裝備制造業(yè)智能化升級(jí)與數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑研究
裝備制造業(yè)為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，需要產(chǎn)品與運(yùn)營兩手抓。一方面通過研發(fā)的資源投入和產(chǎn)品的服務(wù)化拓展實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品本身的迭代升級(jí)；另一方面，需要借力數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和物聯(lián)化等技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)字化運(yùn)營能力和產(chǎn)業(yè)協(xié)同運(yùn)營能力的階段性提升。
綜述
作為機(jī)械工業(yè)的核心部分，裝備制造業(yè)是先進(jìn)生產(chǎn)力的代表和競爭力的關(guān)鍵，其發(fā)展程度已成為體現(xiàn)國家綜合國力的重要因素。
根據(jù)《中國制造2025》的“三步走”戰(zhàn)略目標(biāo)：到2020年，基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，制造業(yè)大國地位進(jìn)一步鞏固，制造業(yè)信息化水平大幅提升。掌握一批重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域競爭力進(jìn)一步增強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量有較大提高。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得明顯進(jìn)展。
基于這一戰(zhàn)略目標(biāo)，裝備制造業(yè)為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，需要產(chǎn)品與運(yùn)營兩手抓。一方面通過研發(fā)的資源投入和產(chǎn)品的服務(wù)化拓展實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品本身的迭代升級(jí)；另一方面，需要借力數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和物聯(lián)化等技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)字化運(yùn)營能力和產(chǎn)業(yè)協(xié)同運(yùn)營能力的階段性提升。
智能化產(chǎn)品升級(jí)
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研發(fā)先行
現(xiàn)狀：
作為集資金、技術(shù)和勞動(dòng)為一體的密集型產(chǎn)業(yè)，裝備制造業(yè)在研發(fā)領(lǐng)域普遍具有專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)含量高的特點(diǎn)。從全球來看，裝備制造業(yè)相關(guān)的創(chuàng)新技術(shù)研究活動(dòng)較為頻繁；并且，隨著大量新技術(shù)、新工藝的滲入應(yīng)用，裝備制造業(yè)對(duì)研發(fā)的要求將不斷被強(qiáng)化。
借助人口紅利帶來的低勞動(dòng)成本，我國裝備制造業(yè)在生產(chǎn)規(guī)模和速度上一度處于全球先進(jìn)水平。但目前來看，我國的裝備制造水平仍舊處于“大”而不“強(qiáng)”的階段，低成本的比較優(yōu)勢(shì)也正在逐漸消失，發(fā)達(dá)國家和新興經(jīng)濟(jì)體正紛紛搶占制造業(yè)發(fā)展先機(jī)。究其根本，我國裝備制造業(yè)在部分關(guān)鍵領(lǐng)域和關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)上受制于人的現(xiàn)象較為普遍（表一），依靠設(shè)備進(jìn)口和技術(shù)引進(jìn)的發(fā)展模式勢(shì)必會(huì)受到國際貿(mào)易環(huán)境的牽絆。因此，提高關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)水平和創(chuàng)新能力是我國裝備制造業(yè)形成國際競爭優(yōu)勢(shì)的必要要求。
表一：幾大重點(diǎn)裝備制造細(xì)分行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
措施：
根據(jù)2019年10月工信部等十三個(gè)部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于印發(fā)制造業(yè)設(shè)計(jì)能力提升專項(xiàng)行為計(jì)劃（2019-2022）的通知》，“強(qiáng)化高端裝備制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)”被作為重點(diǎn)設(shè)計(jì)突破工程的首要任務(wù)（表二）。
表二：《關(guān)于印發(fā)制造業(yè)設(shè)計(jì)能力提升專項(xiàng)行為計(jì)劃（2019-2022）的通知》中關(guān)于裝備制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)
