大數(shù)據(jù)環(huán)境質(zhì)量改進(jìn)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

◆史建軍 / 文

每個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)都有一個(gè)周期。從征詢調(diào)查用戶的需求開(kāi)始，到產(chǎn)品設(shè)計(jì)，再到整個(gè)生產(chǎn)制造流程、產(chǎn)品的質(zhì)量檢查、市場(chǎng)反饋和產(chǎn)品調(diào)整，每一步都因?yàn)楦鞣N各樣的活動(dòng)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。如何將數(shù)據(jù)融入到各種生產(chǎn)流程的各個(gè)階段，并且更好地進(jìn)行信息的整合、優(yōu)化和決策，有很多技術(shù)。

數(shù)據(jù)融合在新技術(shù)革命帶來(lái)產(chǎn)業(yè)變革的當(dāng)下，非常重要。數(shù)據(jù)的融合能夠確保整個(gè)產(chǎn)品的生命周期，以及產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程的各階段——從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到物流等，都清晰可見(jiàn)。

當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程會(huì)遭遇很多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。首先談一下機(jī)遇。我們從各種機(jī)器、系統(tǒng)、活動(dòng)中獲取大量數(shù)據(jù)，使新系統(tǒng)操作變得更加透明，每臺(tái)機(jī)器的技術(shù)能力和靈活性得到不斷提升；根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，幫助我們做出決策；機(jī)器的學(xué)習(xí)和計(jì)算能力有了大幅度的提高，能處理更大規(guī)模的數(shù)據(jù)——這些便是機(jī)遇。

我們也面臨很多挑戰(zhàn)。如何確定工程目標(biāo)，快速地從各種各樣的數(shù)據(jù)中獲取有效的信息，就非常具有挑戰(zhàn)性。第二要有效地解決數(shù)據(jù)的不確定。我們有大量的數(shù)據(jù)，即便有一些數(shù)據(jù)從傳統(tǒng)的角度來(lái)看并不是無(wú)用數(shù)據(jù)，但要分析依然十分困難。另外一個(gè)就是數(shù)據(jù)科技方面的不平等。我們有大量的、正常操作的數(shù)據(jù)，但特別的、有價(jià)值的失誤數(shù)據(jù)非常少。在這樣的情況下，很多數(shù)據(jù)分析不能有效解決數(shù)據(jù)不平等的問(wèn)題。除此之外，我們還缺少一個(gè)統(tǒng)一的模型和戰(zhàn)略，依據(jù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)做出正確的判斷和決策。

更為重要的，是如何促進(jìn)數(shù)據(jù)科學(xué)與設(shè)計(jì)、制造工程之間的深度融合。這是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。要做好這方面的工作，我們至少需要滿足三方面的條件：首先是跨學(xué)科的數(shù)據(jù)，其次是能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的科學(xué)分析，第三是進(jìn)行運(yùn)營(yíng)的研究、決策和控制。這三個(gè)條件如果能夠滿足，我們可以利用建模科學(xué)進(jìn)行最佳生產(chǎn)流程的分析。

給大家舉幾個(gè)例子，都是我親自操作的。

第一個(gè)是對(duì)多階段的制造流程，采用偏差流的方法。所有的生產(chǎn)流程都是多階段的，我們需要一百道甚至一千道工序生產(chǎn)一臺(tái)汽車。甚至3D打印都有很多道工序，一道道疊加，最終成為多階段制造流程。涉及這么多的流程工序，中間有哪些是共性的？比如，偏差的傳播。如何對(duì)偏差傳播進(jìn)行建模？如何對(duì)產(chǎn)品每個(gè)階段進(jìn)行分配？如何找到一些根本原因，比如說(shuō)在終端產(chǎn)品之后出現(xiàn)的一些問(wèn)題，到底是哪個(gè)階段、步驟出現(xiàn)問(wèn)題？解決這些問(wèn)題，根本原因分析和診斷非常重要。對(duì)于多階段的制造流程，我們必須要有分布式的檢測(cè)。同時(shí)，還要進(jìn)行一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的辨識(shí)，知道哪些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有影響；如果出現(xiàn)問(wèn)題，如何自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)差使最終的產(chǎn)品能夠接受。我們根據(jù)現(xiàn)在的制作流程，利用很多步驟來(lái)找到根本原因。比如，從設(shè)計(jì)的整個(gè)流程來(lái)找問(wèn)題出現(xiàn)的根本原因，然后重新返回給設(shè)計(jì)，改進(jìn)設(shè)計(jì)。在過(guò)去幾年，我們有了偏差流的流程，更多地關(guān)注制造過(guò)程涉及的各個(gè)方面、各種方法。底特律有一家公司，業(yè)務(wù)涉及汽車制造和航空制造，我們采用的就是這種模型幫助他們分析。

