新一代信息技術(shù)體系賦能制造業(yè)發(fā)展研究

摘要：新一代信息技術(shù)當前正成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉型升級、經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的重要驅動(dòng)力。制造業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，發(fā)展高效率、高附加值、具有典型競爭優(yōu)勢的高端制造業(yè)，推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量創(chuàng )新發(fā)展具有重要意義。本文提出了以工業(yè)大數據的“價(jià)值賦能”體系和“智能技術(shù)+創(chuàng )新應用”融合賦能體系為核心的新一代信息技術(shù)體系賦能制造業(yè)發(fā)展的架構模型，并對賦能體系的關(guān)鍵技術(shù)和內容進(jìn)行了分析，從完善大數據應用環(huán)境，強化智能技術(shù)大分析能力、提升新一代信息技術(shù)水平和新業(yè)態(tài)、新模式培育等角度提出了推動(dòng)新一代信息技術(shù)體系賦能制造業(yè)發(fā)展的措施建議。

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

當前，以云計算、大數據、人工智能、區塊鏈、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(zhù)新一代信息技術(shù)從消費領(lǐng)域滲透擴散到生產(chǎn)領(lǐng)域，制造業(yè)生產(chǎn)方式也隨之發(fā)生對應深刻的變革，制造業(yè)創(chuàng )新發(fā)展迎來(lái)重要的機遇。我國要實(shí)現制造業(yè)供給側結構性改革，實(shí)現由大到強和高質(zhì)量發(fā)展必須推動(dòng)新一代信息技術(shù)在制造業(yè)中的深度 運用，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(dòng)生產(chǎn)方式、生產(chǎn)模式、組織范式創(chuàng )新，實(shí)現制造業(yè)效率價(jià)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

新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展，數字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟深度融合已成為當下研究熱點(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)，要堅持以效能為主要導向，以數據為核心驅動(dòng)，以技術(shù)能力為主線(xiàn)，以綜合集成創(chuàng )新應用為突破點(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)轉型升級、提質(zhì)增效，并廣泛吸收數字經(jīng)濟時(shí)代的發(fā)展新理念、新規律，探索出符合新一輪產(chǎn)業(yè)變革和我國經(jīng)濟發(fā)展需求的技術(shù)賦能制造業(yè)發(fā)展新模式。

基于 5G、數字孿生、大數據、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)，應瞄準基于工業(yè)大數據閉環(huán)的“價(jià)值賦能”體系與“智能技術(shù)＋創(chuàng )新應用”融合賦能體系建設，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，總體賦能架構如圖 1 所示。

2 構建工業(yè)大數據的價(jià)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)現各種類(lèi)別、來(lái)源、結構的數據能夠在生產(chǎn)的產(chǎn)線(xiàn)上下、車(chē)間內外、供需多方，實(shí)現自動(dòng)流動(dòng)、動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析，最終支撐科學(xué)決策、精準執行。賦能的關(guān)鍵機理在數據，關(guān)鍵難點(diǎn)也在數據價(jià)值實(shí)現。如圖 1 所示，通過(guò)綜合部署構建新一代信息技術(shù)，夯實(shí)工業(yè)云服務(wù)的內容與模式，創(chuàng )新推動(dòng)大數據在設計、生產(chǎn)、制造、售后、服務(wù)等全生命周期的綜合應用，構建具有大連接、大匯聚、大分析為核心的智能閉環(huán)價(jià)值賦能體系。

2.1 大連接：工業(yè)設施與數據的聯(lián)接融合

工業(yè)生產(chǎn)設備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制以及生產(chǎn)系統的管理，都是以信息的獲取為前提。在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節中都會(huì )產(chǎn)生海量的數據，這些數據來(lái)源主要包括各種設備的物聯(lián)數據，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)相關(guān)業(yè)務(wù)數據，以及與企業(yè)相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)數據。大連接的關(guān)鍵在于四點(diǎn)。一是要夯實(shí)網(wǎng)絡(luò )與標識解析基礎。確保工廠(chǎng)內外網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)互通、標識解析等是大連接的重要基礎，支持企業(yè)探索網(wǎng)絡(luò )建設、標識解析等應用創(chuàng )新。二是聯(lián)接設備、產(chǎn)品、環(huán)境數據。通過(guò)布設傳感器，實(shí)時(shí)產(chǎn)生收集操作、運行、環(huán)境的參數數據。三是鏈接企業(yè)內生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數據，打通企業(yè)管理和生產(chǎn)控制的數據壁壘，重點(diǎn)是 ERP（企業(yè)資源計劃，enterprise resource planning）、PLM（產(chǎn)品生命周期管理，product lifecycle management）、SCM（供應鏈管理，supply chain management）、CRM（客戶(hù)關(guān)系管理，customer relationship management）、EMS（電子制造服務(wù)，electronic manufacturing services）系統等。四是鏈接企業(yè)外部互聯(lián)網(wǎng)數據。主要包括行業(yè)企業(yè)發(fā)展有關(guān)的數據信息，以及來(lái)源互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)外部生產(chǎn)活動(dòng)數據。