一方面，以市場機(jī)制為紐帶，推動(dòng)“產(chǎn)、學(xué)、研、用”一體化發(fā)展，是堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、加強(qiáng)創(chuàng)新體系和創(chuàng)新能力建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈長，各環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，利用“產(chǎn)、學(xué)、研、用”的協(xié)同力量促進(jìn)研發(fā)創(chuàng)新是必然選擇。在“產(chǎn)”的環(huán)節(jié)，企業(yè)應(yīng)主動(dòng)擔(dān)起主要行動(dòng)者和執(zhí)行者的角色；在“學(xué)”和“研”的環(huán)節(jié)，創(chuàng)新人才和研發(fā)能力的培養(yǎng)是重要推動(dòng)力，推動(dòng)從源頭上補(bǔ)足裝備制造業(yè)人才短板；在“用”的環(huán)節(jié)，通過有效的市場反饋、體驗(yàn)參與和局部微創(chuàng)等方式，拉動(dòng)創(chuàng)新系統(tǒng)的前進(jìn)。
另一方面，裝備制造業(yè)應(yīng)借力數(shù)字孿生、3D打印等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模仿真、樣機(jī)制造和設(shè)計(jì)反饋等階段的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，建立產(chǎn)品工藝布局、加工流程、裝備和實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)的虛擬仿真；通過五維仿真技術(shù)，補(bǔ)足傳統(tǒng)三維模型無法承載的作業(yè)環(huán)境的信息和時(shí)間維度信息，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間不同地理環(huán)境與產(chǎn)品的耦合動(dòng)態(tài)。
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服務(wù)共贏
現(xiàn)狀：
消費(fèi)升級(jí)的大背景下，中國社會(huì)的經(jīng)濟(jì)形態(tài)正在經(jīng)歷從“工業(yè)經(jīng)濟(jì)”到“服務(wù)經(jīng)濟(jì)”的轉(zhuǎn)型更迭。作為制造業(yè)與服務(wù)業(yè)深度融合的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，裝備制造業(yè)不斷在探索“服務(wù)化”的發(fā)展路徑模式。但由于其所涉及到的設(shè)備復(fù)雜度和多元性，裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)服務(wù)化的進(jìn)程相對(duì)于其他產(chǎn)業(yè)較慢，行業(yè)內(nèi)廠商更多的僅是將服務(wù)作為后市場層面“附加價(jià)值”的載體，還未實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)品服務(wù)化”，甚至“活產(chǎn)品”的產(chǎn)業(yè)模式。
對(duì)于傳統(tǒng)的大型復(fù)雜裝備制造領(lǐng)域，例如軌道交通、航天航空以及船舶海工等，核心設(shè)備的檢維修都已逐步產(chǎn)業(yè)化，形成完整的后市場服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈，但這樣的服務(wù)更多是以針對(duì)特定產(chǎn)品的故障維修工作和定期的預(yù)防性維護(hù)工作為主，從而導(dǎo)致成本虛高、服務(wù)不及時(shí)性等多種問題的出現(xiàn)，整體后市場的服務(wù)質(zhì)量和收益情況并不樂觀。
從市場需求來看，“成果性經(jīng)濟(jì)”盛行的時(shí)代即將來臨，實(shí)體產(chǎn)品越來越無法滿足客戶的需求，除了單純的硬件產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品相關(guān)的信息和數(shù)字化服務(wù)已經(jīng)逐步從后市場步入前端需求；從產(chǎn)品的生命周期來看，裝備制造業(yè)產(chǎn)品由于其產(chǎn)品復(fù)雜度，在其工藝設(shè)計(jì)、加工制造過程、部件裝配過程、維護(hù)維修過程到再制造過程都需要產(chǎn)品制造商提供大量支持。因此，提供“成果”而非單純產(chǎn)品是裝備制造業(yè)“產(chǎn)品及服務(wù)”這一轉(zhuǎn)型路徑的重中之重。
措施：
隨著以傳感、識(shí)別、通信以及物聯(lián)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能裝備制造業(yè)的大力發(fā)展，設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集逐漸成為可能。智能產(chǎn)品與平臺(tái)服務(wù)的連接，將實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為核心的泛力生態(tài)系統(tǒng)。在“成果經(jīng)濟(jì)”的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)的洞察與決策將成為工業(yè)的價(jià)值驅(qū)動(dòng)力，而作為企業(yè)能融入這一生態(tài)系統(tǒng)，將是立足數(shù)字化市場的根本。
