卢秉恒：制造大数据和智能监控系统

制造大数据和智能监控系统

2017全球信息技术主管大会讲演实录

作者介绍

卢秉恒，中国机械制造与自动化领域著名科学家，中国工程院院士，西安交通大学教授、博士生导师，任快速制造国家工程研究中心主任、国务院机械学科评议组召集人、中国机械工程学会副理事长、中国机械制造工艺协会副理事长、全国高校金属切削机床学会理事长。

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。

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。