系統(tǒng)架構(gòu)、日本的工業(yè)價(jià)值鏈參考框架等，其中，德國的工業(yè)4.0參考架構(gòu)結(jié)合自身在工業(yè)裝備和生產(chǎn)線自動(dòng)化方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，從信息技術(shù)、生命周期和價(jià)值流、企業(yè)縱向?qū)?個(gè)維度展示了工業(yè)4.0架構(gòu)和工業(yè)4.0組件模型，它更多關(guān)注的是智能工廠以及智能制造本身；美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)則從虛擬經(jīng)濟(jì)和科技領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)出發(fā)，提出了針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的具有跨行業(yè)適用性的參考架構(gòu)，更注重工業(yè)領(lǐng)域的服務(wù)；中國的智能制造系統(tǒng)架構(gòu)[1]依托制造大國的優(yōu)勢(shì)，從生命周期、系統(tǒng)層級(jí)和智能功能3個(gè)維度構(gòu)建；日本的工業(yè)價(jià)值鏈參考框架通過多個(gè)智能制造單元的組合形成通用功能塊，展現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和工程鏈。這類架構(gòu)提供了與智能制造相關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)建、開發(fā)、集成和運(yùn)行的一個(gè)框架，構(gòu)建了軟件的應(yīng)用程序和服務(wù)架構(gòu)，但這些工作并未關(guān)注如何利用累積的工業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造和企業(yè)轉(zhuǎn)型。因此，需要針對(duì)工業(yè)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，從基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的價(jià)值創(chuàng)新創(chuàng)造的視角開發(fā)一種工業(yè)大數(shù)據(jù)參考架構(gòu)。參考文獻(xiàn)[2]介紹了工業(yè)大數(shù)據(jù)的主體來源及主要特點(diǎn)，并分析了工業(yè)大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)問題，但并未給出這些問題的解決方案，也未將其與參考架構(gòu)相關(guān)聯(lián)。

　　 為解決上述問題，本文提出了一種工業(yè)大數(shù)據(jù)參考架構(gòu)，為跨產(chǎn)業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了一個(gè)具有通用性和一致性的架構(gòu)模板和方法論。該架構(gòu)包含3個(gè)維度：生命周期與價(jià)值流、企業(yè)縱向?qū)雍虸T價(jià)值鏈。其中，生命周期與價(jià)值流維度分為3個(gè)階段：研發(fā)與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與供應(yīng)鏈管理及運(yùn)維與服務(wù)，分別討論各階段的數(shù)據(jù)類型、應(yīng)用及價(jià)值創(chuàng)新；企業(yè)縱向?qū)訌南轮辽习畔⑽锢硐到y(tǒng)（cyber physics system， CPS）、企業(yè)管理信息系統(tǒng)（management information system，MIS）和互聯(lián)平臺(tái)系統(tǒng)（互聯(lián)網(wǎng)+），分別討論企業(yè)各層為實(shí)現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用及工業(yè)轉(zhuǎn)型所需進(jìn)行的工作；IT價(jià)值鏈討論指導(dǎo)工業(yè)大數(shù)據(jù)落地的業(yè)務(wù)架構(gòu)、信息系統(tǒng)架構(gòu)和信息技術(shù)架構(gòu)，且在信息技術(shù)架構(gòu)中，針對(duì)工業(yè)大數(shù)據(jù)及工業(yè)企業(yè)的特點(diǎn)對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用所需的技術(shù)組件進(jìn)行了討論。

　　 2 工業(yè)大數(shù)據(jù)的定義、主要特征及價(jià)值

　　 2.1 工業(yè)大數(shù)據(jù)定義

　　 工業(yè)大數(shù)據(jù)是指在工業(yè)領(lǐng)域中，圍繞典型智能制造模式，從客戶需求到銷售、訂單、計(jì)劃、研發(fā)、設(shè)計(jì)、工藝、制造、采購、供應(yīng)、庫存、發(fā)貨和交付、售后服務(wù)、運(yùn)維、報(bào)廢或回收再制造等整個(gè)產(chǎn)品全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)及相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用的總稱。其以產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心，極大延展了傳統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)的范圍，同時(shí)還包括工業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用。

　　 工業(yè)大數(shù)據(jù)的主要來源有如下3類。

　　 （1）生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

　　 生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要來自于傳統(tǒng)企業(yè)信息化范圍，存儲(chǔ)在企業(yè)信息系統(tǒng)內(nèi)部，包括傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)和制造類軟件、企業(yè)資源計(jì)劃（enterprise resource planning，ERP）、產(chǎn)品生命周期管理（product lifecycle management， PLM）、供應(yīng)鏈管理（supply chain management，SCM）、客戶關(guān)系管理（customer relationship management， CRM）和環(huán)境管理系統(tǒng)（environmental management system，EMS）等。這些企業(yè)信息系統(tǒng)已累積了大量的產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)性數(shù)據(jù)、經(jīng)營性數(shù)據(jù)、客戶信息數(shù)據(jù)、物流供應(yīng)數(shù)據(jù)及環(huán)境數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)是工業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)應(yīng)用環(huán)境下正在逐步擴(kuò)大范圍。

　?。?）設(shè)備物聯(lián)數(shù)據(jù)

　　設(shè)備物聯(lián)數(shù)據(jù)主要指工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和目標(biāo)產(chǎn)品在物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行模式下，實(shí)時(shí)產(chǎn)生收集的涵蓋操作和運(yùn)行情況、工況狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等體現(xiàn)設(shè)備和產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)是工業(yè)大數(shù)據(jù)新的、增長最快的來源。狹義的工業(yè)大數(shù)據(jù)即指該類數(shù)據(jù)，即工業(yè)設(shè)備和產(chǎn)品快速產(chǎn)生且存在時(shí)間序列差異的大量數(shù)據(jù)。

　?。?）外部數(shù)據(jù)

　　 外部數(shù)據(jù)指與工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和產(chǎn)品相關(guān)的企業(yè)外部互聯(lián)網(wǎng)來源數(shù)據(jù)，例如，評(píng)價(jià)企業(yè)環(huán)境績效的環(huán)境法規(guī)、預(yù)測(cè)產(chǎn)品市場(chǎng)的宏觀社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等。

