新基建工業互聯網與裝備制造轉型

發布者:瀏覽次數:

               以下文章來源于 葛洲壩能源重工有限公司 總經理 劉飛

    工業領域升級發展離不開新技術推動。隨著以互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能等為代表的新一代信息技術不斷與工業技術創新成果跨界融合，引發了全球新一輪科技革命和產業變革，一系列新的生產方式、組織方式和商業模式不斷涌現，工業互聯網應運而生，并推動全球工業體系的智能化變革。新基建的提出使我們對工業互聯網及其對裝備制造意義的認識更加深刻。

1 工業互聯網核心思想及政策背景

1.1 工業互聯網核心思想

在數字化、網絡化和智能化時代，工業互聯網已成為新的企業競爭手段、產業布局方向和大國競爭焦點，也是制造業智能化轉型最重要的基礎設施和發展路徑，裝備制造業的轉型需求最為迫切。工業互聯網核心思想是實現人、數據、物和機器全面互聯的新型網絡基礎設施，通過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智能化發展的新興業態和應用模式，成為工業智能化發展的關鍵基礎設施和新型工業操作系統，它的誕生基于對機器與機器之間、機器與人之間、企業與企業之間、國家與國家之間的互聯互通愈發重要的認識理念。工業互聯網催生的新模式新業態帶來了裝備產業高端化發展優勢，為實體經濟和數字經濟高質量發展提供了突破口和新動能。

1.2 工業互聯網發展和政策現狀

    至2019年底我國工業互聯網發展市場規模已突破6000億元，聯盟成員數量超過1400家。國內相關政策的出臺為工業互聯網發展指明了方向和重點。工信部《工業互聯網發展行動計劃( 2018—2020)》明確了工業互聯網的發展內容和戰略目標；《工業互聯網平臺建設及推廣指南》和《工業互聯網平臺評價方法》標志著工業互聯網平臺建設的正式落地；《工業互聯網網絡建設及推廣指南》和工業互聯網產業聯盟《工業互聯網標識解析二級節點建設導則(試行版)》則促進工業互聯網發展實施落地。從工業互聯網前景應用深度來看，對通信技術要求顯著提高，5G融合趨勢是必然，是實現制造業向智能化、服務化、高端化轉型的必要條件。工信部《關于印發“5G+工業互聯網”512 工程推進方案的通知》表明了工業互聯網建設的技術要求和高水準。

2 裝備制造的智能化轉型升級

2.1 企業轉型動因及實踐

裝備制造面臨著生產成本上升、產品需求多樣化、競爭加劇等多重壓力，急需進行數字化、網絡化和智能化等方面的創新探索，構建裝備行業工業互聯網平臺，為企業提供泛在連接、彈性供給、高效配置的載體，在整個產品生命周期的價值鏈中，使產品上云、流程上云，將工業互聯網平臺應用于設計、生產、試驗、服務等環節，促進裝備制造行業升級，實現傳統制造型企業向制造服務型企業的轉型，從而構建行業新型工業生態環境系統。

近年來，中國能建葛洲壩集團大力踐行新發展理念，特別是在新基建形勢下，對集團工業制造領域提出了新的戰略格局和創新轉型目標。葛洲壩能源重工有限公司做為承擔集團裝備制造的主力之一，是以分布式能源產品和技術為基礎、能源互聯網為核心，為行業提供國內一流、世界領先的智慧能源綜合解決方案及核心設備的綜合供應商，擁有全球化的營銷和服務網絡，國際市場開發業務覆蓋142個國家。根據集團規劃，能源重工順應趨勢調整戰略，在工業互聯網應用和促進裝備制造轉型升級業務上進行了積極的探索實踐，不斷為行業提供國內一流、世界領先的高端裝備。

2.2 智能化轉型主要途徑

數字化是實現工業互聯網的首要步驟，也是實現制造企業智能化轉型的最佳途徑。數字化是通過實現企業內部和外部互聯，加速生產方式變革、讓制造系統更智能，使其更能自動適應市場變化和制造條件的變更。數字化是利用新一代信息技術，構建數據的采集、傳輸、存儲、處理和反饋的閉環，打通不同層級與不同行業間的數據壁壘，提高行業整體的運行效率，構建全新的數字經濟體系。綜合來看，數字化轉型即是以大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等新一代信息通信技術為驅動力，以數據為關鍵要素，通過實現企業的生產智能化、營銷精準化、運營數據化、管理智慧化，催生一批新業態、新模式、新動能，實現以創新驅動的產業高質量化和跨領域的同步化發展。

2.3 智能化轉型的作用

（1）通過數字化轉型，企業能夠打通涵蓋產品設計、生產規劃、生產工程、生產實施和服務在內的整個產品生命周期的數據流，實現設備資產的有效管理和業務運營的優化，從而縮短產品開發時間，加快新產品的上市速度，通過更靈活的生產手段實現更快速的市場響應，以更好的質量管理體系贏得客戶信任，以更高的成本效率贏得競爭。

