基于物聯(lián)網(wǎng)時代的我國制造業(yè)信息化發(fā)展趨勢

圖1 價值鏈全過程

    
制造環(huán)節(jié)的附加值化越來越低。信息技術在制造業(yè)各環(huán)節(jié)的大規(guī)模應用，標準化工業(yè)制成品大規(guī)模、大批量生產越來越容易(山寨機、OEM)，傳統(tǒng)制造業(yè)生產能力急劇膨脹、快速擴張。制造企業(yè)越來越難從數(shù)量相對過剩且缺乏差異的標準化工業(yè)制成品上獲取競爭優(yōu)勢，制造環(huán)節(jié)的低附加值化越來越突出。

   
1.2 創(chuàng)新產品交付形態(tài)

 
 
目前工業(yè)產品的結構越來越復雜，零配件越來越多，安裝要求越來越精密，如發(fā)電和能源設備、高精度工作母機、大型航空器、大型船舶和重型運輸設備等產品已變得十分復雜。這些設備的安全、穩(wěn)定運行變得越來越重要，任何機器設備的停工所造成的損失都是巨大的。在這一背景下，提供在線服務支持和維護顯得越來越重要。

 
 
產品智能化水平越來越高，為在線監(jiān)測、實時診斷和維護在技術上提供了重要保障。在制造業(yè)多個領域，在線服務越來越普及，并涌現(xiàn)出許多基于在線維護的商業(yè)模式，從一次性交易到長期交易，許多制造企業(yè)實現(xiàn)了從提供產品到提供“產品+服務”的產品服務系統(tǒng)(PSS)。

 
  1.3 提高產品交易效率

 
 
信息技術不僅提高了生產效率，更提高了交易效率，便捷的電子商務、精準的供應鏈管理以及復雜產品的總集成、總承包、總服務已成為發(fā)展趨勢。服務正成為企業(yè)難以模仿、難以復制、不可完全轉移的獨特資源和能力，成為企業(yè)培育競爭優(yōu)勢、實施差異化發(fā)展、提升客戶滿意度的重要途徑，因此服務正成為產業(yè)競爭的重要領域和產品差異化的重要來源。

 
  2 物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展帶來的變革

 
 
物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分，其關鍵環(huán)節(jié)可以歸納為全面感知、可靠傳送、智能處理。全面感知是指利用射頻識別(RFID)、GPS、攝像頭、傳感器、傳感器網(wǎng)絡等技術手段，隨時隨地對物體進行信息采集和獲取。可靠傳送是指通過各種通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地進行可靠的信息交互和共享。智能處理是指對海量的跨部門、跨行業(yè)、跨地域的數(shù)據(jù)和信息進行分析處理，提升對物理世界、經(jīng)濟社會各種活動的洞察力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。相比互聯(lián)網(wǎng)具有的全球互聯(lián)互通的特征，物聯(lián)網(wǎng)具有局域性和行業(yè)性特征。

 
  物聯(lián)網(wǎng)可視為一個由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成的3層體系，如圖2所示。


  圖2 物聯(lián)網(wǎng)體系結構簡圖

 
 
1)感知層主要包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器以及M2M終端、傳感器網(wǎng)絡和傳感器網(wǎng)關等，在這一層次要解決的重點問題是感知、識別物體，采集、捕獲信息。感知層要突破的方向是具備更敏感、更全面的感知能力，解決低功耗、小型化和低成本的問題。

 
 
2)網(wǎng)絡層首先包括各種通信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡，除此之外還包括物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息中心、云計算平臺、專家系統(tǒng)等對海量信息進行智能處理的部分，也就是說網(wǎng)絡層不但要具備網(wǎng)絡運營的能力，還要提升信息運營的能力。網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)成為普遍服務的基礎設施，有待突破的方向是向下與感知層的結合，向上與應用層的結合。

 
 
