裝備制造業(yè)智能化升級與數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑研究

科技成果轉(zhuǎn)化聯(lián)盟
到2020年,基本實現(xiàn)工業(yè)化,制造業(yè)大國地位進一步鞏固,制造業(yè)信息化水平大幅提升。掌握一批重點領域關鍵核心技術,優(yōu)勢領域競爭力進一步增強,產(chǎn)品質(zhì)量有較大提高。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化取得明顯進展。

綜述

作為機械工業(yè)的核心部分,裝備制造業(yè)是先進生產(chǎn)力的代表和競爭力的關鍵,其發(fā)展程度已成為體現(xiàn)國家綜合國力的重要因素。

根據(jù)《中國制造2025》的“三步走”戰(zhàn)略目標:到2020年,基本實現(xiàn)工業(yè)化,制造業(yè)大國地位進一步鞏固,制造業(yè)信息化水平大幅提升。掌握一批重點領域關鍵核心技術,優(yōu)勢領域競爭力進一步增強,產(chǎn)品質(zhì)量有較大提高。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化取得明顯進展。

基于這一戰(zhàn)略目標,裝備制造業(yè)為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級,需要產(chǎn)品與運營兩手抓。一方面通過研發(fā)的資源投入和產(chǎn)品的服務化拓展實現(xiàn)產(chǎn)品本身的迭代升級;另一方面,需要借力數(shù)字化、網(wǎng)絡化和物聯(lián)化等技術的發(fā)展,實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)字化運營能力和產(chǎn)業(yè)協(xié)同運營能力的階段性提升。

智能化產(chǎn)品升級

1、研發(fā)先行

現(xiàn)狀:

作為集資金、技術和勞動為一體的密集型產(chǎn)業(yè),裝備制造業(yè)在研發(fā)領域普遍具有專業(yè)性強、技術含量高的特點。從全球來看,裝備制造業(yè)相關的創(chuàng)新技術研究活動較為頻繁;并且,隨著大量新技術、新工藝的滲入應用,裝備制造業(yè)對研發(fā)的要求將不斷被強化。

借助人口紅利帶來的低勞動成本,我國裝備制造業(yè)在生產(chǎn)規(guī)模和速度上一度處于全球先進水平。但目前來看,我國的裝備制造水平仍舊處于“大”而不“強”的階段,低成本的比較優(yōu)勢也正在逐漸消失,發(fā)達國家和新興經(jīng)濟體正紛紛搶占制造業(yè)發(fā)展先機。究其根本,我國裝備制造業(yè)在部分關鍵領域和關鍵零部件的核心技術上受制于人的現(xiàn)象較為普遍(表一),依靠設備進口和技術引進的發(fā)展模式勢必會受到國際貿(mào)易環(huán)境的牽絆。因此,提高關鍵技術的研發(fā)水平和創(chuàng)新能力是我國裝備制造業(yè)形成國際競爭優(yōu)勢的必要要求。

表一:幾大重點裝備制造細分行業(yè)發(fā)展趨勢

措施:

根據(jù)2019年10月工信部等十三個部門聯(lián)合印發(fā)的《關于印發(fā)制造業(yè)設計能力提升專項行為計劃(2019-2022)的通知》,“強化高端裝備制造業(yè)的關鍵設計”被作為重點設計突破工程的首要任務(表二)。

表二:《關于印發(fā)制造業(yè)設計能力提升專項行為計劃(2019-2022)的通知》中關于裝備制造業(yè)的關鍵設計

一方面,以市場機制為紐帶,推動“產(chǎn)、學、研、用”一體化發(fā)展,是堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、加強創(chuàng)新體系和創(chuàng)新能力建設的一項重要內(nèi)容。裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈長,各環(huán)節(jié)關聯(lián)性強,利用“產(chǎn)、學、研、用”的協(xié)同力量促進研發(fā)創(chuàng)新是必然選擇。在“產(chǎn)”的環(huán)節(jié),企業(yè)應主動擔起主要行動者和執(zhí)行者的角色;在“學”和“研”的環(huán)節(jié),創(chuàng)新人才和研發(fā)能力的培養(yǎng)是重要推動力,推動從源頭上補足裝備制造業(yè)人才短板;在“用”的環(huán)節(jié),通過有效的市場反饋、體驗參與和局部微創(chuàng)等方式,拉動創(chuàng)新系統(tǒng)的前進。

