新一代信息技術(shù)體系賦能制造業(yè)發(fā)展研究

余文科 周濤 李芳 陳才

關(guān)鍵詞：新一代信息技術(shù)體系;制造業(yè);工業(yè)大數(shù)據(jù)

當(dāng)前，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)發(fā)展空前活躍，已成為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵。隨著新一代信息技術(shù)從消費(fèi)領(lǐng)域滲透擴(kuò)散到生產(chǎn)領(lǐng)域，制造業(yè)生產(chǎn)方式也隨之發(fā)生對應(yīng)深刻的變革，制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展迎來重要的機(jī)遇]。我國要實(shí)現(xiàn)制造業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，實(shí)現(xiàn)由大到強(qiáng)和高質(zhì)量發(fā)展必須推動新一代信息技術(shù)在制造業(yè)中的深度運(yùn)用，把握新一代信息技術(shù)加速集成創(chuàng)新、交叉融合創(chuàng)新，協(xié)同發(fā)展創(chuàng)新等新態(tài)勢，推動生產(chǎn)方式、生產(chǎn)模式、組織范式創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)效率價值提升和資源優(yōu)化配置。

1新一代信息技術(shù)體系賦能制造業(yè)總體架構(gòu)

新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展，數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合已成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)，相關(guān)業(yè)界及學(xué)者進(jìn)行了廣泛研究。新一代信息技術(shù)賦能制造業(yè)，要堅(jiān)持以效能為主要導(dǎo)向，以數(shù)據(jù)為核心驅(qū)動，以技術(shù)能力為主線，以綜合集成創(chuàng)新應(yīng)用為突破點(diǎn)，以柔性化、服務(wù)化、智能化為重點(diǎn)方向，深入推進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效，并廣泛吸收數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代的發(fā)展新理念、新規(guī)律，探索出符合新一輪產(chǎn)業(yè)變革和我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的技術(shù)賦能制造業(yè)發(fā)展新模式。

基于5G、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的新一代信息技術(shù)，應(yīng)瞄準(zhǔn)基于工業(yè)大數(shù)據(jù)閉環(huán)的“價值賦能”體系與“智能技術(shù)+創(chuàng)新應(yīng)用”融合賦能體系建設(shè)，形成智能技術(shù)簇群體系的融合賦能制造業(yè)發(fā)展的架構(gòu)，總體賦能架構(gòu)如圖1所示。

2構(gòu)建工業(yè)大數(shù)據(jù)的價值賦能體系

新一代信息技術(shù)賦能制造業(yè)的核心在于實(shí)現(xiàn)各種類別、來源、結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)能夠在生產(chǎn)的產(chǎn)線上下、車間內(nèi)外、供需多方，實(shí)現(xiàn)自動流動、動態(tài)感知、實(shí)時分析，最終支撐科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行。賦能的關(guān)鍵機(jī)理在數(shù)據(jù)，關(guān)鍵難點(diǎn)也在數(shù)據(jù)價值實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，通過綜合部署構(gòu)建新一代信息技術(shù)，夯實(shí)工業(yè)云服務(wù)的內(nèi)容與模式，創(chuàng)新推動大數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造、售后、服務(wù)等全生命周期的綜合應(yīng)用，構(gòu)建具有大連接、大匯聚、大分析為核心的智能閉環(huán)價值賦能體系。

