工业互联网赋能制造业数字化转型

1、 工业互联网赋能制造业数字化转型 制造企业向数字化转型是应对重大变革的唯一正确选择。大多数制造企业尚处于转型的前夜或初期。图/受访者提供在各方倡导推动下，工业互联网风起云涌，高潮迭起，一时成为各地各行业的热点重点，亦成为制造企业拥抱的对象。与此相伴，大数据、云计算、物联网、区块链、人工智能、边缘计算等新技术纷至沓来，目不暇接。公有云、私有云、云制造、雾计算等新词层出不穷，真让企业尤其是中小企业，感到云里雾里，摸不着头脑。工业互联网，顾名思义，应是围绕工业、服务工业、提升工业。我国工业正面临转型升级、高质量发展的重要时期。作为工业之主体，制造业正处于前所未有的重大变革中。转型升级、高质量发展，异

2、常紧迫地提到日程上来。如此多的新技术密集地“+”到制造业领域，制造业有些不知所措。制造业将被重新定义，如制造业将服务化为服务业、制造业将被平台经济覆盖，种种提法，引发人们的困惑与思考。信息社会制造业的地位如何，智能时代制造业如何发展，工业互联网如何与制造业融合，一系列复杂问题急待求解。为此，有必要从制造业的发展、制造系统演进到数字化转型以及工业互联网来梳理发展和演化的脉络。制造业发展和制造系统的演进时代的变迁，社会的进步，不是弱化制造业、消亡制造业，而是演化制造业、提升制造业。考察制造业发展，最基本的视角是研究制造系统的演进。制造系统凝结了科学技术的成果、思想理论的精华、社会人文的良知。无论是

3、远古时代，还是信息社会，人类生活的基本需求，衣食住行使用的物品，以及更进一步的精神文化生活所需的物品，都离不开制造业。难以想象，当社会没有制造业将是何种情形。信息社会的信息采集传输、数据的挖掘分析，所用的装备是制造出来的；智能时代人们须臾不可离开的智能手机、智能终端，是制造出来的；探索未知的天眼和飞船，也是制造出来的。时代的变迁，社会的进步，不是弱化制造业、消亡制造业，而是演化制造业、提升制造业。制造是一种经济活动，是指经物理变化或化学变化后成为新产品的经济活动。不论人类社会如何发展、产业形态如何变化，其经济活动始终存在。但随着社会不断发展、技术不断进步，制造业也在不断发展。而制造业的发展又推

4、动了社会的进步。可以说，千百年来人们从未停止过对制造技术研究和制造活动方式探求的步伐。在某一时期按一定技术和逻辑以某种相对定型的方式来组织制造活动，从而形成一定的制造模式。近百年来，制造模式不断涌现、层出不穷。制造系统则是制造活动赖以进行的载体，是由人和劳动资料构成的。“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。劳动资料不仅是人类劳动力发展的测量器，而且是劳动借以进行的社会关系的指示器。”因此，考察制造业的发展，最基本的视角是研究制造系统的演进。制造系统凝结了科学技术的成果、思想理论的精华、社会人文的良知。可以说，制造系统的不断演进，是人类文明进步的标志。工业革命

5、初期最早的制造系统，无疑是由人和简单的工具组成。以后，有了流水线生产；之后，有了自动化生产线，工人跟着生产线的节拍走；再后，自动化程度不断提高，工人成为生产线不可分割的一部分，像机器那样工作，而机器又如人那样灵巧地动作。可谓人如机器、机器如人。制造系统的演进，从未停止过，如今，正朝向智能化方向发展。观察制造系统的演进，可以从中抽取什么特征来表征其演进过程？从制造系统演进过程可发现两个特征性的变化：一是从“人力为主”到“人是机器，机器是人”，再到“人力逐渐退出”；二是从“人操作生产工具”到“机器按程序运行”，再到“自学习系统”。第一个变化反映了人力在制造系统中的比重逐渐降低；第二个变化反映了制造

