數字賦能，創新驅動，以綠色發展助推產業轉型升級

沈 軍（中國中材國際工程股份有限公司（南京），江蘇 南京 211100）

0 引言

眾所周知，數字經濟是世界的潮流、時代的趨勢，也是驅動我國經濟發展的重要動力。在過去的幾十年中，中國經濟經歷了巨大轉變，數字化浪潮迅猛發展，影響力尤為突出，推動著中國消費者群體和經濟環境的重大變革。創新數字技術為經濟發展賦能，在數字化時代，一系列新技術的結合將帶來新的內涵，推動工業互聯網的發展。5G、人工智能、大數據、移動互聯網、物聯網和云計算的協同融合，成為信息化新時代高速發展的引擎。

我國的數字經濟規模持續快速發展，據中國信息通信研究院發布的《中國數字經濟發展與就業白皮書（2019年）》顯示，從2012年至2018年，我國數字經濟規模從11.2萬億元增長到31.3萬億元，總量居世界第二，占GDP比重從20.8%擴大到34.8%。互聯網、大數據、人工智能加快與實體經濟深度融合，為我國搶抓第四次工業革命機遇奠定堅實的基礎。

數字化賦能，也為未來傳統制造業的轉型升級迎來“智”變，通過智能化改造，傳統產業將形成企業新優勢、產業新優勢和創新新優勢，從而推進塊狀經濟由大變強，企業競爭力持續提升，產業發展基礎更加堅實。全球最大的上市咨詢公司埃森哲不久前對12個國家、超過1000家公司的調研結果顯示，人工智能可以讓這些國家實現20%以上的增長，成倍提升生產力。根據埃森哲的預計，在人工智能的幫助下，到2035年中國的生產效率可提升160%。

1 全球科技創新

1.1 第四次工業革命浪潮席卷全球

目前，世界正經歷第四次工業革命。歷史上的技術革命可分類為：（1）從蒸汽機為主的第一次工業革命（1760年～1840年），實現機械化；（2）電氣化帶來的第二次工業革命（19世紀末～20世紀初），實現電氣化；（3）信息、互聯網、移動帶來的第三次革命（始于20世紀60年代），實現自動化；（4）AI帶來的第四次工業革命（始于21世紀初），將實現智能化。

從蒸汽機、電力設備到生物科技、計算機，每一次工業革命的出現，都給人類經濟、社會各領域帶來深遠的影響。相比于過去，第四次工業革命是由科技進步推動的快速、同步和系統性轉型，其主要特征是人工智能、大數據、新能源、機器人、量子信息等各項技術的融合，同樣影響著各行各業的發展，人工智能是其中的重要驅動引擎。

第四次工業革命浪潮由幾大工業強國共同發起，并以驚人的速度席卷全球。2008年國際金融危機爆發后，各國開始反思“經濟虛擬化”、“產業空心化”所帶來的問題，紛紛啟動了“再制造業化”的進程。德國和歐盟提出了“工業4.0”，率先實現產品研發制造模式的個性化與智能化；美國提出了“工業互聯網”，通過打造高度智能化的信息系統，實現大數據與智能生產的無縫對接；日本提出了“工業智能化”，大量使用智能機器人，建成了遍布制造業各個領域的無人工廠。適應時代潮流，我國也提出了旨在推動制造業轉型升級的《中國制造2025》行動綱領，正式開啟制造業智能化升級的國家戰略，成為少數幾個正在推進制造業智能化的國家之一。

歷史上每一次技術變革都會顛覆以前的模式，技術變革，顛覆商業模式，產生新的需求。第四次工業革命時代的到來，以數字化、智能化為主要特征的各項技術創新將顛覆諸多產業現有形態、分工和組織方式，在全球范圍內掀起波瀾壯闊、勢不可擋的“大趨勢、大機遇、大挑戰”。

1.2 數字化與智能化無處不在

世界著名的科技預測機構加德納指出全球科技三大趨勢：人工智能無處不在（深度學習、自動駕駛）、沉浸式體驗更加直接（AR/VR、4D打印、腦機接口）、數字化平臺持續拓展（5G、IoT、量子計算機），詳見表1。

1.3 全球科技創新趨勢

根據科學數據與分析服務商科睿唯安提供的《2017全球創新報告——進無止境》指出：全球科技創新持續上升，但總體創新增速放緩。高技術行業表現突出，生物制藥、ICT、航天航空、汽車、半導體等高科技領域創新表現積極（見表2）。