例如，在產(chǎn)品使用過程中，裝備制造廠商可利用產(chǎn)品回傳的數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息、環(huán)境信息等各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，再通過機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析的推演，建立數(shù)理模型，對(duì)設(shè)備的健康狀況做出評(píng)估，并對(duì)可預(yù)測性故障發(fā)生頻次、程度等進(jìn)行提前預(yù)測分析。
這些分析數(shù)據(jù)一方面可以提高內(nèi)部運(yùn)營的效率，增強(qiáng)市場響應(yīng)能力，在指導(dǎo)產(chǎn)品備件的及時(shí)采購和產(chǎn)品可靠性的優(yōu)化升級(jí)等方面均能產(chǎn)生決策性影響。
另一方面，也是更重要的，數(shù)字化價(jià)值鏈的形成需要各環(huán)節(jié)企業(yè)共同參與與決策制定，快速實(shí)現(xiàn)外部變化的根本是在專注自身核心競爭力的同時(shí)，開展并引導(dǎo)彼此的合作，而物聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)則是促成合作的橋梁。設(shè)備數(shù)據(jù)的積累將逐步加速產(chǎn)品數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化進(jìn)程，利用設(shè)備監(jiān)測與機(jī)器學(xué)習(xí)帶來的大數(shù)據(jù)資產(chǎn)，制造廠商可研制出設(shè)備全生命周期管理等服務(wù)方案，實(shí)現(xiàn)從設(shè)備產(chǎn)品提供商到 “活產(chǎn)品”提供商的轉(zhuǎn)型升級(jí)，成為可為客戶提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析等配套服務(wù)的合作伙伴。
數(shù)字化運(yùn)營轉(zhuǎn)型
現(xiàn)狀：
高新技術(shù)的突破，促進(jìn)裝備制造業(yè)發(fā)展提速。傳統(tǒng)裝備制造業(yè)的數(shù)字化改造是重中之重，這決定著中國制造業(yè)的整體價(jià)值。
大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為裝備制造業(yè)注入新的生產(chǎn)源動(dòng)力。一方面，大到全球性互聯(lián)網(wǎng)巨頭、咨詢公司，小到科技類創(chuàng)業(yè)公司，都在不斷探索“大數(shù)據(jù)+”等相關(guān)新興技術(shù)在制造行業(yè)中的數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決方案；另一方面，工業(yè)巨頭也立足于深耕多年的產(chǎn)業(yè)鏈，擁抱新技術(shù)為生產(chǎn)運(yùn)營帶來的紅利。在此格局下，“新制造”已經(jīng)成為不可阻擋的未來。
相較于數(shù)字化發(fā)展如火如荼的零售業(yè)，裝備制造業(yè)在數(shù)據(jù)管理和分析能力上一直存在短板。因運(yùn)營資本較重、運(yùn)營流程復(fù)雜等原因，行業(yè)內(nèi)企業(yè)信息系統(tǒng)眾多，系統(tǒng)管理相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分散。因此，在運(yùn)營的數(shù)字化發(fā)展上，裝備制造業(yè)仍然沉浸在將數(shù)據(jù)作為管理輔助工具的階段。
措施：
借鑒其他行業(yè)的先進(jìn)管理模式，我們認(rèn)為企業(yè)數(shù)據(jù)運(yùn)營往往需要經(jīng)歷三大階段（表三）。而作為數(shù)據(jù)化程度相對(duì)較弱的裝備制造業(yè)，需要通過前、中、后端的變革逐步實(shí)現(xiàn)階段性突破。
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后端：全量化大數(shù)據(jù)挖掘
所謂全量化大數(shù)據(jù)，則是相較于傳統(tǒng)的局部性小數(shù)據(jù)，綜合了圖像、音頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，綜合了企業(yè)內(nèi)外部不同來源數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集合總稱。上一個(gè)十年，隨著ERP、CRM等企業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用的興起，裝備制造業(yè)的信息化水平大幅度提升，“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化”的工作已逐步完善。雖然業(yè)務(wù)人員對(duì)數(shù)據(jù)有了一定的認(rèn)識(shí)，但這種認(rèn)識(shí)大多數(shù)僅停留在對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中簡單結(jié)構(gòu)化的理解上。因此，從兩個(gè)方向上拓展多元化大數(shù)據(jù)是企業(yè)數(shù)字化決策實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。
一方面，通過網(wǎng)頁和社交媒體等相關(guān)平臺(tái)中的數(shù)據(jù)獲取，可以幫助裝備制造企業(yè)打破2B局限，直面最終用戶。數(shù)字時(shí)代下，企業(yè)講求“以人為本”，客戶作為有溫度的個(gè)體，需求應(yīng)當(dāng)?shù)玫讲煊X并給予充分響應(yīng)；裝備生產(chǎn)也一樣，最終落地的體驗(yàn)還是在人身上。但相較于2C行業(yè)，裝備制造業(yè)很難直接獲取到較為明確的2C端市場用戶意愿。在全量化大數(shù)據(jù)的思路下，越過2B的屏障，直接通過人產(chǎn)生的數(shù)據(jù)理解群體思想，能更好地幫助裝備制造企業(yè)跳出2B的局限。