　　 工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)是使工業(yè)大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的價(jià)值得以挖掘和展現(xiàn)的一系列技術(shù)與方法，包括數(shù)據(jù)規(guī)劃、采集、預(yù)處理、存儲(chǔ)、分析挖掘、可視化和智能控制等。工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用則是對(duì)特定的工業(yè)大數(shù)據(jù)集，集成應(yīng)用工業(yè)大數(shù)據(jù)系列技術(shù)與方法，獲得有價(jià)值信息的過程。工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究與突破，其本質(zhì)目標(biāo)就是從復(fù)雜的數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)新的模式與知識(shí)，挖掘得到有價(jià)值的新信息，從而促進(jìn)制造型企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新，提升經(jīng)營水平和生產(chǎn)運(yùn)作效率以及拓展新型商業(yè)模式。

　　 2.2 工業(yè)大數(shù)據(jù)特征

　　 工業(yè)大數(shù)據(jù)除具有一般大數(shù)據(jù)的特征（數(shù)據(jù)容量大、多樣、快速和價(jià)值密度低）外，還具有時(shí)序性、強(qiáng)關(guān)聯(lián)性、準(zhǔn)確性、閉環(huán)性等特征。

　　 ● 數(shù)據(jù)容量大（volume）：數(shù)據(jù)的大小決定所考慮的數(shù)據(jù)的價(jià)值和潛在的信息。工業(yè)數(shù)據(jù)體量比較大，大量機(jī)器設(shè)備的高頻數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)持續(xù)涌入，大型工業(yè)企業(yè)的數(shù)據(jù)集將達(dá)到PB級(jí)甚至EB級(jí)別。

　　 ● 多樣（variety）：指數(shù)據(jù)類型的多樣性和來源廣泛。工業(yè)數(shù)據(jù)分布廣泛，分布于機(jī)器設(shè)備、工業(yè)產(chǎn)品、管理系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的傳感數(shù)據(jù)，也有非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

　　 ● 快速（velocity）：指獲得和處理數(shù)據(jù)的速度。工業(yè)數(shù)據(jù)處理速度需求多樣，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)要求分析時(shí)限達(dá)到毫秒級(jí)，管理與決策應(yīng)用需要支持交互式或批量數(shù)據(jù)分析。

　　 ● 價(jià)值密度低（value）：工業(yè)大數(shù)據(jù)更強(qiáng)調(diào)用戶價(jià)值驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)本身的可用性，包括：提升創(chuàng)新能力和生產(chǎn)經(jīng)營效率及促進(jìn)個(gè)性化定制、服務(wù)化轉(zhuǎn)型等智能制造新模式變革。

　　 ● 時(shí)序性（sequence）：工業(yè)大數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的時(shí)序性，如訂單、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等。

　　 ● 強(qiáng)關(guān)聯(lián)性（strong-relevance）：一方面，產(chǎn)品生命周期同一階段的數(shù)據(jù)具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，如產(chǎn)品零部件組成、工況、設(shè)備狀態(tài)、維修情況、零部件補(bǔ)充采購等；另一方面，產(chǎn)品生命周期的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、服務(wù)等不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)之間需要進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

　　 ● 準(zhǔn)確性（accuracy）：主要指數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性和可靠性，更加關(guān)注數(shù)據(jù)質(zhì)量以及處理、分析技術(shù)和方法的可靠性。對(duì)數(shù)據(jù)分析的置信度要求較高，僅依靠統(tǒng)計(jì)相關(guān)性分析不足以支撐故障診斷、預(yù)測(cè)預(yù)警等工業(yè)應(yīng)用，需要將物理模型與數(shù)據(jù)模型結(jié)合，挖掘因果關(guān)系。

　　 ● 閉環(huán)性（closed-loop）：包括產(chǎn)品全生命周期橫向過程中數(shù)據(jù)鏈條的封閉和關(guān)聯(lián)以及智能制造縱向數(shù)據(jù)采集和處理過程中，需要支撐狀態(tài)感知、分析、反饋、控制等閉環(huán)場(chǎng)景下的動(dòng)態(tài)持續(xù)調(diào)整和優(yōu)化。

　　 由于以上特征，工業(yè)大數(shù)據(jù)作為大數(shù)據(jù)的一個(gè)應(yīng)用行業(yè)，在具有廣闊應(yīng)用前景的同時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)與數(shù)據(jù)分析技術(shù)也提出了很大的挑戰(zhàn)。

　　 2.3 工業(yè)大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略價(jià)值

　　 大數(shù)據(jù)是制造業(yè)提高核心能力、整合產(chǎn)業(yè)鏈和實(shí)現(xiàn)從要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型的有力手段。對(duì)一個(gè)制造型企業(yè)來說，大數(shù)據(jù)不僅可以用來提升企業(yè)的運(yùn)行效率，更重要的是通過大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)提供的能力來改變商業(yè)流程及商業(yè)模式。從企業(yè)戰(zhàn)略管理的視角，可看出大數(shù)據(jù)及相關(guān)技術(shù)與企業(yè)戰(zhàn)略之間的3種主要關(guān)系。

　　 ● 大數(shù)據(jù)與戰(zhàn)略核心能力：大數(shù)據(jù)可以用于提升企業(yè)的運(yùn)行效率。

　　 ● 大數(shù)據(jù)與價(jià)值鏈：大數(shù)據(jù)及相關(guān)技術(shù)可以幫助企業(yè)扁平化運(yùn)行，加快信息在產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中的流動(dòng)。

　　 ● 大數(shù)據(jù)與制造模式：大數(shù)據(jù)可用于幫助制造模式的改變，形成新的商業(yè)模式。其中比較典型的智能制造模式有自動(dòng)化生產(chǎn)、個(gè)性化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)調(diào)及服務(wù)化轉(zhuǎn)型等。

　　 3 工業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)

