大數(shù)據(jù)助力裝備制造業(yè)的智能化
——訪上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院教授、智能制造與信息工程研究所副所長(zhǎng)張潔

/本刊記者　賈常艷/

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專家面對(duì)面/INTERVIEW EXPERTS FACE TO FACE

大數(shù)據(jù)助力裝備制造業(yè)的智能化
——訪上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院教授、智能制造與信息工程研究所副所長(zhǎng)張潔

/本刊記者賈常艷/

張潔，現(xiàn)為上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。南京航空航天大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院獲博士學(xué)位，曾在華中科技大學(xué)和香港大學(xué)做博士后；在法國(guó)里昂二大、美國(guó)加州大學(xué)柏克萊分校、美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校做高級(jí)訪問學(xué)者。從1994年開始從事智能制造的學(xué)術(shù)研究，目前主要研究領(lǐng)域：智能生產(chǎn)調(diào)度，智能制造系統(tǒng)的控制，智能質(zhì)量分析、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析等，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金6項(xiàng)、863計(jì)劃5項(xiàng)等，目前正在負(fù)責(zé)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目《大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能車間運(yùn)行性能分析與決策方法研究》。同時(shí)，致力于制造業(yè)與IT技術(shù)融合系統(tǒng)研發(fā)，如：制造執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等，獲得國(guó)內(nèi)公開授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)，軟件著作版權(quán)登記18項(xiàng)，并在多家企業(yè)開展工程應(yīng)用。

2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布了《中國(guó)制造2025》，中國(guó)制造正在邁出“由大變強(qiáng)”的第一步。加大兩化融合步伐的同時(shí)推進(jìn)智能制造、綠色制造，促進(jìn)生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)與制造業(yè)融合發(fā)展，提升制造業(yè)層次和核心競(jìng)爭(zhēng)力。其次，要做到智能制造，不僅要采用新型制造技術(shù)和裝備，還要將迅速發(fā)展的信息通信技術(shù)滲透到工廠，在制造業(yè)領(lǐng)域構(gòu)建信息物理系統(tǒng)，從而徹底改變制造業(yè)生產(chǎn)組織方式和人際關(guān)系，帶來制造方式和商業(yè)模式創(chuàng)新轉(zhuǎn)變。2016年，中國(guó)的制造業(yè)處在全新的發(fā)展環(huán)境，面臨全新的發(fā)展機(jī)遇。對(duì)此，本刊專訪了上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院教授、智能制造與信息工程研究所副所長(zhǎng)張潔，她指出我國(guó)裝備制造業(yè)中短期內(nèi)還需要不斷地進(jìn)行追趕，未來大數(shù)據(jù)將助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造。

《電器工業(yè)》：請(qǐng)您談?wù)劗?dāng)前我國(guó)裝備制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，與歐美國(guó)家相比有何差距？

張潔：裝備制造業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全提供種類繁多的大量技術(shù)裝備，對(duì)國(guó)家整體產(chǎn)業(yè)鏈的綜合競(jìng)爭(zhēng)力有著決定性作用，是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的脊梁。改革開放以來我國(guó)裝備制造業(yè)發(fā)展迅速，形成了門類齊全、具有相當(dāng)規(guī)模和技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)體系。具體來說，主要體現(xiàn)在自主創(chuàng)新能力持續(xù)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大、部分產(chǎn)品總量躍居世界前列、產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)初顯等。

如何通過信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成與大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)電力裝備的智能化研發(fā)、智能化生產(chǎn)和智能化服務(wù)，成為工廠智能化過程需要重點(diǎn)改進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