表1 全球科技三大趨勢

表2 全球科技創新報告

1.4 全球科技創新資源分布

國際經合組織（OECD）《2016年科學、技術及創新展望》指出：發達國家仍然主導全球創新資源，全球科技創新資源分布依舊集中，但領先優勢減弱，亞洲科技創新正在崛起。

表3為2017年世界知識產權組織（WIPO）通過81項指標對世界127個國家和經濟的創新表現進行排名，可見，全球創新指數排名中，瑞士、瑞典、美國、英國、德國名列前茅，中國排名持續上升。

2 中國的科技創新

2.1 我國科技創新的現狀

2016年我國總體研發投入約2300億美元，占GDP比重2.11%，基礎研究投入占總研發投入比重5.2%，嚴重偏低，源頭創新能力不足，缺乏顛覆性的創新。而美國同期的總體研發投入5100億美元，占GDP比重2.8%，研發投入總量是我們的2倍以上，基礎研究投入占總研發投入的比重高19%，顯著高于我國基礎研究投資，科技創新能力差距明顯。

表3 2017年全球創新指數報告

作為科技創新主體的企業，其創新能力代表著國家的競爭力。我國規模以上工業企業的研究開發強度0.76%，遠低于發達國家2.5%～4%的水平，有研發機構的企業只有23%，擁有自主知識產權核心技術的企業占比僅有萬分之三，企業創新投資總體水平偏低，研發投資占全球總量的7.2%，遠低于美國38.6%、歐洲27%和日本14.4%，這些差距導致我國企業創新能力更加薄弱，民營企業平均年齡只有3.9歲。

2.1.1 創新驅動發展

艾媒前沿科技產業研究中心《2019中國與發達國家企業科技創新發展水平與經驗模式研究報告》指出：2019年全球科技創新企業投資總額7346.0億歐元。目前，歐美國家的科技創新能力遠超其他國家，美國和歐盟國的科創分別占據市場37.2%和27.2%的份額。隨著中國對科技創新的重視程度的持續提高，中國企業的科創實力不斷攀升，截至2018年，進入全球1 000強的中國企業增加到145家，整體的科創投入占比提高了1.4%，以華為、小米等為代表的中國百強企業對科技創新能力越來越重視，申請的專利達到38.8萬件。

剛剛發布的《中國城市科技創新發展報告2019》對全國289個地級及以上城市的科技創新發展水平進行測度與評估，科技創新發展指數排名前10位依次是：北京、深圳、上海、廣州、南京、杭州、蘇州、武漢、西安、珠海。報告指出：東南沿海城市加速崛起，廣州、杭州等城近年來大力吸引創新要素集聚，科技創新發展水平顯著提升；深圳科技創新發展水平提升最為突出，創新環境全國居首，上海科技創新發展指數得分略有下降。城市群發展懸殊，長三角初步實現高質量創新發展。

2.1.2 新一輪科技創新正在進行

2013年以后，中國重大科技成果應用率從88.5%峰值開始呈現出一定的下降趨勢，到2018年，降到86.6%（見圖1），這一方面源于國家科技成果轉化的制度問題，另一方面也源自中國科研實力的不斷提升。因此，應用率的逐年降低意味著新一輪內生的科技創新正在進行，研發正在加速。

圖1 2012～2018年中國重大科技成果產出及應用規模

與商業團體不同，高校和科研機構的科研成果大多不考率市場化和商業化的問題，所以一級產出品普遍消耗比較大，這就造成了商業機構對技術應用的天然門檻，商業團體在拿到技術后，需要耗費大量時間和精力使一級產出品更加經濟。同樣，雖有國家的大量補貼，但在諸如新能源、生物醫藥、新材料等領域，技術成果轉化為民生產品更需時日。

2.1.3 數字化創新引領新的浪潮

中國正致力于實現高質量發展，推動新技術、新產品、新業態、新模式在各領域的廣泛應用，按照科技創新的“三步走”戰略，到2020年進入創新型國家，到2035年左右進入創新型國家前列，到2050年成為世界科技強國。科技部將在推進創新2030、“十四五”發展規劃中圍繞基礎服務、關鍵技術、支撐體系、創新應用等方面系統布局。隨著國家“數字中國”戰略的推進，促使物聯網、大數據、人工智能和實體經濟的深度融合，以5G、IoT、云計算、AI為代表的數字技術創新，將給所有產業帶來顛覆性的變革與創新，并驅動數字經濟和實體經濟進一步增長。

截止2019年6月底，中國移動4G客戶7.34億，物聯終端數量近7億。中國移動計劃于2020年推出5G引領計劃，發展7000萬5G客戶，銷售1億部5G手機，3億筆5G新業務和5000萬臺家庭泛智能終端，按此趨勢發展，2020年中國移動最多的連接將來自于物聯終端。可以預見，這些新數據的加入，將引領數據時代的新一波浪潮。

