一、制造強國戰(zhàn)略的核心方向在于智能制造
我國作為世界上人口最多、幅員遼闊的國家,擁有相對完整的工業(yè)體系,生產制造能力和市場需求共同決定了我國制造業(yè)選擇大規(guī)模生產的路徑,通過規(guī)模優(yōu)勢在國際競爭中勝出。隨著信息技術在大規(guī)模生產中發(fā)揮的作用日益明顯,智能化生產已經成為大規(guī)模生產的核心趨勢,因此智能制造是我國制造強國戰(zhàn)略發(fā)展的核心方向之一。
世界各主流制造大國對于智能制造發(fā)展的核心特點和趨勢有著不同的認識,其原因是各國在制造領域的優(yōu)勢各不相同。
美國的優(yōu)勢在于強大的信息技術研發(fā)和實踐能力,因此美國所提出的智能制造的概念建立在大數(shù)據(jù)等信息技術的應用基礎之上,其本質是通過信息技術推動制造業(yè)對先進智能系統(tǒng)的強化應用,使得新產品的迅速制造、產品需求的動態(tài)響應以及對工業(yè)生產和供應鏈網絡的實時優(yōu)化成為可能。美國在該領域的典型企業(yè)如通用電氣(GE)和羅克韋爾(Rockwell)都在將業(yè)務轉向為制造企業(yè)提供基于IT技術的智能服務上。
德國的優(yōu)勢在于工業(yè)控制系統(tǒng)與硬件的融合十分穩(wěn)定,且已經在大量行業(yè)形成了事實上的應用標準。因此德國在推進智能制造的過程中十分關注信息物理系統(tǒng)的融合,通過智能工廠的集成式方案實現(xiàn)智能生產,從而推進生產由集中向分散轉變、產品由趨同向個性轉變、用戶由部分參與向全程參與轉變。德國企業(yè)西門子與SAP正在傳統(tǒng)業(yè)務領域的基礎之上,通過系統(tǒng)集成的方式構建更大范圍的服務能力。
我國由于工業(yè)化起步較晚,工業(yè)生產經驗積累相對薄弱,在關鍵領域和核心技術環(huán)節(jié)與發(fā)達國家存在一定差距。在過去幾十年間,我國大部分行業(yè)通過引入資金、技術和集成式創(chuàng)新取得了快速的發(fā)展,在很多產品領域實現(xiàn)了突破。當前,我國制造業(yè)面臨著新的發(fā)展形勢,單純通過規(guī)模擴張和集成式創(chuàng)新將很難解決成本上升與產能過剩的問題,在供需兩端的雙重擠壓下,企業(yè)必須通過自主創(chuàng)新實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。另一個現(xiàn)實問題是,我國制造企業(yè)在幾十年的發(fā)展過程中產生了分化,龍頭企業(yè)在信息技術應用能力與體系建設方面已接近世界領先水平,同時卻有大量中小型制造企業(yè)仍未實現(xiàn)兩化融合。因此,我國智能制造的發(fā)展任務和趨勢,是要根據(jù)不同企業(yè)的自身特點和所處的發(fā)展階段,提出相對應的發(fā)展路徑和解決方案,從而提升整個制造業(yè)的競爭力。
二、工業(yè)互聯(lián)網為智能制造提供發(fā)展模式和現(xiàn)實路徑
由于我國制造企業(yè)所處信息化階段差異較大,如何圍繞不同企業(yè)的業(yè)務需求提供智能制造的解決方案便成了核心問題。與消費互聯(lián)網類似的是,工業(yè)互聯(lián)網能夠為網絡中的用戶搭建需求與供給的平臺,從而解決用戶的個性化問題;同時,工業(yè)互聯(lián)網的平臺使得同類需求得以聚集,特定的解決方案將更容易實現(xiàn)規(guī)模化的應用,并通過網絡的快速迭代實現(xiàn)優(yōu)化。因此,工業(yè)互聯(lián)網從原理上解決了我國制造業(yè)在現(xiàn)階段發(fā)展過程中所面臨的困境,是我國發(fā)展智能制造的唯一路徑。
工業(yè)互聯(lián)網通過“平臺+數(shù)據(jù)”推動制造業(yè)與市場的深度融合,從而在我國互聯(lián)網消費端的優(yōu)勢上增加工業(yè)制造的部分。工業(yè)互聯(lián)網強調橫向融合,即圍繞IaaS/PaaS/SaaS以及邊緣層相互融合帶來的新業(yè)務模式。互聯(lián)、共享以及數(shù)據(jù)迭代使得這個融合過程的知識顯性化從而帶動產業(yè)的升級。