6、系统中固化的人的知识和经验所占比重逐渐提高。图1展示出了这种变化趋势。由此可以预期制造系统演进的方向，人们力求人力（强调是人力而不是人）从制造系统中退出，使系统学会像人一样思考和工作，成为一个自学习系统。新一代信息技术、人工智能与制造业的融合发展，有力促进了制造业逼近这个方向。智能制造和数字化转型制造企业向数字化转型是应对重大变革的唯一正确选择。大多数制造企业尚处于转型的前夜或初期，少数企业已开始数字化转型。相对于数字产业化，产业数字化空间大，其复杂程度和实施难度也大，是数字经济发展的重点和难点。我国制造业在实施制造强国战略的第一个十年中，以两化融合为主线、以智能制造为主攻方向。之所以做出这种

7、战略选择，是基于对全球制造业发展格局重大变化的把握，是基于对如何提升我国制造业的思考，是基于对有效解决效益效率、质量品种、资源消耗、环境影响等突出问题的权衡。早期的制造业两化融合，就是力图解决这些问题。20世纪80年代开始，我国制造业在信息化的推动下，经过甩图板、CAD应用工程、甩账表、CIMS（计算机集成制造系统）工程，在计算机应用、信息集成、快速响应市场、提高效率等方面取得了长足进步。计算机技术和集成电路的快速发展，为制造系统构建起神经系统和控制系统成为可能。从而有利于制造系统的高效运转，有利于制造系统的物料流、信息流、能量流、资金流、业务流、人员流的顺畅、准确、有效。几十年来，人们为此而

8、努力，各种不同的制造模式应运而生。精益生产（LP）、敏捷制造（AM）、柔性制造（FM）、计算机集成制造（CIM）、现代集成制造（CIM）、协同制造（HM）、网络合作制造（NCM）、可重构制造系统（RCMS）、大批量定制化生产（MCP）、分散网络化生产系统（DNPS）、自组织生产系统（SOPS）等等制造模式和制造系统集中体现了人们对提升制造业的不懈努力和孜孜追求。但在那个年代，未能解决制造系统信息孤岛的问题。当今时代，新一代信息技术和其他高新技术发展迅猛异常，加速了制造模式的创新和制造系统的演进。让制造系统更具智能，使其更能自动适应市场变化和制造条件的变更，智能制造已不是遥不可及的追求，而是可以

9、脚踏实地的实施。智能制造是以往努力的延续，是几十年技术的积淀。有关智能制造内涵的表述，仁者见仁、智者见智，众说纷纭。笔者比较认同这种表述：“智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。”智能制造是制造业的发展方向和目标，这一目标的实现则需经过制造业智能化的过程，关键是构建智能化制造系统。一般来讲，一个智能化制造系统由五个层级构成（图2）。各个层级间需要实现信息集成，底层设备间更需要实现互联互通。目前，制造系统底层设备间的信息互联，通过各种现场总线得以实现，如Profib

10、us、CanBus、LonWorks、CC-link、DeviceNet、Modbus等等。层级间则通过工业以太网实现通信。信息集成的前提是设备的各种各样信息需表达为计算机能读懂的数字语言。这就要求凡在制造系统内的各种设备必须先进行数字化，然后才有可能按照智能制造的要求进行调度并运行。智能制造还需要将企业的各类业务流程、运营过程均纳入制造系统中。因此，业务流程、运行过程也需进行数字化并贯穿于全生命周期。一句话，制造企业必须成为数字化企业、实现数字化转型，才能适应信息时代。数字化转型的主要内容包括要素、过程和产出的数字化。要素数字化体现在推动数字技术创新，推进生产设备的数字化改造、培育融合型数字

