尹海清

隨著IT技術(shù)的迅猛發(fā)展和電子產(chǎn)品的大眾化普及，以及2012年美國政府發(fā)布“大數(shù)據(jù)計劃”，使大數(shù)據(jù)成為全球熱點話題，各領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)的研究不斷深入，而大數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)從互聯(lián)網(wǎng)、電信、銀行等行業(yè)，擴展到交通、零售業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等，其發(fā)展之勢難于估量。而在高能物理、遙感、空間科學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、地理等自然科學(xué)領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)的研究和利用已成為常態(tài)。

大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)帶來了全球性的巨變。然而，在互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的光芒下，世界主要發(fā)達國家從國家層面上進一步強調(diào)關(guān)乎國家發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的工業(yè)，尤其是制造業(yè)的革命性升級，并先后提出國家戰(zhàn)略計劃，包括美國總統(tǒng)奧巴馬上任后推行的“再工業(yè)化”、“制造業(yè)復(fù)興”、“先進制造伙伴計劃”，德國的“工業(yè)4.0”計劃，日本的“復(fù)興戰(zhàn)略”計劃，法國的“新工業(yè)法國”計劃，以及韓國的“新增動力戰(zhàn)略”計劃等，這些計劃的共同目標(biāo)之一旨在將制造業(yè)的比例提升至絕對優(yōu)勢水平，遠超服務(wù)業(yè)。這些計劃中，2013年4月德國在漢諾威工業(yè)博覽會期間首次拋出的“工業(yè)4.0”計劃對我國影響力最大，該計劃被認為是第四次工業(yè)革命，超越了第三次工業(yè)革命的自動化生產(chǎn)的特點，賦予生產(chǎn)過程以智慧，形成一種帶有智能思考的外在表現(xiàn)形式。

一、“互聯(lián)網(wǎng)+”時代

今年3月5日召開的十二屆全國人大三次會議上，國家總理李克強在政府工作報告中首次提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃。該計劃是利用互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、工具、應(yīng)用，通過制定該行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展”，將傳統(tǒng)行業(yè)升級，創(chuàng)造新的業(yè)態(tài)。“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略上升至國家層面，隨即成為關(guān)注和討論的熱點。

1.“互聯(lián)網(wǎng)+各行業(yè)”

互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今時代的特征，因為它徹底改變了人們的生活方式，創(chuàng)造了很多顛覆性的效應(yīng)，不僅使地球人的聯(lián)系實現(xiàn)實時且免費的視頻交流，B2B、O2O的移動互聯(lián)思維使經(jīng)濟發(fā)展模式發(fā)生了完全的轉(zhuǎn)變， 大型開放式網(wǎng)絡(luò)（massive open online courses，MOOC）課程使每個在線的人可以共享世界上最好的教育資源，實現(xiàn)了孔子的“有教無類”的教育理念。而互聯(lián)網(wǎng)信息的傳輸，催生了大數(shù)據(jù)時代，創(chuàng)造了數(shù)據(jù)科學(xué)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的范式，也造就了云計算的軟硬件資源優(yōu)化配置的服務(wù)模式，物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市則是互聯(lián)網(wǎng)支持下的涉及范圍更廣的信息傳播與服務(wù)。可見，互聯(lián)網(wǎng)猶如一片沃土，已經(jīng)在與社會的方方面面，尤其是第三產(chǎn)業(yè)的嫁接，取得了巨大的影響力。

在對“互聯(lián)網(wǎng)+”的熱議中，不同行業(yè)針對其對行業(yè)的理解提出了互聯(lián)網(wǎng)對相關(guān)行業(yè)未來的影響和發(fā)展模式。易觀國際董事長于揚在對互聯(lián)網(wǎng)對中國的影響的分析上，從全面的視角縱觀中國經(jīng)濟，關(guān)注了關(guān)乎國家發(fā)展大計的第二產(chǎn)業(yè)，他在2013年12月搜狐財經(jīng)年會接受采訪時表示，當(dāng)前，“互聯(lián)網(wǎng)+”關(guān)乎中國轉(zhuǎn)型之路。騰訊、阿里、百度、搜狐等大型線上領(lǐng)軍企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟總量在將近60萬億的GDP總額中的份額很少，而95%以上的經(jīng)濟都是線下。傳統(tǒng)經(jīng)濟能否觸網(wǎng)，將影響中國經(jīng)濟能否成功轉(zhuǎn)型，能否由過去的高能耗、高污染、低附加值的來料加工、勞動力密集產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)逐步過渡到低能耗、環(huán)境友好、高附加值的產(chǎn)品和服務(wù)。也就是說，在互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)在應(yīng)用于國民經(jīng)濟生產(chǎn)，尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)的升級改造和創(chuàng)新上的效果，尚存在客觀的不確定性。

