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中国工程院院士卢秉恒:制造大数据和智能监控系统
2018-04-03 15:52:29 来源:首席信息官联盟 作者:【
关键词:制造大数据 智能监控 卢秉恒
 
非常高兴受大会邀请在这给大家做个交流,我交流的内容是制造大数据和智能监控系统。首先这个报告我要申明一下,这个是我和西安交大的徐宗本院士共同承担教育部的课题。

  于2017年12月7日2017全球信息技术主管大会

  各位领导,各位嘉宾:

  非常高兴受大会邀请在这给大家做个交流,我交流的内容是制造大数据和智能监控系统。首先这个报告我要申明一下,这个是我和西安交大的徐宗本院士共同承担教育部的课题。

中国工程院院士  卢秉恒

  工业互联网是一个工业的基础设施,就像高速公路一样,在互联网上跑的什么?就是大数据。对大数据要进行进一步的加工,相当于把原材料加工成工业产品一样,就是加工成人工智能所需要的产品,为智能制造做服务,我这样理解互联网大数据和智能制造的关系。

  在国际上,大家对制造业都非常重视,美国近十几年一直是重视制造业的振兴,认为美国前一段是丢掉了制造业,因此美国的一些工业机会,获得利润的机会都被其他国家分享了。他们也认真检讨了这个问题,做出了一个振兴制造业的计划,实际上是以智能制造,CPS作为核心的。

  德国他们在工业装备,工业产品的质量方面是非常精准的,这是他们的特点,他们认为在新的信息时代,要占据国际竞争力的高端,所以发展了工业4.0,工业4.0也是以信息化为核心的。

  中国制造2025重新体现了把工业化、信息化,两化融合做的规划,开始起源于工信部做的战略报告,制造强国,后来把这个制造强国研究交给了国务院,国务院就委托工信部和工程院共同制定中国制造2025的规划,这个规划2015年发布以来,我们全国上下深受鼓舞,这的确描绘了一个中国从制造大国走向制造强国的宏伟的蓝图,这个蓝图中核心精髓还是信息化、工业化的融合。在这之中,大数据起什么作用?根据国际学者的研究,认为科技发展的历史从18、19世纪实验归纳,到19、20世纪的模型推演,到有了计算机以后的仿真模拟,现在走向数据密集型的科学发现的时代,这个图形就深刻的演示了大数据的作用。一个图形里面隐藏了一只大象,开始我们发现不了,通过各种数据分析的方法,提取本质,就显露出它是一个大数据。用这个大数据发现我们的科学定律,我们到了这个时代。所以Natural认为今后十年对企业产生重大影响力的是大数据,我们的制造业正在经历这种转变,我们传统的制造业也三基,基础材料,基础工艺和基础零部件,我们中国制造在这三基方面有待发展和提高,这是我们制造的薄弱环节。但是到了现代制造业,可能要从老的三基发展为新的三基。新的三基我认为就是传感器、大数据和软件,这个软件包括了智能分析,智能控制的这些软件,所以新三基赋予老三基新的内涵,这个对我们的研究机构,企业,对大学提出新的要求,我们大学生今后担负着中国制造从大国走向强国30年的最光辉的任务,但是他们如果在教育阶段没有受到新的很好的三基,他们很难担负起从传统制造业走向现代制造业转换的主力军的作用。

  围绕新的转变,国家也发表了一系列的文件来推动我们大数据的发展,在制造大数据起着什么样的作用,制造业发展到现在,高度融合是一个特征,所谓高度融合就需要大数据,需要全面的数据,以前简单来说,比拟一下我们做工作,如果这个领导片面不符合决策,如果他了解全面,就会得出一个科学准确的行动指南,对于制造业现在更是这样,因为要使我们的制造业能够振兴,我们大家传统的知识要有好的产品,而好的产品就来源于好的设计,好的设计来自方面非常好,从社会的需求,发现来出发,从科学的原理来去做一些新产品的设计。不仅如此,还受到制造成本的约束,制造工艺和制造条件的约束,因此还需要来自于制造方面的情况,而制造是由各种不同的材料来实现的,由各种不同的制造装备来实现的,等等。我们制造的产品,制造的装备又需要进入服务环节,而服务中,有各种各样的问题来影响我们对产品设计的改进。因此很多事情都是关联在一起的,所以这就组成了我们对大数据需求。

  要解决制造大数据的问题,就要解决制造业发展的瓶颈薄弱环节,所以发展任何一项科技,是根据目标,中国的制造业发展的瓶颈在哪里。例如,我们经常说中国制造,中国装备有心脏病,像我们的汽车发动机不行,我们飞机发动机不行,我们计算机的芯片不行。这些弱项我们怎么去解决?怎么去克服这些瓶颈环节?像我们的汽车发动机,弱在哪里?现在同样可以买到一些最好的设计软件,但是设计不出好的发动机,为什么?就是因为缺少数据,而美国的汽车制造业,他两三百年的发展,积累了大量的数据,同样的计算软件,要研发这个发动机的时候,要知道燃烧的燃烧场的情况,热力场的情况,他的边界条件,计算出来一些假设,所以这些都是依据实验数据,而美国的工厂,积累了两三百年的这些实验的数据,而我们没有这样的数据,所以同样的软件,我们设计不出我们自己好的发动机来,飞机发动机也是一样。因此我们要解决这个问题,我们就要有实验数据。

