我國制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展研究

錢 蒙， 劉 瑜， 夏 青

（1.雁棲湖基礎(chǔ)制造技術(shù)研究院（北京）有限公司）， 北京 101408； 2.中機生產(chǎn)力促進中心有限公司， 北京 100044）

0 引言

制造業(yè)在我國實體經(jīng)濟中占有重要地位， 是經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵，也是我國碳排放的重要領(lǐng)域之一。2020年9 月我國在聯(lián)合國大會上首次提出 “雙碳” 目標(biāo)：在2030 年實現(xiàn)碳達峰，2060 年實現(xiàn)碳中和，“雙碳” 國家戰(zhàn)略目標(biāo)的制定對制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提出了進一步的要求。數(shù)字經(jīng)濟也是制造業(yè)低碳發(fā)展的重要引擎之一[1-4]。 當(dāng)前，科技和產(chǎn)業(yè)變革的深入發(fā)展， 全球進入數(shù)字經(jīng)濟時代，依托5G、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化技術(shù)為制造業(yè)賦能[5-8]。 黨的二十大報告中指出，加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，促進數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟深度融合，打造具有國際競爭力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。制造業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為大勢所趨。 通過制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，促進制造業(yè)全流程、全要素、多角度的變革，塑造我國制造業(yè)在全球競爭能力新優(yōu)勢。

1 研究背景

全球制造業(yè)競爭力格局正在重塑， 制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級勢在必行。 世界主要經(jīng)濟體國家相繼發(fā)布了制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，如美國的先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略，德國的國家工業(yè)戰(zhàn)略2030，歐洲的下一代生產(chǎn)系統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、法國的再工業(yè)化， 日本的制造業(yè)白皮書以及我國的中國制造2025[9-10]。 世界各國再次認識到制造業(yè)等實體經(jīng)濟對于本國經(jīng)濟發(fā)展的重要性。 同時隨著全球資源環(huán)境約束逐漸強化、勞動力老齡化趨勢、全球制造業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變革等情況，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級勢在必行。

數(shù)字技術(shù)加速變革，數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)要素。 信息作為一種具有時效的資源， 信息傳遞方式與準(zhǔn)確性隨著技術(shù)與文化的進步有所不同，如烽火、飛鴿傳書、快馬傳書、電報、電話和衛(wèi)星等。 現(xiàn)今云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等數(shù)字技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展[11-15]，全球進入數(shù)字經(jīng)濟時代，作為信息媒介的數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)要素。

制造業(yè)與數(shù)字化技術(shù)融合發(fā)展， 是實現(xiàn)我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。 制造強國、經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、雙碳戰(zhàn)略及數(shù)字中國等國家戰(zhàn)略的提出， 對制造業(yè)的綠色發(fā)展、高端化邁進、智能化發(fā)展、數(shù)字化發(fā)展等提出了新要求[16-18]。 我國發(fā)布的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》中指出，加快推動研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場服務(wù)等全生命周期數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推進工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。 制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型為我國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了重要的途徑。

2 制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵

我國研究學(xué)者提出了對制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的理解。馬文秀等[19]認為制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是數(shù)字信息技術(shù)的集群式創(chuàng)新且與制造業(yè)的融合，對制造業(yè)全方位、多角度、全鏈條的變革，推動體系的重構(gòu)、流程再造、業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新發(fā)展。 孔存玉等[20]提出制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型更重要的是將其應(yīng)用于戰(zhàn)略層面， 通過資源要素重組、 生產(chǎn)模式創(chuàng)新、組織結(jié)構(gòu)變革實現(xiàn)價值的優(yōu)化、創(chuàng)新及重構(gòu)。

本文對制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型內(nèi)涵的理解如下： 制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是制造業(yè)與數(shù)字技術(shù)的融合， 通過其融合促進工業(yè)軟件、 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和智能制造典型場景的互聯(lián)應(yīng)用，產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)據(jù)[21-23]。 數(shù)據(jù)主要包括數(shù)據(jù)采集與獲取、數(shù)據(jù)傳輸與清洗、數(shù)據(jù)集成與管理和數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用4 個方面。 通過數(shù)據(jù)資源對產(chǎn)品鏈、管理鏈、價值鏈進行優(yōu)化提升， 進一步對制造業(yè)和數(shù)字技術(shù)融合部分進行迭代更新， 推動制造業(yè)向數(shù)字化、 網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。 制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵如圖1 所示。

圖1 制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵

3 我國制造業(yè)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀

本文從工業(yè)軟件、 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和智能制造三個視角闡述我國制造業(yè)數(shù)字化發(fā)展的現(xiàn)狀。