　　 本文提出的工業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)包含3個(gè)維度：生命周期與價(jià)值流、企業(yè)縱向?qū)雍虸T價(jià)值鏈，如圖1所示。在生命周期與價(jià)值流層，按照工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，又可分成產(chǎn)品生產(chǎn)階段開始前的產(chǎn)品研發(fā)與設(shè)計(jì)、產(chǎn)品交付前的生產(chǎn)與供應(yīng)鏈管理及產(chǎn)品交付后的運(yùn)維與服務(wù)管理3個(gè)領(lǐng)域。在企業(yè)縱向?qū)樱凑諗?shù)據(jù)采集方式與應(yīng)用層級(jí)又可分成信息物理系統(tǒng)層、企業(yè)管理信息系統(tǒng)層及平臺(tái)互聯(lián)系統(tǒng)層。在IT價(jià)值鏈層，又可分成業(yè)務(wù)架構(gòu)、信息系統(tǒng)架構(gòu)及IT技術(shù)架構(gòu)3個(gè)層次，其中信息系統(tǒng)架構(gòu)又可分為應(yīng)用架構(gòu)及信息架構(gòu)。

　　 3.1 生命周期與價(jià)值流維度

　　 工業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)中的生命周期與價(jià)值流維度涵蓋了整個(gè)產(chǎn)品生命周期的各階段，即研發(fā)與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、運(yùn)維與服務(wù)5個(gè)階段，其中，生產(chǎn)、物流和銷售可進(jìn)一步歸類于生產(chǎn)與供應(yīng)鏈領(lǐng)域，則生命周期與價(jià)值流維度包含了3個(gè)領(lǐng)域：研發(fā)與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與供應(yīng)鏈及運(yùn)維與服務(wù)3個(gè)領(lǐng)域，各領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景如圖2所示。下面分別討論這3個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)類型、應(yīng)用及價(jià)值創(chuàng)新。

　　 （1）研發(fā)與設(shè)計(jì)領(lǐng)域

　　 研發(fā)數(shù)據(jù)通過研發(fā)人員在研發(fā)設(shè)計(jì)過程中不斷積累而成，其來源于產(chǎn)品生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)，包括：用戶需求大數(shù)據(jù)、研發(fā)知識(shí)大數(shù)據(jù)、產(chǎn)品重用大數(shù)據(jù)、研發(fā)協(xié)同大數(shù)據(jù)等，具有跨產(chǎn)品和跨行業(yè)、種類繁多的特性。在此領(lǐng)域，可通過充分利用工業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的典型應(yīng)用及創(chuàng)新如下。

　　 ● 實(shí)現(xiàn)客戶參與的個(gè)性化產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)。企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)能夠收集用戶的個(gè)性化產(chǎn)品需求、產(chǎn)品的客戶交互和交易數(shù)據(jù)。挖掘和分析這些客戶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，能幫助客戶參與產(chǎn)品的需求分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)定制化設(shè)計(jì)，再依托柔性化的生產(chǎn)流程，就能為用戶生產(chǎn)出量身定做的產(chǎn)品。

　　 ● 實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的模擬仿真設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)在測(cè)試、驗(yàn)證環(huán)節(jié)需要生產(chǎn)出實(shí)物來評(píng)測(cè)其性能等指標(biāo)，成本隨測(cè)試次數(shù)的增加而不斷提升。利用虛擬仿真技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原有研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)過程的模擬、分析、評(píng)估、驗(yàn)證和優(yōu)化，從而減少工程更改量，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低成本和能耗。

　　 ● 實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化定制設(shè)計(jì)自動(dòng)化。傳統(tǒng)企業(yè)產(chǎn)品種類、式樣不多，可采用手工設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型、生產(chǎn)樣品，再進(jìn)行量產(chǎn)的生產(chǎn)模式，但面對(duì)個(gè)性化、小批量生產(chǎn)的要求，傳統(tǒng)模式將導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)周期過長、成本過高。通過積累大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)，分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)及其他輔助設(shè)計(jì)工具可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制設(shè)計(jì)及模型生成的自動(dòng)化。

　　 ● 促進(jìn)研發(fā)資源集成共享和創(chuàng)新協(xié)同設(shè)計(jì)。企業(yè)通過建設(shè)和完善研發(fā)設(shè)計(jì)知識(shí)庫，促進(jìn)數(shù)字化圖紙、標(biāo)準(zhǔn)零部件庫等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)部以及供應(yīng)鏈上下游企業(yè)間的資源共享和創(chuàng)新協(xié)同，提升企業(yè)跨區(qū)域研發(fā)資源統(tǒng)籌管理和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同設(shè)計(jì)能力。提升企業(yè)管理利用全球研發(fā)資源能力，優(yōu)化重組研發(fā)流程，提高研發(fā)效率。

　　 ● 培育研發(fā)新模式?；谠O(shè)計(jì)資源的社會(huì)化共享和參與，企業(yè)能夠立足自身研發(fā)需求開展眾創(chuàng)、眾包等研發(fā)新模式，提升企業(yè)利用社會(huì)化創(chuàng)新和資金資源能力。

　　 （2）生產(chǎn)與供應(yīng)鏈領(lǐng)域

　　 生產(chǎn)大數(shù)據(jù)不僅包括產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中采集的產(chǎn)品生產(chǎn)信息、訂單信息、設(shè)備信息、控制信息、物料信息、人員工作排程，還包括企業(yè)內(nèi)部管理信息流、資金流、產(chǎn)品生產(chǎn)上下游的供應(yīng)商及客戶管理等相關(guān)輔助生產(chǎn)管理的信息，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集依托于企業(yè)已有資源管理、制造執(zhí)行、工控管理、供應(yīng)鏈管理、供應(yīng)商管理、客戶管理、商務(wù)管理等信息系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)具有時(shí)序性和強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。在此領(lǐng)域，可通過充分利用工業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的典型應(yīng)用及創(chuàng)新如下。

