工業互聯網背景下制造業產業集群轉型升級對策

朱曉靜

（中共山東省委黨校［山東行政學院］公共管理教研部，濟南250014）

一、引言

自2015年制造強國戰略提出以來，工業互聯網在我國進入快速發展階段。習近平總書記在致2019工業互聯網全球峰會的賀信中指出：當前，全球新一輪科技革命和產業革命加速發展，工業互聯網技術不斷突破，為各國經濟創新發展注入了新動能，也為促進全球產業融合發展提供了新機遇。2020年4月20日，國家發改委明確指出工業互聯網屬于新基建中的信息基礎設施。

工業互聯網通過系統構建網絡、平臺、安全三大功能體系，打造人、機、物全面互聯的新型網絡基礎設施，形成智能化發展的新興業態和應用模式，是推進制造強國和網絡強國建設的重要基礎，是全面建成小康社會和建設社會主義現代化強國的有力支撐［1］。

最早提出“工業互聯網”的是通用電氣董事長兼CEO杰夫·伊梅爾特。他在2012年指出：工業互聯網由機器、設備、集群和網絡組成，能夠在更深的層面和連接能力、大數據、數字分析相結合，其目標是升級那些關鍵的工業領域，這將帶來生產力的革命［2］。隨后，學者們開始對工業互聯網的內涵展開研究。姜紅德指出，工業互聯網與我國的“兩化融合”殊途同歸，其本質都是工業生產力和信息生產力的融合［3］。楊帥通過對美國提出的工業互聯網和德國提出的工業4.0比較，發現二者在動因、內核、方向、結果等方面基本一致，都指明了全球工業未來發展的方向；但結合各自國家的優勢，兩種模式在實現路徑、實施重點方面明顯不同，這為我國加快推進兩化融合提供了借鑒［4］。隨著認識的深入，國內三一重工等企業開始探索工業互聯網的實現［5］。李廣乾呼吁盡早啟動工業互聯網平臺項目，以搶占國際有利地位［6］。經過4年的探索，國務院于2017年11月印發《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》，這為我國推進工業互聯網發展提供了指導和規范。隨后學界開展了大量對工業互聯網如何落地實施的研究，包括基礎層網絡的聯通、工業數據采集、工業互聯網平臺、工業APP、安全框架等多個方面。

當前由于工業互聯網的發展還處于初級探索階段，大多研究集中在技術實施層面，還沒有形成一般性理論研究，將工業互聯網與產業集群轉型升級進行結合的理論文獻較少。制造業集群中上下游企業合作密切，擁有豐富的制造場景和完善的產業生態，具有培育發展工業互聯網的綜合優勢。本文在分析工業互聯網對制造業產業集群轉型升級影響的基礎上，結合實際分析集群中推動工業互聯網建設可能面臨的難點和瓶頸問題，分別從政府部門、大企業和中小企業的視角，探討集群中各類主體推動工業互聯網建設的思路。

二、工業互聯網與制造業產業集群

（一）工業互聯網是制造業產業集群升級的有效選擇

工業互聯網是新一代信息技術與制造業的深度融合，被看作是第四次工業革命的關鍵支撐。從歷史上看，工業革命之所以能產生全方位、深層次的影響，是因為其擴展了人類可用資源的總量，同時大幅提高了能源資源的利用效率。工業互聯網通過信息技術的應用，使制造企業擴展了對數據這一新資源的挖掘和利用，可大幅提高生產效率、降低生產成本。

1.工業互聯網有助于實現個性化定制

隨著移動互聯網的運用以及新生代消費群體的產生，同質化產品已難以滿足消費者的個性化需求。然而少量個性化生產會大大增加企業的生產和運營成本，工業互聯網使大規模個性化定制成為現實。

工業互聯網可以實現生產廠商與消費者之間直接聯通。消費者將個性化的需求直接傳送給生產廠家，廠家將海量客戶定制的產品進行聚類分析，將相似的生產工序進行整合重組，個性化定制在某種程度上轉變成了同類客戶的大規模定制，這就讓企業在個性化定制的同時保持生產成本不會大幅增加。如通過運用COSMOPlat工業互聯網平臺，截至2019年底，海爾本公司生產線上生產的產品52%是客戶定制的，19%是消費者直接下單定制的，已實現不入庫率71%［7］。