11、化人才；过程数字化主要涉及研发、设计、采购、生产、销售等业务流程的数字化升级；产出数字化体现在产品的智能升级和服务模式的数字化创新。制造企业向数字化转型是应对已经到来的重大变革的唯一正确选择。当前，大部分制造企业尚处于转型的前夜或初期，少数先进企业已开始和实现了数字化转型。数字经济的热潮正迎面涌来，相对于数字产业化，产业数字化的空间要大得多，其复杂程度和实施难度也大得多，因而发展速度低得多。产业数字化是数字经济发展的重点和难点。工业互联网将数字化技术和工业（尤其是制造业）两者连接起来，使物物相联成为可能，使制造系统的智能化易于实现。工业互联网和平台工业互联网平台建设有三种情况，一是基础云建设方

12、，向上延伸到应用行业；二是互联网公司，向自身熟悉的行业靠拢；三是制造企业智能化改造中取得经验和技术后，建设面向行业的平台。工业互联网是互联网和新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，是工业智能化发展的关键综合信息基础设施。对工业互联网的理解也是多种多样，与工业互联网相类似的名称有产业互联网、工业物联网、物联网、工业中的互联网等。工业互联网将原已在企业内部运行的内网和企业间相互通讯的外网均涵盖在内，于是成为制造企业数字化转型的关键支撑，成为制造业智能化必需的网络环境和基础设施。智能化制造与工业互联网密不可分，智能化制造依工业互联网而实现，工业互联网扶植制造业走向智能化。工业

13、互联网的主要应用场景和用武之地在制造业。但是，工业互联网并非狭隘的“设备联网”或“机器换人”，而是需要将制造业知识、软件与硬件三者相互融合。由于工业互联网可将位于各处的成千上万的设备和硬件接入网中，实现泛在互联，由此又遇到了突出的问题，即大量的数据都上到云上，使网络不堪重负。于是有了边缘计算技术，将若干底层设备的数据先行处理，再将经过“预处理”数据放到云上。从云端着眼，“预处理”位于云的边缘，故而称作边缘计算。有些单位在构建工业互联网平台时，将其称为“雾计算”。云计算、雾计算，还有众多新名词、新概念，难免有点让人感到云里雾里。工业互联网产业联盟在体系架构1.0版本的基础上，继续不断完善，于8月

14、在重庆正式发布了工业互联网体系架构2.0（图3）。这一体系架构是工业互联网技术生态协同发展的基础指南，对于工业互联网与制造智能化、数字化转型的融合发展，厘清了相互关系和工作侧重。工业互联网对于大企业和行业骨干企业，因其资金、技术等实力较强，在早年两化融合阶段，即已建立了企业自己的专网。现在这些企业中不少单位应用工业互联网技术建起了私有云。也有些企业依托自己的技术基础，建立公有云，成为工业互联网平台，为行业内外提供平台服务。制造业中企业数量占90%以上的中小企业，在数字化转型和工业互联网面前，深感力不从心。因此，急需一些面向行业的公共服务平台为它们提供咨询、培训，提供简便的云服务。可喜的是，已出

15、现不少这样的工业互联网平台。这些平台，相当多的在为本企业两化深度融合、智能化制造、数字化车间、智能工厂的建设中，形成积累了相关的经验和技术，在此基础上加以固化、形成规范、制定标准，为同类企业提供相应服务。取得成效后，又进一步扩展延伸，成为有影响的工业互联网平台。美的美云智数是在建设智能家电工厂的基础上发展起来的；树根互联、徐工汉云，则是在工程机械远程运维的业务上扩展形成的；苏州博众精工先在公司的机械加工车间进行智能化改造，有了体验后，建立TSAMO工业互联网平台，为类似企业提供服务；富士康集团的工业富联，建设智能工厂的同时，总结手机背板加工中材料、工艺、设备等方面的技术问题，构建工业富士专业云

