摘要:近年来,国家对工业互联网的发展高度重视。2017 年《国务院关于深化 “互联网 + 先进制造业” 发展工业互联网的指导意见》发布,为工业互联网发展指明方向。2020 年,国务院常务会议指出要依托工业互联网促进传统产业加快上线上云。工信部也发布通知,明确加快新型
工业互联网赋能数字化转型
一、 工业互联网发展全景与制造业数字化转型需求
政策推动下的工业互联网发展格局
近年来,国家对工业互联网的发展高度重视。2017 年《国务院关于深化 “互联网 + 先进制造业” 发展工业互联网的指导意见》发布,为工业互联网发展指明方向。2020 年,国务院常务会议指出要依托工业互联网促进传统产业加快上线上云。工信部也发布通知,明确加快新型基础设施建设、拓展融合创新应用、健全安全保障体系、完善产业生态布局、壮大创新发展动能、加大政策支持力度等多方面举措,推动工业互联网加快发展。
制造业数字化转型的关键意义与价值体现
制造业数字化转型已成为必然趋势,具有多方面重要意义。从提质增效来看,能够提升劳动生产率、优化设备管理、提高企业产量、完善质量管理;在节本降耗方面,可节约生产成本、降低企业库存、减少质量成本和能耗水平;从生态培育角度,有助于催生新技术、新产品、新模式和新业态。其本质是为企业创造价值,通过数字化手段解决企业痛点,以信息流带动资源配置优化,提升全要素生产率。
制造业数字化转型的阶段演进与双螺旋模型
制造业数字化转型历经从工业云(工业 SaaS)、工业软件到工业互联网(工业 APP)的发展历程,正在迈向工业互联网平台赋能的 3.0 阶段。基于工业互联网平台的双螺旋模型,制造业数字化转型需从价值、技术、业务三个视角统筹考虑。价值重构是逻辑起点,技术支撑是工具,业务落地是内核,以实现技术和业务的双向迭代。
二、工业互联网平台的价值与核心要素
工业互联网平台的价值体系剖析
工业互联网平台的本质是通过工业全要素、全价值链和全产业链的连接,实现对企业乃至制造业的重构。其价值体现在优化存量、培育增量、化解变量三个方面。在优化存量上,可提高质量、增加效益、节约成本、降低能耗;培育增量方面,有助于催生新能力、新业态、新模式和新产品;化解变量时,能够应对易变性、随机性、复杂性和不确定性。
工业互联网平台的核心要素与功能架构
工业互联网平台由边缘层、工业 PaaS、工业 APP 和 IaaS 等组成。边缘层负责数据采集、协议解析和边缘智能;工业 PaaS 提供工业应用开发工具、微服务组件和大数据分析平台;工业 APP 是承载工业知识和经验的应用软件;IaaS 实现信息基础设施的资源池化。其核心能力包括多源异构数据采集能力、海量数据处理能力、行业机理模型沉淀能力和工业应用培育能力。
典型工业互联网平台及其特色优势
不同类型企业主导的工业互联网平台各具特色。如装备和自动化企业主导的三一、徐工等平台,具有工业数据采集能力优势,切入点为平台 + 智能产品,应用场景侧重于产品全生命周期管理上云;工业企业主导的海尔、航天云网等平台,擅长行业机理模型沉淀,以平台 + 智能生产为切入点,应用场景广泛涉及生产制造、能力交易等多个环节。
三、工业互联网平台的技术支撑体系
架构维:工业互联网平台的架构与核心能力
工业互联网平台架构涵盖边缘层、工业 PaaS、工业 APP 和 IaaS。边缘层通过多种技术实现数据采集、协议转换和边缘智能;工业 PaaS 以微服务架构为基础,提供开发环境和工业大数据分析平台;工业 APP 基于工业互联网,满足特定需求;IaaS 实现资源虚拟化。各层协同构建起工业互联网平台的核心能力。
产业维:新技术融合下的工业互联网平台
5G:打通工业互联网的关键技术
5G 技术在工业互联网中具有重要地位,将解决工业互联网落地最初一公里问题。我国 5G 与工业互联网融合发展虽处于起步阶段,但产业界探索积极,在关键技术研发、商业模式探索、应用范围拓展等方面取得进展,如华为发布多款 5G 工业模组,商飞开展 “5G + 工业互联网” 在大飞机生产制造等方面的探索。
数据中心:支撑工业互联网的基础设施
数据中心是工业互联网的关键基础设施,我国 IDC 市场空间巨大,需协同发展规模化数据中心和边缘数据中心,以满足工业互联网对算力和数据处理的需求。
人工智能:工业互联网平台的内核动力