2.工業互聯網有助于實現協同設計與制造

隨著科學技術的飛速發展和競爭的日益激烈，企業的研發能力和研發速度成為競爭的焦點。工業互聯網使傳統制造業企業利用網絡進行協同研發設計成為可能。主要有兩種實現方式：

一是產業鏈上下游的協同。工業互聯網將產業鏈上下游合作伙伴和產品的最終用戶都整合到研發活動中來，與最終用戶的整合可以使產品設計圍繞用戶需求和價值展開，與合作伙伴的整合可以充分發揮互聯網分布式協同的優勢，實現從最終產品、生產工藝到零部件、原材料的全過程協同。大大變革了企業的研發模式，有利于大幅提高研發效率，降低研發成本。如中國商飛公司借助工業互聯網建立了面向全球的商用飛機異地協同設計制造平臺，整合了全球四十多家一級供應商，使圍繞商業大飛機全產業鏈的工程師在一個統一的數字化平臺上開展工作，有力保證了C919大型客機的全球協同研制，提高了設計的效率和準確性，大大縮短了研發周期［8］。

二是世界各地研發資源的協同。企業可以借助工業互聯網在世界范圍內匯集大量不同行業的資深設計人員形成智力數據庫，為制造業客戶提供產品研發設計服務。有意向的企業在工業互聯網平臺上提出需求，平臺將根據其行業、產品等不同特點及時匹配有經驗的智庫專家組成研發小組，快速形成優質的解決方案。工業互聯網平臺不僅提供了良好的協同研發設計環境，還會為需求企業配備專業的項目經理，幫其進行項目實施的風險管控。這種協同研發模式可以為需求方節省大量時間精力，快速解決問題。比較有代表性的有橙色云OrangeCDS平臺。

3.工業互聯網能有效優化生產流程

傳統制造企業中的生產系統非常復雜，涉及到多個相互聯系、相互約束的環節或部門，以及大量的原材料、生產設備及環境保障等物理系統，一般流程為工藝設計、計劃調度和生產執行。企業可以利用工業互聯網中的制造系統數字孿生模型，對生產制造流程進行虛擬仿真。由于工業互聯網可以對生產過程中多種數據進行實時感知，數字孿生模型可以對企業生產過程中的工藝管理、設備管理、質量管理、能耗管理、產品管理等多個環節進行優化，從而形成基于數據的最佳生產模式。

工業互聯網還有利于提升車間環境控制的智能化水平。有些產品對車間生產線上的溫度、濕度、壓力、震動等方面有嚴格要求，工業互聯網通過在相應設備上安裝智能傳感器，可以對這些指標進行實時感知。一旦指標發生偏離，系統將即時發出報警信號，從而避免損失的發生。

4.工業互聯網的應用可以創新商業模式

工業互聯網可以幫助集群內企業不斷創新產品和服務，形成新商業模式，從而推動制造產業集群不斷優化升級。從現有的應用案例看，工業互聯網創新商業模式的方向主要有：一是通過設備等資源共享，提高資源使用效率。工業互聯網可以實時判斷接入企業生產能力的空閑程度，為其匹配生產能力的在線租賃，從而有效提高租借雙方的收入及效率。二是促使企業從生產制造向制造服務業延伸。企業在產品上添加智能模塊，實現已售產品的聯網，通過運用數據收集、比對等大數據技術，為客戶進一步提供產品之外的服務。如三一重工通過樹根互聯的根云平臺，為客戶提供資產管理、設備跟蹤、故障預測、保險金融研發輔助等服務型業務，拓展了盈利空間。

（二）制造業產業集群具有發展工業互聯網的綜合優勢

工業互聯網通過新一代信息技術把工廠與供應商和客戶緊密連接起來，將合作企業的設備、生產線和工藝流程緊密連接起來，形成了跨設備、跨系統、跨廠區、跨地區的互聯互通，大大拉長了產業鏈條，推動了整個制造服務體系的智能化。從構成來看，工業互聯網至少包括供應商、生產商、客戶、平臺管理者等角色；從層次來看，工業互聯網包括技術層、系統層和應用層等層次；從互動關系來看，除了傳統的上下游供應外，參與企業通過工業互聯網平臺還產生更為緊密的互動關系，如協同設計與制造。同時，工業互聯網是開放的，且處于不斷的進化過程中。因此，工業互聯網構成一個復雜的產業生態系統。現代信息技術的廣泛應用，使工業互聯網系統可以跨越地理的界限，形成跨區域的生態系統。有學者指出，工業互聯網可以基于物理空間和數字空間的相互融合形成一種“虛擬集聚”的產業組織形式［9］。