2.“互聯(lián)網(wǎng)+中國制造”

實施“中國制造2025”，是李克強總理在《政府工作報告》中除“互聯(lián)網(wǎng)+”以外強調(diào)的又一重點，指明了我國制造業(yè)應(yīng)堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從中國制造向中國創(chuàng)造、從制造大國向制造強國的轉(zhuǎn)變。德國的“工業(yè)4.0”國家戰(zhàn)略，助力其在全球已獨占鰲頭的制造業(yè)，領(lǐng)跑制造業(yè)第四次工業(yè)革命的步伐。

我國制造業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱，自動化生產(chǎn)在很多行業(yè)尚未實現(xiàn)，由于制造業(yè)的落后而造成的難以創(chuàng)新性地生產(chǎn)高端一流產(chǎn)品的現(xiàn)狀，成為我國經(jīng)濟發(fā)展速度放緩的重要因素之一。我國的“中國制造2025”戰(zhàn)略，不是簡單地將“工業(yè)4.0”移植我國，而是互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)相融合，形成“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”的思維和發(fā)展模式，在生產(chǎn)制造模式、產(chǎn)業(yè)組織創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新方式等方面產(chǎn)生變革，形成我國制造業(yè)的跨越式發(fā)展的態(tài)勢，加快中國制造業(yè)向智能制造的轉(zhuǎn)型。今后隨著美國“腦科學(xué)”國家戰(zhàn)略計劃的實施以及世界各國的相繼跟進研究，如果將腦科學(xué)的成果應(yīng)用于制造業(yè)，智能制造必將進一步提升到大智慧的程度。

3.“互聯(lián)網(wǎng)+中國材料”

材料是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類文明與進步的標(biāo)志和里程碑，材料的發(fā)展直接決定了社會各方面的進步步伐。然而我國材料產(chǎn)業(yè)經(jīng)過過去幾十年的積累后，與工業(yè)革命后飛速發(fā)展的歐洲和美國仍有一定差距，我國的關(guān)鍵材料自給率不足20%。因此，材料領(lǐng)域及行業(yè)的發(fā)展，對于我國經(jīng)濟發(fā)展和國家安全至關(guān)重要。

美國在2008年提出“集成計算材料工程”（Integrated Computational Materials Engineering，ICME），旨在通過跨層次多尺度計算，加快材料的設(shè)計進程，2011年6月美國發(fā)布了“先進制造伙伴計劃”，其核心部分之一為“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative，MGI），該計劃旨在將高通量計算、高通量實驗與表征，以及材料數(shù)據(jù)3大工具深度融合，使新材料的從設(shè)計到新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用全鏈條的進程至少加快1倍，成本至少降低一半。材料基因組的基本架構(gòu)見圖1，該計劃打破了材料研究原有的各尺度計算相對獨立、計算與實驗相對分離，數(shù)據(jù)的價值不被重視的局面。

二、大數(shù)據(jù)在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的價值

1.大數(shù)據(jù)的5“V”特征

大數(shù)據(jù)的特點隨著對其研究的深入，從3“V”發(fā)展到目前的5個“V”特征，即Value（價值大但價值密度低）、Velocity（具有時效性，需要在規(guī)定時間分析）、Volume（數(shù)據(jù)量大，可達到 PB級）、Variety（在形式、來源上有多樣性）、Veracity（真實、客觀）。

大數(shù)據(jù)概念在各領(lǐng)域不斷滲透，尤其是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，在數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用中逐步弱化了5“V”特征，更加強調(diào)了數(shù)據(jù)的價值，從大數(shù)據(jù)的價值堪比石油，到數(shù)據(jù)科學(xué)是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的新手段，哈佛大學(xué)Gary King教授指出，大數(shù)據(jù)將在學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和政界迅速蔓延開來，沒有哪個領(lǐng)域不會受到影響。麻省理工學(xué)院Erik Brynjolfsson教授將分析大數(shù)據(jù)與顯微鏡觀察進行類比并指出，在商業(yè)、經(jīng)濟及其他領(lǐng)域中，決策行為將日益基于數(shù)據(jù)和分析而作出，而并非基于經(jīng)驗和直覺。

