新一代信息技術體系賦能制造業(yè)發(fā)展研究

摘要：新一代信息技術當前正成為推動產(chǎn)業(yè)轉型升級、經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的重要驅動力。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(shù)據(jù)的“價值賦能”體系和“智能技術+創(chuàng)新應用”融合賦能體系為核心的新一代信息技術體系賦能制造業(yè)發(fā)展的架構模型，并對賦能體系的關鍵技術和內(nèi)容進行了分析，從完善大數(shù)據(jù)應用環(huán)境，強化智能技術大分析能力、提升新一代信息技術水平和新業(yè)態(tài)、新模式培育等角度提出了推動新一代信息技術體系賦能制造業(yè)發(fā)展的措施建議。

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

當前，以云計算、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發(fā)展空前活躍，已成為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的關鍵。隨著新一代信息技術從消費領域滲透擴散到生產(chǎn)領域，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)展迎來重要的機遇。我國要實現(xiàn)制造業(yè)供給側結構性改革，實現(xiàn)由大到強和高質(zhì)量發(fā)展必須推動新一代信息技術在制造業(yè)中的深度 運用，把握新一代信息技術加速集成創(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 新一代信息技術體系賦能制造業(yè)總體架構

新一代信息技術與制造業(yè)融合發(fā)展，數(shù)字技術與實體經(jīng)濟深度融合已成為當下研究熱點，相關業(yè)界及學者進行了廣泛研究。新一代信息技術賦能制造業(yè)，要堅持以效能為主要導向，以數(shù)據(jù)為核心驅動，以技術能力為主線，以綜合集成創(chuàng)新應用為突破點，以柔性化、服務化、智能化為重點方向，深入推進制造業(yè)轉型升級、提質(zhì)增效，并廣泛吸收數(shù)字經(jīng)濟時代的發(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)濟發(fā)展需求的技術賦能制造業(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，應瞄準基于工業(yè)大數(shù)據(jù)閉環(huán)的“價值賦能”體系與“智能技術＋創(chuàng)新應用”融合賦能體系建設，形成智能技術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(shù)據(jù)的價值賦能體系

新一代信息技術賦能制造業(yè)的核心在于實現(xiàn)各種類別、來源、結構的數(shù)據(jù)能夠在生產(chǎn)的產(chǎn)線上下、車間內(nèi)外、供需多方，實現(xiàn)自動流動、動態(tài)感知、實時分析，最終支撐科學決策、精準執(zhí)行。賦能的關鍵機理在數(shù)據(jù)，關鍵難點也在數(shù)據(jù)價值實現(xiàn)。如圖 1 所示，通過綜合部署構建新一代信息技術，夯實工業(yè)云服務的內(nèi)容與模式，創(chuàng)新推動大數(shù)據(jù)在設計、生產(chǎn)、制造、售后、服務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)價值賦能體系。

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

工業(yè)生產(chǎn)設備和生產(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備的物聯(lián)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)經(jīng)營相關業(yè)務數(shù)據(jù)，以及與企業(yè)相關的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。大連接的關鍵在于四點。一是要夯實網(wǎng)絡與標識解析基礎。確保工廠內(nèi)外網(wǎng)絡的互聯(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(shù)據(jù)。通過布設傳感器，實時產(chǎn)生收集操作、運行、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（客戶關系管理，customer relationship management）、EMS（電子制造服務，electronic manufacturing services）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)體系有著獨立的一套應用層通信協(xié)議、數(shù)據(jù)模型和語義互操作規(guī)范，導致需要投入非常大的人力、物力來實現(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)進行標準化處理、匯聚，以兼容不同設備、系統(tǒng)采集的異構數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理分析，最終形成高效、實時、全面的數(shù)據(jù)互通和互操作。大匯聚重點要推進多源數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、多維數(shù)據(jù)標準化集成，以及構建基于知識的數(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：智能技術驅動的數(shù)據(jù)挖潛

大分析是對采集匯聚的數(shù)據(jù)進行處理分析，實現(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)建模處理技術為基礎，開展知識圖譜、深度學習和問題拆解等大數(shù)據(jù)分析，實現(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(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，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)字孿生通過物理實體與虛擬模型的實時映射，能夠對制造過程實施優(yōu)化，展現(xiàn)了信息物理系統(tǒng)（CPS）系統(tǒng)能夠實現(xiàn)的主要功能應用。數(shù)字孿生能夠覆蓋產(chǎn)品的設計、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)品和制造過程進行仿真測試和驗證。數(shù)字孿生可通過沉浸式、體驗式的方式提高客戶互動的效果。企業(yè)利用數(shù)字孿生技術還可開展諸如健康管理、智能維護等售后服務。

3 構建“智能技術＋創(chuàng)新應用”融合賦能體系

從單個設備的閉環(huán)賦能起步，新一代信息技術推動數(shù)字生產(chǎn)線、數(shù)字工廠、數(shù)字供應鏈的形成，最終推動形成“智能技術＋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＋創(chuàng)新應用”融合賦能體系是新一代信息技術體系的綜合集成，對制造環(huán)節(jié)的精準匹配性支撐，它不是籠統(tǒng)地以某項技術完成應用過程，而是將技術在應用中被匹配，匹配到最適合的應用場景中，充分發(fā)揮每種技術功能優(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、營銷、售后等制造流程全環(huán)節(jié)深度運用新一代信息技術，形成具有深度感知、遠程可控、智慧決策、自動執(zhí)行的先進的生產(chǎn)制造模式，對縮短研發(fā)周期、降低運營成本、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，實現(xiàn)由集中向分散的生產(chǎn)制造轉變，進而實現(xiàn)網(wǎng)絡化協(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，實現(xiàn)企業(yè)資源的最大化整合和匯聚，推動制造朝著協(xié)同化轉變。網(wǎng)絡化協(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 基于消費效率提升的個性定制模式

