1 引言
當前,全球制造業(yè)發(fā)展面臨新形勢、新挑戰(zhàn),生產(chǎn)、管理、服務(wù)、創(chuàng)新等方面涌現(xiàn)出一系列新問題,催生出轉(zhuǎn)型升級的新需求[1]。整體來看,一是生產(chǎn)效率提升達到瓶頸,原料、勞動力等生產(chǎn)成本持續(xù)上升;二是個性化和后續(xù)服務(wù)需求愈發(fā)強烈,產(chǎn)品設(shè)計和上市周期長,難以滿足快速響應(yīng)市場的需求;三是制造企業(yè)利潤低、資源少,中小企業(yè)貸款難,缺乏金融資助[2]。從部分重點行業(yè)來看,市場形勢不佳成為最明顯的特征,高增速發(fā)展時代走向結(jié)束,高質(zhì)量發(fā)展成為時代主題。以鋼鐵、船舶、汽車行業(yè)為例,當前全球市場需求均出現(xiàn)放緩[3-5],產(chǎn)能結(jié)構(gòu)有待調(diào)整,轉(zhuǎn)型升級相對迫切。在此形勢下,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息通信技術(shù)與制造業(yè)深度融合所形成的全新工業(yè)生態(tài)、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和新型應(yīng)用模式[6],深度賦能工業(yè)企業(yè),依托其深度感知、智能分析、高效處理、集成互通等能力,逐步深化企業(yè)在生產(chǎn)運營、管理服務(wù)等方面的應(yīng)用實踐,成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵路徑,受到鋼鐵、石化、電子、汽車、高端裝備等國民經(jīng)濟重點行業(yè)的關(guān)注[7]。當前全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)日漸夯實,應(yīng)用場景更加清晰聚焦[8]。其中,我國重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已處于從局部探索到路徑形成的關(guān)鍵階段[9],因此亟需找到一種適合行業(yè)發(fā)展應(yīng)用的模式與路徑,指導(dǎo)我國重點行業(yè)形成各具特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系。
2 重點行業(yè)領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式及路徑2.1 重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用核心需求在政府、企業(yè)、聯(lián)盟等各大主體的推動下,重點行業(yè)信息化、自動化建設(shè)日益完善,為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用打下了堅實基礎(chǔ),但在不同行業(yè)中存在較明顯的差距。各大行業(yè)基于當前數(shù)字化水平,在依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)獲取解決通用型問題能力的同時,也面向本行業(yè)內(nèi)特性痛點問題開展了應(yīng)用。其中,流程行業(yè)以產(chǎn)能、資產(chǎn)、安環(huán)等方面的系統(tǒng)性優(yōu)化為應(yīng)用特點,多品種、小批量離散行業(yè)主要圍繞產(chǎn)品全生命周期開展特色應(yīng)用,少品種、大批量離散行業(yè)則以產(chǎn)品質(zhì)量與市場需求為核心開展特色應(yīng)用。 2.2 重點行業(yè)及企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式與路徑2.2.1 重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式與場景 針對重點行業(yè)不同的痛點問題,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)形成了不同的應(yīng)用模式及場景:一是四大通用型模式,分別為生產(chǎn)運營優(yōu)化、管理與決策優(yōu)化、供應(yīng)鏈優(yōu)化和生產(chǎn)性服務(wù)探索;二是六大行業(yè)典型應(yīng)用模式,體現(xiàn)了流程、離散等不同類型行業(yè)的需求,包括安環(huán)管理、產(chǎn)品價值提升、產(chǎn)品設(shè)計與工藝優(yōu)化、需求快速響應(yīng)、產(chǎn)品質(zhì)量管理以及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)化。 從場景來看,通用型應(yīng)用場景主要包括排程優(yōu)化、調(diào)度管理、生產(chǎn)監(jiān)控、服務(wù)配套優(yōu)化等細分場景,流程行業(yè)以能耗調(diào)度、工藝調(diào)優(yōu)等場景為特色,多品種、小批量離散行業(yè)以仿真建模、協(xié)同設(shè)計為特色,少品種、大批量離散行業(yè)以在線質(zhì)檢、混線柔性生產(chǎn)為特色。 2.2.2 重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用路徑 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景復(fù)雜多樣,但總體呈現(xiàn)智能化、協(xié)同化兩大發(fā)展路徑,在此路徑指引下,不同細分行業(yè)開展差異性探索。 (1)在智能化層面,流程行業(yè)利用“智能+工業(yè)大數(shù)據(jù)+模型” 從設(shè)備側(cè)著手,實現(xiàn)更有效的設(shè)備健康、能耗、排放管理;多品種、小批量離散行業(yè)利用仿真模擬,從設(shè)計和工藝側(cè)切入,實現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品多專業(yè)協(xié)同設(shè)計與仿真驗證;少品種、大批量離散行業(yè)利用“智能預(yù)測+檢測”解析從產(chǎn)品質(zhì)量切入,打造更完善的質(zhì)檢、追溯、服務(wù)等全方位體系。 (2)在協(xié)同化層面,流程行業(yè)利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行綜合集成,探索產(chǎn)、供、銷一體化;多品種、小批量離散行業(yè)通過平臺協(xié)同各大主體,實現(xiàn)研發(fā)、計劃、生產(chǎn)等資源高效率配置;少品種、大批量離散行業(yè)發(fā)揮平臺能力,實現(xiàn)供應(yīng)鏈上下游深度對接和市場需求變化響應(yīng)。 2.2.3 重點行業(yè)中小企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式和路徑 目前,我國量大面廣的中小企業(yè)受制于生產(chǎn)經(jīng)營能力,正處于信息化補課階段,其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要路徑有兩條:一是借用改造大企業(yè)成熟應(yīng)用,追求資產(chǎn)、能耗等單點個別場景的能力優(yōu)化;二是依托平臺融入大企業(yè)發(fā)展生態(tài),探索融通發(fā)展機制(見圖1)。
圖1 重點行業(yè)中小企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用模式和路徑 不同行業(yè)中小企業(yè)面臨的壓力各不相同,選擇的應(yīng)用實踐方式也存在差異。例如,原材料行業(yè)的中小企業(yè)應(yīng)用路徑主要通過低成本改造適應(yīng)國家標準、依托大企業(yè)電商平臺獲取訂單或提供加工等服務(wù),高端裝備行業(yè)則包括通過信息化建設(shè)承擔大廠任務(wù)、通過服務(wù)平臺解決融資問題等,汽車行業(yè)主要有提供差異化、特色化服務(wù)等應(yīng)用。 3 典型行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用3.1 鋼鐵行業(yè)3.1.1 鋼鐵行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及需求痛點 鋼鐵行業(yè)已經(jīng)具備相對較好的信息化、自動化基礎(chǔ),現(xiàn)階段正繼續(xù)拓展數(shù)字化改造范圍和數(shù)據(jù)的高效利用,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用探索條件良好[10]。鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈以中游冶煉企業(yè)為核心,上游為鐵礦石等原料和設(shè)備,下游為建筑、汽車等不同行業(yè)用鋼客戶,整體來看存在三大痛點問題:一是生產(chǎn)能耗、排放高,安全事故頻發(fā),面臨較大環(huán)保、安全政策壓力;二是高價值設(shè)備多,生產(chǎn)分段連續(xù),部分工藝難以優(yōu)化,整體效率需要提高;三是產(chǎn)能結(jié)構(gòu)失衡,產(chǎn)品市場需求與生產(chǎn)計劃協(xié)同優(yōu)化不足。 3.1.2 鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式和場景 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)助力鋼鐵行業(yè)解決痛點需求,主要形成安環(huán)管理、生產(chǎn)運營優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)化三大應(yīng)用模式,細分為十大類應(yīng)用場景。 (1)安環(huán)管理 形成安全管理、能耗優(yōu)化、排放控制等3類主要場景,降低生產(chǎn)風(fēng)險,提升本質(zhì)安全,探索綠色可持續(xù)發(fā)展道路。例如,在排放控制場景,酒泉鋼鐵(集團)有限責任公司利用大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)能耗和排放的智能化管理,單座高爐每年降低成本2400 萬元,減少碳排放 2萬噸,冶煉效率提升10%。 (2)生產(chǎn)運營優(yōu)化 形成資產(chǎn)管理、工藝調(diào)優(yōu)、調(diào)度控制、遠程協(xié)同等4類主要場景,促進生產(chǎn)運營等過程的提質(zhì)增效,實現(xiàn)整體智能化管理。例如,在工藝分析場景,中國中鋼集團有限公司利用機器進行深度學(xué)習(xí),對煉鋼過程中可能造成的熱軋缺陷進行預(yù)測。 (3)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)化 形成用戶對接、生產(chǎn)響應(yīng)、產(chǎn)供銷一體化等3類主要場景,提升供需對接水平,強化供應(yīng)鏈管理和經(jīng)營銷售能力。例如,在供應(yīng)鏈優(yōu)化場景,攀鋼集團有限公司的積微循環(huán)平臺提供鋼鐵、釩鈦、冷鏈等大宗商品的現(xiàn)貨交易及支付結(jié)算、金融服務(wù)等配套增值服務(wù)。 