2.大數(shù)據(jù)帶來的機遇與挑戰(zhàn)

（1）高價值和財富

大數(shù)據(jù)所帶來的直接價值和通過挖掘分析得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品的潛在價值，隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展和分析工具的普及性不斷提升，因此數(shù)據(jù)已經(jīng)成為一種資源財富，與石油這一不可再生資源相比，大數(shù)據(jù)資源的體量將越來越大，非但不會枯竭，而是巨量增長。

（2）大數(shù)據(jù)分析創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)和就業(yè)機會

以大數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進行數(shù)據(jù)清洗、分析、建模、可視化后的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，已經(jīng)成為大數(shù)據(jù)交易的產(chǎn)品。2014年2月中關(guān)村大數(shù)據(jù)交易產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，在國內(nèi)開創(chuàng)了數(shù)字交易產(chǎn)業(yè)的先河。2015年4月14日，貴陽大數(shù)據(jù)交易所正式掛牌運營，并完成了首批大數(shù)據(jù)交易。大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)也讓使數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計成為一個有趣的職業(yè)，不難想象，在不久的將來，數(shù)據(jù)分析及其外包服務(wù)，如同印度的軟件外包服務(wù)一樣，成為一個迅速崛起的行業(yè)，數(shù)據(jù)分析師將成炙手可熱的職業(yè)。

（3）時效性的“雙刃劍”效應(yīng)

大數(shù)據(jù)的時效性為利用大數(shù)據(jù)進行分析提供了迅捷的手段和基礎(chǔ)，但這種“稍縱即逝”的信息，要求大數(shù)據(jù)擁有者必須進行快速且正確的處理，否則遺漏的信息可能造成決策失誤，錯誤的分析更有誤導(dǎo)之嫌。因此，未來一個國家的競爭力很大程度上取決于整體數(shù)據(jù)分析能力。

三、大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”助力中國制造的創(chuàng)新發(fā)展

1.大數(shù)據(jù)與“互聯(lián)網(wǎng)+”助力中國材料的智能化設(shè)計與制造

制造業(yè)的發(fā)展強烈依賴于新材料的發(fā)展。材料的開發(fā)歷程通常為10～20年，嚴(yán)重制約了多個行業(yè)的發(fā)展進程。因此，“中國制造2025”的突破，關(guān)鍵之一是材料的突破。

材料基因組計劃和集成計算材料工程的發(fā)布，引發(fā)了加快新材料研發(fā)進程的蝴蝶效應(yīng)。采用第一性原理方法，對化學(xué)元素周期表的元素進行多組元組合的高通量的并行計算，成為材料大數(shù)據(jù)的主要來源之一。通過聚類分析、機器學(xué)習(xí)等方法對第一性原理產(chǎn)生的材料大數(shù)據(jù)分析的研究不僅發(fā)現(xiàn)了新材料和新現(xiàn)象，而且推進了材料信息學(xué)的發(fā)展。而結(jié)構(gòu)材料的材料跨尺度計算在實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無障礙透明傳遞的同時，完全可以實現(xiàn)線上操作，在線上形成虛擬材料設(shè)計生產(chǎn)線，基于互聯(lián)網(wǎng)的集成設(shè)計平臺、仿真與驗證平臺、應(yīng)用評價平臺，形成滿足未來新材料需求的智能化設(shè)計與智能化制造的需求，如圖2所示。

而高通量實驗的表征結(jié)果，通過數(shù)據(jù)在線傳輸，實現(xiàn)研究成果在研究者和用戶間傳遞。但無論跨尺度計算，抑或是實驗結(jié)果的傳輸，都在大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息物理系統(tǒng)的支撐下，形成了“互聯(lián)網(wǎng)+中國材料”的新格局，并表現(xiàn)為4個鮮明特征，分別為：

①材料設(shè)計過程的網(wǎng)絡(luò)化：打破計算與模擬過程的各尺度、環(huán)節(jié)、方法的分立，基于互聯(lián)網(wǎng)建立起交互關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)材料設(shè)計與優(yōu)化，形成虛擬材料設(shè)計生產(chǎn)線；以應(yīng)用需求出發(fā)，將材料的5大要素（成分、組織、結(jié)構(gòu)、制備、性能）的設(shè)計與應(yīng)用有機結(jié)合，并以3D和4D的形式呈現(xiàn)，與“中國制造2025”對接。