產業集群是指在特定的地理區域內，相互關聯的企業、供應商、服務商、金融機構及其他相關機構等通過競爭合作形成的組織形式。空間地理的集聚性有利于降低企業的制度成本，提高規模經濟效益和規模范圍效應，從而提高整個集群的競爭力。從產業生態的角度，越是成熟的產業集群越會形成復雜、融合的產業生態系統。

從工業互聯網和產業集群的內涵看，二者是相互獨立的，但是二者都不是單個企業的簡單集合，都強調共生共存關系，他們之間又相互聯系相互作用從而形成互動機制。一方面，產業集群由于地理優勢和前期發展的積累，早已形成了相互聯系的集群生態系統，因此在產業集群中推動工業互聯網建設具有天然的優勢基礎。企業間相互溝通頻率更高，相互模仿速度更快，產業集群所具有的互惠共生性、競爭協同性和資源共享性為產業生態創造了得天獨厚的條件。另一方面，工業互聯網生態是更為復雜的生態系統，通過應用互聯網和大數據等新一代信息技術的應用，將成為集群企業數字化升級和整個產業集群轉型升級的基礎性平臺。

三、工業互聯網促進制造業產業集群轉型升級面臨的突出困難

當前，我國企業在工業互聯網的應用方面主要存在“不敢用、不會用、用不起”三大問題。

（一）大部分企業對工業互聯網認知不足

工業互聯網是信息技術與制造業深入融合的產物，很多企業對工業互聯網的了解僅限于政府相關文件或零星的新聞報道，至于工業互聯網如何推進、對自己的企業有何助益等問題更是一無所知。缺乏對工業互聯網的全局性認識，導致很多企業推進工業互聯網動力不足。究其原因，主要有兩方面。

一是多數企業數字化水平較低，網絡化、智能化基礎薄弱。雖然中國是制造業大國，但是還不是制造業強國，很多行業生產還處于低級階段，有的甚至剛剛結束手工操作進入機械化時代，信息化程度較低。因此，很多企業對工業化、信息化的內涵還不熟悉，無從知道其進入工業互聯網的切入點。

二是對應用工業互聯網轉型的方式、應用場景整體不清晰。在制造企業中，智能設備的安裝相對容易，但是安裝之后如何利用這些設備與客戶聯系以及時根據客戶需求做出反應？如何利用數據優化企業的生產運營？這些問題更為關鍵。由于制造業各領域差別極大，每一個領域的應用場景必然不同，且工業互聯網發展時間短又極其復雜，業界并沒有成熟的應用模式。這也是企業對工業互聯網進行觀望的原因之一。

（二）傳統制造企業中工業互聯網類人才匱乏

工業互聯網的建設推進涉及到了信息行業和制造行業兩個領域。就現實而言，傳統制造業的人才對信息技術不太精通，精通計算機信息技術的人才往往又對機械制造、工藝流程一無所知。而工業互聯網的推進需要同時具備機械專業、管理專業和計算機專業的復合型人才。對大部分制造企業來說，這樣的人才都是極其缺乏的。

（三）建設工業互聯網的資金不足

傳統中小型企業的生產線、生產設備數字化程度較低，而工業互聯網需要全過程數字化，包括硬件的更新與配套、軟件的開發與應用，硬件方面包括數控化、自動化的加工設備、機器人、帶通信功能的配件等等，這方面的升級改造所費不低。同時，工業互聯網的建設涉及到整個企業生產工藝流程的重新布局與優化，試錯成本較高，這都對企業的資金形成了很大的挑戰。

（四）對信息安全性的擔憂阻礙了工業互聯網前進的步伐。

工業互聯網安全關系到經濟發展和社會穩定，是制造強國和網絡強國戰略的基石，其重要性不言而喻。網絡邊界越擴張，網絡安全風險越大。在工業互聯網中，數據采集、傳輸、存儲和分析涵蓋了企業生產運營的各個環節。除了傳統的工業控制系統外，企業內部辦公網、工業互聯網平臺、物聯網等各方面的風險都給企業的業務安全帶來很大的挑戰。對安全風險的擔憂嚴重影響了企業建設工業互聯網的積極性。