3)應用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術與行業(yè)專業(yè)領域技術相結合，實現(xiàn)廣泛智能化應用的解決方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過應用層最終實現(xiàn)信息技術與行業(yè)專業(yè)技術的深度融合，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有廣泛影響。應用層的關鍵問題在于信息的社會化共享，以及信息安全的保障。

 
  2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術在我國的發(fā)展

 
 
對于汽車制造業(yè)這樣的流程制造業(yè)而言，信息化對其發(fā)展起到重要的支撐作用，諸如條碼技術、紅外掃瞄、RFID技術等已經(jīng)得到較多的應用，然而，目前距離物聯(lián)網(wǎng)還很遠。物品條碼只是被動的條碼，其記錄與處理過程僅存在于生產線、庫房與銷售網(wǎng)絡中，仍缺乏實時跟蹤的機制，如果能夠有效地引入物聯(lián)網(wǎng)的機制，可以幫助企業(yè)實時掌握銷售情況，輔以顧客信息、地理位置信息、運輸與倉儲信息等，幫助企業(yè)更實時、科學地安排采購、生產、倉儲、配送、調撥與銷售等工作。

 
 
國家宏觀政策的支持與引導是我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不可或缺的政策優(yōu)勢。我國政府對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展給予了高度重視。早在1999年中國科學院就開始研究傳感網(wǎng)，2011年物聯(lián)網(wǎng)列入了“十二五”國家重點專項規(guī)劃，將在5年內撥放50億元專項資金以補助企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設，同時，針對物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)減免稅收等優(yōu)惠政策也將在后續(xù)工作中體現(xiàn)出來。總之，國家重視發(fā)展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，有很強的政策支持力度。

 
 
我國發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術與國外基本同步，已形成基本齊全的物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)體系。由于起步較早，目前我國對物聯(lián)網(wǎng)應用領域的研究與美國、德國等歐美國家基本處于同一起跑線上，中國成為國際傳感網(wǎng)領域標準制定的主導國家之一。我國自主研發(fā)的用于工業(yè)過程自動化的無線網(wǎng)絡標準WIA-PA和HART基金會標準Wireless
HART，經(jīng)過IEC成員國投票認定，已進入國際IEC標準體系，和行業(yè)較為知名的美國儀器儀表協(xié)會標準ISA100，并列成為國際上3個主流的工業(yè)無線技術標準，在此基礎上，我國還在積極推進面向離散制造業(yè)的工業(yè)無線網(wǎng)絡技術(WIA-FA)的研究和標準制定工作。另外，目前國際上已成立一個物聯(lián)網(wǎng)標準研究組，中國在其中成為較重要的角色，而且中國向國際標準化組織提交的多項標準提案也被采納。

 
  2.2 物聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)信息化中的應用

 
 
物聯(lián)網(wǎng)的本質其實就是深度的信息化，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將會極大地促進各行業(yè)的信息化進程，對于制造業(yè)而言，信息化正對其發(fā)展起到重要的支撐作用。物聯(lián)網(wǎng)技術在制造業(yè)中的應用優(yōu)勢可歸納為以下幾點：

 
 
1)產品智能化。產品中加入大量電子技術，實現(xiàn)產品功能的智能化。在產品中植入RFID芯片，記錄產品的靜態(tài)信息，通過各種傳感器，模數(shù)轉換，檢測設備的運行狀態(tài)，使設備“能說會道”。

 
  2)售后服務。通過無線網(wǎng)絡獲取產品運行狀態(tài)信息，實施在線的售后服務，提高服務水平。

 
  3)設備監(jiān)控。企業(yè)的生產設備可以通過以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線采集設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實施生產控制和設備維護。

 
  4)物流管理。廠內外物流植入RFID，實現(xiàn)物品位置、數(shù)量、交接的管理和控制。

 
 
