中国工程院院士邬贺铨:推进工业互联网发展 企业与政府有效作为

谈中国工业互联网的发展,先要从德国、美国两个先行者说起。简要谈三个问题:美德发展工业互联网的直接诱因与预期;工业互联网与消费互联网有本质区别;中国要以普惠中小企业为导向。

美德发展工业互联网的直接诱因与预期

德国提出工业4.0,根源在于德国经济面临的两大问题:第一,人口老龄化问题严重,产业劳动力紧张,需要通过实现更大规模的自动化、数字化减少对劳动力的依赖;第二,由于德国汽车工业巨头如大众、奔驰等接连陷入尾气排放造假丑闻,德国传统制造业可靠性高、质量严谨的声誉受到挑战,需要换一种面貌提升自己的竞争力。

美国提出工业互联网,从大方向上也是出于重振制造业的目的。美国与德国相比信息技术的优势更为明显,工业互联网更注重发挥大数据、软件、传感器的作用,美国希望产业链更宽一些。

德国、美国是工业互联网的最先启动者,但他们的发展并没有达到最初想像的规模和速度,最先将工业互联网进行商业化的GE对这一业务板块进行了调整,德国领先者西门子的工业互联网平台Predix也未能如设计的那样将德国制造业迅速带动起来。

虽然发展速度不如预期,国外工业互联网仍在以企业为主,继续往前发展。国外大企业有两个基本特点:一是他们大多既是民用企业,又是军工企业,有着国防需求的要求以及国防经费的支撑,在转型经费上没有遇到太大压力;二是传统制造业的大企业已经实现了数字化转型,具有非常强的IT能力,例如西门子有17000名软件人员,GE具有很强的软件开发能力。他们具有一批既了解信息技术又熟悉制造行业的技术人才。

工业互联网与消费互联网有本质区别

相比起来,中国的情况完全不同。最首要的是中国企业在数字化转型方面水平参差不齐。中国制造业企业真正自身完成数字化转型的,可以说几乎没有;即使在这条路上比较领先的企业,IT能力也只限于服务自身业务,扩展能力还有待提升。我国缺乏具备综合解决方案和全领域覆盖能力的龙头企业,企业长远布局能力薄弱,前瞻性、系统性和技术含量亟待提升,引领国际发展的能力不足。

拥有强大IT能力的信息技术企业,例如BAT、华为等,将工业互联网看成是互联网的下半场,正在开始积极地探路。

相比我国快速发展的消费互联网,工业互联网的门槛要高的多,主要体现在以下几方面:消费互联网终端品种简单,使用门槛低,易普及、易升级,而工业互联网涉及生产设备类型多;工业互联网业务链条长、服务模型复杂,需求难以搞得很清晰,需要技术解决方案持续的服务;工业互联网对快速响应、可靠性和安全性要求高;工业互联网对资本的需求大;工业互联网对既了解信息技术又熟悉企业流程的人才有迫切需求;工业互联网对信息安全更为关注,实体经济的企业对提供第三方服务的ICT企业的诚信有很高要求,担心自身的技术诀窍和商业数据被泄露给竞争对手。

从商业模式看,消费互联网往往是比烧钱、聚人气、圈用户、赚流量,收入靠广告和会费等,这种模式是没有办法复制到工业互联网的。

信息技术企业缺乏对垂直行业流程和工艺的理解,他们看工业互联网的市场是叫得响、看得见、摸不着、门槛高,因此工业互联网的实施主体应该是垂直行业的企业,但他们的不足之处是缺乏信息技术人才。所以,工业互联网需要信息技术企业和垂直行业企业的紧密合作,与跟消费互联网通吃的格局不同,需要培育细分领域的龙头企业。

中国现在已经出现将工业互联网深入到应用且已经带来效果的企业。举例来说,上海商飞飞机装备制造有限公司开展与信息技术企业的广泛合作,华为、阿里等互联网公司为其提供技术解决方案,在22个生产环节都用上了5G技术,对质量的提升,效率的提高都非常有帮助。

