工業互聯網平臺應用現狀及發展對策

何小龍，李 君，2，周 勇，張 旭

（1.國家工業信息安全發展研究中心，北京 100040；2.清華大學自動化系，北京 100084）

1 研究背景

工業互聯網是加速產業創新發展和經濟社會數字化轉型的關鍵引擎。黨中央、國務院高度重視工業互聯網的創新發展，2020 年2 月，習近平總書記在中央政治局常委會會議中明確提出要推動工業互聯網等加快發展。2020 年7 月，在中央全面深化改革委員會第十四次會議上，習近平總書記再次強調要加快推進新一代信息技術和制造業融合發展，要順應新一輪科技革命和產業變革趨勢，以供給側結構性改革為主線，以智能制造為主攻方向，加快工業互聯網創新發展。工業互聯網平臺的創新發展是實現創新發展的重要載體［1］，是我國數字新型基礎設施建設的重要組成部分，對于塑造我國未來數字化競爭的新優勢具有重大戰略意義。在2020 年的新冠肺炎疫情防控中，工業互聯網平臺有效支撐了防控應急處置，助力物資供需對接，推進企業復工復產，發揮了不可或缺的基礎支撐作用。

當前，我國工業互聯網平臺已進入落地關鍵窗口期，全國具有一定影響力的工業互聯網平臺已經超過70 個，平臺接入工業設施規模突破4 000 萬臺/套，2019 年工業互聯網平臺產業規模達2 486億元，比2018 年增長29.2%［2］。但我國工業互聯網平臺規模化應用推廣面臨諸多挑戰，仍有許多企業尚未使用工業互聯網平臺，面臨“不敢用，不會用，用不起”等問題［3］；而投入使用工業互聯網平臺的企業，又存在過程不規范、路徑不清晰、重點不明確等問題［4］。目前我國工業互聯網平臺的應用與發達國家相比仍然存在總體發展水平較低、行業間和企業間基礎差異較大、大規模推廣難度巨大、缺乏工業互聯網平臺應用水平評估體系和實施指南等一系列問題［5］。

目前，在工業互聯網平臺應用水平評價方面，學術界和產業界開展了諸多研究。其中，Vasiljevi?［6］等研究了基于工業互聯網操作系統的性能評估；Lee［7］等針對工業互聯網系統的性能評價，提出了一種靈活的、可伸縮的仿真框架，并在各種工業應用場景下進行了實驗；劉棣斐等［8］提出按照“一橫四縱”的邏輯架構搭建工業互聯網平臺評價體系，“一橫”是平臺基礎共性能力要求，“四縱”分別是特定行業、特定領域、特定區域和跨行業跨領域四類平臺能力要求；中國工業互聯網產業聯盟［9］發布了《工業互聯網成熟度評估白皮書》，從互聯互通、綜合集成、數據分析利用三大核心要素對工業互聯網成熟度進行評估；李君等［10-11］圍繞工業互聯網平臺的作用機理、發展路徑等方面開展了系列研究，為工業互聯網平臺評價提供了一定借鑒。綜上所述，已有研究多為針對工業互聯網平臺核心能力和建設水平方面的探討，但是對于工業互聯網平臺應用方面缺少深入全面的研究，尚未形成相對穩定的評價模式與方法。

為了科學評價我國的工業互聯網平臺應用落地的現狀，找準行業共性問題和需求，引導企業合理利用平臺、提升平臺應用水平，本研究建立了工業互聯網平臺應用水平評價體系，科學地評價和分析覆蓋我國31 個省、自治區、直轄市的22 個行業、1 400 余家企業的樣本數據，總體分析我國的工業互聯網平臺應用水平，探索工業互聯網平臺應用水平兩極分化的原因，以期為企業找準自身的問題、逐步提升應用能力和水平提供參考。

2 研究方案

本研究以從工業互聯網應用推廣公共服務平臺（http://www.iipap.com）所采集的信息為原始數據，對工業互聯網平臺應用水平與績效評價指標體系進行分析，共分為5 個步驟，建立研究框架、研制評價指標體系、開發在線測評系統、統計分析測評數據、評價數據結果分級。在國內外普遍欠缺相關的成熟評價體系的情況下，以此評價工業互聯網平臺應用水平具有科學性、實用性和創新性。