3.1 工業(yè)軟件

工業(yè)軟件是對制造領(lǐng)域的研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)、工藝、組織管理等技術(shù)知識的高度凝練形成的基礎(chǔ)工具[24-26]。根據(jù)國家統(tǒng)計局批準(zhǔn)工信部發(fā)布的 《軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)統(tǒng)計調(diào)查制度》 中分類方法， 工業(yè)軟件分為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)控制和業(yè)務(wù)管理三種軟件類型。我國工業(yè)軟件的類型及部分代表供應(yīng)商如圖2 所示。 我國擁有了部分自主可控的工業(yè)軟件產(chǎn)品， 培育了國內(nèi)一批工業(yè)軟件供應(yīng)商，研發(fā)設(shè)計類軟件供應(yīng)商有中望、安世亞太、浩辰、華大九天等，生產(chǎn)控制類軟件供應(yīng)商有寶信、中控、浪潮、廣聯(lián)達等，業(yè)務(wù)管理類軟件有用友、金蝶、泛微、鼎捷軟件等。

圖2 我國工業(yè)軟件的類型及部分代表供應(yīng)商

我國2012—2022 年工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模及增長率如圖3 所示，2012—2021 年工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模整體發(fā)展處于穩(wěn)健上升趨勢；2021 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模為2414 億元， 增長率達22.29%。 2022 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模為2407 億元， 增長率為-0.29%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模與2021 年相比基本保持持平。

圖3 我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模及增長率

目前我國工業(yè)軟件市場總體格局仍較為分散， 國內(nèi)企業(yè)市場份額小，產(chǎn)業(yè)鏈不完整。與國外工業(yè)軟件產(chǎn)品相比，我國工業(yè)軟件產(chǎn)品在制造業(yè)關(guān)鍵技術(shù)、滿足制造應(yīng)用需求等方面基礎(chǔ)較為薄弱。 以產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計類基礎(chǔ)軟件CAD 為例，國內(nèi)90%的市場由國外企業(yè)法國達索、德國西門子、美國參數(shù)技術(shù)公司等占據(jù)。CAE 領(lǐng)域的市場幾乎被美國安斯科技、美國澳汰爾軟件、美國諾世創(chuàng)等國外企業(yè)壟斷。 2022 年工信部發(fā)布的工業(yè)軟件優(yōu)秀產(chǎn)品名單，產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)控制類工業(yè)軟件占優(yōu)秀產(chǎn)品的86%， 側(cè)面說明了我頂層更關(guān)注這兩類軟件的研究與發(fā)展。 國產(chǎn)工業(yè)軟件在國際市場上尚有很大的成長空間。

3.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建基于云平臺的海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析服務(wù)體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置[14，27-29]。其基礎(chǔ)共性能力主要包括平臺資源管理、 平臺應(yīng)用服務(wù)能力、平臺基礎(chǔ)技術(shù)能力和平臺投入產(chǎn)出能力四個方面。

我國“綜合型＋特色型＋專業(yè)型”多層次的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系已開始逐步構(gòu)建， 其主要包括跨行業(yè)跨領(lǐng)域平臺、面向重點行業(yè)的特色型平臺、面向重點區(qū)域的特色型平臺和面向特定技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)平臺四個類型。 根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，我國跨行業(yè)跨領(lǐng)域平臺29 個，面向重點行業(yè)的特色型平臺106 個， 面向重點區(qū)域的特色型平臺10個，面向特定技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)平臺有32 個，如圖4 所示。

圖4 我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)現(xiàn)狀（單位：個）

我國29 家跨行業(yè)跨領(lǐng)域平臺如表1 所示，其在技術(shù)突破、應(yīng)用賦能等方面引領(lǐng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)新的發(fā)展。如海爾卡奧斯COSMOPlat、 美云智數(shù)美擎和樹根互聯(lián)ROOTCLOUD 分別助力海爾6 家燈塔工廠、 美的5 家燈塔工廠、三一重工2 家燈塔工廠的建設(shè)。

表1 我國29 家雙跨綜合型平臺

與國外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺相比， 我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在制造技術(shù)與知識、生產(chǎn)與工藝、流程等融會貫通的能力方面尚且不足。 如西門子建立的基于MindSphere 平臺的數(shù)字化產(chǎn)業(yè)生態(tài)，可為企業(yè)提供工業(yè)現(xiàn)場/設(shè)備端/客戶端的數(shù)據(jù)采集、工業(yè)現(xiàn)場/設(shè)備智能運維等解決方案等不同的企業(yè)服務(wù)內(nèi)容， 同時建立了開放成熟的應(yīng)用創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境。 我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有待進一步提升。

3.3 智能制造

以制造業(yè)數(shù)字化、 網(wǎng)絡(luò)化、 智能化為標(biāo)志的智能制造，是制造業(yè)與數(shù)字化深度融合的主攻方向[30-32]。 根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，我國智能制造應(yīng)用規(guī)模和水平全球領(lǐng)先，遴選110 家國際先進的示范工廠， 建成近2000 家引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的數(shù)字化車間和智能工廠。 智能制造裝備規(guī)模接近3萬億元，系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商達6000 家。