2.2 科技創新中存在的問題和面臨的挑戰

我國科技創新除科技研發投入不足與結構不優、企業作為創新主體的作用沒有充分發揮外，還存在如下問題：（1）政府科技創新治理機制不完善，創新組織定位不清晰；（2）科技創新人才管理機制滯后，人才激活機制不完善；（3）自主創新戰略實施忽略了區域差異性特征；（4）科技成果轉化存在較大障礙；（5）重產品開發輕基礎研究；（6）產學研合作不暢通，知識產權制度不健全；（7）科技創新生態有待完善；（8）短期的利益較明顯。

新形勢下，我國科技創新發展面臨巨大的挑戰，必須突破創新的體制機制障礙，強化知識產權保護，促進科技成果轉化，從根本上增強我國科技的創新力和競爭力：（1）在科技創新方針戰略上，力求從跟蹤模仿向創新引領的根本性轉變；（2）在科技創新水平上，要在新的起點上發力，加速實現科技創新水平的更大跨越；（3）在自主創新能力上，應集中力量辦大事，形成推動科技創新發展的強大合力；（4）在科技創新體系上，必須打破壁壘，實現科技創新資源的有機集成和高度融通；（5）在科技創新環境上，努力打造更加高效、更有活力的創新生態系統。

2.3 科技創新導向

根據美國MIT、麥肯錫等機構的評選結果，美國科技創新主要集中在機器人、精準醫療、大腦計劃、自動駕駛、人工智能、增材制造、納米技術、合成生物技術、物聯網等。

2015年國務院發布了《中國制造2025》，2016年又發布了《國家創新驅動發展戰略綱要》和《“十三五”國家科技創新規劃》，其中《國家創新驅動發展戰略綱要》作為頂層戰略，部署了產業技術體系創新的10大技術方向（見表4）。

2.4 科技創新趨勢

愛分析發布的《中國科技創新趨勢報告》指出：2020年AI邁入認知智能時代，知識圖譜將成為明星技術。宏觀經濟不確定的大環境下，政務、金融、企業服務和醫療四個行業將在2020年凸顯其商業價值。

全球規模最大的金融機構之一美銀美林也預測，未來十年智能化的趨勢比人們想象中的要快很多，到2030年代，目前50%以上的工作崗位都將被AI所取代，全球產業鏈將再次出現重塑機會。

表4 科技創新導向

3 數字賦能，產業升級

3.1 助力行業節能減排、轉型升級

我國數字經濟蓬勃發展，不僅體現在宏觀經濟規模上，也體現在產業升級和數字化轉型進程之中，截止2018年年底，我國光纜總長度達4 358萬km，4G用戶總數達11.7億戶；5G核心技術研發和標準制定取得較大突破，北斗三號基本系統建成并能為全球提供服務。融合型數字經濟推動實體經濟的轉型升級，據工業和信息化部統計數據顯示，云計算、工業互聯網成為驅動我國企業數字化轉型的重要動力，國內具有一定影響力的工業互聯網平臺超過50家，重點平臺平均連接設備數量59萬臺。

隨著工業化和信息化深度融合進一步加快，智能制造發展取得積極成效。制造業數字化、網絡化、智能化水平不斷提升。截止到2019年6月，企業數字化研發設計工具普及率達69.3%，關鍵工序的數控化率達49.5%。工信部調查顯示，數字化智能化改造后，企業生產效率平均提升超30%，運營成本約降20%，研發成本降低30%以上，生產效率提高10%以上，實現節能減排10%以上。新公布的國家標準《水泥單位產品能源消耗限額》征求意見稿，水泥熟料燒成熱耗1級≤2760kJ/kg，水泥粉磨工段電耗1級≤26kWh/t（見表5），達到國際領先水準。

表5 水泥及水泥熟料工段能耗等級

節能減排也是是水泥行業長期以來的追求與探索，實現超低排放、助力節能減排已成為水泥行業綠色、智能發展的重要內容。2019年中國建材和海螺水泥均表示要率先帶頭實現顆粒物、二氧化硫、氮氧化物這三大污染物的超低排放目標（標況下）：（1）顆粒物≤10 mg/m3；（2）SO2≤50 mg/m3；（3）NOx≤100 mg/m3。