　　 ● 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理及生產(chǎn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)，提升生產(chǎn)過程及設(shè)備管理水平，優(yōu)化生產(chǎn)流程，并提升產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)代化工業(yè)制造生產(chǎn)線安裝有數(shù)以千計(jì)的小型傳感器，探測(cè)生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)，如溫度、壓力、熱能、振動(dòng)和噪聲等，利用這些數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備故障診斷與預(yù)測(cè)、能耗分析、質(zhì)量事故分析等。此外，還可將生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)整合集聚，對(duì)生產(chǎn)過程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產(chǎn)流程。

　　 ● 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制規(guī)模生產(chǎn)，推動(dòng)現(xiàn)代化生產(chǎn)體系的建立。通過產(chǎn)品全生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的自動(dòng)化及對(duì)制造生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化控制和智能化控制，將促進(jìn)信息共享、系統(tǒng)整合和業(yè)務(wù)協(xié)同，提高精準(zhǔn)制造、高端制造、敏捷制造的能力，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制規(guī)模生產(chǎn)，加速智能車間、智能工廠等現(xiàn)代化生產(chǎn)體系建立，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。

　　 ● 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造及制造業(yè)共享經(jīng)濟(jì)。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”，進(jìn)行生產(chǎn)資源在企業(yè)內(nèi)或企業(yè)間的整合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的縱向協(xié)同制造或企業(yè)間的橫向協(xié)同制造。通過互聯(lián)網(wǎng)+共享經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行創(chuàng)新資源、生產(chǎn)能力、庫存等生產(chǎn)資源的共享，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)共享經(jīng)濟(jì)。

　　 ● 優(yōu)化工業(yè)供應(yīng)鏈。射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）等電子標(biāo)識(shí)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能幫助工業(yè)企業(yè)獲得完整的產(chǎn)品供應(yīng)鏈的大數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將帶來倉儲(chǔ)、配送、銷售效率的大幅提升和成本的大幅下降。跟蹤產(chǎn)品庫存和銷售價(jià)格，而且準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)全球不同區(qū)域的需求，從而運(yùn)用數(shù)據(jù)分析得到更好的決策，優(yōu)化供應(yīng)鏈。

　　 ● 實(shí)現(xiàn)需求預(yù)測(cè)，以便更好地安排進(jìn)貨、生產(chǎn)，當(dāng)需求下降時(shí)，可追溯問題原因，并解決問題。

　　 ● 實(shí)現(xiàn)客戶畫像與精準(zhǔn)營銷以及客戶行為分析，可擴(kuò)展客源，提升營銷成功率及原有客戶的滿意度及忠誠度。

　　 （3）運(yùn)維與服務(wù)領(lǐng)域

　　 運(yùn)維與服務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)來源有很多，主要包括：在客戶允許的情況下，通過嵌在產(chǎn)品中的傳感器采集的產(chǎn)品實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)；通過商務(wù)平臺(tái)獲得的產(chǎn)品銷售數(shù)據(jù)、客戶數(shù)據(jù)及相應(yīng)的產(chǎn)品評(píng)價(jià)或使用反饋；客戶投訴及相應(yīng)處理記錄；產(chǎn)品退貨/返修記錄及相應(yīng)的維修記錄。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘及預(yù)測(cè)，可幫助工業(yè)企業(yè)不斷創(chuàng)新產(chǎn)品和服務(wù)，發(fā)展新的商業(yè)模式。在此領(lǐng)域，可通過充分利用工業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的典型應(yīng)用及創(chuàng)新如下。

　　 ● 通過監(jiān)控、分析遠(yuǎn)程采集的產(chǎn)品實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理、故障診斷及預(yù)測(cè)性維護(hù)等在線增值服務(wù)，可降低維護(hù)成本，提高產(chǎn)品利用率。

　　 ● 通過分析設(shè)備的客戶使用數(shù)據(jù)及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，還可為用戶提供延伸服務(wù)，擴(kuò)展產(chǎn)品價(jià)值空間，實(shí)現(xiàn)以產(chǎn)品為核心的經(jīng)營模式向“制造+服務(wù)”的模式轉(zhuǎn)變。如美國迪爾公司通過其在農(nóng)機(jī)上安裝的全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）和測(cè)試土壤成分的傳感器采集的數(shù)據(jù)，可監(jiān)測(cè)分析土地中各類肥料的成分，得到土壤狀態(tài)分析報(bào)告及種植不同農(nóng)作物的適用程度，從而建議農(nóng)戶應(yīng)該種植什么作物、需要施加的肥料類型和數(shù)量，幫助農(nóng)戶實(shí)現(xiàn)土壤狀況、水、濕度等環(huán)境狀況及肥料的最佳匹配，提高收成。

　　 ● 通過分析客戶產(chǎn)品評(píng)價(jià)或使用反饋、客戶投訴，將有用的意見融入產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品改進(jìn)中，對(duì)客戶投訴進(jìn)行分類處理，可提高產(chǎn)品質(zhì)量及售后服務(wù)質(zhì)量，降低投訴率，提高客戶滿意度及忠誠度。

　　 ● 通過分析產(chǎn)品退貨或返修原因，及時(shí)采取有效措施，可提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低退貨率及返修率。

　　 3.2 企業(yè)縱向?qū)蛹?jí)

　　 工業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)的企業(yè)縱向?qū)訌奈锢碛虻慕嵌茸韵露瞎卜譃?層，分別為設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。在設(shè)備層、控制層、車間層可利用物聯(lián)網(wǎng)，基于信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能工廠；在企業(yè)層，企業(yè)集成內(nèi)部各種信息化應(yīng)用，進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)流程整合和改造，提升企業(yè)運(yùn)行效率；協(xié)同層使用工業(yè)云等平臺(tái)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)外部協(xié)同制造及制造業(yè)服務(wù)化等創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式。企業(yè)縱向維度可以分成信息物理系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)、互聯(lián)平臺(tái)系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)，如圖3所示。

　　 （1）信息物理系統(tǒng)

