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      制造業轉型題與解:工業互聯網還要補精益生產的課

      文章來源:經濟觀察報 作者:許輝 閱讀量:3423 發布時間:2021-09-26 14:45:45

      改革開放30多年來,中國經濟持續快速增長的根本原因,在于確立了一個適合國情的制造業戰略,即利用我國的勞動力優勢與市場優勢,在全球范圍內參與國際分工,融入價值鏈,成為“世界工廠”。

      從歷史經驗來看,國家經濟實力的興衰和工業化程度有很大關系,大國經濟權力的交接是以制造業地位的變遷為基礎的。因此中國整體國力和經濟競爭力的提升,仰賴于工業化進程與制造業崛起,從而建立起世界上產業門類最齊全、規模最大、配套能力最強的制造業體系。

      但經過三十多年發展,近年來中國制造業面臨著多重挑戰。

      一方面,以德國提出工業4.0為標志,全球進入新一輪工業革命與產業競爭快速發展時期。歐美日等先進制造業國家紛紛提出自己的戰略新興產業發展戰略,以求在數字化時代搶奪高端制造業的競爭制高點。

      另一方面,中國制造業賴以發展的勞動力成本優勢,正隨著人口結構的變化而逐漸喪失。普通勞動者的工資持續快速上漲,東南沿海地區出現招工難和用工貴現象,導致中國勞動密集型制造業開始新的產業轉移,流向東南亞等國家。

      制造業作為大國參與全球科技與產業競爭的角力場,利用先進制造技術促進省人、增效、降成本,成為制造業轉型升級與持續發展的應有之義,中國不可能錯失這一經濟結構調整的機遇。

      同時,新興中產消費者對制造產品在品質、功能、設計等方面的要求越來越高,不但要滿足基本使用價值,而且要有一定的審美、潮流甚至藝術價值,這是一種個性化的消費體驗和心理滿足,需求側的改變倒逼供給側向產品的高品質、個性化、定制化、快速迭代的方向發展。

      因此,2015年國務院發布“中國制造 2025”戰略,推進我國從制造業大國向制造業強國轉型,習近平總書記在十九大報告中更是強調,一方面要加快發展先進制造業,推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合;另一方面要支持傳統產業優化升級,促進我國產業邁向全球價值鏈中高端,培育若干世界級先進制造業集群。

      在落實這一系列新發展理念和戰略中,中國制造業的轉型路徑逐漸明晰,即通過推動“機器換人”和建設工業互聯網為主要內容的工業自動化、信息化改造來促進生產方式的變革,實現智能制造。

      機器換人

      早在1970-1980年,美國、日本等國就提出了工業自動化的概念,主要是解決工業制造中對人及生產環境造成的不良影響的問題,比如資源浪費、生產不穩定性和變化性等。

      由于過去中國勞動力成本低廉,大規模自動化的經濟效益并不明顯,沒有必要大力推動。但是在“用工荒”的沖擊下,“機器換人”成為必然,是產業轉型的核心,也是發展工業互聯網的基礎。

      工業互聯網是指互聯網和新一代信息技術與工業系統全方位深度融合所形成的產業和應用生態,是工業智能化發展的關鍵綜合信息基礎設施。

      其本質是以機器、原材料、控制系統、信息系統、產品以及人之間的網絡互聯為基礎,通過工業數據的全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理和高級建模分析,實現從單個機器到生產線、車間乃至整個工廠的智能決策和動態優化。

      由此可見,工業互聯網的發展是在生產制造過程自動化、信息化的基礎上,走向數據化、智能化。

      以廣東省為例,2014年以來,各級政府相繼出臺政策推動企業進行技術改造,實行“機器換人”“設備換人”,如東莞市政府在2014年8月相繼推出《關于加快推動工業機器人智能裝備產業發展的實施意見》、《東莞市推進企業“機器換人”行動計劃(2014-2016)》、《“機器換人”轉向資金管理辦法》。佛山市政府在2015年5月制定《佛山市扶持企業推進機器人及智能裝備應用實施方案(2015—2017年)》;廣東省政府在2015年7月制定《廣東省智能制造發展規劃(2015-2025)》。

      從政策的推動效果看,2017年,廣東省擁有機器人制造重點企業156家,全省工業機器人產量20662臺,同比增長50.2%,占全國產量的16%,保有量約8萬臺。

      具體來說,在東莞,2014年9月至2017年1月企業申報“機器換人”專項資金項目共2698個,財政總投資約386億元,新增設備儀器76315臺,項目數和投資額均為廣東省第一。

