中国工程院院士谭建荣：工业大数据与定制化设计—关键技术与典型应用

5月5日，“2017中国工业大数据大会·钱塘峰会”在杭州国际博览中心举办。本届峰会以“数据驱动创新 融合引领变革”为主题，围绕工业大数据展开分享与交流。中国工程院院士、浙江大学教授谭建荣，以“工业大数据与定制化设计：关键技术与典型应用“为题探讨了自己的看法。

以下为嘉宾演讲实录：

各位领导，各位专家，大家上午好！十分高兴来到萧山区这么好的地方研究讨论中国工业大数据的峰会。前面有几位专家讲了大数据讲得非常精彩，都讲到要点上。对我最后一个人来讲，就增加了难度，因为许多话都讲过了。从我本人研究的角度，讲讲对工业大数据大批量定制。前面两位专家都讲了大批量定制的问题，其实大数据和大批量定制关联紧密，所以我就以这个为题目和各位做交流。

我来自浙江大学，主要从事数据建模与虚拟现实，数字设计与智能制造方面的研究，我最后也是浙江大学数字博士毕业，有是首届国家接触青年科学基金获得者，也是中国工程院院士机械运载学部专业，这三个专业有比较有利于大数据的专业。

一、从大数据到工业大数据

首先看看大数据怎么提出来的。讲互联网，讲智能制造和大数据的时候，首先回顾一下上世纪90年代美国国家自然科学基金委员会和美国学者提出的观点，也是语言，叫四大技术会聚引领21世纪。哪四大技术呢？就是生命科学技术、纳米技术、信息技术和认知科学技术。这四大技术的发展应用，特别是他们的交叉、融合、会聚将引领21世纪科技的发展、经济的发展、社会的发展。

现在新世纪过去了十六年，回过头看看美国学者的观点、预言对不对？我个人认为这个观点基本上还是对的。为什么呢？因为这四大技术确实是自然科学技术的前沿领域，他们的发展和应用必将给人类社会带来深刻的变化，甚至是颠覆性的变化。但这个预言也有不足，主要是两方面不足：

第一，对生命科学技术、那块技术和认知科学技术的发展的应用，和对经济的牵引作用估计过高，期望过大。前面徐院士反复强调不要对大数据给予过高的期望。十几年前，我们将对这项技术期望过大，十几年前浙江省科技厅、萧山科技局的领导都在推广纳米技术，现在许多地方不推纳米技术了，纳米技术降温了。有些地方不推纳米技术，有些地方降温了。不是说纳米技术不好，也不是说纳米技术不重要，纳米技术仍然非常好，仍然非常重要，但它的发展，尤其是它对经济社会牵引作用的发挥还需要很长的过程。

第二，对信息技术的牵引作用估计过低。十六年前，谁也没有想到大家对信息技术的运用如此广泛，如此深刻。这四大的技术的会聚，信息技术对人类社会的带动作用，第一个人认识的人就是美国华盛顿大学的托夫勒教授。托夫勒教授在三十多年前，四十年前就写了一本《第三次浪潮》就预见到互联网将对人类社会产生重大影响。

特别可贵的是现在都讲大数据，谁第一次提出大数据呢？就是托夫勒教授，他在1980年《第三次浪潮》里就提到“奏响华彩乐章的将是大数据”。什么是大数据？公说公有理，婆说婆有理，至今对大数据还没有统一的定义。但我们可以描述它的四大特点：容量大、种类多管、价值密度低、增长速度快。

大数据没有统一的定义，以前做计算机的人都知道以前是“海量数据”，现在是大数据，1980年就已经提出了，不是现在才提出来的。大数据比较公认的是用常规技术、常规方法、常规手段难以处理的数据，用一般的方法处理不了的数据。其实，这个定义等于没有定义，就是没办法处理的数据。徐院士也是做数学的，但从数学的角度上看，数学上有点像数学上的无穷大。有位数学家说过“无穷大的概念是人类无能的表现”，但后来通过牛顿和莱布尼提出了微积分的思想，无穷小的分析方法就把无穷大的问题解决了。无穷大还有接收问题，大数据也是一样，虽然现在都叫大数据，但大到什么程度还是不一样。现在只知道不一样，不一样在什么地方，应该用什么方法处理，现在技术还在发展中。

1、工业大数据背景、现状和趋势。前面两位专家都谈了工业大数据。工业大数据就是2012年GE公司率先提出了工业大数据的概念。工业大数据主要是制造业在产品创新、制造技术创新和产业模式创新过程中数字化、网络化、智能化为主线，形成的大数据，它需要大数据的技术、平台与应用支撑。