16、，为12个行业提供服务。海尔的COSMO Plat是整合海尔集团工业智能研究院等有关工业互联网业务与机构后形成的一个服务于产业的平台，既为海尔的家电、中央空调企业实现智能制造提供网络和技术支撑，也形成了“1+7+N”的业务模式。“1”即COSMO Plat，“7”即研发设计、制造生产、智能物流、智能服务等7个领域，“N”则为衣、食、住、行、医、康、养、教等等方面。至今，COSMO Plat已可为15个行业、7大领域提供3大类、28个应用场景、179项解决方案。目前，工业互联网平台的建设单位有三种情况，一是基础云建设方，向上延伸到应用行业；二是互联网公司，向某些自身熟悉的行业靠拢；三是制造企业智

17、能化改造中取得经验和技术后，建设面向行业的平台。第三种情况，相对而言，成效较明显。工业互联网加速制造业数字化转型工业互联网是工业智能化发展的关键综合信息基础设施，制造活动在其上方得以进行，一系列数字化转型的业务借此才有可能开展。通过近几年实践和思考，制造企业已逐渐看到数字化转型的方向和着力点，聚焦十个领域。工业互联网是工业智能化发展的关键综合信息基础设施，智能制造活动在其上方得以进行，一系列数字化转型的业务借此才有可能开展。制造企业通过近几年的实践和思考，已逐渐看到数字化转型的方向和着力点。随着技术、产业、应用的创新突破和协同推进，工业互联网将与制造业数字化转型和智能化制造更加紧密结合，加速制

18、造业数字化转型。如何实现融合发展，工业互联网和制造业两方面都在摸索和实践，制造企业更是期望工业互联网能够带给它们转型红利。从一些企业的实践和制造业数字化转型的要求看，以下十个领域（方面）是当前重要的切入点、结合部和着力点。1.远程运维。制造中的大型关键设备，对制造工厂来说，相当于大脑和心脏，一旦发生故障，整个工厂将停产甚至发生重大事故。对这些设备的智能监控、故障诊断、预测性维护，极大地保障了工厂的安全运行。一些实力较强的先进企业，通过在装备和产品中集成传感、控制、通信等功能，对设备进行全面联网，打造大数据监测分析的服务平台，实现装备在线状态监控、远程运维和全生命周期管理，加快了装备制造企业向服

19、务型制造转变。陕鼓、沈鼓较早开展了大型鼓风机的远程运维业务，取得较好成效。大型挖掘机、起重机械的安全操作和运行也十分重要，徐工、三一重工通过对工程机械的远程监控，建立起以工程机械远程运维为主和几十万台设备接入的工业互联网。金风科技建立风机远程运维服务平台，实现风机和风电场的智能监控、故障诊断、预测性维护，比传统方法维护成本减少20%25%，故障预警准确率达91%以上，发电效率提高10%15%。2.质量管控。自动化生产线上各个工序间的质量检测和最终的成品检验，是生产作业中重要环节，也是制造智能化的必要组成。通过现场实时采集和大数据分析，再反馈到生产线调节工艺参数，从而提高成品率、减少质量损耗。工

20、业互联网对此得心应手。结合人工智能的应用，对产品质量检验，则可大大提高检测效率和降低人工检测的强度。为保障用户对产品使用的安全信任，也为了不断改进提升产品质量，特别是药品和食品的生产过程的可控制、可追溯，工业互联网结合传感、识别技术，将帮助企业实现制造和用户的互信。康恩贝药业建立覆盖采购、仓库、生产、质检、销售等全流程的数字化管控系统，实现了对药物生产过程的全程有效监控和自动化控制，改善了生产工艺，降低了药物生产质量风险，提升了药品的安全性、有效性、稳定性。3.协同设计。制造企业规模的扩大、业务的国际化、市场响应速度的加速，不同地域、不同部门的协同设计，成为企业赢得竞争的重要手段。工业互联网为