但是與歐美國(guó)家相比，我國(guó)裝備制造業(yè)的整體水平差距還是十分明顯，除了核心專利技術(shù)太少、能源消耗過大、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱等缺陷之外，制約我國(guó)裝備制造業(yè)發(fā)展的重要障礙在于主要產(chǎn)品都集中于中低端裝備，對(duì)于重大成套設(shè)備和高技術(shù)裝備等高端裝備還基本依賴于進(jìn)口。工業(yè)和信息化部在《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中指出，我國(guó)的高端裝備制造業(yè)：創(chuàng)新能力薄弱，核心技術(shù)和核心關(guān)鍵部件受制于人；基礎(chǔ)配套能力發(fā)展滯后，裝備主機(jī)面臨“空殼化”；產(chǎn)品可靠性低，產(chǎn)業(yè)鏈高端缺位；產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，市場(chǎng)滿足率低；產(chǎn)業(yè)體系不健全，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)體系建設(shè)明顯滯后。因此，我國(guó)在“十二五”期間對(duì)航空裝備、衛(wèi)星及應(yīng)用、軌道交通裝備、海洋工程裝備和智能制造裝備等重點(diǎn)領(lǐng)域展開了持續(xù)攻關(guān)，在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、創(chuàng)新能力、基礎(chǔ)配套能力、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理性等方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，縮小了與歐美國(guó)家的技術(shù)差距。但是歐美國(guó)家在裝備制造業(yè)的先進(jìn)水平是多家大型跨國(guó)企業(yè)通過百年以上的技術(shù)積淀逐步形成，并且這些企業(yè)通過創(chuàng)新激勵(lì)措施仍然在不斷開發(fā)新的高端成套裝備與先進(jìn)核心技術(shù)，因此我國(guó)的裝備制造業(yè)目前在整體上還處于較落后的水平，中短期內(nèi)還需要不斷地進(jìn)行追趕。

《電器工業(yè)》：《中國(guó)制造2025》明確提出把“智能制造”作為兩化深度融合的主攻方向：主要圍繞創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本五大方針，以“三步走”為發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，大力推進(jìn)由“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)變。在政策驅(qū)動(dòng)下，您認(rèn)為2016年制造業(yè)的發(fā)展環(huán)境將會(huì)有哪些改變？

張潔：《中國(guó)制造2025》指出的第一階段目標(biāo)，是通過十年的持續(xù)發(fā)展，在2025年使我國(guó)邁入制造強(qiáng)國(guó)的行列。俗話說“一年之計(jì)在于春，一日之計(jì)在于晨”，2016年是這十年的開端，對(duì)于《中國(guó)制造2025》規(guī)劃的落實(shí)實(shí)施具有不言而喻的重要意義。2016年我國(guó)制造業(yè)發(fā)展環(huán)境的改變主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

一是政策越來越支持。隨著去年第一批智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目和專項(xiàng)項(xiàng)目獲批，邁向《中國(guó)制造2025》的號(hào)角已經(jīng)吹響。可以預(yù)見，2016年我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展將會(huì)進(jìn)一步明確以“智能制造”為導(dǎo)向，也會(huì)有更多的相關(guān)政策與規(guī)劃出臺(tái)。由于我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展一直呈現(xiàn)不均衡的態(tài)勢(shì)，不同行業(yè)的自動(dòng)化和信息化水平相差比較大，像汽車、電子、電器等制造行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了“工業(yè)3.0”。這些企業(yè)很有可能在2016年借助“智能制造”的東風(fēng)，嘗試實(shí)現(xiàn)跨越式的發(fā)展。

二是技術(shù)越來越成熟。隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等支撐“智能制造”的核心技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多的技術(shù)開始尋找可以落地的應(yīng)用。這一點(diǎn)對(duì)于2016年我國(guó)制造業(yè)發(fā)展環(huán)境的改變同樣有著重要的影響。針對(duì)“智能制造”這一終極目標(biāo)，如何實(shí)現(xiàn)新一代信息技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化的深度融合，取得切實(shí)的企業(yè)應(yīng)用效果將會(huì)獲得工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的持續(xù)關(guān)注與廣泛接受。從行業(yè)層面分析，目前許多傳統(tǒng)企業(yè)對(duì)MES、ERP等信息系統(tǒng)在企業(yè)的部署應(yīng)用都展現(xiàn)了較高的熱情，而一些信息化程度較高的企業(yè)則對(duì)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)對(duì)企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)的集成化與智能化有著迫切需求，希望形成包括研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和質(zhì)檢售后在內(nèi)的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)化管理與全局分析優(yōu)化。國(guó)務(wù)院提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造重點(diǎn)行動(dòng)，工業(yè)和信息化部在即將發(fā)布的《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃》中將工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用列為十大重點(diǎn)工程之一。

《電器工業(yè)》：您認(rèn)為，新一輪產(chǎn)業(yè)革命的核心是大數(shù)據(jù)，請(qǐng)您談?wù)劥髷?shù)據(jù)在傳統(tǒng)裝備制造業(yè)中的應(yīng)用前景。

張潔：在傳統(tǒng)裝備制造過程，在設(shè)計(jì)、制造、裝配、物流等階段產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)化、質(zhì)量控制、運(yùn)行維護(hù)等多個(gè)方面的業(yè)務(wù)進(jìn)行更好地實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而形成新的產(chǎn)業(yè)模式，引發(fā)裝備制造產(chǎn)業(yè)深刻變革。