2019年全國共壓減和退出水泥產能1565.55萬t。水泥行業交出了一份全年業績創歷史新高的答卷，據工信部《2019年前三季度建材工業經濟運行情況》報告，水泥企業營業收入7 198.6億元，同比增長14.3%，利潤1 318.2億元，同比增長25.3%，銷售利潤率18.3%。營業收入和利潤創造歷史新高。因此，傳統制造業決非落后產業，更不是夕陽產業，只要插上了數字技術的翅膀，取數字經濟之長，補制造業之短，就有可能實現轉型、升級、新發展。而數字經濟對制造業高質量發展的作用既表現在運用新一代信息技術，對設計、研發、生產、物流、管理、服務等環節的改造提升，也體現在催生新業態、新模式、新體系、新理念，為產業升級發展賦能。依托信息技術的迅猛發展，打通產業體系中供應鏈、價值鏈和創新鏈之間的數據孤島，促進產業創新模式向高效共享和協同合作轉變，優化產業結構的供給水平，實現整個產業生態體系效益的最大化，協同、共享、助力產業高質量發展。

3.2 數字技術與傳統工業的融合

數字轉型的特征是數字技術通過與傳統工業要素的融合，建立新的工業體系，推動工程領域的創新，驅動制造業的數字蝶變，改變工程系統的傳統模式，實現產品從需求、功能、邏輯到物理實現的正向設計和自主創新，為客戶提供有效維護與持續優化服務和產品。

作為數字經濟領域的技術基石，隨著5G、大數據、人工智能等為代表的數字技術的廣泛應用，推動制造業新模式、新業態的誕生，促進相關配套產業鏈的蓬勃發展，對實體經濟產生支撐效應和引領作用，也為我國制造業迎來重大的發展機遇。

3.2.1 數字經濟打造制造業創新優勢

數字化技術的廣泛應用和數字化開發平臺的普及，打破了消費與研發之間的障礙，推動自下而上的萬眾創新模式普及，有效推動產業鏈與創新鏈的緊密對接，加快制造業創新迭代速度。

3.2.2 數字經濟重塑制造業國際競爭格局

數字技術的日新月異，將改變制造業傳統要素條件和優勢，使服務貿易和數字經濟在國際分工中的重要性顯著提高，全球競爭形勢也日趨復雜。

3.2.3 工業互聯網的業務價值驅動和工業數據的智能需求

工業互聯網是制造業數字化轉型的關鍵目標，其業務價值如下：

業務價值=f（數據，科技，工業場景）

工業互聯網通過實現人、機、物的全面互聯，構建起全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接新型工業生產制造和服務體系，利用信息技術對數據的強大計算和分析能力為制造業發展開辟了嶄新的發展空間。而制造業數字化、網絡化、智能化的生產技術創新，促使制造業向智能化集成制造系統發展，從而全面提升產品設計、制造和管理水平。

安全、環保和效益成為水泥和其它傳統工業數據智能的三大訴求，見圖2。

圖2 水泥工業數據智能的需求

3.3 數據驅動，智能制造

3.3.1 智能工廠

在數據驅動的智能工廠中，有虛實兩條生產線，即物理生產線和數字生產線。在物理生產線，通過引入無人駕駛、機械人裝載、巡檢等先進生產設備，可以實現生產設備的自動化。而在數字生產線，通過物聯網、大數據分析、人工智能等數字技術的賦能，實現生產前的智能排程、生產過程中的智能調度等數字生產線自動化。智能工廠主要特征有：全面感知、設備互聯、數字集成、智能預測。通過數據流動的自動化驅動生產設備的自動化，賦予智能工廠的生產邏輯，實現精益生產。

智能工廠作為智能制造的載體，發揮著制造業轉型升級的重要作用。智能工廠以互聯互通的物理工廠為基礎，融合新一代信息技術、智能裝備及先進的生產工藝，通過數字孿生構建虛擬工廠，對生產進行規劃、設計、優化和監控，從而提升企業的運營管理能力。也使新技術、新工藝、新產品從設計開始，到生產出成品的時間大為縮短，企業可以迅速響應用戶要求，滿足產品個性化發展的市場需求。

3.3.2 水泥產業的智能化

水泥產業智能制造是基于新一代通信技術與先進制造技術的深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自控制、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。智能化水泥工廠建設主要包括從智能規劃開始，涵蓋了智能控制、智能生產、智能物流、智能分析和智能服務等方面內容，實現水泥產業的智能制造。