21、协同设计提供了便捷的环境和工具。尤其在5G环境下，设计人员间的对话、交流、讨论，变得十分方便有效。协同设计的开展，需要图像、三维图形的快速传递，目前5G的技术，下载速度可以满足要求，而上行速度较慢，尚满足不了协同设计的要求。随着5G技术的不断发展和完善，协同设计将变得如同在一个会议室里进行交流讨论一样。上海商飞建立的全球网络化协同研发平台，通过国内跨地区协同研发和制造，使C919飞机研制周期缩短20%，生产效率提高30%，制造成本降低20%，制造质量问题发生率降低25%。4.共享制造。制造资源越来越不需要也不可能完全集中在一个企业内部。整合制造资源，开展企业的制造活动，完成从订单到交货以及后服

22、务的一系列制造环节，已有可能通过工业互联网而实现。这已在一些企业的某些制造环节实行，并取得成效。网络协同制造，早些年就有研究人员提出，并做了初步尝试，希望充分利用和整合分散在各地各处的制造资源，以高效开展制造活动。只是由于当时技术和环境尚未成熟而未能实现。航天云网，是在863项目研究工作的基础和技术积累上，建立起来的面向制造业和其他领域的工业互联网平台。可以为制造企业提供交易、协作、配套以及智能化改造所需的服务。已为某电视机和智能终端制造企业，分析其产线上影响生产效率的关键工艺，并进行仿真模拟，从而提高了产线的日生产量；也为十几家生产航天机械元器件的制造企业开展新产品研制服务，使企业新产品研制

23、周期从6.5个月缩短到5个月，新产品上线从24个月缩短到18个月。5.定制生产。随着自动化技术的提高和个性化需求的普及，大批量定制的制造模式日益为制造业推崇和客户的欢迎。自动化技术和智能化制造的发展，有可能在同一生产线上以大批量生产的单件成本生产出个性化的产品，这是大批量定制这一制造模式的要义。大连大杨服装、青岛红领服装，首先在服装行业实施大批量定制生产方式。服装企业可根据消费者的体形、身材以及对款式、面料、品位等的喜好，几天内即可做出令消费者赞赏的合身、漂亮的服装，既提高了产品的附加值，加快了企业的发展，又满足了人们日益提高的生活、文化的需求。维尚家具通过构建“新居网”互动开放设计平台，建立

24、“大规模家具设计定制生产系统”，实现消费驱动生产，企业得以快速扩张。尚品宅配可根据客户的需求，定制生产板式家具，满足不同消费群体的个性化需求。6.物流仓储。制造活动离不开物料的移动、配送、仓储，智能物流是智能化制造的重要环节。物流已越出一个制造企业的范围，也逐渐成为一项专业的业务活动。大多制造企业的进货物流、出货物流已普遍交由专门的物流企业承担，而物料适时适量地配送到企业生产线各个工序的上线物流，也开始委托专业公司来承担。第三方、第四方物流应运而生，智能物流装备（AGV、叉车、立体库）制造业也得到快速发展。通过工业互联网，可有效掌握物料的移动、调度、仓储，对物料跟踪追溯，减少差错、降低库存、提

25、高效益。无锡中鼎集成已累计生产了700多个立体库，在此基础上，可开展立体库装备的远程运维，也可根据用户的需要和许可，对物流数据进行分析，以帮助用户企业实现精益生产和智能化制造。7.工艺革新。制造活动是按照一定工序、一定工艺、一定组织而进行的。制造工艺是将物件如何做出来和如何做得更好的技术。制造工艺是制造业的核心技术，是制造业实现高质量发展的重要抓手，是制造企业的看家本领和商业秘密。工业互联网代替不了制造工艺，但可以赋能工艺革新，可以促进研究出更好的工艺。在当前智能化制造的推进中，对工艺革新重要性的认识和艰巨性的预估都远远不够。工业互联网与工艺革新的研究、优化过程结合，在参数优化、反馈补偿、智能