2.2 大匯聚：多源數據資源的匯聚融合

不同廠(chǎng)商、不同系統、不同設備的數據接口、互操作規程等各不相同，這些自成體系、互不兼容的數據體系有著(zhù)獨立的一套應用層通信協(xié)議、數據模型和語(yǔ)義互操作規范，導致需要投入非常大的人力、物力來(lái)實(shí)現生產(chǎn)數據的采集、匯聚與分析。為打造相互聯(lián)通的多源數據融合體系，要對不同來(lái)源、類(lèi)別數據進(jìn)行標準化處理、匯聚，以兼容不同設備、系統采集的異構數據，實(shí)現數據的統一處理分析，最終形成高效、實(shí)時(shí)、全面的數據互通和互操作。大匯聚重點(diǎn)要推進(jìn)多源數據互聯(lián)互通、多維數據標準化集成，以及構建基于知識的數據模型，并通過(guò)云邊協(xié)同數據治理方式，提升數據匯聚、處理效率。

2.3 大分析：智能技術(shù)驅動(dòng)的數據挖潛

大分析是對采集匯聚的數據進(jìn)行處理分析，實(shí)現價(jià)值賦能的重要環(huán)節。大分析主要包括智能感知分析和數字孿生賦能。智能感知分析方面：以深度挖掘、數據建模處理技術(shù)為基礎，開(kāi)展知識圖譜、深度學(xué)習和問(wèn)題拆解等大數據分析，實(shí)現對工業(yè)數據的智能感知與深度分析；基于人工智能技術(shù)可達到降本增效的作用，例如，工業(yè)大腦對工藝的優(yōu)化。數字孿生賦能方面：近兩年數字孿生成為數字化賦能制造業(yè)的重要新興技術(shù)，在工業(yè)大數據閉環(huán)賦能體系上，數字孿生能夠在產(chǎn)品全生命周期的各階段發(fā)揮不同的作用。數字孿生通過(guò)物理實(shí)體與虛擬模型的實(shí)時(shí)映射，能夠對制造過(guò)程實(shí)施優(yōu)化，展現了信息物理系統（CPS）系統能夠實(shí)現的主要功能應用。數字孿生能夠覆蓋產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、銷(xiāo)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(guò)程進(jìn)行仿真測試和驗證。數字孿生可通過(guò)沉浸式、體驗式的方式提高客戶(hù)互動(dòng)的效果。企業(yè)利用數字孿生技術(shù)還可開(kāi)展諸如健康管理、智能維護等售后服務(wù)。

3 構建“智能技術(shù)＋創(chuàng )新應用”融合賦能體系

從單個(gè)設備的閉環(huán)賦能起步，新一代信息技術(shù)推動(dòng)數字生產(chǎn)線(xiàn)、數字工廠(chǎng)、數字供應鏈的形成，最終推動(dòng)形成“智能技術(shù)＋創(chuàng )新應用”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)節的精準匹配性支撐，它不是籠統地以某項技術(shù)完成應用過(guò)程，而是將技術(shù)在應用中被匹配，匹配到最適合的應用場(chǎng)景中，充分發(fā)揮每種技術(shù)功能優(yōu)勢，形成合力解決應用需求，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)、設計、生產(chǎn)、制造、營(yíng)銷(xiāo)、售后等制造流程全環(huán)節深度運用新一代信息技術(shù)，形成具有深度感知、遠程可控、智慧決策、自動(dòng)執行的先進(jìn)的生產(chǎn)制造模式，對縮短研發(fā)周期、降低運營(yíng)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(zhù) ^[7]。

3.2 基于協(xié)作效率提升的協(xié)同制造模式

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

3.3 基于消費效率提升的個(gè)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(guò)利用 CPS，促進(jìn)制造過(guò)程管理和個(gè)性化的消費需求的匹配，進(jìn)而可以實(shí)現個(gè)性化的定制生產(chǎn)。當前，個(gè)性化定制主要表現在 O2O（線(xiàn)上到線(xiàn)下，Online To Offline）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(zhù)產(chǎn)品越來(lái)越智能化，以及數據驅動(dòng)的提速，新興的服務(wù)模式產(chǎn)生，價(jià)值空間也得到孕育。制造業(yè)的核心價(jià)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(zhuān)業(yè)化發(fā)展，主要包括數據化在線(xiàn)服務(wù)、生產(chǎn)性服務(wù)等類(lèi)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)一步完善大數據的應用環(huán)境

