重点行业工业互联网应用路径研究播报文章

1 目前，全球制造业的发展面临着新的形势和挑战。生产、管理、服务、创新等方面出现了一系列新问题，催生了转型升级的新需求[1]。总体而言，一是提高生产效率达到瓶颈，原材料、劳动力等生产成本持续上升；二是个性化和后续服务需求越来越强，产品设计和上市周期长，难以满足快速响应市场的需求；三是制造企业利润低，资源少，中小企业贷款困难，缺乏金融资金[2]。从一些重点行业来看，市场形势差已成为最明显的特征。高增长发展时代已经结束，高质量发展已经成为时代的主题。以钢铁、船舶、汽车行业为例，全球市场需求放缓[3-5]，产能结构需要调整，转型升级相对迫切。在这种情况下，工业互联网作为新一代信息通信技术与制造业深度整合形成的新工业生态、关键基础设施和新的应用模式[6]，依托深度感知、智能分析、高效处理、综合交流能力，逐步深化企业在生产经营、管理服务中的应用实践，成为制造业转型升级的关键途径，受到国民经济重点产业的关注，如钢铁、石化、电子、汽车、高端设备等。目前，全球工业互联网应用基础日益巩固，应用场景更加清晰集中[8]。目前，全球工业互联网的应用基础日益巩固，应用场景更加清晰和关注[8]。其中，我国重点产业的工业互联网应用正处于从局部探索到路径形成的关键阶段[9]，迫切需要找到适合产业发展和应用的模式和路径，引导我国重点产业形成具有自身特色的工业互联网应用体系。2 在政府、企业、联盟等主体的推动下，重点行业的信息化和自动化建设日益完善，为工业互联网的应用奠定了坚实的基础，但在不同行业存在明显的差距。基于目前的数字化水平，各大行业不仅依靠工业互联网获得解决通用问题的能力，还应用于行业特色痛点。其中，工艺行业以生产能力、资产、环境等方面的系统优化为应用特点，多品种、小批量离散行业主要围绕产品整个生命周期开展特色应用，少品种、大批量离散行业以产品质量和市场需求为核心。2.2 重点行业和企业工业互联网的应用模式和路径2.2.1 针对重点行业不同的痛点，工业互联网形成了不同的应用模式和场景：一是生产经营优化、管理决策优化、供应链优化、生产服务探索四种一般模式；二是六种典型的行业应用模式，它反映了安全管理、产品价值提升、产品设计与工艺优化、需求快速响应、产品质量管理、产业链协同优化等不同类型行业的需求。从场景的角度来看，一般应用场景主要包括排程优化、调度管理、生产监控、服务支持优化等细分场景，工艺行业以能耗调度、工艺优化场景、多品种、小批量离散行业模拟建模、协同设计、少品种、大批量离散行业在线质量检验、混合柔性生产为特点。2.2.2 重点行业工业互联网应用路径工业互联网应用场景复杂多样，但总体呈现智能协调两条发展路径。在这条路径的指导下，不同的子行业进行了差异化的探索。(1)在智能层面，流程行业使用“智能” 工业大数据 模型” 从设备侧开始，实现更有效的设备健康、能耗、排放管理；多品种、小批量离散行业采用模拟模拟，实现复杂产品的多专业协同设计和模拟验证；少品种、大批量离散行业采用“智能预测” 检测分析从产品质量入手，构建更完善的质检、追溯、服务等全方位体系。（2）在协调层面，工艺产业利用工业互联网平台进行综合整合，探索生产、供销一体化；多品种、小批量离散产业通过平台实现研发、规划、生产等资源的高效配置；少品种、大批量离散产业发挥平台能力，实现供应链上下游深度对接和市场需求变化响应。2.2.3 目前，我国大量广泛的中小企业受制于生产经营能力，正处于信息化补课阶段。其工业互联网应用的主要路径有两条：一是利用大企业的成熟应用，追求资产、能耗等单一场景的能力优化；二是依托平台融入大企业发展生态，探索融合发展机制（见图1）。图1 不同行业中小企业面临的压力不同，重点行业中小企业工业互联网的主要应用模式和路径也不同，选择的应用实践模式也不同。