重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用路徑研究

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、創(chuàng)新等方面涌現(xiàn)出一系列新問題，催生出轉型升級的新需求。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)服務需求愈發(fā)強烈，產(chǎn)品設計和上市周期長，難以滿足快速響應市場的需求；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。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)展時代走向結束，高質量發(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，產(chǎn)能結構有待調整，轉型升級相對迫切。在此形勢下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息通信技術與制造業(yè)深度融合所形成的全新工業(yè)生態(tài)、關鍵基礎設施和新型應用模式，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、管理服務等方面的應用實踐，成為制造業(yè)轉型升級的關鍵路徑，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)的關注[7]。當前全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用基礎日漸夯實，應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)應用已處于從局部探索到路徑形成的關鍵階段[9]，因此亟需找到一種適合行業(yè)發(fā)展應用的模式與路徑，指導我國重點行業(yè)形成各具特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用體系。2重點行業(yè)領域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用模式及路徑2.1重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用核心需求在政府、企業(yè)、聯(lián)盟等各大主體的推動下，重點行業(yè)信息化、自動化建設日益完善，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用打下了堅實基礎，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用，少品種、大批量離散行業(yè)則以產(chǎn)品質量與市場需求為核心開展特色應用。2.2重點行業(yè)及企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用模式與路徑2.2.1重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應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、供應鏈優(yōu)化和生產(chǎn)性服務探索；二是六大行業(yè)典型應用模式，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)品設計與工藝優(yōu)化、需求快速響應、產(chǎn)品質量管理以及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)化。從場景來看，通用型應用場景主要包括排程優(yōu)化、調度管理、生產(chǎn)監(jiān)控、服務配套優(yōu)化等細分場景，流程行業(yè)以能耗調度、工藝調優(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)同設計為特色，少品種、大批量離散行業(yè)以在線質檢、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)應用路徑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用場景復雜多樣，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”從設備側著手，實現(xiàn)更有效的設備健康、能耗、排放管理；多品種、小批量離散行業(yè)利用仿真模擬，從設計和工藝側切入，實現(xiàn)復雜產(chǎn)品多專業(yè)協(xié)同設計與仿真驗證；少品種、大批量離散行業(yè)利用“智能預測+檢測”解析從產(chǎn)品質量切入，打造更完善的質檢、追溯、服務等全方位體系。（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)供應鏈上下游深度對接和市場需求變化響應。2.2.3重點行業(yè)中小企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用模式和路徑目前，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)應用的主要路徑有兩條：一是借用改造大企業(yè)成熟應用，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)應用路徑主要通過低成本改造適應國家標準、依托大企業(yè)電商平臺獲取訂單或提供加工等服務，高端裝備行業(yè)則包括通過信息化建設承擔大廠任務、通過服務平臺解決融資問題等，汽車行業(yè)主要有提供差異化、特色化服務等應用。3典型行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用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，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)應用探索條件良好。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)能結構失衡，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)化三大應用模式，細分為十大類應用場景。（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)風險，提升本質安全，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、工藝調優(yōu)、調度控制、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習，對煉鋼過程中可能造成的熱軋缺陷進行預測。（3）產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)化形成用戶對接、生產(chǎn)響應、產(chǎn)供銷一體化等3類主要場景，提升供需對接水平，強化供應鏈管理和經(jīng)營銷售能力。例如，在供應鏈優(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)貨交易及支付結算、金融服務等配套增值服務。3.1.3鋼鐵行業(yè)應用水平及路徑整體來看，當前鋼鐵行業(yè)應用場景集中在生產(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)字化基礎貫通、跨環(huán)節(jié)應用整合方面存在不足，包括兩條路徑：一是深化設備智能改造與系統(tǒng)建設，加強軟硬件基礎的建設，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)應用重點關注軟件集成和智能化覆蓋，提高模型轉換能力，打通生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)，探索更高層次的智能化。船舶行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋廣、規(guī)模大、成分復雜，借助較好的信息化基礎優(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：一是供應鏈長且復雜，采購成本高，物資周轉率低，生產(chǎn)計劃對接難；二是產(chǎn)品需求差異大，設計過程繁瑣，工藝流程和結構復雜；三是各生產(chǎn)環(huán)節(jié)分散且復雜，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，主要形成供應鏈管理優(yōu)化、產(chǎn)品設計與工藝優(yōu)化、生產(chǎn)運營優(yōu)化三大應用模式，細分為9類應用場景。（1）市場需求響應形成采購管理、計劃對接、檢驗優(yōu)化和服務配套優(yōu)化4類主要場景，強化供應鏈管理能力，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測，精度達95%。（2）產(chǎn)品全生命周期管理形成協(xié)同設計、工藝優(yōu)化兩類主要場景，提升設計效率和工藝水平，增強產(chǎn)品競爭力。例如，在協(xié)同設計場景中，大宇造船海洋工程有限公司通過實時共享設計和生產(chǎn)信息，以3D模型為基礎，節(jié)省大量的人工干預和反復設計修改工作。（3）生產(chǎn)運營優(yōu)化形成排程優(yōu)化、調度管理、智能控制3類主要應用場景，緩解船舶制造過程分散、復雜、難以管控等問題。例如，在調度管理場景，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)應用水平及路徑船舶行業(yè)基于自身產(chǎn)業(yè)鏈復雜的特點，在產(chǎn)業(yè)協(xié)同上形成一定的典型應用，目前在生產(chǎn)調度上仍有大量環(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，基于設備量大復雜、生產(chǎn)調度困難等行業(yè)特點，推動設備管理向預測性維護轉變，增強各生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能調度和控制能力；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，強化設計、生產(chǎn)對需求的響應能力，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)品同質化嚴重，市場需求變化快，難以快速響應；二是研發(fā)設計周期長，質量管控嚴，產(chǎn)品零部件數(shù)量多且來源復雜；三是新市場已經(jīng)出現(xiàn)，同時產(chǎn)業(yè)鏈向服務化深入，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、產(chǎn)品全生命周期管理、新領域探索三大應用模式，細分為9類應用場景。（1）市場需求響應形成需求預測、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)同設計、質量檢測、產(chǎn)品追溯3類主要場景，布局產(chǎn)品質量全方位管理，提升產(chǎn)品競爭力。例如，在質量檢測場景中，奧迪使用創(chuàng)新機器學習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）新領域探索形成了新零售探索、后服務優(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)應用水平及路徑汽車行業(yè)引領全球制造業(yè)轉型升級，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用水平高、范圍廣，在部分環(huán)節(jié)形成行業(yè)特色創(chuàng)新應用，包括兩條路徑：一是全流程一體化優(yōu)化，進一步打通設備、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)絡連接和數(shù)據(jù)分析能力，探索汽車行業(yè)新領域，包括廣泛的生產(chǎn)性服務業(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)應用水平和路徑4結束語我國重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用正處于單場景應用向多環(huán)節(jié)協(xié)同轉型的發(fā)展階段，未來仍有很大的提升空間