2.1大連接：工業(yè)設(shè)施與數(shù)據(jù)的聯(lián)接融合

工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制以及生產(chǎn)系統(tǒng)的管理，都是以信息的獲取為前提。在產(chǎn)品生命周期的各個環(huán)節(jié)中都會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源主要包括各種設(shè)備的物聯(lián)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及與企業(yè)相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。大連接的關(guān)鍵在于四點(diǎn)。一是要夯實(shí)網(wǎng)絡(luò)與標(biāo)識解析基礎(chǔ)。確保工廠內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通、標(biāo)識解析等是大連接的重要基礎(chǔ)，支持企業(yè)探索網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、標(biāo)識解析等應(yīng)用創(chuàng)新。二是聯(lián)接設(shè)備、產(chǎn)品、環(huán)境數(shù)據(jù)。通過布設(shè)傳感器，實(shí)時產(chǎn)生收集操作、運(yùn)行、環(huán)境的參數(shù)數(shù)據(jù)。三是鏈接企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)，打通企業(yè)管理和生產(chǎn)控制的數(shù)據(jù)壁壘，重點(diǎn)是ERP（企業(yè)資源計(jì)劃，enterpriseresourceplanning）、PLM（產(chǎn)品生命周期管理，productlifecyclemanagement）、SCM（供應(yīng)鏈管理，supplychainmanagement）、CRM（客戶關(guān)系管理，customerrelationshipmanagement）、EMS（電子制造服務(wù)，electronicmanufacturingservices）系統(tǒng)等。四是鏈接企業(yè)外部互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。主要包括行業(yè)企業(yè)發(fā)展有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，以及來源互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)外部生產(chǎn)活動數(shù)據(jù)。

2.2大匯聚：多源數(shù)據(jù)資源的匯聚融合

不同廠商、不同系統(tǒng)、不同設(shè)備的數(shù)據(jù)接口、互操作規(guī)程等各不相同，這些自成體系、互不兼容的數(shù)據(jù)體系有著獨(dú)立的一套應(yīng)用層通信協(xié)議、數(shù)據(jù)模型和語義互操作規(guī)范，導(dǎo)致需要投入非常大的人力、物力來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、匯聚與分析。為打造相互聯(lián)通的多源數(shù)據(jù)融合體系，要對不同來源、類別數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、匯聚，以兼容不同設(shè)備、系統(tǒng)采集的異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理分析，最終形成高效、實(shí)時、全面的數(shù)據(jù)互通和互操作。大匯聚重點(diǎn)要推進(jìn)多源數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、多維數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化集成，以及構(gòu)建基于知識的數(shù)據(jù)模型，并通過云邊協(xié)同數(shù)據(jù)治理方式，提升數(shù)據(jù)匯聚、處理效率。

2.3大分析：智能技術(shù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)挖潛

大分析是對采集匯聚的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，實(shí)現(xiàn)價值賦能的重要環(huán)節(jié)。大分析主要包括智能感知分析和數(shù)字孿生賦能。智能感知分析方面：以深度挖掘、數(shù)據(jù)建模處理技術(shù)為基礎(chǔ)，開展知識圖譜、深度學(xué)習(xí)和問題拆解等大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)數(shù)據(jù)的智能感知與深度分析;基于人工智能技術(shù)可達(dá)到降本增效的作用，例如，工業(yè)大腦對工藝的優(yōu)化。數(shù)字孿生賦能方面：近兩年數(shù)字孿生成為數(shù)字化賦能制造業(yè)的重要新興技術(shù)，在工業(yè)大數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能體系上，數(shù)字孿生能夠在產(chǎn)品全生命周期的各階段發(fā)揮不同的作用。數(shù)字孿生通過物理實(shí)體與虛擬模型的實(shí)時映射，能夠?qū)χ圃爝^程實(shí)施優(yōu)化，展現(xiàn)了信息物理系統(tǒng)（CPS）系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能應(yīng)用。數(shù)字孿生能夠覆蓋產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售，在生產(chǎn)出物理產(chǎn)品之前，建立產(chǎn)品的虛擬原型，對產(chǎn)品和制造過程進(jìn)行仿真測試和驗(yàn)證。數(shù)字孿生可通過沉浸式、體驗(yàn)式的方式提高客戶互動的效果。企業(yè)利用數(shù)字孿生技術(shù)還可開展諸如健康管理、智能維護(hù)等售后服務(wù)。