上海商飞的成功有其特定条件,首先中国的大飞机是商飞、沈飞、西飞和成飞合作完成的,除此之外,可以说中国生产大飞机就没有其他企业了,没有对泄密给国内对手的顾虑;其次,商飞有充足的资金。对于商飞来说,利用工业互联网,重要的不是对人力的节省,尽管中国也面临劳动力的问题,但目前还没有德国那样迫切,更重要的是怎么保证服务质量,如何让所有工序从一开始就能够完全不纯粹依靠人工来保证质量,如何避开人为依赖,将所有生产过程都记录在案,因为无论如何培训工人,还是要寄托在其责任和技术水平上。所以对于大企业来说,工业互联网是企业质量变革、效率变革和动力变革的重要抓手。

与机械加工等零散制造业相比,我国流程制造业的工业互联网进展面临挑战更多,流程长、工序复杂、连续生产、生产安全风险因素多、销售环节多难以获得最终用户的大数据,在这方面宝钢走在前面,但不同的流程工业差异很大,同一行业的不同企业工业互联网的做法也无法照搬,要靠企业自身的探索,也需要与专业的工业互联网解决方案服务型企业的合作。

以普惠中小企业为导向

大企业有意愿、有能力、有资金去依托工业互联网进行提质增效的转型,政府更应着力扶植中国上千万家中小企业,不让企业在这一轮转型升级过程中掉队。相比起来,很多中小企业对于工业互联网还是持观望态度,首要阻碍是关键基础能力不足,多数企业数字化水平较低,网络化、智能化演进基础薄弱。如今我们能看到的利用工业互联网好案例的企业都是已经达到了相当程度的数字化水平,加上传感器、数据,就可以做出有利于生产的分析或决策。但没有这个基础,“大脑”能起作用吗?不起作用。不仅要有大脑,还要四肢发达。

中小企业犹豫的另一个原因,是工业互联网到底能帮他们解决什么问题?我国现在大量企业技术水平较低,不少双创企业只有“头脑+电脑”,在这种情况下,企业即使有意愿转型,就算有资金投入可购买工业互联网软件,也不具备用好软件的人才和能力。

工业互联网具有高度个性化的特点,工业互联网不是花钱能买得来的,所有工业互联网的软件都需要根据企业具体实际而适配,甚至需要根据企业自身设备情况进行定制。最好是有提供一篮子解决方案和服务的第三方公司,但这意味着非常高的服务成本,无论是BAT等互联网公司,还是外企,都不愿意在提供服务这方面着力太多。在这方面,存在市场失灵的问题。

针对市场失灵,政府可以建设一个工业互联网产业创新中心,配置较强的计算能力,采购丰富的工业使用的工具软件、大数据分析软件和人工智能决策软件等,收集各类大数据包括政府主动开放可开放的数据,该中心还聘请专业技术服务人员,免费开放给中小企业,辅导中小企业使用其软件、硬件和数据。这样一来,可以帮助中小企业快速提升自身能力,而且这种扶持是普惠性的。该中心可以是政府出资建设并招标委托第三方公司运营,也可以第三方公司自行建设,政府可以从中小企业得到的服务程度和第三方企业的贡献度,来考核第三方公司,并通过购买服务的方式来补偿第三方公司投入或运营的支出。该中心还可以成为产学研用合作的桥梁,研究单位可以在这里发现企业需求。

德国弗劳恩霍夫协会的运行模式可供参考。德国弗劳恩霍夫协会拥有强大的科研团队和科研能力,通过“合同科研”的方式,由项目委托方企业出资70%,政府出资30%,完成企业提出的项目需求。通过“合同科研”的方式,客户享有弗劳恩霍夫协会各研究所雄厚的研发科技积累和高水平的科研队伍的服务,通过研究所的多学科合作,获得为其“量身订做”的解决方案和科研成果。