　　 無論是德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，還是《中國制造2025》的兩化深度融合戰(zhàn)略，其共同點(diǎn)、核心均是信息物理系統(tǒng)。信息物理系統(tǒng)通過傳感器和各類信息系統(tǒng)采集和匯聚機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)泛在感知，并運(yùn)用數(shù)據(jù)集成處理技術(shù)，對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集交換、生產(chǎn)制造反饋控制，達(dá)到對(duì)設(shè)備、車間的控制交互，實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)外物理系統(tǒng)的互聯(lián)互通，也為工業(yè)建模/仿真與分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，進(jìn)而為車間/工廠運(yùn)營決策優(yōu)化提供支撐服務(wù)。

　　 在工業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)企業(yè)縱向?qū)又?，用于?duì)工業(yè)設(shè)備層進(jìn)行信息采集的信息物理系統(tǒng)以大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)與海量計(jì)算為依托，通過核心的智能感知、分析、挖掘、評(píng)估、預(yù)測(cè)、優(yōu)化、協(xié)同等技術(shù)手段，使計(jì)算、通信、控制實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合與深度合作，做到工業(yè)設(shè)備、環(huán)境、群體的網(wǎng)絡(luò)空間與實(shí)體空間的深度融合。信息物理系統(tǒng)本質(zhì)在于將物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治五大功能。

　　 （2）企業(yè)管理信息系統(tǒng)

　　 企業(yè)管理信息系統(tǒng)用于打通企業(yè)各流程模塊的信息互聯(lián)、控制和集成化管理企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)中的各種信息，通過信息數(shù)據(jù)的獲取，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析、挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外部數(shù)據(jù)信息的共享和有效利用，進(jìn)一步優(yōu)化和重構(gòu)業(yè)務(wù)流程，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競爭力，創(chuàng)新企業(yè)管理理念，優(yōu)化管理流程，重組管理團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新管理手段，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，帶動(dòng)企業(yè)的創(chuàng)新性發(fā)展。

　　 從動(dòng)態(tài)的角度來看，企業(yè)信息化就是企業(yè)應(yīng)用信息技術(shù)及產(chǎn)品的過程，企業(yè)信息化是信息技術(shù)由局部到全局、由戰(zhàn)術(shù)層次到戰(zhàn)略層次向企業(yè)全面滲透，運(yùn)用于流程管理、支持企業(yè)經(jīng)營管理的過程。企業(yè)信息化主要涉及生產(chǎn)過程控制、企業(yè)管理、產(chǎn)品生命周期管理、供應(yīng)鏈優(yōu)化管理等過程。

　　 生產(chǎn)過程控制信息化的重點(diǎn)是產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝流程、車間現(xiàn)場(chǎng)管理、質(zhì)量檢驗(yàn)等各設(shè)計(jì)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)。企業(yè)管理信息化是企業(yè)信息化建設(shè)中比重最大、難度最大、應(yīng)用最為廣泛的一個(gè)領(lǐng)域，涉及企業(yè)管理的各項(xiàng)業(yè)務(wù)及各個(gè)層面。企業(yè)管理的信息化建設(shè)就是在規(guī)范管理基礎(chǔ)工作、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，通過信息集成應(yīng)用系統(tǒng)有效地采集、加工、組織、整合信息資源，提高管理效率，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地提供管理信息和決策信息。

　　 企業(yè)供應(yīng)鏈管理的信息化使企業(yè)的生產(chǎn)和管理活動(dòng)發(fā)生了前伸和后延。企業(yè)從原材料、零部件的采購、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、加工制造、銷售，直到最終送到并服務(wù)于客戶，形成了一條由上游的供應(yīng)商、中間的生產(chǎn)者和第三方服務(wù)商、下游的銷售客戶組成的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，而企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)、管理流程受到這條供應(yīng)鏈的制約和影響。

　　 （3）互聯(lián)平臺(tái)系統(tǒng)

　　 當(dāng)前，中國及大多數(shù)國家的工業(yè)發(fā)展都面臨著極大的困境和挑戰(zhàn)，包括：產(chǎn)能嚴(yán)重過剩、個(gè)性化產(chǎn)品稀缺、產(chǎn)品越來越復(fù)雜、生產(chǎn)資料未能得到有效配置、大型設(shè)備市場(chǎng)日漸飽和等，亟待尋求工業(yè)回歸、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略方案。“互聯(lián)網(wǎng)+”極具活力的思維及創(chuàng)新的商業(yè)模式，為處于困境、亟待轉(zhuǎn)型升級(jí)的制造業(yè)提供了一種新的轉(zhuǎn)型方向，典型的有以下幾方面。

　　 ● 通過改革生產(chǎn)方式和商業(yè)模式以及提高生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)客戶個(gè)性化定制產(chǎn)品的小批量、大規(guī)模生產(chǎn)，解決工業(yè)產(chǎn)品大規(guī)模產(chǎn)能嚴(yán)重過剩與無法滿足客戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化需求的問題，以滿足對(duì)客戶尊重與肯定及自我實(shí)現(xiàn)的需求。

　　 ● 嘗試通過網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造解決核心技術(shù)薄弱、高端產(chǎn)品制造能力較低的問題，即借助互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)云平臺(tái)，發(fā)展企業(yè)間協(xié)同研發(fā)、眾包設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈協(xié)同等新模式，以有效降低資源獲取成本，大幅延伸資源利用范圍，打破封閉疆界，加速從“單打獨(dú)斗”向產(chǎn)業(yè)協(xié)同轉(zhuǎn)變，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)整體競爭力提升。

　　 ● 嘗試通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、制造業(yè)分享型經(jīng)濟(jì)改善產(chǎn)能過剩而資源未得到有效配置及自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)的問題。

　　 ● 以核心產(chǎn)品為軸心，通過收集、分析產(chǎn)品的客戶使用數(shù)據(jù)及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，為用戶提供延伸服務(wù)，擴(kuò)展產(chǎn)品價(jià)值空間，拓展新市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)以產(chǎn)品為核心的經(jīng)營模式向“制造+服務(wù)”的模式轉(zhuǎn)變。