（2）數字化技術給制造企業帶來的不僅僅是跨界的競爭和業態復雜化，更多的是對企業核心能力提出了新的挑戰。一方面，為了滿足客戶日益多變的個性化需求，制造企業在決策模式是服務模式上必須做出對應的變革來適應市場的變化; 另一方面，高端裝備本身在結構上機、電、軟一體化的要求不斷提高，為了更快地交付高質量的產品，企業在產品的設計開發、流程建設、生產模式創新、人員協同組織等方面都面臨全新的挑戰。

3 高端裝備制造的工業互聯網應用方式

工業制造遵循了從自動化、信息化到數字化智造的遞進發展邏輯。智能制造的載體是工業互聯網，其應用方式有智能制造基地、個性化定制、網絡化協同和服務化延伸。葛洲壩能源重工在自身實踐中深深感受了這幾方面巨大的發展空間和潛力。

3.1 智能制造基地

制造向智能化轉變，大幅提升生產效率和質量，同時利用數字技術改變產品測試系統，降低試錯成本。能源重工在武漢葛洲壩高端裝備產業園擁有智能化和數字化的生產基地，為客戶提供專業的發電機組產品和電源解決方案。

（1）數字化設計。能源重工針對機組產品整體及關鍵裝配部件采用數字化設計，對集成系統和機組底座、配電柜、銅排組等部件，技術人員使用不同的智能軟件進行預設計、模擬裝配和仿真試驗。通過建模計算校驗底座強度并確定最經濟材料參數；構造配電柜和銅排組的最佳結構和安全性校驗，提前消除問題和避免浪費。數字化應用顯著提高了產品設計的安全可靠性、質量和設計效率。

（2）數字化調度生產設備。能源重工設在武漢高端裝備產業園的生產廠房擁有較多吊裝設備、智能平臺車等重大設備，均安裝有傳感器和通信裝置，生產人員通過遙控方式進行精準控制，高效完成裝配和移動作業。

（3）智能化全系列產品測試系統。能源重工武漢工廠在該系統中將所有不同規格假負載及電氣操作系統通過歸一化預留接口與各個測試臺位不同類型機組產品全部聯系在一起，根據公司機組全系列產品規格、不同電壓等級，設計了所有需要采樣的數據/信號傳感器、控制信號和電力一次裝置的預接系統，通過采樣系統設計取代了原系統所有的互感器柜，通過測試房集控臺的轉換系統自動識別被試產品臺位、規格和高電壓低電壓，自動匹配測試負載。顯著提高了產品測試能力和效率，大大降低了人工操作量，也減少了由于產品不同所帶來的多種繁瑣接入操作。

3.2 個性化定制

企業產品的生產銷售由規模化定制向個性化定制轉變，實現以用戶為中心的按需生產，有效滿足市場的多樣化需求，同時解決企業庫存和產能問題。

（1）能源重工對復雜多樣的發電機組產品建立了標準化系列方案，并在此基礎上完善了訂單個性化定制的標準化數據結構，提高了內部信息規范溝通效率和網絡化訂單執行指令的生成準確性和快速性。

（2）通過公司的OA網絡平臺，研發技術人員可通過投標評審流程及時介入，重點對客戶個性化要求進行識別、技術分析和風險評估，并給出專業意見，將項目問題解決在前期，將風險和成本降至最低。

（3）針對數據中心、半導體等行業對安保電源系統的特殊要求，能源重工的研發/設計人員在行業標準化定制研究基礎上，對所有項目個性化定制進行具體落實。由于綠色能源應用和UPS集成了最先進儲能裝置，對安保系統服務要求提高，遠程管理成為個性化需要，針對所有機組、儲能裝置和綠色能源設備合理地設計傳感器系統和通信接口，通過服務云實現對整個安保系統的運維管理和優化，實現遠程監控、遠程診斷、遠程維護、遠程升級。通過傳感器采集運行狀態、參數和環境信息，讓設備在使用階段可視化。通過數據驅動和知識模型的計算，實現故障預測、壽命評估的量化指示，實現智能調度和控制，使資產增質提效。將服務作為產品，實現業務系統效率提升和資源有效配置，優化業務，在服務云上還可以結合應用場景，衍生出一系列的針對生產、業主和第三方的增值服務。

（4）針對特殊應用場景，能源重工研發的產品還包括抗過載型發電機組、飛輪UPS機組等。這些產品都集成了飛輪儲能技術應用，但由于使用場景要求不同，產品配置參數、協調控制、保護設計、性能試驗及設備運維管理要求等都有所不同，在訂單執行指令上進行細分處理。