3.1.3 鋼鐵行業(yè)應(yīng)用水平及路徑 整體來看,當前鋼鐵行業(yè)應(yīng)用場景集中在生產(chǎn)環(huán)節(jié),形成以制造系統(tǒng)為核心的點狀覆蓋型實踐,但在數(shù)字化基礎(chǔ)貫通、跨環(huán)節(jié)應(yīng)用整合方面存在不足,包括兩條路徑:一是深化設(shè)備智能改造與系統(tǒng)建設(shè),加強軟硬件基礎(chǔ)的建設(shè),繼續(xù)提高自動化、智能化水平,在保障安全的前提下逐漸完成機器換人;二是多環(huán)節(jié)互聯(lián)互通,從數(shù)據(jù)出發(fā)打通生產(chǎn)管理各環(huán)節(jié),實現(xiàn)全流程的集中管控,同時打通上下游,適應(yīng)市場變化趨勢(見圖2)。
圖2 鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平和路徑3.2 船舶行業(yè)3.2.1 船舶行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及痛點需求 當前船舶行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用重點關(guān)注軟件集成和智能化覆蓋,提高模型轉(zhuǎn)換能力,打通生產(chǎn)各個環(huán)節(jié),探索更高層次的智能化[11]。船舶行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋廣、規(guī)模大、成分復(fù)雜,借助較好的信息化基礎(chǔ)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈成為發(fā)展重點,整體來看存在三大痛點問題:一是供應(yīng)鏈長且復(fù)雜,采購成本高,物資周轉(zhuǎn)率低,生產(chǎn)計劃對接難;二是產(chǎn)品需求差異大,設(shè)計過程繁瑣,工藝流程和結(jié)構(gòu)復(fù)雜;三是各生產(chǎn)環(huán)節(jié)分散且復(fù)雜,影響因素多,管控難度大。 3.2.2 船舶行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式和場景 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)助力汽車行業(yè)解決痛點需求,主要形成供應(yīng)鏈管理優(yōu)化、產(chǎn)品設(shè)計與工藝優(yōu)化、生產(chǎn)運營優(yōu)化三大應(yīng)用模式,細分為9類應(yīng)用場景。 (1)市場需求響應(yīng) 形成采購管理、計劃對接、檢驗優(yōu)化和服務(wù)配套優(yōu)化4類主要場景,強化供應(yīng)鏈管理能力,降低成本,提升效率。例如,在采購管理場景中,中國船舶工業(yè)集團有限公司推出船舶行業(yè)首個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺“船海智云”,完成對物資價格的智慧預(yù)測,精度達95%。 (2)產(chǎn)品全生命周期管理 形成協(xié)同設(shè)計、工藝優(yōu)化兩類主要場景,提升設(shè)計效率和工藝水平,增強產(chǎn)品競爭力。例如,在協(xié)同設(shè)計場景中,大宇造船海洋工程有限公司通過實時共享設(shè)計和生產(chǎn)信息,以3D模型為基礎(chǔ),節(jié)省大量的人工干預(yù)和反復(fù)設(shè)計修改工作。 (3)生產(chǎn)運營優(yōu)化 形成排程優(yōu)化、調(diào)度管理、智能控制3類主要應(yīng)用場景,緩解船舶制造過程分散、復(fù)雜、難以管控等問題。例如,在調(diào)度管理場景,中船黃埔文沖船舶有限公司的自動化立體倉庫實現(xiàn)物資出入庫自動化搬運及信息自動更新,有效庫容面積提升4倍,庫存資金占比減少28%。 3.2.3 船舶行業(yè)應(yīng)用水平及路徑 船舶行業(yè)基于自身產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜的特點,在產(chǎn)業(yè)協(xié)同上形成一定的典型應(yīng)用,目前在生產(chǎn)調(diào)度上仍有大量環(huán)節(jié)有待改善,包括兩條路徑:一是生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化改造,基于設(shè)備量大復(fù)雜、生產(chǎn)調(diào)度困難等行業(yè)特點,推動設(shè)備管理向預(yù)測性維護轉(zhuǎn)變,增強各生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能調(diào)度和控制能力;二是產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力提升,從生產(chǎn)出發(fā),繼續(xù)深化產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力,強化設(shè)計、生產(chǎn)對需求的響應(yīng)能力,整體上優(yōu)化采購、倉儲、排程等全流程(見圖3)。