另一方面,裝備制造業(yè)應借力數(shù)字孿生、3D打印等技術,實現(xiàn)在產(chǎn)品設計、建模仿真、樣機制造和設計反饋等階段的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過實現(xiàn)產(chǎn)品全三維數(shù)字化設計,建立產(chǎn)品工藝布局、加工流程、裝備和實驗等環(huán)節(jié)的虛擬仿真;通過五維仿真技術,補足傳統(tǒng)三維模型無法承載的作業(yè)環(huán)境的信息和時間維度信息,實現(xiàn)不同時間不同地理環(huán)境與產(chǎn)品的耦合動態(tài)。

2、服務共贏

現(xiàn)狀:

消費升級的大背景下,中國社會的經(jīng)濟形態(tài)正在經(jīng)歷從“工業(yè)經(jīng)濟”到“服務經(jīng)濟”的轉(zhuǎn)型更迭。作為制造業(yè)與服務業(yè)深度融合的重點發(fā)展領域,裝備制造業(yè)不斷在探索“服務化”的發(fā)展路徑模式。但由于其所涉及到的設備復雜度和多元性,裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)服務化的進程相對于其他產(chǎn)業(yè)較慢,行業(yè)內(nèi)廠商更多的僅是將服務作為后市場層面“附加價值”的載體,還未實現(xiàn)“產(chǎn)品服務化”,甚至“活產(chǎn)品”的產(chǎn)業(yè)模式。

對于傳統(tǒng)的大型復雜裝備制造領域,例如軌道交通、航天航空以及船舶海工等,核心設備的檢維修都已逐步產(chǎn)業(yè)化,形成完整的后市場服務產(chǎn)業(yè)鏈,但這樣的服務更多是以針對特定產(chǎn)品的故障維修工作和定期的預防性維護工作為主,從而導致成本虛高、服務不及時性等多種問題的出現(xiàn),整體后市場的服務質(zhì)量和收益情況并不樂觀。

從市場需求來看,“成果性經(jīng)濟”盛行的時代即將來臨,實體產(chǎn)品越來越無法滿足客戶的需求,除了單純的硬件產(chǎn)品,對產(chǎn)品相關的信息和數(shù)字化服務已經(jīng)逐步從后市場步入前端需求;從產(chǎn)品的生命周期來看,裝備制造業(yè)產(chǎn)品由于其產(chǎn)品復雜度,在其工藝設計、加工制造過程、部件裝配過程、維護維修過程到再制造過程都需要產(chǎn)品制造商提供大量支持。因此,提供“成果”而非單純產(chǎn)品是裝備制造業(yè)“產(chǎn)品及服務”這一轉(zhuǎn)型路徑的重中之重。

措施:

隨著以傳感、識別、通信以及物聯(lián)技術為基礎的智能裝備制造業(yè)的大力發(fā)展,設備狀態(tài)的實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集逐漸成為可能。智能產(chǎn)品與平臺服務的連接,將實現(xiàn)以數(shù)據(jù)為核心的泛力生態(tài)系統(tǒng)。在“成果經(jīng)濟”的推動下,數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)的洞察與決策將成為工業(yè)的價值驅(qū)動力,而作為企業(yè)能融入這一生態(tài)系統(tǒng),將是立足數(shù)字化市場的根本。

例如,在產(chǎn)品使用過程中,裝備制造廠商可利用產(chǎn)品回傳的數(shù)據(jù),有針對性地實現(xiàn)設備狀態(tài)信息、環(huán)境信息等各種數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控,再通過機器學習和大數(shù)據(jù)分析的推演,建立數(shù)理模型,對設備的健康狀況做出評估,并對可預測性故障發(fā)生頻次、程度等進行提前預測分析。