3構(gòu)建“智能技術(shù)+創(chuàng)新應(yīng)用”融合賦能體系

從單個設(shè)備的閉環(huán)賦能起步，新一代信息技術(shù)推動數(shù)字生產(chǎn)線、數(shù)字工廠、數(shù)字供應(yīng)鏈的形成，最終推動形成“智能技術(shù)+創(chuàng)新應(yīng)用”融合賦能體系，全面賦能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展?！爸悄芗夹g(shù)+創(chuàng)新應(yīng)用”融合賦能體系是新一代信息技術(shù)體系的綜合集成，對制造環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)匹配性支撐，它不是籠統(tǒng)地以某項(xiàng)技術(shù)完成應(yīng)用過程，而是將技術(shù)在應(yīng)用中被匹配，匹配到最適合的應(yīng)用場景中，充分發(fā)揮每種技術(shù)功能優(yōu)勢，形成合力解決應(yīng)用需求，改造提升制造業(yè)智能化水平和效能。

3.1基于資源效率提升的智能生產(chǎn)模式

智能生產(chǎn)模式，是研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造、營銷、售后等制造流程全環(huán)節(jié)深度運(yùn)用新一代信息技術(shù)，形成具有深度感知、遠(yuǎn)程可控、智慧決策、自動執(zhí)行的先進(jìn)的生產(chǎn)制造模式，對縮短研發(fā)周期、降低運(yùn)營成本、提升生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品合格率等方面的作用顯著[7]。

3.2基于協(xié)作效率提升的協(xié)同制造模式

通過新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)由集中向分散的生產(chǎn)制造轉(zhuǎn)變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的制造方式。利用互聯(lián)網(wǎng)不受時空限制，沒有物理邊界、有利于共建共享的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的最大化整合和匯聚，推動制造朝著協(xié)同化轉(zhuǎn)變。網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造主要表現(xiàn)在共同研發(fā)、眾包、制造的云端化等。

3.3基于消費(fèi)效率提升的個性定制模式

在與新一代信息技術(shù)融合環(huán)境下，制造型企業(yè)可以通過利用CPS，促進(jìn)制造過程管理和個性化的消費(fèi)需求的匹配，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)個性化的定制生產(chǎn)。當(dāng)前，個性化定制主要表現(xiàn)在O2O（線上到線下，OnlineToOffline）定制、眾創(chuàng)定制等方式。

3.4基于服務(wù)效率提升的服務(wù)型制造模式

隨著產(chǎn)品越來越智能化，以及數(shù)據(jù)驅(qū)動的提速，新興的服務(wù)模式產(chǎn)生，價值空間也得到孕育。制造業(yè)的核心價值主要從智能化服務(wù)和智能產(chǎn)品獲得。這包括企業(yè)基于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的各種模式創(chuàng)新，也包括生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)平臺化、專業(yè)化發(fā)展，主要包括數(shù)據(jù)化在線服務(wù)、生產(chǎn)性服務(wù)等類型。

4新一代信息技術(shù)體系賦能制造業(yè)發(fā)展的措施建議

4.1進(jìn)一步完善大數(shù)據(jù)的應(yīng)用環(huán)境

制造業(yè)大數(shù)據(jù)匯聚融通層級越高，匯聚的數(shù)據(jù)信息越豐富，則其“溢出”效應(yīng)就越強(qiáng)，價值也就越大[8]。一是深化重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用。結(jié)合不同業(yè)務(wù)流程和特點(diǎn)，推動工業(yè)大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新應(yīng)用。鼓勵企業(yè)以設(shè)計(jì)與制造協(xié)同、管控一體化為目標(biāo)，發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品創(chuàng)新、計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)線監(jiān)控等生產(chǎn)管理服務(wù)。二是加快構(gòu)建制造業(yè)數(shù)據(jù)匯聚治理機(jī)制。支持制造企業(yè)建設(shè)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚融合的工業(yè)大數(shù)據(jù)集成平臺，加強(qiáng)數(shù)據(jù)清洗、預(yù)處理，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、完整和一致性。三是培養(yǎng)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用型人才。加強(qiáng)企業(yè)與科研院校的戰(zhàn)略合作，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)理論教育與生產(chǎn)實(shí)戰(zhàn)培訓(xùn)的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)適應(yīng)企業(yè)自身發(fā)展需求的數(shù)據(jù)工程師。大力實(shí)施產(chǎn)教結(jié)合，建立高等院校、科研院所和企業(yè)的數(shù)據(jù)人才流動的機(jī)制措施，加大創(chuàng)新、應(yīng)用、技能型人才的培養(yǎng)。