2.1 建立研究框架

建立研究框架時，以科學評價工業互聯網平臺應用水平為導向，采用應用性調查研究方法進行搭建，研究范圍最大化覆蓋國內制造企業，旨在準確描述當前我國工業互聯網平臺應用水平，剖析當前工業互聯網平臺應用推廣的瓶頸，為更好推進工業互聯網平臺應用和普及推廣提供參考。設計研究框架如圖1 所示，在具體開展研究過程中包括準備階段、調查階段和分析與總結階段共3 個階段。

圖1 研究框架

2.2 研制評價指標體系

確定評價指標體系時，綜合考慮工業企業、平臺服務商、行業組織和各級政府對于工業互聯網平臺的評價需求。其中，確定工業企業評價指標時，重點從找準平臺應用薄弱環節、提升應用成效等方面進行設計；確定平臺服務商評價指標時，重點從摸清用戶企業應用需求、完善平臺功能和服務、提升高質量解決方案供給等方面進行設計；確定行業組織評價指標時，重點從摸清行業的上平臺、用平臺整體現狀，提升精準引導水平等方面進行設計；確定各級政府評價指標時，重點從摸清轄區內企業的上平臺、用平臺現狀，優化提升政府服務水平等方面進行設計。本研究所建立的工業互聯網平臺應用水平和績效評價體系由3 層指標構成。其中，一級指標5 項，分別為戰略與組織、基礎條件、平臺應用、業務創新和效能效益，一級指標包含20 項二級指標，二級指標包含34 項三級指標。具體指標如圖2 所示。

圖2 工業互聯網平臺企業應用水平和績效評價體系

2.3 開發在線測評系統

開發在線測評系統時，根據調查指標所擬定的調查方向進行設計，確定相關定義和測量方法。最終設計的問卷共包含54 個問題，結構化問題共29個（10 個單選、19 個多選）和開放式問題25 個（如圖3、圖4 所示）。結構化問題的答案有明確界限，有利于做對比分析，量化被評價對象在各個維度的表現；非結構化問題能引導和發掘被調查企業在應用工業互聯網平臺過程中所表現出來的個性化問題。

圖3 工業互聯網平臺應用水平和績效評價在線測評系統界面

圖4 工業互聯網平臺應用水平和績效評價在線測評問卷示例

2.4 統計分析測評數據

統計分析數據時，為確保數據分析的準確性、完整性、一致性、時效性、可信性和解釋性，嚴格控制了數據獲取和數據分析工作。數據收集時，要求填寫問卷的人員是企業內對本企業工業互聯網應用平臺建設和發展有深刻理解的管理者和執行者，并在開始填答問卷前確保被調查者已清晰理解問卷的問題導向，客觀填寫問卷。綜合考慮到工業互聯網應用推廣公共服務平臺的經濟性、便捷性、實時性和可拓展性等優勢，問卷調查的全過程依托于該平臺進行信息采集。

截至2020 年12 月1 日，共獲得1 445 份有效問卷。在進行具體數據分析時，主要使用了以下幾種方法：統計分析，主要通過采用均值、極值、中位數等統計量分析數據的集中趨勢、離散趨勢；聚類分析，主要通過尋找合理的度量事物相似性的統計量，按樣本個體或指標變量的特性進行分類；相關分析，主要通過研究被評價對象各項指標得分是否存在某種依存關系，對具體有依存關系的現象探討其相關方向及相關程度。

2.5 評價數據結果分級

計算被評價企業的總得分時，其由一級指標得分加權平均得出，滿分為100 分，上級指標得分由其下一級得分加權平均決定。設某一指標的下層指標得分為{Xi|i=1,2,…,n}，則該指標得分計算方式如式（1）所示：

在0～100 分之間，每20 分劃一個等級，總得分從低到高分為A 級至E，如圖5 所示。

圖5 工業互聯網平臺應用水平與績效評價結果分級

3 工業互聯網平臺應用現狀分析

經過上述步驟，根據樣本評價數據，對我國工業互聯網平臺應用現狀總結分析如下。

3.1 平臺應用總體水平兩極分化嚴重，大多數企業仍處于初級水平

調研數據表明，我國企業應用工業互聯網平臺水平得分為31.76分，總體水平處于B級。如圖6所示，其中71.14%的企業處于B 級，12.46%的企業處于C 級，有14.19%的企業尚未做好應用平臺準備（A級），但仍有2.21%的企業已經處于較高的應用水平（D 級和E 級），具備開展基于工業互聯網平臺的創新業務模式的能力，在實踐探索中處于領先地位。樣本中，不同企業應用工業互聯網平臺的能力存在顯著差異，超過80%的企業在當前階段亟需提升工業互聯網平臺應用水平。