例如，原材料行业中小企业应用路径主要通过低成本转型适应国家标准，依靠大企业电力平台订单或提供加工服务，高端设备行业包括通过信息建设承担大工厂任务，通过服务平台解决融资问题，汽车行业主要提供差异化、特色服务等应用。3 3.1钢铁行业典型工业互联网应用3.1钢铁行业3.1钢铁行业.1 钢铁行业的发展现状和需求痛点钢铁行业具有相对较好的信息化和自动化基础。目前，数字转型范围和数据的有效利用正在继续扩大，工业互联网应用的探索条件良好[10]。钢铁产业链以中游冶炼企业为核心，上游为铁矿石等原材料设备，下游为建筑、汽车等不同行业的钢铁客户。一是生产能耗高，排放高，安全事故频发，环保安全政策压力大；二是高价值设备多，生产分段连续，部分工艺难以优化，整体效率需要提高；三是产能结构不平衡，缺乏产品市场需求和生产计划的协调优化。3.1.2 钢铁行业工业互联网应用模式和场景工业互联网帮助钢铁行业解决痛点需求，主要形成三种应用模式：环境管理、生产经营优化和产业链协调优化，分为十类应用场景。3.1.2 钢铁行业工业互联网应用模式和场景工业互联网帮助钢铁行业解决痛点需求，主要形成三种应用模式：环境管理、生产经营优化和产业链协调优化，分为十类应用场景。（1）环境管理形成了三种主要场景：安全管理、能耗优化和排放控制，降低生产风险，提高基本安全，探索绿色可持续发展道路。例如，在排放控制场景中，酒泉钢铁（集团）有限公司利用大数据分析实现能耗和排放的智能管理，每年降低2400台高炉的成本 减少碳排放，减少碳排放 冶炼效率提高2万吨10%。（2）优化生产经营，形成资产管理、工艺调整、调度控制、远程协作等四种主要场景，促进生产经营过程的质量和效率，实现整体智能管理。例如，在工艺分析场景中，中国中钢集团有限公司利用机器进行深入研究，预测炼钢过程中可能出现的热轧缺陷。（3）产业链协调优化，形成用户对接、生产响应、生产、供需一体化三大场景，提高供需对接水平，加强供应链管理和业务销售能力。例如，在供应链优化场景中，攀钢集团有限公司的微循环平台为钢铁、钒钛、冷链等大宗商品提供现货交易、支付结算、金融服务等配套增值服务。3.1.3 总体而言，钢铁行业的应用水平和路径，目前钢铁行业的应用场景集中在生产环节，形成以制造系统为核心的点覆盖实践，但数字基础整合和跨环节应用整合存在不足，包括两条路径：一是深化设备智能改造和系统建设，加强软硬件基础建设，继续提高自动化和智能化水平，在保证安全的前提下，逐步完成机器更换；二是多环节互联，从数据开始开放生产管理的各个环节，实现整个过程的集中控制，同时开放上下游，适应市场变化趋势（见图2）。图2 工业互联网在钢铁行业的应用水平和路径3.2 船舶行业3.2.1 船舶行业的发展现状和痛点需要当前船舶行业工业互联网应用关注软件集成和智能覆盖，提高模型转换能力，开放生产的各个环节，探索更高层次的智能[11]。船舶行业产业链覆盖面广，规模大，组成复杂。在良好的信息基础上，优化产业链已成为发展的重点。一是供应链长、复杂、采购成本高、材料周转率低、生产计划对接困难；二是产品需求差异大、设计过程繁琐、工艺流程复杂、结构复杂；三是生产环节分散复杂，影响因素多，控制困难。3.2.2 工业互联网帮助汽车行业解决痛点需求，主要形成供应链管理优化、产品设计和工艺优化、生产经营优化三种应用模式，细分为9种应用场景。3.2.2 工业互联网帮助汽车行业解决痛点需求，主要形成供应链管理优化、产品设计和工艺优化、生产经营优化三种应用模式，细分为9种应用场景。（1）市场需求响应形成采购管理、计划对接、检验优化和服务支持优化四种主要场景，加强供应链管理能力，降低成本，提高效率。例如，在采购管理场景中，中国船舶工业集团有限公司推出了船舶工业第一个工业互联网平台“船海智云”，完成了95%的材料价格智能预测。（2）产品全生命周期管理形成协同设计和工艺优化两种主要场景，提高设计效率和工艺水平，提高产品竞争力。