区域性创新中心为中小企业提供的帮助,不一定非要定义是严格的工业互联网。工业生产有很长的链条,工业互联网可以从任何一个环节切入,工业互联网的起步也不见得非要等到有云计算或区块链才可以,只要能够帮企业在工业数字化的进程中解决实际问题就是有进步。如果这样能帮助大多数中小企业自发行动起来,工业互联网的基础就有了。

地方政府正在积极地推动工业互联网,现在需要从热度阶段过渡到实实在在做一些普惠性的工作。政府目前靠树立一些示范标杆的方法推动工业互联网,从诸多企业中选择一两个企业提供资金,这对其他企业多少有些不公平,而且导致很多企业依赖是否有政府补贴来决定是否进行数字化转型。此外,中国几千万的中小企业,需求各异,个别项目扶持不是办法,重要的是让他们产生内生动力。

我认为正确的办法不是提供资金,而是政府营造市场发展环境、增强经济发展信心、鼓励企业进行技术改造投入,并扶持一个技术创新平台免费提供给企业服务。在此过程中还可以把投资机构吸引进来,共同支撑工业互联网的发展。

数字化、网络化、智能化是产业发展的方向,推动质量变革、效率变革和动力变革,是发展工业互联网的初心。但工业互联网的创新永远在路上,工业互联网的全面实现是一个长期过程,需要首先打好基础,以管理创新和技术创新并重来应对发展中的挑战。(文章来源:工业互联网观察)