  作为04专项的技术总师,很多行业就说中国的机床到了现场以后,要很长的调试时间,可还是会发现很多工艺不合适,我们的机床企业没有按照用户所需要的工艺来设计,为什么?没有数据,而国外的机床企业,他拥有很多各用户领域的数据,例如他了解航空发动机对机床的需求,了解汽车发动机一些关键件,例如钢铁缸盖对数据的要求,因此他能设计出有针对性的机床,我们就缺少这些数据。前些年一些企业分头做了自己的数据,但是非常局限,因为这个能力、投入时间和智力资源都是不够,但如果能够把这些数据都联系在一起,就可以得到很好的关联,来去推动产品的设计,所以这就需要我们采取开放合作的态度。我到下面去讲大数据,调查了一些企业,有一些企业说,我们有大量的数据,我问他们入了没有,他说没有入,放在那里。为什么?不知道怎么用。另外我说你这些数据,能不能拿出来,我们大学里给你来做研究,或者研发机构做,他说这些都是企业的一些知识产权。

  在这个信息化的时代,在制造大数据的时代,应该开放思维,应该开放、协作、共享、互赢,因为数据放在你那里是一个孤立的数据,片面的数据,起不到多大的作用,但是大家的数据放在一起就是一个海量的数据,就会发现很多科学的规律,就会得到很多科学合理的设计,就会提高很多产品的档次,所以这就要大家先有贡献然后再共享,这就要有一个开放的数据。我们以后可能要形成一个新的业态,要有一些服务型的公司,专门作为制造大数据的平台,向中小企业提供服务。当然了,这需要各种商业模式的创新,你可以你进来多少数据,我会让你得到你有什么样的好处和利益,这样才能让你把社会的资源来集成,而且又充分保证了参与企业的知识产权问题。

  我们规划了制造大数据一些总体的目标。首先描述了国家重大战略需求,也突出一些引领性的基础技术和技术理论,和创新的技术,尤其是能够为企业所使用的使能技术,然后做重大领域的重点工程,然后做应用示范。从工业制造领域来说分离散制造,流程工业制造,中间又加了一个重大服役装备,像压缩机等这些装备,你说他是离散工业还是流程工业?它介于离散工业和流程工业之间的,像大型压缩机是化工、钢铁这些企业所需要的,这些企业本身是流程工业,但是这些装备本身,它是符合离散制造的一些产品。另外还有共性的问题,共性的关键技术和集成的示范。

  我们经常需要解决的设计问题,有功能设计,有方案设计,有详细设计,然后进入结构设计,在设计中怎么利用大数据?相信对于功能数据,从社会的大数据中提取出人们的需求,发现需求。好的产品不是满足现有的社会的需求,而有可能是引领社会的需求,实现跨越式的发展。怎么充分利用专利,利用以前人的一些经验。前苏联有一个发明家,他发明一个曲子理论,这个曲子理论就是要在前人那些专利的基础上,来分析我的设计任务,我的设计任务对我产品有哪些功能方面的要求,你分别从这些功能描述中收取以前的专利,然后把以前的专利进行结合,结合到一块可能是一个新的专利,以前没有大数据做这个工作是非常艰难的,我们有了大数据,有了大数据的分析工具,这个事情可以做的非常高效。

  涉及到制造问题,我们有很多材料,材料的大数据,不仅是材料的一些普通的物理性能,化学性能,还有加工特型,还有最新的加工工艺的描述,在制造领域的科技发展,为这方面提供了很多创新的东西,例如现在出现了3D打印。在一些重大装备的运行中,更是需要数据,要智能的检测,要智能的监护,包括以前的一些服务,现在很多制造业从制造走向服务,在很多企业最后的引领模式,不是通过卖产品而是通过卖服务,这样更需要大量的数据,所以谁拥有数据谁就拥有未来。两个汽车工业的典型例子,福特汽车公司到目前为止生产了1亿辆汽车,特斯拉总共没有卖几辆汽车,但是它拥有13亿公里的驾驶数据,这个数据可能是我们以后无人驾驶的基础,是汽车产品或者说新能源汽车发展的根据,因此汽车市场追捧的不是通用而是特斯拉,这就是大数据的威力。

  数据有很多属性,制造业的数据,还要服从制造的规律,需要专门从事制造的人进行研究,大数据不是单纯的靠大数据工程师,大数据是全体科技工作者的事,是全民应该参与的,首先只有制造业的人,他才了解在哪个地方每天发生着什么样的数据,发生多大量的数据,他根据制造数据的任务,根据工业的规律分析数据。我们要把以前制造企业,一个围墙里面的企业变成一个平台,变成一个全社会的平台,一个大数据的平台,那就远远胜过几十个制造企业,因为从这个就可以获取我们整个社会制造的资源数据,就可以在社会这个大范围内优化我们的制造资源,我们的制造任务80%拿出去制造,而我们企业只占据最核心的那一部分,这样你就可以以最低的成本,最优的价格,最快的时间响应,来完成我们最新的制造任务,从而赢得制造业的胜利,这就是大数据的威力。

      

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