②生產(chǎn)過程的數(shù)字化與智能化：數(shù)字化貫穿于材料生產(chǎn)的全生產(chǎn)鏈條，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，而每一步生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)通過關(guān)聯(lián)關(guān)系傳輸?shù)礁鳝h(huán)節(jié)進行驗證、反饋與優(yōu)化，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)產(chǎn)品性能的實時優(yōu)化操作。

③生產(chǎn)管理信息化：目前我國在生產(chǎn)管理上存在效率低的突出問題。通過生產(chǎn)過程的實時信息記錄，實現(xiàn)企業(yè)、公司等范圍的數(shù)字化生產(chǎn)管理與調(diào)度，并逐步通過大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展的快速決策和管理效率的提升。

④大數(shù)據(jù)分析常態(tài)化：基于互聯(lián)網(wǎng)的材料智能化設(shè)計過程中傳輸?shù)娜繛閿?shù)據(jù)，在智能化制造中，控制各工序生產(chǎn)的也是計算優(yōu)化和實驗驗證的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的分析與挖掘是“互聯(lián)網(wǎng)+中國材料”過程管理與發(fā)展的高效手段之一。

2.大數(shù)據(jù)與“互聯(lián)網(wǎng)+”助力中國制造

我國制造業(yè)，尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)，相對落后、產(chǎn)品質(zhì)量不高的原因不是單單某一方面的問題，而是多方面構(gòu)成的系統(tǒng)問題，包括規(guī)劃、生產(chǎn)、管理等多方面，如分析決策的手段相對落后，信息量不足且快速分析處理的技術(shù)相對落后，生產(chǎn)上缺乏各工序準(zhǔn)確的過程數(shù)據(jù)，無法找出影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素，管理上現(xiàn)代化程度運用不足，難于做到各個環(huán)節(jié)的精確控制，導(dǎo)致我國生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定性和一致性較差，質(zhì)量不高。

近2年大數(shù)據(jù)思想漸漸進入制造業(yè)企業(yè)的體系，企業(yè)卻在大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上難于落地，因為制造企業(yè)不僅與上述企業(yè)內(nèi)部的問題有關(guān)聯(lián)，而且與上下游的行業(yè)息息相關(guān)。美國的企業(yè)早在幾年前就運用了全生命周期的管理思想，從一種化學(xué)元素從地殼中挖掘出來，到回收處理，并積累了大量數(shù)據(jù)，其思考問題的系統(tǒng)性和全局性值得學(xué)習(xí)和借鑒。

我國目前在制造業(yè)活動中，尚難產(chǎn)生嚴(yán)格符合定義的大數(shù)據(jù)。但制造業(yè)體系較材料領(lǐng)域更加龐雜，信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將企業(yè)相關(guān)的包括上下游行業(yè)的參量都關(guān)聯(lián)在一起，企業(yè)的海量數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢相當(dāng)可觀，而其復(fù)雜關(guān)聯(lián)性，以及材料及制造業(yè)的科學(xué)理論的約束，對數(shù)據(jù)分析的要求提高。而制造業(yè)的大數(shù)據(jù)分析與電子商務(wù)等方面的大數(shù)據(jù)分析相比較不難發(fā)現(xiàn)，后者主要以發(fā)現(xiàn)趨勢和規(guī)律為分析的目標(biāo)，離群點因其為小概率事件而被清洗掉，而制造業(yè)中，發(fā)現(xiàn)問題是需要從特異點入手，離群點分析將成為創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)的有效分析手段之一。

四、結(jié)語

材料及制造業(yè)在今天的發(fā)展中，是不斷創(chuàng)造大數(shù)據(jù)并不斷理解和消化大數(shù)據(jù)的過程，在大數(shù)據(jù)的創(chuàng)造方法以及大數(shù)據(jù)的分析上都需要不斷創(chuàng)新。由于傳統(tǒng)制造業(yè)的特點和基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)的運用和“互聯(lián)網(wǎng)+”支撐的效果難于一蹴而就，但要創(chuàng)造基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的“生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)”，形成制造業(yè)全面落實的發(fā)展新格局，克服區(qū)域間的發(fā)展不平衡，形成制造業(yè)的全面轉(zhuǎn)型，而這正是時代的需要。

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