這些分析數(shù)據(jù)一方面可以提高內(nèi)部運營的效率,增強市場響應能力,在指導產(chǎn)品備件的及時采購和產(chǎn)品可靠性的優(yōu)化升級等方面均能產(chǎn)生決策性影響。

另一方面,也是更重要的,數(shù)字化價值鏈的形成需要各環(huán)節(jié)企業(yè)共同參與與決策制定,快速實現(xiàn)外部變化的根本是在專注自身核心競爭力的同時,開展并引導彼此的合作,而物聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)則是促成合作的橋梁。設備數(shù)據(jù)的積累將逐步加速產(chǎn)品數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化進程,利用設備監(jiān)測與機器學習帶來的大數(shù)據(jù)資產(chǎn),制造廠商可研制出設備全生命周期管理等服務方案,實現(xiàn)從設備產(chǎn)品提供商到 “活產(chǎn)品”提供商的轉(zhuǎn)型升級,成為可為客戶提供設備狀態(tài)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析等配套服務的合作伙伴。

數(shù)字化運營轉(zhuǎn)型

現(xiàn)狀:

高新技術的突破,促進裝備制造業(yè)發(fā)展提速。傳統(tǒng)裝備制造業(yè)的數(shù)字化改造是重中之重,這決定著中國制造業(yè)的整體價值。

大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,為裝備制造業(yè)注入新的生產(chǎn)源動力。一方面,大到全球性互聯(lián)網(wǎng)巨頭、咨詢公司,小到科技類創(chuàng)業(yè)公司,都在不斷探索“大數(shù)據(jù)+”等相關新興技術在制造行業(yè)中的數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決方案;另一方面,工業(yè)巨頭也立足于深耕多年的產(chǎn)業(yè)鏈,擁抱新技術為生產(chǎn)運營帶來的紅利。在此格局下,“新制造”已經(jīng)成為不可阻擋的未來。

相較于數(shù)字化發(fā)展如火如荼的零售業(yè),裝備制造業(yè)在數(shù)據(jù)管理和分析能力上一直存在短板。因運營資本較重、運營流程復雜等原因,行業(yè)內(nèi)企業(yè)信息系統(tǒng)眾多,系統(tǒng)管理相互獨立,數(shù)據(jù)存儲分散。因此,在運營的數(shù)字化發(fā)展上,裝備制造業(yè)仍然沉浸在將數(shù)據(jù)作為管理輔助工具的階段。

措施:

借鑒其他行業(yè)的先進管理模式,我們認為企業(yè)數(shù)據(jù)運營往往需要經(jīng)歷三大階段(表三)。而作為數(shù)據(jù)化程度相對較弱的裝備制造業(yè),需要通過前、中、后端的變革逐步實現(xiàn)階段性突破。

1、后端:全量化大數(shù)據(jù)挖掘

所謂全量化大數(shù)據(jù),則是相較于傳統(tǒng)的局部性小數(shù)據(jù),綜合了圖像、音頻等非結構化數(shù)據(jù),綜合了企業(yè)內(nèi)外部不同來源數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集合總稱。上一個十年,隨著ERP、CRM等企業(yè)系統(tǒng)應用的興起,裝備制造業(yè)的信息化水平大幅度提升,“業(yè)務數(shù)據(jù)化”的工作已逐步完善。雖然業(yè)務人員對數(shù)據(jù)有了一定的認識,但這種認識大多數(shù)僅停留在對業(yè)務系統(tǒng)中簡單結構化的理解上。因此,從兩個方向上拓展多元化大數(shù)據(jù)是企業(yè)數(shù)字化決策實現(xiàn)的基礎。

一方面,通過網(wǎng)頁和社交媒體等相關平臺中的數(shù)據(jù)獲取,可以幫助裝備制造企業(yè)打破2B局限,直面最終用戶。數(shù)字時代下,企業(yè)講求“以人為本”,客戶作為有溫度的個體,需求應當?shù)玫讲煊X并給予充分響應;裝備生產(chǎn)也一樣,最終落地的體驗還是在人身上。但相較于2C行業(yè),裝備制造業(yè)很難直接獲取到較為明確的2C端市場用戶意愿。在全量化大數(shù)據(jù)的思路下,越過2B的屏障,直接通過人產(chǎn)生的數(shù)據(jù)理解群體思想,能更好地幫助裝備制造企業(yè)跳出2B的局限。