　　 3.3 IT價(jià)值鏈

　　 大數(shù)據(jù)的價(jià)值通過數(shù)據(jù)的收集、預(yù)處理、分析、可視化和訪問等活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。在IT價(jià)值鏈維度上，大數(shù)據(jù)價(jià)值通過為大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供存放大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)、應(yīng)用工具及其他服務(wù)來實(shí)現(xiàn)，從而提高運(yùn)營效率和支撐業(yè)務(wù)創(chuàng)新。大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐的企業(yè)架構(gòu)，參考美國開放組織（The Open Group）的開放組織架構(gòu)框架（the open group architecture framework，TOGAF）劃分方法(www.opengroup.org)，可分成業(yè)務(wù)架構(gòu)、信息系統(tǒng)架構(gòu)成及IT技術(shù)架構(gòu)3個(gè)層次，如圖4所示。

　　 （1）業(yè)務(wù)架構(gòu)

　　 業(yè)務(wù)架構(gòu)定義了業(yè)務(wù)戰(zhàn)略、管理、組織和關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程，是企業(yè)全面的信息化戰(zhàn)略和信息系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)、應(yīng)用、技術(shù)架構(gòu)的決定因素。業(yè)務(wù)架構(gòu)是把企業(yè)的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)化為日常運(yùn)作的渠道，業(yè)務(wù)戰(zhàn)略決定業(yè)務(wù)架構(gòu)。

　　 工業(yè)大數(shù)據(jù)作為制造企業(yè)的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，可以幫助企業(yè)更全面、深人、及時(shí)地了解市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)、用戶潛在需求、競爭對(duì)手態(tài)勢(shì)，以推出更有競爭力的創(chuàng)新產(chǎn)品。工業(yè)大數(shù)據(jù)不僅可以用來提升企業(yè)的運(yùn)行效率，而且可以用來支持商業(yè)流程及商業(yè)模式創(chuàng)新。

　　 工業(yè)大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略將帶來制造企業(yè)創(chuàng)新和變革的新時(shí)代。通過互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)等帶來了低成本感知、高速移動(dòng)連接、分布式計(jì)算和高級(jí)分析，信息技術(shù)和全球工業(yè)系統(tǒng)正在深入融合，給全球工業(yè)帶來深刻的變革，創(chuàng)新企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營、營銷和管理方式。這些不同的創(chuàng)新應(yīng)用模式為不同行業(yè)的工業(yè)企業(yè)帶來了更快的速度、更高的效率和更高的洞察力。具體體現(xiàn)在智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、個(gè)性化定制、遠(yuǎn)程服務(wù)、平臺(tái)化應(yīng)用等諸多應(yīng)用場(chǎng)景中。

　　 業(yè)務(wù)架構(gòu)將高層次的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略和目標(biāo)轉(zhuǎn)換成可操作的業(yè)務(wù)模型。業(yè)務(wù)架構(gòu)是對(duì)企業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)戰(zhàn)略及對(duì)業(yè)務(wù)功能和流程的表達(dá)，通常是在業(yè)務(wù)模型的基礎(chǔ)上實(shí)施的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，從不同的視角闡述業(yè)務(wù)模塊及其之間的關(guān)系，即業(yè)務(wù)的主要流程。業(yè)務(wù)架構(gòu)是對(duì)業(yè)務(wù)的主要流程和共享流程的適當(dāng)劃分，對(duì)業(yè)務(wù)元素生命周期的闡述和分析。通過戰(zhàn)略規(guī)劃工業(yè)大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和構(gòu)建企業(yè)架構(gòu)，從而獲得工業(yè)大數(shù)據(jù)的價(jià)值。

　　 （2）信息系統(tǒng)架構(gòu)

　　 為充分發(fā)揮工業(yè)大數(shù)據(jù)價(jià)值，避免形成“信息孤島”，需要構(gòu)建統(tǒng)一的信息系統(tǒng)架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的用戶訪問和互操作。

　　 基于工業(yè)大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略的信息系統(tǒng)架構(gòu)是一個(gè)體系結(jié)構(gòu)，它反映制造企業(yè)的信息系統(tǒng)的各個(gè)組成部分之間的關(guān)系以及信息系統(tǒng)與相關(guān)業(yè)務(wù)、信息系統(tǒng)與相關(guān)技術(shù)之間的關(guān)系。信息系統(tǒng)架構(gòu)包括應(yīng)用架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)。

　　 其中，應(yīng)用架構(gòu)描述了支持企業(yè)運(yùn)作所需應(yīng)用系統(tǒng)的藍(lán)圖，包含應(yīng)用層次、功能、實(shí)現(xiàn)方式和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等，它主要研究應(yīng)用系統(tǒng)間的交互關(guān)系、應(yīng)用與核心業(yè)務(wù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是企業(yè)總體框架研究的重點(diǎn)，可以說是業(yè)務(wù)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)之間的橋梁。工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)既包含對(duì)應(yīng)于工業(yè)大數(shù)據(jù)架構(gòu)中的企業(yè)縱向?qū)痈鲗哟蔚膽?yīng)用系統(tǒng)，也包含基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)。

　　 而數(shù)據(jù)架構(gòu)則是對(duì)復(fù)雜組織體的主要數(shù)據(jù)類型及來源、邏輯數(shù)據(jù)資產(chǎn)、物理數(shù)據(jù)資產(chǎn)以及數(shù)據(jù)管理資源的結(jié)構(gòu)及交互的描述。在工業(yè)4.0時(shí)代，制造企業(yè)的數(shù)據(jù)將會(huì)呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢(shì)。制造企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)精益制造、業(yè)務(wù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，需要充分利用企業(yè)內(nèi)外信息管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)營數(shù)據(jù)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合集成為基礎(chǔ)，開發(fā)創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)優(yōu)化和創(chuàng)新。

　　 （3）信息技術(shù)架構(gòu)

　　 信息技術(shù)架構(gòu)是指導(dǎo)大數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)施的藍(lán)圖，它將信息系統(tǒng)架構(gòu)中定義的各種應(yīng)用組件映射為相應(yīng)的可以從市場(chǎng)或組織內(nèi)部獲得的技術(shù)組件，是制定架構(gòu)信息集合的最后一步。