四、制造業產業集群利用工業互聯網轉型升級的思路和對策

工業互聯網作為新一代信息技術與制造業深度融合的產物，日益成為深化制造業轉型升級的重要方式。我國的制造業產業集群在轉型升級的過程中要及時把握住這一產業變革的契機。然而，工業互聯網的復雜性導致其實施起來必然無法一蹴而就，需要政府及大小企業協同發力，共同探索出制造業產業集群的工業互聯網之路。

（一）政府：加大扶持力度，以點帶面推動工業互聯網在集群中的廣泛應用

一是積極引導扶持。集群所在政府部門應成立專門的工業互聯網推進機構，加強集群公共服務平臺建設。同時，邀請集群中相關企業及信息技術企業共同制定產業集群的工業互聯網應用規劃，從資金到技術，幫助企業精準診斷痛點，算好“智能經濟賬”。這樣才能有效激發企業的自主性和積極性，從“要我改造”走向“我要改造”。同時打造企業示范標桿，輸出典型模式，以更好地帶動整個集群參與到工業互聯網生態中來。

二是加強集群內互聯網基礎設施建設。5G網絡、物聯網、云計算、大數據、區塊鏈等新基建技術構成了工業互聯網推廣應用的技術支撐。集群所在地政府部門應加快部署新基建技術，著力降低工業互聯網的入網成本，構筑工業互聯網服務體系，為集群內工業互聯網發展奠定良好的基礎保障。

三是加強集群內工業互聯網建設的金融支持。工業互聯網建設周期漫長、投入大，令很多企業望而卻步，因此有必要對集群中參與互聯網建設的企業提供必要的金融支持。可整合各級政府的多種基金形成工業互聯網專項資金，也可對技術水平高、研發實力強、應用開發深入的工業互聯網運營企業進行獎補，鼓勵銀行對入網企業進行信貸支持。

四是加強工業互聯網人才培養。工業互聯網能發揮多大作用取決于企業對其認識及創造性運用的能力。因此，可組織專家為集群中的大小企業進行工業互聯網專項培訓，普及工業互聯網基礎知識及商業模式，鼓勵集群內企業家積極融入工業互聯網建設中去，并結合自身特點進行應用創新。

總之，政府部門要系統推進，制定合理的實施路徑和方法，分階段分步驟將集群中單個企業的智造行動發展成整個集群的工業轉型實踐，最終實現整個集群生態的互聯網化。

（二）大企業：積極布局生態，探索工業互聯網應用場景

工業互聯網平臺建設是個極其復雜且循序漸進的過程。在此過程中，企業戰略逐漸清晰，平臺工程持續迭代，應用服務不斷完善，產業生態日趨成熟，這些都需要大量的投入和精力。小企業對此無暇顧及，只有大企業有能力布局，且大企業在此過程中收益最大。因此，集群中的大企業要在工業互聯網推動中承擔更多責任。

一是構建集群工業互聯網平臺。大企業要利用自身技術、規模優勢不斷創新優化，聚合不同業務的平臺主體，通過合作來共同打造完整平臺解決方案。在此過程中，可選擇2-3個業務方向進行聚焦，實現對工業互聯網的初步應用和探索。

二是構建面向開放的工業互聯網融合發展的生態。工業互聯網是一個生態系統，企業的利益不僅僅依靠自身的努力，而是得益于整個生態系統的不斷成長。這就需要制造企業、信息技術企業、上下游企業、制造服務業企業等相互補充、共同建設，單個企業很難做大。因此，集群中的大企業要充分利用自己在集群中的影響力，積極主動承擔生態系統協調者的職責，吸引更多合作伙伴進入，通過匯聚企業、產品、生產能力、用戶等產業鏈資源，實現生態種群的壯大。同時，大企業要與生態里的企業開展多種創新活動，加速新產品、新業務、新商業模式、新應用場景的衍生。

（三）中小企業：提升數字化水平，積極融入行業的工業互聯網平臺

集群中的中小企業應該著力提升企業內部的數字化水平，包括企業設備的互聯互通、訂單的可視化以及排產數字化等。一方面，提高自身的數字化管理能力，提高訂單執行效率，監控庫存，降低成本；另一方面，為接入集群工業互聯網平臺奠定基礎。

在此基礎之上，中小企業要積極融入集群內的工業互聯網平臺。通過平臺對接，密切與產業鏈上下游之間的關系，獲取更多協同制造訂單，并借助在工業互聯網上的數字化能力，實現個性化產品需求的快速交付，為企業帶來更多利潤。