圖3 船舶行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平和路徑3.3 汽車行業(yè)3.3.1 汽車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及需求痛點 當前全球貿(mào)易緊張、經(jīng)濟發(fā)展放緩、排放標準趨嚴等因素對汽車市場產(chǎn)生較大影響,同時新能源、無人駕駛等領(lǐng)域也成為各傳統(tǒng)車企及新興勢力競爭的重要戰(zhàn)場[12]。汽車行業(yè)制造環(huán)節(jié)自動化程度較高,以市場為導(dǎo)向的成熟生產(chǎn)模式,整體來看存在三大痛點問題:一是產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重,市場需求變化快,難以快速響應(yīng);二是研發(fā)設(shè)計周期長,質(zhì)量管控嚴,產(chǎn)品零部件數(shù)量多且來源復(fù)雜;三是新市場已經(jīng)出現(xiàn),同時產(chǎn)業(yè)鏈向服務(wù)化深入,帶來新的挑戰(zhàn)。 3.3.2 汽車行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式和場景 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)助力汽車行業(yè)解決痛點需求,主要形成市場需求響應(yīng)、產(chǎn)品全生命周期管理、新領(lǐng)域探索三大應(yīng)用模式,細分為9類應(yīng)用場景。 (1)市場需求響應(yīng) 形成需求預(yù)測、個性化定制、混線柔性生產(chǎn)3類主要場景,強化供需對接能力,提升營銷水平。例如,在個性化定制場景,上汽大通汽車有限公司打造大規(guī)模個性化智能訂制模式,用戶可以對變速箱、驅(qū)動形式、座椅布局等配置項目進行個性搭配。 (2)產(chǎn)品全生命周期管理 形成協(xié)同設(shè)計、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品追溯3類主要場景,布局產(chǎn)品質(zhì)量全方位管理,提升產(chǎn)品競爭力。例如,在質(zhì)量檢測場景中,奧迪使用創(chuàng)新機器學(xué)習(xí)程序精確檢測金屬板中最細的裂縫并標記,徹底改變測試過程。 (3)新領(lǐng)域探索 形成了新零售探索、后服務(wù)優(yōu)化、無人駕駛3類主要場景,強化汽車行業(yè)新布局,拓寬行業(yè)輻射范圍。例如,在無人駕駛場景中,特斯拉、Waymo等各大公司基于AI技術(shù)開展無人駕駛汽車探索和研制,搶占汽車行業(yè)新市場。 3.3.3 汽車行業(yè)應(yīng)用水平及路徑 汽車行業(yè)引領(lǐng)全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平高、范圍廣,在部分環(huán)節(jié)形成行業(yè)特色創(chuàng)新應(yīng)用,包括兩條路徑:一是全流程一體化優(yōu)化,進一步打通設(shè)備、車間、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)等層級,實現(xiàn)各大環(huán)節(jié)的整體協(xié)同和優(yōu)化;二是產(chǎn)業(yè)鏈拓展和升級,依托新型網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)分析能力,探索汽車行業(yè)新領(lǐng)域,包括廣泛的生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)和專業(yè)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車等(見圖4)。
圖4 汽車行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平和路徑
4 結(jié)束語
我國重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用正處于單場景應(yīng)用向多環(huán)節(jié)協(xié)同轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段,未來仍有很大的提升空間。研究顯示,我國在重點行業(yè)探索工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的過程中,主要面臨認識理解不足、基礎(chǔ)能力薄弱、產(chǎn)業(yè)支撐缺失、探索風(fēng)險較大、環(huán)境支撐匱乏、行業(yè)發(fā)展不均等問題。為此,提出3條推進建議:
一是從加強通用技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng)新突破、加快專用解決方案培育和推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準體系建設(shè)等方面加強核心產(chǎn)品與解決方案的培育;
二是從加強應(yīng)用實踐頂層指導(dǎo)、引導(dǎo)企業(yè)自發(fā)推進應(yīng)用實踐和加強應(yīng)用標桿推廣等方面推進行業(yè)應(yīng)用的落地推廣;三是從完善公共服務(wù)體系建設(shè)、加大宣貫培訓(xùn)力度和創(chuàng)新人才選拔途徑等方面構(gòu)建良好的發(fā)展環(huán)境。
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原文標題:重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用路徑研究
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