      在佛山,2015年-2017年市級財政共安排1.6億元資金,扶持368個項目,帶動400多家規模以上企業開展“機器換人”,應用機器人超過7000臺。

      在此基礎上,2017年開始,廣東在全國率先部署、提前布局發展工業互聯網,以此作為實體經濟和制造業轉型升級新的引擎點,通過推動企業數字化轉型來實現高質量發展。

      2018年3月《廣東省深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的實施方案》和《廣東省支持企業“上云上平臺”加快發展工業互聯網的若干扶持政策(2018-2020)》出臺,預計通過政策引導,廣東將推動一萬家工業企業依托平臺實施數字化、網絡化智能升級,帶動20萬家企業“上云上平臺”,降低信息化構建成本。

      “上云上平臺”的目的是實現研發設計、生產管控、設備管控、工藝改進、能耗優化、供應鏈協同等生產制造環節的互聯互通以及設備端、管理端的數據打通,這些數據將自動決定生產系統各個環節的決策,實現生產上下游環環相扣的整合,最終目標是通過分析數據預測需求,預測制造,利用數據去整合產業鏈和價值鏈,創造新的知識和價值。

      方向探索

      隨著制造流程和商業活動變得越來越復雜,依靠人的經驗和分析,已經無法滿足如此復雜的管理和協同優化需求,因此大數據必然在工業領域中興起。

      大數據是工業互聯網的一個重要特征,因為在“機器換人”的過程中,自動化設備的控制器會產生大量的數據,隨著傳感器技術和通訊技術的發展,搜集獲取實時數據的成本已經不再高昂,而嵌入式系統、低耗能半導體、處理器、云計算等技術的興起使得設備的運算能力大幅提升,具備了實時處理大數據的能力。

      工業互聯網通過對海量數據的采集交換,異構數據的集成處理,機器數據的邊緣計算,經驗模型的固化迭代,基于云的大數據計算分析,實現對生產現場狀況,協作企業信息,市場用戶需求的精確計算和復雜分析,從而形成企業運營的管理決策以及機器運轉的控制指令,驅動從機器設備,運營管理到商業活動的智能化和優化。

      實現工業機器人以及其他自動化設備互聯互通,搜集、分析生產數據是被普遍認可的我國發展工業互聯網的方向。但工業大數據如何使用,商業價值的挖掘都需要進一步經由市場檢驗。

      因此現階段還是應該加強工業互聯網基礎設施建設,尤其是賦能中小制造企業,逐步提高其自動化、信息化的水平,提高生產效率,從中尋找數據利用的新商業模式。

      雖然工業互聯網還是一個新生事物,但筆者在調研中發現,廣東已經有部門企業開始主動利用工業互聯網來進行數字化轉型,除了應用工業機器人和其他自動化設備外,越來越多地企業,開始引入企業資源計劃(ERP)和生產制造執行系統(MES)。

      ERP是一種主要面向制造行業進行物質資源、資金資源和信息資源集成一體化的企業信息管理系統,其主要功能包括供應鏈管理、銷售與市場、分銷、客戶服務、財務管理、制造管理、庫存管理、工廠與設備維護、人力資源、報表、制造執行系統、工作流服務和企業信息系統等。

      MES則是通過信息傳遞對訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。MES需要收集生產過程中大量的實時數據,并對實時事件做出及時處理,同時又與計劃層和控制層保持雙向通信能力,從上下兩層接受相應的數據并反饋處理結果和生產指令。這種生產模式把制造系統的計劃和進度安排、追蹤、監視和控制、物料流動、質量管理、設備的控制和計算機集成制造接口等作為一體去考慮,以最終實施制造過程的自動化。

      MES在解決中國制造企業痛點問題方面具有很大潛力和發展空間。當前制造企業面臨的痛點問題主要包括由于生產進度不能及時掌握,設備維修處于被動等待狀態,員工技能不足,生產異常時行動緩慢,訂單清尾反映慢,生產排單無法到達產線,交貨周期太長,造成的訂單無法按期交付。

      由于員工技能參差不齊,產品切換時間長,智能部門對現場問題反應速度太慢,數據異常無法及時上報,造成的生產效率低下。

      由于首件檢驗流于形式,關鍵崗位不受控,不良品返工,未嚴格執行返工流程,客戶投訴無法追溯到具體崗位和無料,數據分析不系統,改進效果無法驗證,造成的質量問題頻發。

      由于物料損耗隨意,無法根據生產工藝及時調整人員配置,在制品數量龐大,無法快速解決,手工統計生產報表工作量大,時效差,造成的制造成本過高。

      比如說,在廣東順德,家電制造業擁有完整產業鏈的優勢,但消費市場對產品品質提出更高要求。中小企業該如何解決工廠效率低,作業現場人員過多,廠內物流距離過長等問題成了當務之急。