　　 當(dāng)前，隨著工業(yè)4.0浪潮的興起，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能（artificial intelligence，AI）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（augmented reality/ virtual reality， AR/VR）等信息技術(shù)不斷向工業(yè)領(lǐng)域融合滲透，為工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施，可以通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，使物品及其狀態(tài)可見，從而實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理；云計(jì)算技術(shù)提供了一種可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)按需可動(dòng)態(tài)伸縮的廉價(jià)計(jì)算服務(wù)；大數(shù)據(jù)技術(shù)及AI技術(shù)則使得在可接受的時(shí)間內(nèi)從海量數(shù)據(jù)中分析、挖掘出潛在價(jià)值以及實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)、群體智慧模式等成為可能；通過AR/VR技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠環(huán)境、工業(yè)設(shè)備等的模擬及增強(qiáng)體驗(yàn)。

　　 制造業(yè)企業(yè)每天甚至每時(shí)每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，種類繁多，覆蓋了工業(yè)產(chǎn)品的全生命周期，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、價(jià)值鏈數(shù)據(jù)以及相關(guān)的外部數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)或來自傳感器，或來自智能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，或來自企業(yè)的設(shè)計(jì)模型、信息系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理、存儲(chǔ)、分析挖掘、針對(duì)特定業(yè)務(wù)進(jìn)行應(yīng)用及最后展示結(jié)果，相應(yīng)地，工業(yè)大數(shù)據(jù)信息技術(shù)架構(gòu)也分為6層：數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)采集層、存儲(chǔ)層、計(jì)算層、應(yīng)用層及展示層。若企業(yè)獨(dú)自建設(shè)每一層，建設(shè)門檻會(huì)比較高。幸運(yùn)的是，在各國政府、世界各大知名信息企業(yè)、全球一線制造業(yè)廠商及研究機(jī)構(gòu)的努力下，國內(nèi)外已研發(fā)、建設(shè)完成一系列與工業(yè)云服務(wù)及（工業(yè)）大數(shù)據(jù)處理相關(guān)的開源技術(shù)組件，人工智能技術(shù)也進(jìn)一步取得了長足的發(fā)展，如深度學(xué)習(xí)的直覺感知能力、群體智能等，為工業(yè)領(lǐng)域的智能化轉(zhuǎn)型提供了可選方案，也降低了工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的建設(shè)實(shí)施門檻。企業(yè)若非必要，無需自行實(shí)現(xiàn)技術(shù)架構(gòu)的每一個(gè)組件，可根據(jù)需要選擇使用相應(yīng)的開源組件搭建工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，還可根據(jù)需要選用不同類型、不同級(jí)別的工業(yè)云服務(wù)，在此基礎(chǔ)上實(shí)施工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，以便更專注于企業(yè)擅長的業(yè)務(wù)領(lǐng)域及技術(shù)領(lǐng)域。

　　 4 典型工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用案例

　　 在中國服裝制造業(yè)普遍低迷的形勢(shì)下，紅領(lǐng)集團(tuán)（以下簡稱紅領(lǐng)）通過工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的服裝廠到支持服裝大規(guī)模個(gè)性化定制的大數(shù)據(jù)工廠的轉(zhuǎn)型升級(jí)[3,4]。集團(tuán)擁有一套大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的能大規(guī)模定制化生產(chǎn)的智能化生產(chǎn)線，任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)的變動(dòng)都能驅(qū)動(dòng)其余9 000多項(xiàng)數(shù)據(jù)的同步變動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線及時(shí)響應(yīng)變化，每天都能設(shè)計(jì)、生產(chǎn)2 000種完全不同的個(gè)性化定制產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模定制生產(chǎn)及企業(yè)效益的大幅提升。下面分析其實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化定制的架構(gòu)。

　　 4.1 生命周期與價(jià)值流維度的業(yè)務(wù)創(chuàng)新

　　 在傳統(tǒng)服裝業(yè)市場(chǎng)日漸疲軟之時(shí)，紅領(lǐng)發(fā)現(xiàn)了消費(fèi)者日益尋求崇尚自我、彰顯個(gè)性化商品所蘊(yùn)含的商機(jī)，立志為客戶提供合身、個(gè)性化的西服，以提升西服的附加價(jià)值，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新，提升企業(yè)效益。為此，紅領(lǐng)優(yōu)化了其產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段。

　　 在研發(fā)與設(shè)計(jì)階段，首先，采集客戶的個(gè)性化需求數(shù)據(jù)，并允許客戶參與西服的個(gè)性化設(shè)計(jì)。西服的需求數(shù)據(jù)包括以下兩方面。

　　 ● 量體數(shù)據(jù)，可通過3種方案進(jìn)行采集：通過紅領(lǐng)的三點(diǎn)一線量體法測(cè)量采集人體19個(gè)部位的24個(gè)數(shù)據(jù)，以掌握一個(gè)人的體型細(xì)節(jié)；根據(jù)客戶體驗(yàn)過的大品牌服裝尺碼在紅領(lǐng)數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)匹配；客戶自行選擇標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。

　　 ● 衣服的個(gè)性化數(shù)據(jù)，包括：面料、圖案、光澤等，客戶可全部自行設(shè)計(jì)、只設(shè)計(jì)其中幾項(xiàng)或采用紅領(lǐng)推薦的個(gè)性化設(shè)計(jì)。其次，紅領(lǐng)需借助新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)自動(dòng)化，即自動(dòng)化打版，以提高打版速度，縮短生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品價(jià)格，支持個(gè)性化定制業(yè)務(wù)創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)。

　　 在生產(chǎn)與供應(yīng)鏈階段，需要實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制規(guī)模生產(chǎn)——拆解成衣。紅領(lǐng)將一件西服的制造過程進(jìn)行工序分解，然后將定制化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成不同工序的生產(chǎn)指令數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，以在整個(gè)制作過程中流轉(zhuǎn)、標(biāo)識(shí)一套衣服。最后，將生產(chǎn)線與信息化進(jìn)行結(jié)合，對(duì)車間管理、生產(chǎn)線進(jìn)行了智能化改造與柔性改造，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化產(chǎn)品的工業(yè)流水線規(guī)模化生產(chǎn)，有效縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)量。