(一)工業(yè)互聯(lián)網技術使能智能制造
1.工業(yè)軟件技術
工業(yè)軟件是一種工業(yè)的“軟裝備”,是工業(yè)制造系統(tǒng)化管理和控制不可缺少的一部分,是建立工廠精益化和知識管理的工具和平臺。目前我國核心領域和關鍵行業(yè)的大部分工業(yè)軟件均由國外廠商提供,國內在ERP、MES等有一定基礎,但與國外領先水平仍有差距。在工業(yè)APP領域,我國尚處于起步階段。相對于商業(yè)APP,工業(yè)環(huán)境的苛刻條件、數(shù)據(jù)的多樣性、實時性和安全性的要求使得工業(yè)APP的開發(fā)難度和成本風險比較高,特別是接口、展示、應用場景等有特殊的要求。隨著互聯(lián)網與制造業(yè)深度融合,工業(yè)軟件及工業(yè)App前景廣闊。
2.工業(yè)網絡技術
工業(yè)互聯(lián)網面向智能制造單元、智能車間、智能工廠,通過構建低延時、高可靠、廣覆蓋的網絡基礎設施,實現(xiàn)人、機器、產品、系統(tǒng)等主體要素的全面感知、泛在互聯(lián)和數(shù)據(jù)有序流動,是智能制造的“血液循環(huán)系統(tǒng)”。與消費互聯(lián)網相比,工業(yè)互聯(lián)網連接人、機、物等各類工業(yè)要素,連接工業(yè)全系統(tǒng)、全產業(yè)鏈、全價值鏈,在更大范圍內進行實時連接與智能交互,連接的對象、種類、數(shù)量更多,場景更復雜,網絡性能上要求時延更低、可靠性更強,安全性要求更高。
工業(yè)網絡技術利用各類網絡協(xié)議以及數(shù)據(jù)集成協(xié)議,通過數(shù)據(jù)和業(yè)務邏輯,實現(xiàn)工業(yè)生產環(huán)節(jié)中各類軟、硬件系統(tǒng)的無縫集成。工廠內部署了上百種網絡協(xié)議,協(xié)議標準眾多且相對封閉,每個設備說著不同的“方言”,嚴重制約了工業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通互操作。推動工業(yè)互聯(lián)網和智能制造的關鍵點在于開發(fā)、推廣各類標準兼容、協(xié)議轉換的技術、產品和解決方案,將設備之間的通信轉化為“普通話”,實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)在多源設備、異構系統(tǒng)之間的有序流動。
3. 工業(yè)安全技術
工業(yè)互聯(lián)網安全保障體系覆蓋設備、控制、網絡、平臺和數(shù)據(jù),通過協(xié)同智能制造安全,構建起智能制造的“免疫防護系統(tǒng)”。一是保障工業(yè)設備安全。工業(yè)設備安全先天是短板,伴隨著工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展,越來越多的設備會暴露在互聯(lián)網上,病毒、木馬、勒索軟件等安全風險不斷向工業(yè)領域滲透,和消費互聯(lián)網的“謀財”隱患相比,工業(yè)設備安全具有“害命”隱患。二是保障控制安全。工業(yè)控制系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)生產自動化、數(shù)字化的基礎,發(fā)展智能制造帶來對中高端PLC和DCS需求增長的同時,在安全性方面也提出了更高的要求,我國正加大技術研發(fā)和成果轉化支持力度,重點突破工業(yè)控制系統(tǒng)等相關核心技術。三是保障數(shù)據(jù)安全。工業(yè)互聯(lián)網上承載著大量價值巨大的工業(yè)數(shù)據(jù),能夠揭示工業(yè)生產情況及運行規(guī)律,也承載了大量市場、客戶、供應鏈等信息,是工業(yè)互聯(lián)網核心要素,數(shù)據(jù)安全也因此成為工業(yè)互聯(lián)網安全保障的重要任務之一。
4. 工業(yè)智能技術