3.3 網絡化協同

企業生產組織方式由地理集聚向網絡集聚轉變，生產方式從集中變得更加分散，工廠不再是企業生產制造的唯一中心，通過產業鏈協同、供應鏈協同，有效降低資源獲取成本，打破企業的疆域，提升產業整體競爭力。

（1）企業內部協同。能源重工通過OA網絡平臺，形成跨設備、跨系統、跨廠區、跨地區的互聯互通，推動整個制造服務體系智能化。將營銷系統、商務系統、技術應用、研發設計、采購系統、生產制造系統等全部連接起來，所有業務流程在OA上完成。項目采購招標業務則納入中國能建集中采購平臺，通過集采平臺完成招標管理的全部流程。

（2）產業鏈協同。在工業互聯網背景下，葛洲壩能源重工將自身定位為智慧能源綜合解決方案及核心裝備供應商，并積極實踐轉型。公司針對產業鏈信息不對稱以及管理系統多等經營痛點，制定了基于工業互聯網的解決方案。通過構建數據渠道，實現了與供應商和客戶企業的數據互聯互通。建立了供應商數據庫及評價系統、客戶關系管理系統、以及全球客戶設備監控云系統。基于這些平臺實現了對供應商的管理和以用戶需求拉動組織生產的模式。

3.4 服務化延伸

企業商業模式從產品向服務拓展，通過產品上的智能模塊，實現多樣化服務，拓展企業利潤空間。能源重工在服務領域完成的電站裝備云服務系統，通過網絡與公司所有分布在全球各地的內燃發電機組實現互聯，將機組運行信息實時發布到網絡中，可通過常規網絡瀏覽器和手機APP實時對機組的運行狀態和參數進行查看和監視，甚至做一些操作控制。同時在公司總部設立大屏幕的監視站，為客戶提供更直觀的體驗。通過構建大數據平臺，運用邊緣計算等技術全面進行數據采集處理，實現了全球各地客戶運行設備的數據可視化，并可結合數據分析工具，實現對現場設備運行評估、故障分析、異常排查、調度優化、預測需求等輔助決策。

4 工業互聯網對轉型的賦能作用

在裝備制造轉型過程中，工業互聯網幫助企業實現從經驗決策到數據+算法決策的智能化決策的升級轉變。工業互聯網將企業原內網和企業間外網均涵蓋在內，成為制造企業智造轉型的關鍵支撐和基礎設施。企業依托數字的可連接、可匯聚、可推演特性，對企業在決策、研制、生產、服務及工作等領域進行創新，最終以更低的成本、更高的效率，為客戶提供更好的服務體驗。這意味著構建全面智能化需依托工業互聯網平臺廣泛連接的能力、強大的數據分析與處理能力、人工智能、全面的平臺化服務能力、快速開發及構建良好用戶體驗的應用能力。工業物聯網平臺通過與資源、資產、設備、流程、工具、系統、產品、工廠、供應商、客戶等建立物的實時連接，可以實時地了解業務的執行情況，并通過機器學習等人工智能技術的應用，對業務數據進行理解和學習，進而對業務異常進行預警，對業務結果進行預測，甚至執行規則學習和場景化自主決策。

5 前景展望

裝備制造企業要實現外部價值鏈延伸，打造智能產品、服務和協同能力，提高生產率、降低成本、制造高價值產品，創造更多的效益，培養數據驅動的業務創新能力; 充分利用面向開放生態的平臺運營，聚焦供應鏈集成、智能化制造、遠程運維服務，實現裝備制造的轉型。

在工業互聯網的應用上需要在各方面進行深化。（1）深化制造機理數據挖掘和模型構建，將業務流程、產品模型、產品設計和仿真計算有機結合，形成完善的裝備制造知識管理體系；（2）通過工廠設備升級，將生產制造和試驗檢測設備、流程與信息高度融合，構建基于大數據分析的以APP形式進行生產/試驗追蹤；（3）繼續完善在線互聯實時運維云服務系統，并向自主健康和智能化自愈方向研發；（4）根據已有的內外部業務鏈協同經驗，根據企業實際選擇適合的工業互聯網平臺專業合作商，深化擴展和開發網絡平臺，使智能化轉型不斷規范化提高。

6 結束語

裝備制造工業的體系特點決定了工業互聯網難以形成像消費互聯網那樣的通用推廣模式，在全球經濟環境下的制造企業生產經營面臨的市場環境更加復雜，智能化轉型更需要結合具體應用場景量體裁衣，而不是簡單直接的通用。制造智能化不僅是簡單地利用算法和模型來解決問題，工業互聯網也并非簡單的設備聯網或機器換人，而是需要將制造業知識、軟件與硬件三者相互融合，這就需要企業對于自身業務情況、存在的問題和想要解決的問題進行系統性的梳理、定義和分析，從而制定出可行的智能化轉型規劃和路線。