工业大数据的来源主要是四方面：一是数据化设计；二是智能化制造；三是网络化监测；四是物联化管理。只要贯穿全生命周期的都有工业大数据的应用，包括设计、制造、使用、维修、回收，都包括数据的获取、数据的处理、数据的应用等等。我个人研究认为工业大数据的大数据和其他领域的大数据不一样，严格来说，不能说其他领域的大数据就很容易，因为每个行业都有每个行业的特点，每个行业都有每个行业的难处，每家都有一本难念的经。但工业大数据确实有四个特点：一是语义性比较强，因为每个工程都有一定的数据，工程代表了一定的含义和语义；二是时效性比较强，GE的发动机上每小时传回来的数据是天文数字，它有一定的时效性，这些数据在一定时间内就不起作用了；三是异构性，它的结构比较多，有图片、有文字、有视频等等；四是多域性，它是多学科的数据，既物理、化学、力学交织在一起的工业数据。

工业大数据发展趋势用四大趋势：一是从低价值分析发展到智能化挖掘，是智能化，现在最典型的代表是深度学习算法；二是从批量化处理发展到实时化计算，以前做不到实时化计算，前面专家也讲到了GE的发动机，有很多不同的部件，要在异地实时计算每个分厂的生产进度，现在可以做到实时化；三是大规模推送发展到个性化追踪，就是个性化；四是从结构化数据发展到异构化信息，就是异构化。

2、大数据定义和概念和内涵。前面徐院士说工业大数据的概念还在研发过程中，但应用始终是驱动创新的引擎。GE在每一台引擎上安装了二十多类传感器，飞行1小时就能产生20TB的数据，每个月收集360万次飞行记录，监视25000个引擎，其开发引擎大数据分析算法能够提前一个月预测其维护需求，准确率达到了70%。以前航空晚点、飞机晚点都怪飞机不好，以前都说是机械原因，现在都是航空管制，因为机械没有问题。无论是波音还是空客的机械问题非常好，其中一个原因就是采用了大数据监测，备件可以提前运到某个机场。当然备件也不能太多，太多运行成本就高了，也不能太少，太少就耽误时间。现在可以精确进行备件准备。

美国微软公司与德国公司共同推出工业大数据，可以提前准备安装备件。西门子安贝格数字化工厂75%生产过程是由机器自动完成，实现生产过自动化数据采集与管理的，通过对工业大数据进行智能分析，可以提前准备备件。

二、从工业大数据到大批量定制

大数据是由托夫勒在《第三次浪潮》中提出的，他还写了一本书《未来的冲击》，他是华盛顿大学教授，也是未来学大师，他写了三本书，1970年写了《未来的冲击》，1980年《第三次浪潮》，1990年是《权力的转移》，每十年一本书，都非常有影响力。

在《未来的冲击》一书中，托夫勒提出了一种全新的生产方式的设想，以类似于标准化或大批量生产的成本和时间，提供满足客户特定需求的产品和服务。1998年，华盛顿大学由45位著名未来学家和技术专家组成的新兴技术预测委员会，预测未来大批量定制被列为2001到2030年的主要技术将被应用。

大批量生产是福特提出的，前提条件就是有互换性，有了互换性就有了专业化生产，有了专业化生产就有了大批量定制、大批量生产，大批量生产的技术应用还是了不得，世界汽车制造的中心就由欧洲转移到了美国，美国由此成为汽车制造大国，进而又成为世界制造大国，进而又成为世界制造第一强国。美国为什么强大？除了政治、军事的原因以外，从技术角度说，美国强大的原因就是制造业强大。它的制造业强大就在于它不断推出应用新的生产模式、新的高新技术。

大批量生产有很多优点：一是成本低；二是高效率；三是质量稳定。而定制化生产也有优点，它的优点：一是满足个性化需求，人最重要的是个性化需求，人存在于社会，是个体的人，所以个性化需求的满足程度与否决定了市场占有率；二是由于个性化生产，创新性就比较强，批量生产的工人基本上没有创新性，创新性比较弱，因为要重复的生产每件产品。而定制化生产为每个客户提供定制需求，创新性比较强；三是价值高，因为创新性比较强价格就卖得高。