2021 年工信部在數(shù)字技術(shù)與制造業(yè)深度融合發(fā)展背景下提出了“智能制造場景”概念，圍繞技術(shù)、裝備、工藝、軟件等要素，包含了16 個環(huán)節(jié)45 個智能制造典型場景，打造智能制造單元級的解決方案。我國智能制造優(yōu)秀場景建設(shè)情況如圖5 所示。 2021 年智能制造優(yōu)秀場景241 個，2022 年智能制造優(yōu)秀場景389個，共計630 個。說明我國智能制造企業(yè)單元級的解決方案有一定的基礎(chǔ)。

圖5 我國智能制造優(yōu)秀場景建設(shè)情況

智能制造優(yōu)秀場景前5 位的場景分別是：生產(chǎn)作業(yè)（197 個）、質(zhì)量管控（87 個）、倉儲物流（59 個）、設(shè)備管理（44 個）、計劃調(diào)度（42 個）。 說明生產(chǎn)作業(yè)和質(zhì)量管控等企業(yè)單元級的解決方案在企業(yè)應(yīng)用較為成熟。 智能制造優(yōu)秀場景后5 位的場景分別是：售后服務(wù)（12 個）、環(huán)保管控（9 個）、供應(yīng)鏈管理（8 個）、數(shù)字基建（8 個）、營銷管理（5 個）。 說明我國在數(shù)字基建和供應(yīng)鏈管理等企業(yè)單元級解決方案有待開展進一步的研究及企業(yè)應(yīng)用。

4 問題與挑戰(zhàn)

4.1 底層技術(shù)突圍，加速國產(chǎn)化替代進程

底層技術(shù)的突圍是解決我國制造業(yè)領(lǐng)域“卡脖子”問題的關(guān)鍵。 工業(yè)軟件涉及的如幾何約束求解器、 幾何內(nèi)核、網(wǎng)格剖分內(nèi)核、圖形組件等技術(shù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺涉及的如云計算、邊緣計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化等技術(shù)。國外在以上技術(shù)層面已經(jīng)迭代發(fā)展幾十年，已形成穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)環(huán)境。我國在替代技術(shù)層面如何突破，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品， 是我國制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的嚴峻考驗。

4.2 工業(yè)知識轉(zhuǎn)化，拓展應(yīng)用深度和廣度

圍繞工業(yè)技術(shù)、工藝經(jīng)驗、生產(chǎn)制造方法等知識，將工業(yè)知識沉淀為數(shù)據(jù)或者機理模型， 同時建立相關(guān)的知識庫和模型庫， 用以支撐各類軟件工具及平臺的研究與開發(fā)。我國制造業(yè)種類多樣，擁有世界最全面的工業(yè)知識的基礎(chǔ)條件。 但整體上在工業(yè)知識轉(zhuǎn)化方面的意識比較薄弱，如何提高我國制造業(yè)企業(yè)知識轉(zhuǎn)化的能力，實現(xiàn)門類齊全的制造業(yè)知識的最大化復(fù)用， 是我國制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要深入思考的問題。

4.3 數(shù)據(jù)資源整合，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字生態(tài)

建立產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字生態(tài)是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。數(shù)據(jù)是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵驅(qū)動要素，通過傳感器、射頻識別、搜索引擎、條形碼技術(shù)、日志文件、智能手機和電腦等各類數(shù)據(jù)獲取方式， 擁有了海量的制造業(yè)的數(shù)據(jù)資源。在數(shù)據(jù)清洗方法與數(shù)據(jù)質(zhì)量認可方面，國內(nèi)還沒有廣泛適用的標(biāo)準(zhǔn)。如何優(yōu)化整合這些海量的數(shù)據(jù)，迅速提取出我們所需要的數(shù)據(jù)質(zhì)量較高的數(shù)據(jù)， 形成適合我國制造業(yè)本地特點的穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字生態(tài)， 是需要繼續(xù)深入研究的課題。

4.4 復(fù)合型人才培養(yǎng)，奠定堅實發(fā)展基座

復(fù)合型人才， 即同時具備工業(yè)知識+數(shù)字化技術(shù)的專業(yè)人才。 專業(yè)人才是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型堅實發(fā)展的基座。我國存在很多的技術(shù)人員缺乏云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字知識的儲備和應(yīng)用經(jīng)驗的情況，然而在制造業(yè)全面向數(shù)字化轉(zhuǎn)型時期， 需要專業(yè)的復(fù)合型人才更好地將技術(shù)、業(yè)務(wù)和數(shù)字化技術(shù)進行融合。 復(fù)合型人才培養(yǎng)的方式或方法是各制造業(yè)企業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的重要挑戰(zhàn)。

5 結(jié)論

本文對制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景進行了分析， 闡述了對制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵的理解，從工業(yè)軟件、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和智能制造3 個視角描述了我國制造業(yè)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀，提出了我國面臨的底層技術(shù)突圍、工業(yè)知識轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)資源融合和復(fù)合型人才培養(yǎng)等挑戰(zhàn)。通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型可推動制造業(yè)的低碳發(fā)展， 同時我們應(yīng)該更加重視企業(yè)的數(shù)字化的應(yīng)用，通過應(yīng)用來推進技術(shù)革新，促進制造業(yè)智能化、綠色化和高端化發(fā)展。