工业人工智能具有自感知、自学习等特征,能解决工业复杂性和不确定性难题,但目前仍处于发展探索阶段。其在设备预测维护、产品质量检测等多场景有应用,如富士康基于深度学习建立刀具寿命智能预测模型。
区块链:构建工业互联网的信任基石
区块链为工业互联网奠定多方共治、互信共享基础,在工业数据可信采集、存储和共享等方面发挥重要作用。
扩展现实(XR):创新工业互联网人机交互体验
XR 技术包括 VR、AR、MR、HR 等,可改善工业互联网物理空间和赛博空间交互方式,在研发设计、生产制造等环节有广泛应用前景,如 PTC 基于 “Thingworx + AR” 开展设备维护。
数字孪生:打造工业互联网的终极版图
数字孪生是工业互联网的重要支撑技术,通过软件定义实现物理空间与赛博空间交互映射,涵盖通用技术、孪生空间、技术要素、功能等级和典型特征等多方面内涵,在产品设计、生产制造和设备健康管理等领域有实际应用。
四、工业互联网平台的业务落地策略
业务落地的基本原则与思路
工业互联网平台业务落地需坚持分业施策、需求牵引和场景驱动。深入行业梳理特征和转型基础,挖掘痛点,抓住智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等关键场景,形成业务 - 价值和业务 - 技术闭环,持续迭代优化解决方案。
垂直行业业务落地的典型场景与案例
钢铁行业面临设备维护低效化等痛点,以工艺优化为切入点,如宝钢集团探索设备运行信息集成分析,东方国信开发炼铁云平台,酒钢集团实施工艺优化和设备升级,南京钢铁构建制造云平台实现规模化定制。石化行业
针对设备管理不透明等问题,以设备智能管控为切入点,如京博石化实现设备运行控制智能化,云南石化进行工艺优化,九江石化开展质量管控和企业内协同,镇海炼化等实现企业间协同,茂名石化和长庆油田加强安全监控。煤炭行业
存在环境污染大等痛点,以安全生产为切入点,如蒙草集团打造矿山生态大数据平台,榆北煤业搭建智慧矿山系统,G7 智联构建煤炭精准运力池,华为构建 “煤矿大脑” 实现无人或少人生产。航空航天行业
面临数据源差异大等问题,以网络化协同为切入点,如波音公司构建全球化研发体系,西飞在制造中实现数字化生产,商飞构建飞机研制管理一体化平台,GE 和罗罗公司利用 AI 和大数据技术提升发动机运维效率。船舶行业
针对接船难等痛点,以网络化协同和服务化延伸为切入点,如江南造船实现三维模型协同设计,中船系统院开展服务化延伸,沪东中华和黄埔文冲实施协同制造,中远海运布局供应链金融,中船第七〇八研究所建立自动化立体仓库。汽车行业
存在设计周期长等问题,以规模化定制生产为切入点,如长安汽车实现网络化协同设计,广西汽车集团实现产供销协同,北汽福田提供服务生态体系,上汽大通支撑规模化定制生产。轨道交通行业
面临资源调配效率低下等痛点,以车辆远程运维为切入点,如中车株机建设智能制造车间,中车信息技术有限公司构建供应链电子商务协同平台,中车株机和中车四方保障车辆健康安全运行,中车株洲机车和中车四方利用仿真平台优化设计。工程机械行业
针对资源调配效率低下等问题,以设备健康管理为切入点,如卡特彼勒、日立和徐工集团实现设备预测性维护,徐工信息优化备品备件管理体系,小松提供智慧施工服务,中联重科和三一重工开展互联网金融服务。家电行业
面临生产智能化水平低等痛点,以个性化定制为切入点,如海尔集团打造互联工厂实现柔性生产和供应链生态整合,美的集团打造全自动柔性冲压生产线,松下电器提供智能家居解决方案。电子信息行业
存在新产品生产周期长等问题,以设备智能为切入点,如新华三实现供应链协同,华为实现柔性质检,华星光电实现自动检测,腾晖光伏实现生产全流程优化,富士康实现设备智能功能。风电行业
面临风场设计周期长等痛点,以远程运维和智慧风场为切入点,如远景能源开发云平台缩短风场设计周期,昆仑数据打造平台提高风场运营效率,金风科技实现设备预测维护,中国海装打造智能微网提升风电消纳水平。
五 、工业互联网平台落地的阶段与发展趋势
工业互联网平台落地需经历单点突破、垂直深耕、横向拓展、生态构建四个阶段。从推出杀手级工业 APP 开始,逐步打造行业级平台、跨行业平台,最终形成 “赢者通吃” 的生态格局,这一过程需要 15 - 20 年时间,期间平台将不断发展完善,成为工业基础设施,推动制造业全面数字化转型。
来源:智能制造万里行ACIML