　　 在運(yùn)維與服務(wù)階段，紅領(lǐng)收集并分析客戶對(duì)西服的評(píng)價(jià)、穿著反饋及退換貨原因等，不斷改善量體數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則、個(gè)性化設(shè)計(jì)選項(xiàng)及推薦規(guī)則，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、客戶需求貼合度以及客戶滿意度與忠誠度。

　　 4.2 企業(yè)縱向?qū)拥膮f(xié)同

　　 為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制，紅領(lǐng)在企業(yè)各層開發(fā)或引進(jìn)了相應(yīng)的系統(tǒng)，并對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行智能化改造，使數(shù)據(jù)能在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)自動(dòng)流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享與無縫連接、企業(yè)縱向?qū)痈飨到y(tǒng)間的協(xié)同以及智能生產(chǎn)。

　　 首先，紅領(lǐng)在企業(yè)轉(zhuǎn)型中引入了互聯(lián)網(wǎng)思維，并建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，提供了用戶表達(dá)個(gè)性化需求并參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的平臺(tái)。在客戶個(gè)性化需求數(shù)據(jù)采集完成之后，生成訂單，傳送到數(shù)據(jù)平臺(tái)。

　　 其次，紅領(lǐng)開發(fā)引進(jìn)了相關(guān)的信息系統(tǒng)，對(duì)個(gè)性化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、配送、服務(wù)等進(jìn)行支持，包括：通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design，CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（computer aided process planning，CAPP）在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的支持下，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化合身西服的自動(dòng)打版，并將版型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的生產(chǎn)指令數(shù)據(jù)，按工序記錄在一張射頻電子標(biāo)簽中，作為該西服在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的身份證；通過ERP、SCM、CRM等系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)訂單、供應(yīng)鏈、客戶關(guān)系等的管理。

　　 最后，紅領(lǐng)對(duì)車間管理、生產(chǎn)線進(jìn)行了智能化改造與柔性改造，包括：通過制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system，MES）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（supervisory control and data acquisition，SCADA）系統(tǒng)等對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控與管理；通過引進(jìn)智能裝備/系統(tǒng)，如自動(dòng)裁床、自動(dòng)引導(dǎo)運(yùn)輸車（automated guided vehicle，AGV）、智能分揀配對(duì)系統(tǒng)、智能吊掛摘掛系統(tǒng)、智能分揀送料取料系統(tǒng)、智能對(duì)格剪裁系統(tǒng)等，完成生產(chǎn)線的半自動(dòng)化改造，并對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行科學(xué)拆解、重新編程、重新組合，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化西服的流水線批量生產(chǎn)。

　　 4.3 IT價(jià)值鏈的支撐

　　 紅領(lǐng)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化轉(zhuǎn)型，其核心競爭力便是一套大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的能大規(guī)模定制化生產(chǎn)的智能化生產(chǎn)線，通過提供存放大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)、應(yīng)用工具、規(guī)模定制化生產(chǎn)及其他服務(wù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營效率的提高和業(yè)務(wù)創(chuàng)新的支撐，包括如下方面。

　　 ● 通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了客戶個(gè)性化需求數(shù)據(jù)的采集，通過積累大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)，建立起了大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)、AI技術(shù)分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中量體數(shù)據(jù)一個(gè)部位的變化引起的大量的身體其他部位的關(guān)聯(lián)變化規(guī)律，如腰圍數(shù)據(jù)的變化會(huì)引起立襠等數(shù)據(jù)的變化，建立規(guī)則庫，設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，從而解決了自動(dòng)打版中大量的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)變化的難點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化設(shè)計(jì)的自動(dòng)化打版，并支持客戶個(gè)性化設(shè)計(jì)的自動(dòng)匹配推薦。隨著數(shù)據(jù)的累積，該系統(tǒng)已具有大量的服裝版型和設(shè)計(jì)元素，幾乎能滿足用戶所有的個(gè)性化定制需求。

　　 ● 通過云計(jì)算平臺(tái)、云端數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化、無縫銜接。在制作過程中，操作人員或自動(dòng)化設(shè)備通過射頻電子標(biāo)簽訪問云端數(shù)據(jù)庫，即可獲取該套西服的所有定制化信息，包含個(gè)性化需求數(shù)據(jù)及相應(yīng)的生產(chǎn)指令數(shù)據(jù)等。

　　 ● 通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI技術(shù)支持生產(chǎn)線的半自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化西服的流水線批量生產(chǎn)，并在生產(chǎn)過程中，使用大數(shù)據(jù)分析解決生產(chǎn)線平衡和瓶頸問題，使之達(dá)到產(chǎn)能最大化、排程最優(yōu)化及庫存和成本最小化。成衣通過物流通道快速配送至客戶手中，客戶有意見或建議可通過大數(shù)據(jù)客服平臺(tái)進(jìn)行反饋。

　　 5 結(jié)束語

　　 本文給出了一種工業(yè)大數(shù)據(jù)參考架構(gòu)及遵照該架構(gòu)的工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用所需的技術(shù)組件，該架構(gòu)針對(duì)工業(yè)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，從生命周期與價(jià)值流、企業(yè)縱向?qū)雍虸T價(jià)值鏈3個(gè)維度討論了企業(yè)實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的價(jià)值創(chuàng)新和企業(yè)轉(zhuǎn)型的典型應(yīng)用與業(yè)務(wù)價(jià)值創(chuàng)新、企業(yè)各層所需進(jìn)行的工作以及指導(dǎo)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用落地的業(yè)務(wù)架構(gòu)、信息系統(tǒng)架構(gòu)和信息技術(shù)架構(gòu)，為跨產(chǎn)業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了一個(gè)具有通用性和一致性的架構(gòu)模板、方法論和關(guān)鍵技術(shù)。在未來工作中，將使用該架構(gòu)為指導(dǎo)，進(jìn)行具體案例的研究與實(shí)施，如設(shè)備健康管理與預(yù)測(cè)性維護(hù)、銷售預(yù)測(cè)與需求管理等。該架構(gòu)可應(yīng)用于很多工業(yè)領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。