數(shù)字化技術是發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網和實現(xiàn)智能制造的前提。一是設備數(shù)字化。我國制造業(yè)總體水平處于2.0向3.0過渡階段,老舊設備多、數(shù)字化水平低,2017年我國規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)生產設備數(shù)字化率為44.8%,需要通過加裝傳感器等方式實現(xiàn)設備聯(lián)網。二是業(yè)務流程數(shù)字化。業(yè)務流程數(shù)字化的載體是工業(yè)軟件,我國制造業(yè)規(guī)模占全球20%以上,但我國工業(yè)軟件的市場份額僅為世界工業(yè)軟件市場的3.5%,這說明很多行業(yè)工業(yè)軟件應用水平不高,業(yè)務流程的數(shù)字化步伐亟待加快。
工業(yè)互聯(lián)網平臺本質上是一個工業(yè)知識沉淀、傳播、復用的自動化生產流水線。數(shù)據(jù)作為工業(yè)互聯(lián)網的核心要素,遍布在設計、研發(fā)、物流、供應鏈、銷售、服務等各個環(huán)節(jié),所以海量數(shù)據(jù)的存儲技術將大大提高頻繁的數(shù)據(jù)交互對傳輸實時性和可靠性的需求,而數(shù)據(jù)挖掘技術將有利于提取有價值的信息,并用于優(yōu)化生產流程,完善服務體系。人工智能技術的發(fā)展將賦予生產設備和產品擁有自己的思維,實現(xiàn)人、產品、設備和網絡之間新的互動關系,極大地提升工業(yè)互聯(lián)網的生產效率。
(二)工業(yè)互聯(lián)網平臺重構制造生態(tài)
工業(yè)互聯(lián)網平臺是在傳統(tǒng)云平臺的基礎上疊加物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術,實現(xiàn)海量異構數(shù)據(jù)匯聚與建模分析、工業(yè)經驗知識軟件化與模塊化、工業(yè)創(chuàng)新應用開發(fā)與運行,從而支撐生產智能決策、業(yè)務模式創(chuàng)新、資源優(yōu)化配置和產業(yè)生態(tài)培育的載體。目前我國市場上有以下幾類工業(yè)云平臺:
一是利用平臺對接企業(yè)與用戶,形成個性化定制服務能力,例如海爾COSMOPlat平臺打通需求、設計、生產等環(huán)節(jié),實現(xiàn)個性化定制應用模式。二是借助平臺打通產業(yè)鏈上下游,進而優(yōu)化資源配置,例如航天云網INDICS 和樹根互聯(lián)等平臺,通過匯聚需求與供給雙方而實現(xiàn)供需對接、資源共享的功能。三是管理軟件企業(yè),依托平臺實現(xiàn)從企業(yè)管理層到生產層的縱向數(shù)據(jù)集成,進而提升軟件的智能精準分析能力,典型案例如SAP HANA平臺。四是設計軟件企業(yè)借助平臺強化基于全生命周期的數(shù)據(jù)集成能力,形成基于數(shù)字孿生的創(chuàng)新應用,進而縮短研發(fā)周期,加快產品迭代升級,如索為系統(tǒng)的SYSWARE平臺。
1. 重塑產業(yè)價值
基于工業(yè)互聯(lián)網平臺,將在更大范圍內打破企業(yè)的物理和組織邊界,打通企業(yè)內部、供應鏈上下游、供應鏈之間的數(shù)據(jù)孤島,實現(xiàn)資源有效協(xié)同,形成無邊界組織。如在飛機、船舶、汽車、機械等重點行業(yè),中國商飛、中船、長安汽車等企業(yè)基于工業(yè)互聯(lián)網平臺,實現(xiàn)了研發(fā)數(shù)據(jù)從多數(shù)據(jù)源向統(tǒng)一數(shù)據(jù)源演進,研發(fā)流程從串行工作向并行工程演進,不斷提升研發(fā)效率、縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本。
2. 提升服務水平