4.2強(qiáng)化智能技術(shù)的大分析賦能能力

制造業(yè)企業(yè)最終實(shí)現(xiàn)降本增效、提質(zhì)增益，需要加強(qiáng)智能化改造，強(qiáng)化人工智能、數(shù)字孿生、知識圖譜的深度運(yùn)用。一是要突出制造業(yè)智能化平臺的功能。要逐漸從以中心化向平臺化的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而促進(jìn)流程、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等的集成。二是積極推進(jìn)人工智能技術(shù)的應(yīng)用。面向工控、柔性組織、預(yù)測維護(hù)等場景，結(jié)合模式識別、語音、語義處理，人機(jī)交互，開發(fā)專有用途的處理器芯片，同時加強(qiáng)算法和新型工業(yè)軟件的開發(fā)力度，不斷提升智能化的大分析能力。

4.3著力提升新一代信息技術(shù)水平

新一代信息技術(shù)無疑是推動制造業(yè)高端化、智能化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。一是不遺余力的推動新一代信息技術(shù)的自主創(chuàng)新。圍繞關(guān)鍵核心技術(shù)和戰(zhàn)略前沿，推動以5G/6G通信、量子技術(shù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、先進(jìn)計(jì)算等的研發(fā)突破和創(chuàng)新應(yīng)用。二是突破大數(shù)據(jù)核心技術(shù)。我國大數(shù)據(jù)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)營銷、電子商務(wù)、精準(zhǔn)服務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化，但缺乏應(yīng)對高頻率、高密度、多元異構(gòu)的工業(yè)大數(shù)據(jù)分析能力，難以適應(yīng)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。要加快突破實(shí)時數(shù)據(jù)動態(tài)采集技術(shù)，高吞吐量存儲、關(guān)聯(lián)式存儲等數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，以及大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)、多數(shù)據(jù)處理能力。要突破終端環(huán)境語義建模、視覺理解、單機(jī)智能分析與控制、區(qū)域協(xié)同等技術(shù)瓶頸，提升數(shù)據(jù)驅(qū)動的機(jī)器學(xué)習(xí)能力和輔助決策能力，充分滿足復(fù)雜制造環(huán)境對于快速響應(yīng)、移動支持、人機(jī)交互、分布式協(xié)同等需求。三是加強(qiáng)大數(shù)據(jù)安全技術(shù)研發(fā)。利用網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測和感知網(wǎng)絡(luò)安全威脅，防御網(wǎng)絡(luò)攻擊，提升對大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對能力。

4.4聚焦智能化的產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)新模式培育

大力發(fā)展多元化融合發(fā)展模式，培育新業(yè)態(tài)、新模式，拓展新一代信息技術(shù)賦能制造業(yè)發(fā)展的綜合解決方案。一是不斷匯聚各類優(yōu)勢資源，讓各種活躍的創(chuàng)新主體參與研發(fā)新的解決方案，形成良好的創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)。大企業(yè)開放資源建平臺、中小企業(yè)融入鏈條用平臺，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用的協(xié)同，不斷培育產(chǎn)業(yè)生態(tài)。二是加快發(fā)展個性化定制。圍繞重點(diǎn)領(lǐng)域，培育具有國際競爭力的規(guī)?；瘋€性定制，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)與消費(fèi)需求對接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷動態(tài)平衡。大力發(fā)展服務(wù)型制造，充分利用新一代信息技術(shù)，提高全生命周期的綜合服務(wù)能力[10]。三是不斷提升各門類制造業(yè)的智能化水平，從營銷服務(wù)向高端的研發(fā)設(shè)計(jì)延伸，從單點(diǎn)向系統(tǒng)化的綜合應(yīng)用延伸。加快發(fā)展網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的協(xié)同和各個環(huán)節(jié)資源的共享，提高研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造的柔性，提升企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。