另一方面，裝備制造業(yè)涉及較多傳感技術(shù)與物聯(lián)設(shè)備，高效利用機(jī)器生成的數(shù)據(jù)，可以大大提升裝備制造業(yè)生產(chǎn)能力。智能化時(shí)代下，多種設(shè)備前端的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)已逐步自動(dòng)化，加上物聯(lián)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，龐大而豐富的數(shù)據(jù)源有待被開采。行業(yè)特點(diǎn)決定了行業(yè)優(yōu)勢(shì)，通過采集設(shè)備的第一手?jǐn)?shù)據(jù)搶占先機(jī)，將是裝備制造業(yè)智能化路徑的重要里程碑。
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中端：戰(zhàn)略性數(shù)據(jù)中臺(tái)
從數(shù)據(jù)處理層來看，以BW/BO系統(tǒng)為主的企業(yè)數(shù)據(jù)分析工具已在各行業(yè)被廣泛使用；但就實(shí)現(xiàn)情況而言，在裝備制造業(yè)，大部分的BW/BO應(yīng)用僅能基于以ERP為主的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供事后分析報(bào)表，這些報(bào)表大多強(qiáng)調(diào)業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性。但由于市場需求多樣化和生產(chǎn)模式多元化的快速發(fā)展，這類標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表已無法滿足企業(yè)發(fā)展所需的數(shù)據(jù)支持。在裝備制造業(yè)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)各自獨(dú)立、數(shù)據(jù)服務(wù)效率不高以及業(yè)務(wù)訴求不匹配等問題成為常態(tài)。
隨著數(shù)字產(chǎn)業(yè)化逐步從C端走向B端市場，以Hadoop、Spark等分布式技術(shù)和組件為核心的“計(jì)算&存儲(chǔ)混搭”的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)為主體的數(shù)據(jù)中臺(tái)戰(zhàn)略，將在制造業(yè)興起并日漸成熟。數(shù)據(jù)中臺(tái)的出現(xiàn)使得企業(yè)對(duì)于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的預(yù)測性分析、實(shí)時(shí)性分析和主動(dòng)性分析成為可能。
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前端：場景化數(shù)據(jù)決策
在數(shù)據(jù)的前端展現(xiàn)層面，傳統(tǒng)的單一報(bào)表或簡單圖表輸出模式已無法滿足目前企業(yè)的業(yè)務(wù)決策。
在硬件與軟件的優(yōu)化升級(jí)中，多樣化的數(shù)據(jù)展示應(yīng)用已逐步形成，管理駕駛艙、即席分析、生產(chǎn)看板、自助報(bào)告、數(shù)據(jù)大屏、預(yù)警通知等，企業(yè)可以根據(jù)不同的使用場景，例如高管辦公室、會(huì)議室、生產(chǎn)車間等，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)展示方式。除了展示方式的場景化，數(shù)據(jù)決策過程的場景化更重要，不再是傳統(tǒng)的基于單向流程的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)展示，而是雙向的使用和反饋，并通過閉環(huán)的場景化過程形成新一輪的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化，從而實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化的智能模式。
對(duì)于零售業(yè)和服務(wù)業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)，往往更注重滿足“千人千面”的用戶個(gè)性化需求；但對(duì)裝備制造業(yè)來說，需要清晰地認(rèn)識(shí)到，場景化數(shù)據(jù)決策的建立不僅僅取決于技術(shù)的發(fā)展，更重要的是需要對(duì)業(yè)務(wù)場景的明確把握。一方面，決策者應(yīng)該明確將數(shù)據(jù)決策的過程嵌入運(yùn)營環(huán)節(jié)，深入現(xiàn)場，而非閉門造車；另一方面，也需要在必要的時(shí)候借助業(yè)務(wù)專家對(duì)發(fā)展趨勢(shì)和業(yè)務(wù)重點(diǎn)給予專業(yè)的建議，從而真正實(shí)現(xiàn)從“數(shù)據(jù)輔助業(yè)務(wù)”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)”的轉(zhuǎn)變。
表三：企業(yè)數(shù)據(jù)運(yùn)營的三大階段
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