托夫勒这个人提出能不能以大批量生产的方式进行定制化生产，就把两种生产优点都发挥出来。严格来说，没有一种生产方式只有优点没有缺点，都有缺点，怎么避免缺点，把优势发挥出来。由此我们可以看出从互联网到大数据，到大批量定制，这将是制造业运用信息化技术的一条主线。过去的BPM和ERP都很好，但这是解决批量化生产。现在要智能制造，就要用大数据分析，运用大数据的目的是要实现大批量定制生产。

可以说我的团队在国内是最早开展大批量定制技术研究，当时的863教授许国宁（音）老师和我最早开展了国内的大批量定制研究，2004年我们就利用这个技术获得了一个国家科技进步奖。我们的第一个应用产品是汽轮机产品，因为当时每台汽轮机有4000多个零件，有近10000个物号，后来运用大批量定制技术，使杭汽的设计制造能力大幅度提高，汽轮机厂杭汽的规模在国内排第四，前面还有三大动力集团，分别哈汽、东汽和上海汽轮机厂，但杭汽是生产工业汽轮机。杭汽的工业汽轮机小超过三大汽轮机厂加起来的总和，其中一个原因也是杭汽是国内最早应用大批量定制生产技术。

还有一个应用是除尘器，现在环保电厂要除尘。当时我们和浙江飞达联合研究进行大批量定制，这个项目也成为浙江省信息化的示范项目。

第三个应用面最广，前面的汽轮机和除尘器专业性比较强，而电梯是大众化产品。电梯行业如何实现大批量定制，不做不知道，一做就知道台的电梯情况不一样，随着建筑的不同，电梯要实现不同的定制生产。最近，我老家湖州有个巨轮电梯，他的老板和我关系很好。最近他给打电话，他说“谭老师，你的大批量定制技术使我们在电梯行业领先了十五年，现在我们要进行第二次着手，就是智能化生产。”十五年前，我从德国回来进修回来就想做大批量定制，非常遗憾的是找应用企业非常困难。巨轮电梯也是国产电梯首屈一指，当时和我的关系比较好，我就找他，他说“我们就试试大批量定制”，我们给他设计了这个定制系统，在周围产生了巨大的影响。在江苏有个康宁电梯厂知道巨轮电梯的技术之后，说“我们一定要上这个技术，否则要落后”。我们被浙江省列为科技示范项目，当时巨轮电梯召开了大批量定制技术推广会，科技厅的厅长现场到场进行电梯行业的批量定制。

大批量定制要注意两个问题：一是大批量定制是客户参与的设计，设计人员不能关起门来做设计，一定要和客户沟通；二是快速响应客户需求。

工业大数据与定制化设计技术关键其他，如何高效利用已有的数夸父逐定制设计，如何处理工业物联化管理产生的海量数据，如何罚钱满足客户潜在的设计需求，如何整合产业外大量分散的、异构的设计资源？我们将要这四个问题转化为技术问题：智能化数据挖掘；实时化数据计算，个性化的数据预测，异构化的数据集成。工业企业要用到大数据就要解决这四个问题；我们提出了几项关键技术，成功的推进了这四个问题的解决，分别是是：工业思维大数据形式化表达技术；定制知识大数据智能化挖掘技术；工业高速流式数据实时处理技术，工业数控装备实时鼓掌诊断技术，模糊个性化需求的大数据分析技术，定制化设计资源大数据集成技术。

三、大数据驱动的高档电梯个性化定制

适应企业发展需求，主要是客户个性化需求日益增强，及时掌控全球市场发展动向，降低产品成本，加快运转效率，产品运行状态智能化预测分析。通过对电梯大数据驱动高端电梯的个性化定制设计，电梯异构大数据挖掘，以及电梯故障预测规律，我们大规模的推动了电梯大规模定制的界面。后面还有很多技术，由于时间关系就不展开了。

四、数控机床大数据设计资源共享平台及应用

在这方面，我们开发了数控机床大数据设计资源的共享平台，就把数控机床的知识会聚到一起，主要是根据云计算的原理，把大数据设计资源虚拟化，把大数据设计能力服务化，这也是我们开发的系统。这个系统包含了现在数控机床设计的所有零件、样本和知识导航，在茫茫的数据海洋中帮你导航；二是提供设计工具；三是提供设计规范，这就是数据共享。这也讨论了现在常规机床设计手册、机械设计组织、ER设计手册等1万多页手册，也包括一些基础件、连接件等。这个设计系统已经在一些企业得到成功的应用。

由于时间关系就讲到这里，欢迎各位专家、各位领导到浙江大学来，到机械学院进行技术交流、项目合作和人才培养培训。谢谢大家！