      實踐表明MES系統的應用會促使內部效率會提升,不良品的管控,各個方面的管理都上了一個臺階。對于中小企業而言,擁抱工業互聯網,并非是高不可攀,目前有平臺供應商已經推出了更為“小、精、輕”的系統租賃服務,每年只需要幾萬元就可以為企業精準解決生產全流程的痛點問題。

      筆者曾經跟廣東一家知名MES企業產品經理深入交流,這家精益智能工廠系統化解決方案提供商,主要針對中小制造企業車間現場管理,基于工業互聯網、微服務、云計算、物聯網、大數據技術架構提供低成本、快部署、易運維的SAAS應用,實現車間數據化、透明化,提高生產效率、減低生產成本、減少物料浪費、加強品質管控?!安捎肑AWA微服務互聯網架構,采用租賃的模式,即租即用,按年付費,這樣整體成本很低,企業也能承受,實現低成本、快部署、易運維,這也是工業互聯網的魅力所在”。

      必經之路

      不過需要指出的一個問題是,雖然近年來我國高新技術和戰略性新興產業發展迅速,但其產業規模還不夠,勞動密集型制造業仍然是我國工業發展的主體。因為是出口導向,這類企業基本處于全球價值鏈的中低端,利潤率并不高,因此進行技術改造的底子薄、風險大,深入推進工業互聯網的難度很大。

      加上我國關鍵系統、軟硬件核心技術自主創新能力不足,工業大數據、工業云等工業互聯網關鍵技術,平臺和應用仍處于起步階段、規模小、功能弱,導致不少企業在發展自動化和工業互聯網方面抱有疑慮,仍處于觀望狀態。

      雖然工業互聯網被認為是新工業革命的基礎,但實現需要實踐基礎。

      從全球制造技術的演進過程看,從半自動化的泰勒-福特制到日本豐田的精益生產是一條必經之路,這恰恰是中國中小企業需要走的路,逐步提高自動化生產的比重,加強精益管理。有企業一線管理者對筆者表示,工業互聯網的實施應該建立在精益生產積累比較多的基礎上。

      但從不同行業的企業現狀來看,很多在開展精益生產方面還存在不足。這種情況下,即使應用工業互聯網,收到的成效也會大打折扣。所以對這些企業來說,要想發展工業互聯網,還得先補工業2.0、工業3.0的課。

      回顧世界發達國家制造業轉型的歷史可以發現,日本企業重視組織文化和人的訓練,生產的經驗和知識依賴于人的積累、運用和傳承,因此企業的自動化和信息化建設主要是圍繞著幫助人去工作進行的。但近年來,這一理念受到日益嚴重的老齡化問題的挑戰。

      德國企業注重設備和生產系統的不斷升級,將生產知識固化在設備上,應對勞動力短缺問題的主要策略,是研發更先進的裝備和高度集成自動的生產線。

      美國作為世界高端制造業的強國,其企業在解決問題的方式中最注重數據的作用,不僅是對數據積累的重視,更重要的是對數據分析的重視,以及企業決策從數據所反映出來的事實出發的管理文化。

      此外,移民成為解決制造業勞動力短缺和知識積累問題的重要手段,美國的高端制造業擅長顛覆和重新定義問題,比如說利用工業互聯網顛覆制造業的價值體系,利用數字化、新材料和新生產方式(3D打?。┤ヮ嵏矀鹘y制造業的生產方式。

      中國制造業要想在新的全球科技、產業競爭中占據有利位置,生產、管理過程中的自動化、信息化是必由之路。

      雖然面臨多重挑戰,但由于我國已經建立起較為完整的制造業體系,加上網絡信息技術基礎不斷夯實,制造業與互聯網融合發展不斷深化,為工業互聯網的進一步發展打下了良好的基礎。

      工業互聯網本質上還是要依賴企業工業技術的提升和改造,而5G移動通信、物聯網、高性能計算、云計算等信息技術的進步,則可以發揮很好的輔助提高的作用。

      最后,工業互聯網未來發展的另一個瓶頸,就是人才的缺失。工業大數據的分析除了先進的算法工具以外,更重要的是要結合工業場景和應用原理的領域知識。也就是說,數據的分析者,不僅要對智能算法非常了解,還要對生產系統十分了解。

      現在企業非常缺的是既懂工業生產,又懂信息化技術的復合型人才,而這樣的工業大數據分析人才的培養短時間內又很難培養,這一點需要特別重視,有待于國家、企業以及科研院所等各方合力共同解決。(作者:許輝  德國耶拿大學博士)

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