三一重型裝備有限公司（簡稱三一重裝）是專業(yè)從事煤炭掘進、采煤、運輸成套設備研發(fā)、制造及銷售的大型裝備制造企業(yè)。三一重裝十分重視利用信息化技術提升企業(yè)三大核心競爭力，在企業(yè)研發(fā)、制造和服務等領域積極探索“兩化”深度融合，取得了顯著效果。三一重裝以ERP為核心，集成人力資源與財務兩大平臺以管控企業(yè)核心資源，集成協(xié)同研發(fā)、在線采購、精益制造、集成銷售與智能服務五大平臺以建設與支持企業(yè)從研發(fā)至服務的核心價值鏈及其卓越流程，使其在產品設計、壽命、質量、服務等多方面取得競爭優(yōu)勢，其掘進機產品國內市場占有率達到50%。例如，三一重裝的協(xié)同研發(fā)平臺可以實現(xiàn)全球不同地理位置（美、德、印、巴等）、不同專業(yè)（機、電、液、工藝、工程設計等）、不同產品版本（通用、歐版、美版等）的研發(fā)人員于同一虛擬樣機、同一設計流程、同一數(shù)據(jù)平臺的安全協(xié)同研發(fā)設計，全面支撐企業(yè)研發(fā)核心能力培育；精益制造平臺依托制造資源庫，構建產能規(guī)劃和生產調度平臺，形成以數(shù)字化工廠(DF)與制造執(zhí)行系統(tǒng)為核心，含工藝規(guī)劃、生產調度、質量管理等十大板塊的生產控制平臺，支撐企業(yè)制造過程的規(guī)劃、計劃、執(zhí)行與決策；智能服務平臺以客戶需求拉動，通過創(chuàng)新服務模式，充分應用遠程診斷、3G、導航等現(xiàn)代信息技術，實現(xiàn)客戶、一二三線服務工程師、服務管理人員之間的協(xié)同，提升服務的品質與效率，進而提升服務核心能力。

 
 
從單一產品制造企業(yè)，到解決方案和服務提供商，在不斷進行的整合中，陜西鼓風機（集團）有限公司（下稱“陜鼓”）找到了制造價值鏈上的制高點——服務，使艱難轉型因信息化技術的發(fā)展成為可能。在2002年，陜鼓就開始涉足物聯(lián)網(wǎng)應用，成功建設了陜鼓的旋轉機械遠程在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)。因為風機設備的穩(wěn)定運行對客戶整體系統(tǒng)的正常運轉具有重要的作用，而專業(yè)的遠程狀態(tài)服務能夠發(fā)現(xiàn)并記錄入眼難以察覺的微小變化，防患于未然，所以把信息技術與傳統(tǒng)產業(yè)進行嫁接，研發(fā)一套遠程監(jiān)測系統(tǒng)，這樣，技術專家就可以通過數(shù)據(jù)，全天24h為用戶提供在線技術支持和故障診斷，降低了用戶的維護檢修成本，保證了機組安全運行。通過使用該系統(tǒng)，客戶可以減少非計劃停機次數(shù)，降低故障率，縮短停機檢修時間，延長檢修周期，延長機組連續(xù)運行時間，減少維修費用，也為流程系統(tǒng)提供了安全保障。陜鼓也因此可以及時掌握現(xiàn)場機組運行情況，這些信息通過陜鼓的內外專家隊伍分析處理和在線觀察預測，能為陜鼓的營銷隊伍提供許多超前、準確的客戶維修改造和備品備件需求信息，為快速的市場響應奠定了基礎。

 
  3 基于物聯(lián)網(wǎng)的制造業(yè)信息化發(fā)展趨勢

 
 
從發(fā)展方向上來講，國家提出的信息化和工業(yè)化融合，特別是如何通過信息化滲透到制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)中，如何打造新興產業(yè)體系，走出一條新型工業(yè)化道路，仍然是未來面臨的一個發(fā)展上的重大前提。

 
 