在與新一代信息技術融合環(huán)境下，制造型企業(yè)可以通過利用 CPS，促進制造過程管理和個性化的消費需求的匹配，進而可以實現(xiàn)個性化的定制生產(chǎn)。當前，個性化定制主要表現(xiàn)在 O2O（線上到線下，Online To Offline）定制、眾創(chuàng)定制等方式。

3.4 基于服務效率提升的服務型制造模式

隨著產(chǎn)品越來越智能化，以及數(shù)據(jù)驅動的提速，新興的服務模式產(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和智能產(chǎn)品獲得。這包括企業(yè)基于互聯(lián)網(wǎng)服務的各種模式創(chuàng)新，也包括生產(chǎn)性服務業(yè)平臺化、專業(yè)化發(fā)展，主要包括數(shù)據(jù)化在線服務、生產(chǎn)性服務等類型。

4 新一代信息技術體系賦能制造業(yè)發(fā)展的措施建議

4.1 進一步完善大數(shù)據(jù)的應用環(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”效應就越強，價值也就越大^[8]。一是深化重點行業(yè)領域的工業(yè)大數(shù)據(jù)應用。結合不同業(yè)務流程和特點，推動工業(yè)大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)驅動的產(chǎn)品創(chuàng)新、計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)線監(jiān)控等生產(chǎn)管理服務。二是加快構建制造業(yè)數(shù)據(jù)匯聚治理機制。支持制造企業(yè)建設多源異構數(shù)據(jù)匯聚融合的工業(yè)大數(shù)據(jù)集成平臺，加強數(shù)據(jù)清洗、預處理，提升數(shù)據(jù)準確、完整和一致性。三是培養(yǎng)工業(yè)大數(shù)據(jù)應用型人才。加強企業(yè)與科研院校的戰(zhàn)略合作，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)基礎理論教育與生產(chǎn)實戰(zhàn)培訓的有機結合，培養(yǎng)適應企業(yè)自身發(fā)展需求的數(shù)據(jù)工程師。大力實施產(chǎn)教結合，建立高等院校、科研院所和企業(yè)的數(shù)據(jù)人才流動的機制措施，加大創(chuàng)新、應用、技能型人才的培養(yǎng)。

4.2 強化智能技術的大分析賦能能力

制造業(yè)企業(yè)最終實現(xiàn)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(shù)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，進而促進流程、數(shù)據(jù)、應用等的集成。二是積極推進人工智能技術的應用。面向工控、柔性組織、預測維護等場景，結合模式識別、語音、語義處理，人機交互，開發(fā)專有用途的處理器芯片，同時加強算法和新型工業(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水平

新一代信息技術無疑是推動制造業(yè)高端化、智能化進而實現(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的自主創(chuàng)新。圍繞關鍵核心技術和戰(zhàn)略前沿，推動以 5G/6G 通信、量子技術、人工智能、虛擬現(xiàn)實、先進計算等的研發(fā)突破和創(chuàng)新應用。二是突破大數(shù)據(jù)核心技術。我國大數(shù)據(jù)技術在網(wǎng)絡營銷、電子商務、精準服務等領域的應用不斷深化，但缺乏應對高頻率、高密度、多元異構的工業(yè)大數(shù)據(jù)分析能力，難以適應工業(yè)領域的應用需求。要加快突破實時數(shù)據(jù)動態(tài)采集技術，高吞吐量存儲、關聯(lián)式存儲等數(shù)據(jù)存儲技術，以及大規(guī)模并行計算技術、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、單機智能分析與控制、區(qū)域協(xié)同等技術瓶頸，提升數(shù)據(jù)驅動的機器學習能力和輔助決策能力，充分滿足復雜制造環(huán)境對于快速響應、移動支持、人機交互、分布式協(xié)同等需求。三是加強大數(shù)據(jù)安全技術研發(fā)。利用網(wǎng)絡安全監(jiān)測技術，實時監(jiān)測和感知網(wǎng)絡安全威脅，防御網(wǎng)絡攻擊，提升對大規(guī)模網(wǎng)絡攻擊威脅的發(fā)現(xiàn)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，加強產(chǎn)學研用的協(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。圍繞重點領域，培育具有國際競爭力的規(guī)?；瘋€性定制，促進企業(yè)生產(chǎn)與消費需求對接，實現(xiàn)產(chǎn)銷動態(tài)平衡。大力發(fā)展服務型制造，充分利用新一代信息技術，提高全生命周期的綜合服務能力^[10]。三是不斷提升各門類制造業(yè)的智能化水平，從營銷服務向高端的研發(fā)設計延伸，從單點向系統(tǒng)化的綜合應用延伸。加快發(fā)展網(wǎng)絡協(xié)同制造，實現(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）