具體來說，大數(shù)據(jù)可以拉近裝備制造企業(yè)與客戶企業(yè)的距離，通過對(duì)裝備在客戶企業(yè)實(shí)際運(yùn)行過程的大數(shù)據(jù)分析，可以幫助裝備制造企業(yè)精確量化客戶企業(yè)對(duì)裝備的使用需求與習(xí)慣偏好，從而指導(dǎo)裝備設(shè)計(jì)工作更為高效的開展，提供滿足特殊需求的定制化裝備。其次在裝備制造過程中，通過對(duì)質(zhì)量監(jiān)控過程的大數(shù)據(jù)分析，可以探索發(fā)現(xiàn)影響裝備穩(wěn)定性等質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)鍵工藝參數(shù)、材料參數(shù)等，甚至發(fā)現(xiàn)尚未知曉的深層次影響規(guī)律，從而幫助裝備制造水平的持續(xù)提升。最后裝備制造企業(yè)還可以通過大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備產(chǎn)品在客戶企業(yè)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與在線分析，通過具有預(yù)測(cè)性的安全監(jiān)測(cè)與故障診斷，通過云服務(wù)平臺(tái)為客戶企業(yè)提供主動(dòng)的產(chǎn)品維護(hù)推送，實(shí)現(xiàn)裝備產(chǎn)品的增值服務(wù)。此外，在零部件生產(chǎn)車間、裝備總裝車間等生產(chǎn)系統(tǒng)的計(jì)劃調(diào)度方面，以及裝備生產(chǎn)供應(yīng)鏈和物流優(yōu)化等方面，大數(shù)據(jù)技術(shù)也將存在著廣泛的應(yīng)用可能性。目前我的團(tuán)隊(duì)正在從事大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能制造的應(yīng)用研究并取得了一定的成果。

《電器工業(yè)》：當(dāng)前我國(guó)電力裝備的傳統(tǒng)企業(yè)還存在哪些問題？從數(shù)字化工廠到智能化工廠還需要作出哪些改進(jìn)？

張潔：隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)和電力建設(shè)不斷推進(jìn)，我國(guó)電力裝備制造業(yè)發(fā)展迅速。一些電力裝備企業(yè)通過不斷引進(jìn)和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，在部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大裝備首臺(tái)套生產(chǎn)，顯著提升了自身制造水平，具備了一定的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。但是我國(guó)電力裝備傳統(tǒng)企業(yè)普遍存在的問題是自主研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力與出口規(guī)模有限。針對(duì)以上問題，在利用CAD、CAPP、MES、PDM等信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)字化管理的基礎(chǔ)上，電子裝備傳統(tǒng)企業(yè)還需要進(jìn)一步推動(dòng)工廠的智能化進(jìn)程。如何通過信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成與大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)電力裝備的智能化研發(fā)、智能化生產(chǎn)和智能化服務(wù)，成為工廠智能化過程需要重點(diǎn)改進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

智能化研發(fā)要求企業(yè)建立電力裝備的研發(fā)知識(shí)庫，通過知識(shí)管理實(shí)現(xiàn)對(duì)研發(fā)知識(shí)的繼承與擴(kuò)展，能夠按照客戶需求快速實(shí)現(xiàn)電力裝備的模塊化設(shè)計(jì)，并且通過對(duì)類似電力裝備在生產(chǎn)制造、運(yùn)行使用過程中的大數(shù)據(jù)分析，輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)的進(jìn)一步修訂，保證形成可用高效的電力裝備，增強(qiáng)企業(yè)研發(fā)能力。

智能化生產(chǎn)要求在生產(chǎn)過程中對(duì)電力裝備生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與在線分析，針對(duì)裝備性能數(shù)據(jù)分析相關(guān)性較強(qiáng)的技術(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)未曾發(fā)現(xiàn)的影響規(guī)律，從而幫助實(shí)現(xiàn)自主技術(shù)創(chuàng)新，并且通過對(duì)生產(chǎn)車間中各類資源的合理調(diào)度安排，提升電力裝備的生產(chǎn)規(guī)模。智能化服務(wù)要求在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，對(duì)電力裝備的運(yùn)行狀態(tài)提供在線監(jiān)控與預(yù)防性維護(hù)服務(wù)，這些工作既可以保證電力裝備的高效可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品服務(wù)增值，也可用于幫助改進(jìn)電力裝備的研發(fā)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