全球企業(yè)實現(xiàn)跨國的產品開發(fā)、營銷和服務，對信息系統(tǒng)提出了支持多語種、多工廠、多個企業(yè)實體的開發(fā)與管理需求，以及全球協(xié)作開發(fā)的需求。工業(yè)發(fā)達國家許多企業(yè)將信息化技術綜合集成并應用服務于研發(fā)、管理、財務運作、營銷、服務等核心業(yè)務，實現(xiàn)了產品研制、采購、銷售等在全球范圍內的協(xié)作，在全球范圍進行資源的優(yōu)化配置。例如，空客A380四國五地的研制生產基地信息共享集成與研制流程協(xié)同，30個國家的1500家零部件生產商和供應商之間的網(wǎng)絡協(xié)同。洛克希德·馬丁公司在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(JSF)研制過程中，以項目為龍頭，以數(shù)字樣機為核心，以Internet和協(xié)同產品商務系統(tǒng)為綜合集成平臺，實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM/MRP/SCM/MRO的集成，建立了全球30個國家、50家公司、50000用戶參與研發(fā)的數(shù)字化集成協(xié)同環(huán)境，充分發(fā)揮各合作伙伴的優(yōu)勢能力，使設計時間減少50%，制造時間減少66%，備件減少50%。

 
 
實時感知、網(wǎng)絡交互和應用平臺的可控可用，使物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了信息在真實世界和虛擬空間之間的智能化流動。物聯(lián)網(wǎng)與先進制造技術相結合產生的新的智能化制造體系，概括起來主要體現(xiàn)在8個方面：①泛在感知網(wǎng)絡技術，建立服務于智能制造的泛在網(wǎng)絡技術體系，為制造中的設計、設備、過程、管理和商務提供無處不在的網(wǎng)絡服務；②泛在制造信息處理技術，建立以泛在信息處理為基礎的新型制造模式，提升制造行業(yè)的整體實力和水平；③虛擬現(xiàn)實技術，采用真三維顯示與人機自然交互的方式進行工業(yè)生產，進一步提高制造業(yè)的效率；④人機交互技術，傳感技術、傳感器網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)以及新材料的發(fā)展，提高了人機交互的效率和水平，隨著人機交互技術的不斷發(fā)展，我們將逐步進入基于泛在感知的信息化制造人機交互時代；⑤空間協(xié)同技術，它的發(fā)展目標是以泛在網(wǎng)絡、人機交互、泛在信息處理和制造系統(tǒng)集成為基礎，突破現(xiàn)有制造系統(tǒng)在信息獲取、監(jiān)控、控制、人機交互和管理方面集成度差、協(xié)同能力弱的局限，提高制造系統(tǒng)的敏捷性、適應性、高效性；⑥平行管理技術；⑦電子商務技術；⑧系統(tǒng)集成制造技術。

 
 
基于物聯(lián)技術的發(fā)展，高度的信息共享促使企業(yè)可以通過優(yōu)化業(yè)務流程和資源配置，強化運行細節(jié)管理和過程管理，追求持續(xù)改進，推動企業(yè)不斷適應內外環(huán)境的變化，提高核心競爭力和創(chuàng)效能力，達到精益管理，從而提高制造業(yè)生產力。例如精益生產造就了洛克希德·馬丁的軍機生產霸主地位。在JSF研制中，工裝減少90%，生產時間減少66%，制造成本減少50%，需要的零件數(shù)減少50%，需要的緊固件減少50%以上。通過這一系列的數(shù)字可以看出來，它的成本降低了，效率提高了。精益研發(fā)第一次系統(tǒng)地以質量數(shù)據(jù)總線整合各種產品質量信息，把物理世界與數(shù)字世界充分關聯(lián)起來，兩者之間的精確映射，為企業(yè)提供一種企業(yè)級的產品數(shù)字化樣機開發(fā)環(huán)境，預期可實現(xiàn)頂層牽引、系統(tǒng)表達的質量設計思路，讓一個復雜產品的研發(fā)質量，系統(tǒng)、清晰、穩(wěn)定、動態(tài)、完整地掌握在設計者的手里，讓產品的質量與可靠性有了系統(tǒng)的保障，讓產品創(chuàng)新有了質的飛躍和效率的提升。由此看出，精益化也是我們向全球高端制造業(yè)發(fā)展的必由之路。