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由于过去中国劳动力成本低廉,大规模自动化的经济效益并不明显,没有必要大力推动。但是在“用工荒”的冲击下,“机器换人”成为必然,是产业转型的核心,也是发展工业互联网的基础。 工业互联网是指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。 其本质是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础,通过工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析,实现从单个机器到生产线、车间乃至整个工厂的智能决策和动态优化。 由此可见,工业互联网的发展是在生产制造过程自动化、信息化的基础上,走向数据化、智能化。 以广东省为例,2014年以来,各级政府相继出台政策推动企业进行技术改造,实行“机器换人”“设备换人”,如东莞市政府在2014年8月相继推出《关于加快推动工业机器人智能装备产业发展的实施意见》、《东莞市推进企业“机器换人”行动计划(2014-2016)》、《“机器换人”转向资金管理办法》。佛山市政府在2015年5月制定《佛山市扶持企业推进机器人及智能装备应用实施方案(2015—2017年)》;广东省政府在2015年7月制定《广东省智能制造发展规划(2015-2025)》。 从政策的推动效果看,2017年,广东省拥有机器人制造重点企业156家,全省工业机器人产量20662台,同比增长50.2%,占全国产量的16%,保有量约8万台。 具体来说,在东莞,2014年9月至2017年1月企业申报“机器换人”专项资金项目共2698个,财政总投资约386亿元,新增设备仪器76315台,项目数和投资额均为广东省第一。 在佛山,2015年-2017年市级财政共安排1.6亿元资金,扶持368个项目,带动400多家规模以上企业开展“机器换人”,应用机器人超过7000台。 在此基础上,2017年开始,广东在全国率先部署、提前布局发展工业互联网,以此作为实体经济和制造业转型升级新的引擎点,通过推动企业数字化转型来实现高质量发展。 2018年3月《广东省深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的实施方案》和《广东省支持企业“上云上平台”加快发展工业互联网的若干扶持政策(2018-2020)》出台,预计通过政策引导,广东将推动一万家工业企业依托平台实施数字化、网络化智能升级,带动20万家企业“上云上平台”,降低信息化构建成本。 “上云上平台”的目的是实现研发设计、生产管控、设备管控、工艺改进、能耗优化、供应链协同等生产制造环节的互联互通以及设备端、管理端的数据打通,这些数据将自动决定生产系统各个环节的决策,实现生产上下游环环相扣的整合,最终目标是通过分析数据预测需求,预测制造,利用数据去整合产业链和价值链,创造新的知识和价值。 方向探索 随着制造流程和商业活动变得越来越复杂,依靠人的经验和分析,已经无法满足如此复杂的管理和协同优化需求,因此大数据必然在工业领域中兴起。 大数据是工业互联网的一个重要特征,因为在“机器换人”的过程中,自动化设备的控制器会产生大量的数据,随着传感器技术和通讯技术的发展,搜集获取实时数据的成本已经不再高昂,而嵌入式系统、低耗能半导体、处理器、云计算等技术的兴起使得设备的运算能力大幅提升,具备了实时处理大数据的能力。 工业互联网通过对海量数据的采集交换,异构数据的集成处理,机器数据的边缘计算,经验模型的固化迭代,基于云的大数据计算分析,实现对生产现场状况,协作企业信息,市场用户需求的精确计算和复杂分析,从而形成企业运营的管理决策以及机器运转的控制指令,驱动从机器设备,运营管理到商业活动的智能化和优化。 实现工业机器人以及其他自动化设备互联互通,搜集、分析生产数据是被普遍认可的我国发展工业互联网的方向。但工业大数据如何使用,商业价值的挖掘都需要进一步经由市场检验。 因此现阶段还是应该加强工业互联网基础设施建设,尤其是赋能中小制造企业,逐步提高其自动化、信息化的水平,提高生产效率,从中寻找数据利用的新商业模式。 虽然工业互联网还是一个新生事物,但笔者在调研中发现,广东已经有部门企业开始主动利用工业互联网来进行数字化转型,除了应用工业机器人和其他自动化设备外,越来越多地企业,开始引入企业资源计划(ERP)和生产制造执行系统(MES)。 ERP是一种主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体化的企业信息管理系统,其主要功能包括供应链管理、销售与市场、分销、客户服务、财务管理、制造管理、库存管理、工厂与设备维护、人力资源、报表、制造执行系统、工作流服务和企业信息系统等。 MES则是通过信息传递对订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。MES需要收集生产过程中大量的实时数据,并对实时事件做出及时处理,同时又与计划层和控制层保持双向通信能力,从上下两层接受相应的数据并反馈处理结果和生产指令。