在以上三個(gè)方面的智能化工作中，大數(shù)據(jù)都起到了核心作用，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠到智能化工廠的重要推動(dòng)力。

《電器工業(yè)》：請(qǐng)您談?wù)剬?duì)電力裝備制造企業(yè)對(duì)接“工業(yè)4.0”的建議，并談?wù)勎磥硌b備制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

張潔：工業(yè)和信息化部在2015年10月正式發(fā)布了《〈中國(guó)制造2025〉重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖（2015年版）》，是我國(guó)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”的重要指導(dǎo)。在電力裝備領(lǐng)域，技術(shù)路線圖針對(duì)發(fā)電裝備和輸變電裝備兩個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向進(jìn)行了規(guī)劃。其中在發(fā)電裝備方向，對(duì)煤電、核電、氣電、水電和風(fēng)電都提出了裝機(jī)容量目標(biāo)，重點(diǎn)產(chǎn)品包括了清潔高效煤電成套裝備、重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝備、大型先進(jìn)核電成套設(shè)備、大型先進(jìn)水電成套設(shè)備、可再生能源發(fā)電設(shè)備，關(guān)鍵共性技術(shù)包括了清潔高效煤電技術(shù)、核電共性技術(shù)、燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、大型先進(jìn)水電技術(shù)、可再生能源發(fā)電技術(shù)、先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)體系。在輸變電裝備方向，提出了社會(huì)整體用電量的智能化、集成化和綠色化目標(biāo)，重點(diǎn)產(chǎn)品包括特高壓輸變電成套設(shè)備、智能輸變電成套設(shè)備、智能電網(wǎng)用戶端設(shè)備，關(guān)鍵共性技術(shù)包括了智能化技術(shù)、可靠性技術(shù)、數(shù)字仿真技術(shù)、新型電工材料應(yīng)用技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)和高效配電變壓器。以上發(fā)電裝備方向與輸變電裝備方法涉及的產(chǎn)品、零部件與技術(shù)的研制研究，為電力裝備制造業(yè)對(duì)接“工業(yè)4.0”提供了重要參考。

而對(duì)于整個(gè)裝備制造業(yè)來說，根據(jù)《中國(guó)制造2025》規(guī)劃中提出的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展等幾大方針，未來的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）技術(shù)密集、創(chuàng)新程度高的重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)@得優(yōu)先發(fā)展。高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)業(yè)裝備、醫(yī)療設(shè)備等裝備制造行業(yè)已經(jīng)得到政策層面的重點(diǎn)支持，在未來勢(shì)必得到快速顯著增長(zhǎng)。

2）無法滿足嚴(yán)苛質(zhì)量要求的裝備制造企業(yè)將會(huì)被無情淘汰。在中國(guó)裝備制造業(yè)總產(chǎn)值躍居世界第一位后，隨著人口紅利消失、生產(chǎn)成本上升、供應(yīng)充足與過剩，裝備產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)對(duì)于企業(yè)的重要性，上升到前所未有的高度。當(dāng)前，中國(guó)裝備制造企業(yè)質(zhì)量和品質(zhì)意識(shí)剛剛萌芽，在此背景下，缺乏質(zhì)量意識(shí)的裝備制造企業(yè)“出局”也僅是時(shí)間問題。

3）綠色環(huán)保裝備將成裝備工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。隨著國(guó)家在大氣污染排放、城鎮(zhèn)污水處理等方面出臺(tái)和實(shí)施更為嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，新增和升級(jí)改造現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施將為國(guó)內(nèi)環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供巨大的市場(chǎng)空間，環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè)將成為未來幾年機(jī)械裝備制造業(yè)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)之一。

除此之外，裝備制造行業(yè)的中小企業(yè)也將會(huì)獲得更多的關(guān)注。在裝備工業(yè)領(lǐng)域，中小企業(yè)不僅數(shù)量眾多，而且相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)居于產(chǎn)業(yè)鏈上游或者是基礎(chǔ)支撐部分，在一定程度上決定著產(chǎn)業(yè)鏈所能達(dá)到的高度。推動(dòng)中國(guó)裝備工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量，還必須將中小企業(yè)從被“煎熬”的生存狀態(tài)調(diào)整到更容易發(fā)揮內(nèi)在活力與創(chuàng)新能力，使這種正能量可持續(xù)并易于為產(chǎn)業(yè)所吸納的格式。