另一個(gè)是物理驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)環(huán)境下的建模。在這個(gè)方面，我們做了很多調(diào)查分析來(lái)了解整個(gè)制造體系。它有三個(gè)相關(guān)的層面，首先是一些基礎(chǔ)工作站，我們利用一些實(shí)體設(shè)備進(jìn)行連接，每一個(gè)設(shè)備都具有傳感能力。這些傳感器連接在一起，就形成了一個(gè)大的傳感網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們有了流程數(shù)據(jù)；根據(jù)操作流程，我們有操作數(shù)據(jù)。將工程和操作數(shù)據(jù)整合在一起，我們又有了一個(gè)整體的網(wǎng)絡(luò)。物理的網(wǎng)絡(luò)、傳感的網(wǎng)絡(luò)以及知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)三者結(jié)合在一起，形成物理驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和建模。

比方說(shuō)，有家企業(yè)的產(chǎn)品制造涉及50～80個(gè)不同類型的工廠。首先，我們要了解產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)運(yùn)行流程、相互的不同節(jié)點(diǎn)、如何相互影響。根據(jù)整個(gè)產(chǎn)品的最初設(shè)計(jì)，我們會(huì)列出所有的變量，比如說(shuō)質(zhì)量中間變量。然后，我們依據(jù)生產(chǎn)原則及不同工廠之間的關(guān)系，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)和操作的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步設(shè)置變量，改進(jìn)模型，獲得更好的、以物理為驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)或改進(jìn)流程。

通過(guò)這種方法，我們把它融入到了很多工業(yè)體系，通過(guò)OGT（我們的贊助商也是合作伙伴）的體系，安裝在40多個(gè)工廠，幫助他們節(jié)約了很多能源，而節(jié)省的成本每年可高達(dá)1億美元。同時(shí)，也減少了大量的二氧化碳排放，幫助他們實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)電的成果。

我們?cè)诠S里裝了很多傳感器，通過(guò)傳感器獲取大量實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。獲得的數(shù)據(jù)能幫助我們進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)，產(chǎn)生實(shí)際的效果。我們目前正在做的一個(gè)項(xiàng)目，是韓國(guó)三星的半導(dǎo)體項(xiàng)目。我們利用數(shù)以千計(jì)的傳感器檢測(cè)整個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程，幫他們節(jié)約了大量的成本。我們還跟波音的一家公司合作，幫他們改善整個(gè)組裝的過(guò)程。我們還通過(guò)數(shù)據(jù)融合、建模分析，幫一家公司進(jìn)行規(guī)模擴(kuò)張，并提升他們的生產(chǎn)效率。

利用數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，擴(kuò)大我們的影響，是我們反復(fù)強(qiáng)調(diào)的理念。對(duì)于工業(yè)企業(yè)而言，這些都是實(shí)實(shí)在在、可見(jiàn)的、可解決的問(wèn)題。加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的控制和運(yùn)用，是我們一直在研究的。我們會(huì)做一些基礎(chǔ)性的研究，總結(jié)一些基礎(chǔ)性的方法，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（包括開(kāi)發(fā)軟件），在工廠進(jìn)行實(shí)施。當(dāng)我們?cè)诠S進(jìn)行實(shí)施的時(shí)候，有一些起作用，有一些不起作用。不起作用的，我們進(jìn)行下一輪的研究、驗(yàn)證、測(cè)試。此外，我們會(huì)開(kāi)發(fā)一些新的課程。對(duì)于那些掌握數(shù)據(jù)技術(shù)的人，他們可以在行業(yè)內(nèi)部，也可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)施。

基于數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)和制造，未來(lái)的狀況是怎么樣的？未來(lái)我們會(huì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)很多新技術(shù)，包括物聯(lián)網(wǎng)、智能技術(shù)、制造技術(shù)等?？偨Y(jié)這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工程，在不同的階段產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)我們開(kāi)發(fā)一些物理驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)的方法、技術(shù)，設(shè)計(jì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，進(jìn)行判斷決策，擴(kuò)大我們的影響力，這是一個(gè)總體的框架，能夠滿足不同的生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)流程。這就是我們現(xiàn)在所關(guān)注的方向，也是未來(lái)的主要活動(dòng)，希望能對(duì)行業(yè)產(chǎn)生一定的影響。