这种生产模式把制造系统的计划和进度安排、追踪、监视和控制、物料流动、质量管理、设备的控制和计算机集成制造接口等作为一体去考虑,以最终实施制造过程的自动化。 MES在解决中国制造企业痛点问题方面具有很大潜力和发展空间。当前制造企业面临的痛点问题主要包括由于生产进度不能及时掌握,设备维修处于被动等待状态,员工技能不足,生产异常时行动缓慢,订单清尾反映慢,生产排单无法到达产线,交货周期太长,造成的订单无法按期交付。 由于员工技能参差不齐,产品切换时间长,智能部门对现场问题反应速度太慢,数据异常无法及时上报,造成的生产效率低下。 由于首件检验流于形式,关键岗位不受控,不良品返工,未严格执行返工流程,客户投诉无法追溯到具体岗位和无料,数据分析不系统,改进效果无法验证,造成的质量问题频发。 由于物料损耗随意,无法根据生产工艺及时调整人员配置,在制品数量庞大,无法快速解决,手工统计生产报表工作量大,时效差,造成的制造成本过高。 比如说,在广东顺德,家电制造业拥有完整产业链的优势,但消费市场对产品品质提出更高要求。中小企业该如何解决工厂效率低,作业现场人员过多,厂内物流距离过长等问题成了当务之急。 实践表明MES系统的应用会促使内部效率会提升,不良品的管控,各个方面的管理都上了一个台阶。对于中小企业而言,拥抱工业互联网,并非是高不可攀,目前有平台供应商已经推出了更为“小、精、轻”的系统租赁服务,每年只需要几万元就可以为企业精准解决生产全流程的痛点问题。 笔者曾经跟广东一家知名MES企业产品经理深入交流,这家精益智能工厂系统化解决方案提供商,主要针对中小制造企业车间现场管理,基于工业互联网、微服务、云计算、物联网、大数据技术架构提供低成本、快部署、易运维的SAAS应用,实现车间数据化、透明化,提高生产效率、减低生产成本、减少物料浪费、加强品质管控。“采用JAWA微服务互联网架构,采用租赁的模式,即租即用,按年付费,这样整体成本很低,企业也能承受,实现低成本、快部署、易运维,这也是工业互联网的魅力所在”。 必经之路 不过需要指出的一个问题是,虽然近年来我国高新技术和战略性新兴产业发展迅速,但其产业规模还不够,劳动密集型制造业仍然是我国工业发展的主体。因为是出口导向,这类企业基本处于全球价值链的中低端,利润率并不高,因此进行技术改造的底子薄、风险大,深入推进工业互联网的难度很大。 加上我国关键系统、软硬件核心技术自主创新能力不足,工业大数据、工业云等工业互联网关键技术,平台和应用仍处于起步阶段、规模小、功能弱,导致不少企业在发展自动化和工业互联网方面抱有疑虑,仍处于观望状态。 虽然工业互联网被认为是新工业革命的基础,但实现需要实践基础。 从全球制造技术的演进过程看,从半自动化的泰勒-福特制到日本丰田的精益生产是一条必经之路,这恰恰是中国中小企业需要走的路,逐步提高自动化生产的比重,加强精益管理。有企业一线管理者对笔者表示,工业互联网的实施应该建立在精益生产积累比较多的基础上。 但从不同行业的企业现状来看,很多在开展精益生产方面还存在不足。这种情况下,即使应用工业互联网,收到的成效也会大打折扣。所以对这些企业来说,要想发展工业互联网,还得先补工业2.0、工业3.0的课。 回顾世界发达国家制造业转型的历史可以发现,日本企业重视组织文化和人的训练,生产的经验和知识依赖于人的积累、运用和传承,因此企业的自动化和信息化建设主要是围绕着帮助人去工作进行的。但近年来,这一理念受到日益严重的老龄化问题的挑战。 德国企业注重设备和生产系统的不断升级,将生产知识固化在设备上,应对劳动力短缺问题的主要策略,是研发更先进的装备和高度集成自动的生产线。 美国作为世界高端制造业的强国,其企业在解决问题的方式中最注重数据的作用,不仅是对数据积累的重视,更重要的是对数据分析的重视,以及企业决策从数据所反映出来的事实出发的管理文化。 此外,移民成为解决制造业劳动力短缺和知识积累问题的重要手段,美国的高端制造业擅长颠覆和重新定义问题,比如说利用工业互联网颠覆制造业的价值体系,利用数字化、新材料和新生产方式(3D打印)去颠覆传统制造业的生产方式。 中国制造业要想在新的全球科技、产业竞争中占据有利位置,生产、管理过程中的自动化、信息化是必由之路。 虽然面临多重挑战,但由于我国已经建立起较为完整的制造业体系,加上网络信息技术基础不断夯实,制造业与互联网融合发展不断深化,为工业互联网的进一步发展打下了良好的基础。 工业互联网本质上还是要依赖企业工业技术的提升和改造,而5G移动通信、物联网、高性能计算、云计算等信息技术的进步,则可以发挥很好的辅助提高的作用。 最后,工业互联网未来发展的另一个瓶颈,就是人才的缺失。工业大数据的分析除了先进的算法工具以外,更重要的是要结合工业场景和应用原理的领域知识。也就是说,数据的分析者,不仅要对智能算法非常了解,还要对生产系统十分了解。 现在企业非常缺的是既懂工业生产,又懂信息化技术的复合型人才,而这样的工业大数据分析人才的培养短时间内又很难培养,这一点需要特别重视,有待于国家、企业以及科研院所等各方合力共同解决。(文章来源:经济观察报)[详细]2020-01-09 10:20

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