例如，在协同设计场景中，大宇造船海洋工程有限公司在3D模型的基础上，通过实时共享设计和生产信息，节省了大量的人工干预和反复设计修改。（3）生产经营优化形成排程优化、调度管理、智能控制三种主要应用场景，缓解船舶制造过程分散、复杂、难以控制的问题。例如，在调度管理场景中，中国船舶黄埔文冲船舶有限公司的自动化立体仓库实现了物资进出仓库的自动搬运和信息的自动更新，有效库容面积增加了4倍，库存资金比例减少了28%。3.2.3 船舶行业的应用水平和路径船舶行业基于其复杂的产业链特点，形成了一定的典型的产业协调应用，仍有大量的生产调度环节需要改进，包括两条路径：一是生产环节智能转型，基于设备复杂、生产调度困难等行业特点，促进设备管理向预测性维护的转变，提高各生产环节的智能调度和控制能力；二是提高产业链协调能力，继续深化产业链协调能力，加强设计和生产对需求的响应能力，优化采购、仓储、调度等全过程（见图3）。图3 工业互联网在船舶工业中的应用水平和路径3.3 汽车行业3.3.1 目前，全球贸易紧张、经济发展放缓、排放标准收紧等因素对汽车市场产生了很大的影响。与此同时，新能源、无人驾驶等领域也成为传统汽车公司和新兴力量竞争的重要战场[12]。汽车行业制造环节自动化程度高，以市场为导向的成熟生产模式存在三个痛点：一是产品同质化严重，市场需求变化快，难以快速响应；二是研发设计周期长，质量控制严格，产品部件数量多，来源复杂；第三，新市场出现，产业链深入服务，带来新的挑战。3.3.2 工业互联网帮助汽车行业解决痛点需求，主要形成市场需求响应、产品全生命周期管理、新领域探索三种应用模式，细分为9种应用场景。3.3.2 工业互联网帮助汽车行业解决痛点需求，主要形成市场需求响应、产品全生命周期管理、新领域探索三种应用模式，细分为9种应用场景。（1）市场需求响应形成需求预测、个性化定制、混合柔性生产三种主要场景，加强供需对接能力，提高营销水平。例如，在个性化定制场景中，上汽大通汽车有限公司创建了大规模的个性化智能定制模式，用户可以个性化匹配变速箱、驱动形式、座椅布局等配置项目。（2）产品全生命周期管理形成协同设计、质量检测、产品可追溯性三种主要场景，布局产品质量综合管理，提高产品竞争力。例如，在质量测试场景中，奥迪使用创新的机器学习程序来准确地检测金属板中最细的裂缝并标记，从而彻底改变测试过程。（3）新领域探索形成了新零售探索、后服务优化、无人驾驶三种主要场景，加强了汽车行业的新布局，扩大了行业辐射范围。例如，在无人驾驶场景中，特斯拉、Waymo等主要公司基于人工智能技术探索和开发无人驾驶汽车，抢占汽车行业的新市场。3.3.3 汽车行业应用水平和路径汽车行业引领全球制造业转型升级，工业互联网应用水平高，范围广，形成行业特色创新应用，包括两条路径：一是全过程整合优化，进一步通过设备、车间、企业、行业水平，实现整体协调优化；二是产业链扩展升级，依托新网络连接和数据分析能力，探索汽车行业的新领域，包括广泛的生产性服务业和专业的智能网络汽车。图4 工业互联网在汽车行业的应用水平和路径4 最后，我国重点产业工业互联网应用正处于单场景应用向多环节协调转型的发展阶段，未来仍有很大的改进空间。图4 工业互联网在汽车行业的应用水平和路径4 最后，我国重点产业的工业互联网应用正处于单场景应用向多环节协调转型的发展阶段，未来仍有很大的改进空间。研究表明，在探索工业互联网应用的过程中，我国主要面临理解不足、基础能力薄弱、缺乏产业支持、探索风险大、缺乏环境支持、产业发展不均衡等问题。为此，提出三项推广建议：一是加强一般技术产品创新突破，加快特殊解决方案培育，促进产业互联网标准体系建设，二是加强顶层应用实践指导，引导企业自发推进应用实践，加强应用基准推广，三是完善公共服务体系建设，加强宣传培训和创新人才选拔方式，营造良好的发展环境。

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