26、迭代、工艺仿真、数值模拟和方案比较等方面发挥作用，从而缩短工艺研究和优化周期，触发新工艺产生和应用。工业互联网，还可在工艺过程中实时监控，改善工艺质量，保证成品率的提高。智能手机品牌企业，从响应消费者美感出发，不断改变手机背板材料，而代工企业必须短期内满足和适应手机企业的变化。工业富联为达到材料改变后的手机背板大批量生产的要求，从材料性能到加工工艺，从切削工具到切削参数，从加工机床到质量检测，进行了一系列深入研究，其深度不亚于研究机构和高校。研究成功后在企业内首先实现工艺验证和批量生产，并通过工业互联网将加工设备联网，实时管控生产过程，既按智能手机企业要求完成了订单，又依此为基础建立了工业互联

27、网平台。山东临沂中瑞电子有限公司生产的铁氧体磁环线圈，批量大、手工作业多，为实现电感器智能化制造，首先从研究铁氧体磁环线圈的自动绕制工艺入手，进而研制自动化装备，再进行车间一系列智能化改造，最后完成电感器数字化车间的建设。与原工艺和老工厂比较，研发周期从8天缩短到3天，交货期从35天缩短到7天，作业人员从70人减少到7人，不良品率从80ppm降到20ppm。8.精益管理。精益是制造业的哲学和重要理念。从精益生产、准时化生产到精益管理、精益思维，制造企业进入到新的发展阶段。但多数制造企业并未重视这一点，不免有些遗憾。精益生产、精益管理是智能制造的基础和前提。工业互联网为制造企业实现精益生产和管理

28、，提供了新的机会和手段，也为精益生产与智能制造的结合，提供了环境和可能。天津爱波瑞公司，在多年从事精益管理咨询和帮助制造企业实施精益生产的基础上，研究完成精益数字云（LDC），为大量中小制造企业提供便捷的工具和服务。九江石化通过建立一体化的能源管控中心平台，建立针对高附加值用能的氢气和瓦斯的产耗平衡模型和优化系统，以及对能源计划、生产、优化、评价的闭环管控，从而实现节能降耗，近三年，能源利用效率提高了4%。9.营销服务。制造业从“提供产品”向“产品+服务”转型，后服务在制造业中的比重越来越大、越来越重要。伴随企业经营规模扩大，服务地域扩展、服务门类增多，信息通畅实时、物品调度供应、人员及时达到

29、，显得格外重要。工业互联网给制造业营销服务带来便捷、实时、高效，并将从中数据反馈给制造过程，使制造更有效、更敏捷、更贴近用户。树根互联、徐工汉云可为三一重工、徐工在各地使用的工程机械进行实时监控，掌握运行状态，及时了解备品配件的情况，合理调度备品配件，就近安排维修和技术人员，为企业节省了时间，减少了开支，提高了效益，也为用户提高了开机效率，减少了停工带来的损失。10.解决方案。将业务数字化、流程数字化等的经验、规范凝结成数字化解决方案，从为本企业或几个企业解决本行业的数字化转型问题，提升为细分行业的解决方案，并将其转成适合上云的产品。行业内一批企业尤其是中小企业可从平台企业获取SaaS、Paa

30、S等服务，从而在面上促进整个行业的数字化转型。美云智数，依托美的集团的智能制造业务实践和KUKA机器人的自动化能力经验，已为汽车、家电、新能源等十多个行业提供覆盖全价值链的数字化转型服务。芜湖埃夫特公司，在为卫浴行业提供打磨机器人的基础上，总结提炼成卫浴行业机器人打磨解决方案，并提供云服务，为卫浴行业的绿色、高效发展做出了贡献。制造业和工业互联网的融合发展远不止以上十个方面或领域，创新和创造永无止境，制造业发展永不停息，制造系统演进持续进行。演进的方向是“六个自”：自度量、自决策、自诊断、自维护、自适应、自学习。在努力逐渐降低人力在制造系统中比重、逐步提高人的知识和经验固化于制造系统中比重的过程中，在数字化转型和智能制造的进程中，企业应根据自身实际，探求各种不同的模式，实行多种多样的方式。不论制造系统规模的大小、水平的高低、工作的难易，须始终不忘构