 
 
融入物聯(lián)技術的制造業(yè)信息化支撐并推動了制造業(yè)服務化轉變。當今國際形勢下的高端制造業(yè)都將服務看作發(fā)展重點，我們同樣希望站在附加值更高的微笑曲線的兩端。中國是制造業(yè)大國，要提高就要向“中國智造”發(fā)展。很多重復性或者不是核心主導業(yè)務的，可以通過外包的形式實現(xiàn)成本最小化；同樣如果是為自身的企業(yè)提供服務的機構，達到一定的程度，也可以對外展開服務，也可以把賣商品進一步演化到提供一些成套、集成的方案，從而提高附加值。比
如羅·羅公司，它不直接出售發(fā)動機，而是以“租用服務時間”的形式出售，在租用時間段內承擔一切保養(yǎng)、維修和服務。

 
 
基于物聯(lián)技術的泛在信息系統(tǒng)將實現(xiàn)專業(yè)分工更加細化、明確，同時，物聯(lián)網(wǎng)通過全面感知、可靠傳遞、智能處理使信息到達不同目標，實現(xiàn)共享，因而高度共享的信息資源、高度細化的專業(yè)化分工極大地提高了工作效率，幫助企業(yè)節(jié)約成本，提高競爭力。

 
 
另外，物聯(lián)網(wǎng)在中國制造、在發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟中占據(jù)著重要的戰(zhàn)略性地位。在物聯(lián)網(wǎng)的推進策略上，應充分考慮到中國制造的產業(yè)基礎和優(yōu)勢，將物聯(lián)網(wǎng)相關技術作為進一步提升中國制造技術含量和服務品質含量的關鍵手段。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的成熟和商業(yè)模式的不斷豐富完善，嵌入了“物聯(lián)網(wǎng)”新應用和服務的中國制造產品將不斷涌現(xiàn)，同時，要把物聯(lián)網(wǎng)和發(fā)展“綠色、環(huán)保、節(jié)能、低碳經(jīng)濟”相結合，充分利用物聯(lián)網(wǎng)能夠實現(xiàn)更精細、更簡單、更高效管理的特性，通過重點領域的應用示范效應，促進物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

 
  綜上所述，本研究分析并歸納了我國未來制造業(yè)信息化的發(fā)展趨勢，主要體現(xiàn)在6個方面：

 
  1)全球化，要求制造企業(yè)面向全球資源配置銷售服務網(wǎng)絡；

 
  2)智能化，指充分利用制造物聯(lián)技術，實現(xiàn)產品和制造過程智能化；

 
  3)精益化，要求構建集團管控模式、優(yōu)化資源配置，實現(xiàn)精益運作；

 
4)服務化，是從生產型制造向服務型制造轉變，占據(jù)價值鏈高端；

 
5)專業(yè)化，是通過供應鏈和企業(yè)集群的分工協(xié)作，提升競爭力；

 
6)綠色化，是從高能耗向低能高效轉變，實現(xiàn)綠色設計與綠色制造。

 
  4 結束語

 
 
本研究主要介紹了我國建設制造業(yè)信息化的重要性，在物聯(lián)網(wǎng)興起的新時期，探討了制造業(yè)信息化的發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎的制造業(yè)信息化將為我國發(fā)展現(xiàn)代制造業(yè)帶來創(chuàng)新的服務理念。分析了物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，詳細闡述了物聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)信息化發(fā)展中的應用及其帶來的重要影響，提出了基于物聯(lián)技術的我國制造業(yè)信息化發(fā)展趨勢。制造物聯(lián)技術以嵌入式、RFID、商務智能、虛擬仿真與建模等技術為支撐，實現(xiàn)了產品智能化、制造過程自動化、經(jīng)營管理輔助決策等應用。云制造、集成協(xié)同技術和制造物聯(lián)技術等給制造業(yè)信息化發(fā)展注入了新內涵、新活力，必將對制造服務關鍵技術標準的形態(tài)和發(fā)展產生重要的影響。