制造業(yè)大數據匯聚融通層級越高，匯聚的數據信息越豐富，則其“溢出”效應就越強，價(jià)值也就越大^[8]。一是深化重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)大數據應用。結合不同業(yè)務(wù)流程和特點(diǎn)，推動(dòng)工業(yè)大數據的創(chuàng )新應用。鼓勵企業(yè)以設計與制造協(xié)同、管控一體化為目標，發(fā)展數據驅動(dòng)的產(chǎn)品創(chuàng )新、計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)線(xiàn)監控等生產(chǎn)管理服務(wù)。二是加快構建制造業(yè)數據匯聚治理機制。支持制造企業(yè)建設多源異構數據匯聚融合的工業(yè)大數據集成平臺，加強數據清洗、預處理，提升數據準確、完整和一致性。三是培養工業(yè)大數據應用型人才。加強企業(yè)與科研院校的戰略合作，實(shí)現大數據基礎理論教育與生產(chǎn)實(shí)戰培訓的有機結合，培養適應企業(yè)自身發(fā)展需求的數據工程師。大力實(shí)施產(chǎn)教結合，建立高等院校、科研院所和企業(yè)的數據人才流動(dòng)的機制措施，加大創(chuàng )新、應用、技能型人才的培養。

4.2 強化智能技術(shù)的大分析賦能能力

制造業(yè)企業(yè)最終實(shí)現降本增效、提質(zhì)增益，需要加強智能化改造，強化人工智能、數字孿生、知識圖譜的深度運用。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換，進(jìn)而促進(jìn)流程、數據、應用等的集成。二是積極推進(jìn)人工智能技術(shù)的應用。面向工控、柔性組織、預測維護等場(chǎng)景，結合模式識別、語(yǔ)音、語(yǔ)義處理，人機交互，開(kāi)發(fā)專(zhuān)有用途的處理器芯片，同時(shí)加強算法和新型工業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)力度，不斷提升智能化的大分析能力。

4.3 著(zhù)力提升新一代信息技術(shù)水平

新一代信息技術(shù)無(wú)疑是推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化進(jìn)而實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。一是不遺余力的推動(dòng)新一代信息技術(shù)的自主創(chuàng )新。圍繞關(guān)鍵核心技術(shù)和戰略前沿，推動(dòng)以 5G/6G 通信、量子技術(shù)、人工智能、虛擬現實(shí)、先進(jìn)計算等的研發(fā)突破和創(chuàng )新應用。二是突破大數據核心技術(shù)。我國大數據技術(shù)在網(wǎng)絡(luò )營(yíng)銷(xiāo)、電子商務(wù)、精準服務(wù)等領(lǐng)域的應用不斷深化，但缺乏應對高頻率、高密度、多元異構的工業(yè)大數據分析能力，難以適應工業(yè)領(lǐng)域的應用需求。要加快突破實(shí)時(shí)數據動(dòng)態(tài)采集技術(shù)，高吞吐量存儲、關(guān)聯(lián)式存儲等數據存儲技術(shù)，以及大規模并行計算技術(shù)、多數據處理能力。要突破終端環(huán)境語(yǔ)義建模、視覺(jué)理解、單機智能分析與控制、區域協(xié)同等技術(shù)瓶頸，提升數據驅動(dòng)的機器學(xué)習能力和輔助決策能力，充分滿(mǎn)足復雜制造環(huán)境對于快速響應、移動(dòng)支持、人機交互、分布式協(xié)同等需求。三是加強大數據安全技術(shù)研發(fā)。利用網(wǎng)絡(luò )安全監測技術(shù)，實(shí)時(shí)監測和感知網(wǎng)絡(luò )安全威脅，防御網(wǎng)絡(luò )攻擊，提升對大規模網(wǎng)絡(luò )攻擊威脅的發(fā)現和應對能力。

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(lèi)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(kāi)放資源建平臺、中小企業(yè)融入鏈條用平臺，加強產(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(gè)性化定制。圍繞重點(diǎn)領(lǐng)域，培育具有國際競爭力的規?；瘋€(gè)性定制，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)與消費需求對接，實(shí)現產(chǎn)銷(xiāo)動(dòng)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(mén)類(lèi)制造業(yè)的智能化水平，從營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)向高端的研發(fā)設計延伸，從單點(diǎn)向系統化的綜合應用延伸。加快發(fā)展網(wǎng)絡(luò )協(xié)同制造，實(shí)現企業(yè)間的協(xié)同和各個(gè)環(huán)節資源的共享，提高研發(fā)設計、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。

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（注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年6月期）