智能制造是我國水泥工業未來發展的方向和趨勢，在人工智能高速發展背景下，借助當前水泥行業發展的大好形勢，一方面依托數字賦能的新技術、新裝備提升生產線自動化、智能化水平，降低生產能耗和污染物排放；另一方面，借助大數據、人工智能加速水泥工業智能化技術融合，推動行業的高質量發展。作為未來智慧水泥工廠的智能要素，水泥工廠的智能礦山系統、智能物流系統、生產執行系統、無人值守系統、能源管理系統、窯磨專家系統、設備生命周期監控系統、人員安全定位系統和商業智能決策系統等，能夠全面提升當前水泥企業的生產運營、管理和銷售水平，實現整個工廠的智能化控制。

中材國際南京設計的水泥生產線智能化系統如3所示，圖4為上海萬澄科技的智能實時優化控制系統。智能控制中心以質量控制為核心，以人工智能算法模型為主要手段，集成多種控制策略，對不同工況針對性控制，實現從原料處理、原料粉磨、熟料燒成、水泥粉磨、成品出廠的全流程智能控制，實現工藝評估與仿真，對工藝持續優化及對設備的預防性維保，減少崗位和操作人員，達到節能、降耗、優質、高產的生產目標。

圖3 水泥生產線智能化系統

圖4 上海萬澄科技的智能實時優化控制系統

在智能巡檢設備方面，中材國際南京采用的無人機巡檢系統（圖5），相比于傳統水泥廠的人工巡檢，無人機巡檢系統能夠高效地解決長期以來存在的巡檢難題，利用無人機高程，靈活機動的作業方式可有效克服水泥廠內復雜的環境。而通過對采集的圖像、溫度數據進行處理，可以得到水泥廠內設備、建筑、環境的實時狀況，進而形成完整的巡檢報告，并及時推送告警信息。

4 愿景

回望過去的2019年，我們發現，科技的創新驅動與產業的變革發展正形成歷史性的交匯。伴隨著數字化轉型的持續深入和數字化領域的創新驅動，必將引領整個行業的互聯網轉型，為傳統行業的智能化和網聯化升級持續賦能。隨著數字經濟的快速發展，我國在數字經濟領域的巨大潛力將加快釋放，進而助推經濟發展持續向好。在此形勢下，需要我們把握科技革命的重大機遇，瞄準前沿尖端技術，持續科技創新，培育科技領軍人物，重點突破關鍵技術，壯大產業規模與能級，引領行業轉型升級和高質量發展。

圖5 無人機巡檢系統

隨著數字經濟的蓬勃發展，各行各業都在積極的數字化轉型。在推動經濟向高質量發展的進程中，數字經濟是引領實體經濟創新的引擎，也是助推經濟變革、效率變革和動力變革的加速器。因此，抓住機遇，加快推動數字產業化建設，加快利用數字新技術對傳統產業進行全方位、全角度、全鏈條的改造，提高全要素生產率，分享數字經濟的紅利，前景無限。

進入21世紀，人類正在面臨全球能源與資源、生態與環境、全球氣候變化危機的多重挑戰，以人工智能為核心的第四次工業革命能夠大幅度地提高資源生產效率，節能降耗，推動人類的綠色工業革命。水泥行業作為傳統的制造業，智能化轉型升級正處于一個關鍵時期，人工智能技術的引入，將為水泥行業的高質量發展開創一個全新的紀元。智能制造、智能產業、智能應用…，產業互聯網浪潮澎湃而來，中國的水泥工業正向智能化、綠色化、高端化、服務化高質量發展，實現由水泥大國到水泥強國的本質飛躍。為此，中材國際南京將承擔起新時代發展的歷史使命，為行業技術、裝備和智能化水平的全面提升，提供全方位的技術支持，為水泥工業的轉型升級，實現由傳統工業轉向高端制造的偉大跨越，奉獻我們的智慧和能量。

以創新為本，堅持科研和技術創新，始終是我們中材國際南京發展和進步的動力源泉，也是我們為實現技術追趕、超越和能力提升的重要途徑。依托持續的技術創新，我們在新能源、新產業領域進行了積極的開拓和進取；在“一帶一路”建設中，我們走過了從“走出去”、“走進去”，到“可持續”、“圖發展”的光輝歷程，成為中央企業“走出去”的典范。歷經十多年海外深耕，我們愿與行業分享我們的技術和經驗，共同開拓國際市場，共享轉型升級的美好未來。

為行業做好服務始終是我們的主業，我們將持續提高學習能力、創新能力和工程管理能力，努力培育產業智慧發展的新模式、新業態，推進產業智能化升級，推進中國水泥工業綠色、智慧和可持續的高質量發展。面對未來數字轉型的挑戰，我們要準確把握新一輪工業革命的新要求和國內外科技創新的新趨勢，堅持創新驅動，全面提升全產業鏈數字建造水平，攜手行業數字轉型和綠色發展。