工業(yè)互聯(lián)網平臺上各種基礎共性、行業(yè)通用和企業(yè)專用工業(yè)APP,可供企業(yè)按需集成應用,推動工業(yè)設備從“功能機器”演進為可感知、可聯(lián)網、可控制的“智能機器”,面向客戶開展狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、預測預警、健康管理等各種智能服務。同時,可基于工業(yè)互聯(lián)網平臺上的數(shù)據(jù)流,培育精準、便捷、智能的新型業(yè)態(tài),實現(xiàn)企業(yè)從產品生產商到客戶運營商的轉變。
3. 創(chuàng)新組織管理
基于工業(yè)互聯(lián)網平臺,企業(yè)傳統(tǒng)的組織架構模式將被重構,管理方式也將發(fā)生革命性變革。管理對象從傳統(tǒng)的人員、設備、資產等拓展到機器人、數(shù)據(jù)、知識等,企業(yè)中可標準化的工作將越來越多交給機器完成,考核的標準是“執(zhí)行力”,管理重點將從管控轉為為員工賦能,考核的標準是“創(chuàng)造力”。
三、工業(yè)互聯(lián)網落地發(fā)展的核心思路
(一)數(shù)據(jù)驅動、軟件定義是工業(yè)智能化的核心思路
工業(yè)互聯(lián)網通過將機器、數(shù)據(jù)與人融合,搭建起企業(yè)與用戶的無縫對接平臺,使得數(shù)據(jù)驅動的個性化定制成為生產的新模式。工業(yè)互聯(lián)網條件下,未來機器設備可以根據(jù)客戶個性化定制需求進行自我設計、制造、裝配,極大地提升生產效率。以生產和消費數(shù)據(jù)為中心的制造模式加速向社會化和用戶深度參與轉變,生產設備網絡化和生產系統(tǒng)智能化水平也將得到大幅度提升,將大大提升價值創(chuàng)造空間。工業(yè)智能終端的應用為數(shù)字化制造提供了重要的基礎設施保證,雖然目前的企業(yè)數(shù)字化程度還有很大差距,但隨著智能終端的普及和企業(yè)信息化水平不斷提升,有望經過十年左右的發(fā)展達到數(shù)據(jù)驅動生產的要求。
(二)分層級、分行業(yè)地加快建設和推動工業(yè)互聯(lián)網平臺
以推進供給側結構性改革為主線,圍繞軟件定義、數(shù)據(jù)驅動、平臺支撐、服務增值、智能主導的融合發(fā)展特征,加快鼓勵建設和推廣工業(yè)互聯(lián)網平臺及標準。一是實施工業(yè)互聯(lián)網平臺培育工程,研究制訂平臺建設及推廣工程實施指南,遴選若干跨行業(yè)、跨領域的平臺。二是實施百萬工業(yè)企業(yè)上云工程,推動生產設備、研發(fā)工具、業(yè)務系統(tǒng)等云化改造和云端遷移,打造平臺應用最佳實踐,支撐企業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能化轉型。三是實施百萬工業(yè)APP培育工程,面向特定行業(yè)、特定場景培育一批工業(yè)APP,推進工藝經驗的程序化、工業(yè)知識顯性化和工業(yè)智能的云計算化。四是推動建設一批平臺測試驗證環(huán)境和測試床,培育開發(fā)者社區(qū),舉辦開發(fā)者大賽,構建基于工業(yè)互聯(lián)網平臺制造業(yè)新生態(tài)。
(三)促進行業(yè)標準協(xié)同與集成應用
隨著工業(yè)企業(yè)信息化的發(fā)展,各類型工業(yè)網絡之間的協(xié)同與集成效應逐步顯現(xiàn),工業(yè)數(shù)據(jù)的標準化規(guī)范化對于不同軟件之間數(shù)據(jù)的流轉顯得尤為重要,隨著工業(yè)互聯(lián)網市場競爭日益激烈,企業(yè)間對于技術標準的爭奪也已經進入白熱化階段。由于跨國企業(yè)在服務于歐美發(fā)達國家制造企業(yè)的過程中,已經逐步形成了自己的規(guī)范和標準,并且隨著各類型企業(yè)的并購發(fā)展,不同軟件產品已經實現(xiàn)了很好的融合,未來隨著國內工業(yè)企業(yè)的應用,市場對于集成和融合的需求也在不斷提高,國內工業(yè)互聯(lián)網企業(yè)需要進一步通過上下游的合作和發(fā)展,提高產品的適應能力。
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