另一方面,裝備制造業(yè)涉及較多傳感技術與物聯(lián)設備,高效利用機器生成的數(shù)據(jù),可以大大提升裝備制造業(yè)生產(chǎn)能力。智能化時代下,多種設備前端的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)已逐步自動化,加上物聯(lián)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,龐大而豐富的數(shù)據(jù)源有待被開采。行業(yè)特點決定了行業(yè)優(yōu)勢,通過采集設備的第一手數(shù)據(jù)搶占先機,將是裝備制造業(yè)智能化路徑的重要里程碑。

2、中端:戰(zhàn)略性數(shù)據(jù)中臺

從數(shù)據(jù)處理層來看,以BW/BO系統(tǒng)為主的企業(yè)數(shù)據(jù)分析工具已在各行業(yè)被廣泛使用;但就實現(xiàn)情況而言,在裝備制造業(yè),大部分的BW/BO應用僅能基于以ERP為主的業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù),提供事后分析報表,這些報表大多強調(diào)業(yè)務的標準化和規(guī)范性。但由于市場需求多樣化和生產(chǎn)模式多元化的快速發(fā)展,這類標準報表已無法滿足企業(yè)發(fā)展所需的數(shù)據(jù)支持。在裝備制造業(yè),系統(tǒng)數(shù)據(jù)各自獨立、數(shù)據(jù)服務效率不高以及業(yè)務訴求不匹配等問題成為常態(tài)。

隨著數(shù)字產(chǎn)業(yè)化逐步從C端走向B端市場,以Hadoop、Spark等分布式技術和組件為核心的“計算&存儲混搭”的數(shù)據(jù)處理架構為主體的數(shù)據(jù)中臺戰(zhàn)略,將在制造業(yè)興起并日漸成熟。數(shù)據(jù)中臺的出現(xiàn)使得企業(yè)對于多源異構數(shù)據(jù)的預測性分析、實時性分析和主動性分析成為可能。

3、前端:場景化數(shù)據(jù)決策

在數(shù)據(jù)的前端展現(xiàn)層面,傳統(tǒng)的單一報表或簡單圖表輸出模式已無法滿足目前企業(yè)的業(yè)務決策。

在硬件與軟件的優(yōu)化升級中,多樣化的數(shù)據(jù)展示應用已逐步形成,管理駕駛艙、即席分析、生產(chǎn)看板、自助報告、數(shù)據(jù)大屏、預警通知等,企業(yè)可以根據(jù)不同的使用場景,例如高管辦公室、會議室、生產(chǎn)車間等,選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)展示方式。除了展示方式的場景化,數(shù)據(jù)決策過程的場景化更重要,不再是傳統(tǒng)的基于單向流程的基礎性數(shù)據(jù)展示,而是雙向的使用和反饋,并通過閉環(huán)的場景化過程形成新一輪的業(yè)務數(shù)據(jù)化,從而實現(xiàn)不斷優(yōu)化的智能模式。

對于零售業(yè)和服務業(yè)等第三產(chǎn)業(yè),往往更注重滿足“千人千面”的用戶個性化需求;但對裝備制造業(yè)來說,需要清晰地認識到,場景化數(shù)據(jù)決策的建立不僅僅取決于技術的發(fā)展,更重要的是需要對業(yè)務場景的明確把握。一方面,決策者應該明確將數(shù)據(jù)決策的過程嵌入運營環(huán)節(jié),深入現(xiàn)場,而非閉門造車;另一方面,也需要在必要的時候借助業(yè)務專家對發(fā)展趨勢和業(yè)務重點給予專業(yè)的建議,從而真正實現(xiàn)從“數(shù)據(jù)輔助業(yè)務”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務”的轉(zhuǎn)變。

表三:企業(yè)數(shù)據(jù)運營的三大階段

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