圖6 樣本企業工業互聯網平臺應用水平等級分布

分析發現，處于D 級和E 級的企業有70%是私營企業，這表明民營經濟在促進創新和落實工業互聯網平臺應用方面發揮著不可或缺的作用，體現了國家支持民營經濟發展的顯著成效。進一步分析表明，企業的工業互聯網平臺應用水平與當地的經濟活力和經濟發展質量密不可分，廣東省和長三角地區雄厚的工業與經濟基礎為當地工業互聯網平臺應用提供了天然土壤。總體而言，目前我國宜重點關注總體水平處在B 級的企業，抓住其主要矛盾進行工業互聯網平臺應用深度挖掘，從而有效提升整體應用水平。

3.2 工業設備上云難度大，設備上云率僅為13.1%

從平臺邊緣層開展應用分析，定義上云設備為已經實現與工業互聯網平臺連接并能夠進行數據交換的工業設備。如圖7 所示，工業設備上云的前置條件依次是：生產設備數字化、數字化設備聯網和工業協議解析。隨著上云的進程逐步推進，工業設備上云的難度也越來越大。調研數據顯示，樣本企業的生產設備數字化率已達43.03%，數字化設備聯網率為35.69%，說明企業在生產設備數字化和聯網方面已經具有較好基礎，但是工業協議解析率僅為18.38%，嚴重制約了工業設備上云，最終顯示總體的工業設備上云率僅為13.1%。分析表明，工業協議解析難以實現是制約工業設備上云的瓶頸之一，也是新一代信息技術與傳統制造業融合的難點之一［3］。

圖7 樣本企業工業設備上云程度分布

樣本企業的工業協議解析率水平較低，是因為全球各類自動化廠商、研究機構、標準化組織圍繞工業傳感網絡推出了上百種現場總線協議、工業以太網協議和工業無線協議，導致不同設備、系統采集的異構數據無法兼容，難以實現數據的統一采集與傳輸，跨廠商、跨系統的互操作僅能實現簡單功能，無法實現高效、實時、全面的數據互通和互操作。因此，當前工業協議不統一、部分存量設備不支持數據采集等原因導致工業數據采集困難，企業設備無法順利接入工業互聯網平臺，迫切需要加強工業現場的設備工業協議解析能力，推動工業設備加速上云用云。

3.3 工業知識沉淀復用水平有待提升，實現工業知識沉淀復用的企業僅占15.43%

從平臺的平臺即服務（PaaS）層面開展應用分析，如圖8 所示，僅有15.43%的企業基于工業互聯網平臺實現工業知識沉淀復用。工業知識沉淀的速度、成本、質量是制約工業知識沉淀復用的關鍵因素，進而制約工業APP的創新應用。其中，工業機理模型、工業微服務組件、工業知識圖譜等深度應用比率逐漸降低。

圖8 樣本企業工業知識沉淀復用水平分布

3.4 業務上云率仍有上升空間，業務上云率已經達到36.46%

從平臺的軟件即服務（SaaS）層開展應用分析，樣本企業總體業務上云率為36.46%，仍有較大的提升空間。從圖9 可以看出，目前已有36.46%的企業著手開展業務云端應用。其中，實現經營管理、供應鏈管理和產品增值服務業務系統云端部署的企業比例均超過20%，而實現研發設計、生產管理系統云端部署的企業比例則均為20%以下。由此可見，我國工業企業業務系統上云以企業經營管理系統為主，由于經營管理類軟件通用性相對較強，業務流程比較成熟穩定，因此相關管理系統在業務系統中率先上云；而研發設計、生產管理等環節業務流程復雜、數據量龐大、信息系統功能個性化程度較高，上云進程相對滯后。

圖9 樣本企業開展不同類型業務云端應用分布

3.5 工業互聯網平臺人才短缺效應明顯，傳統行業的工業互聯網人才供給嚴重不足

當前，我國工業互聯網平臺的人才供需嚴重失衡。從供給側看，盡管國家已出臺多項政策引導跨學科復合人才的培養，積極推進產學研融合，但復合型、交叉型人才培養周期長、培養難度大，短期內人才供應數量有限；從需求側看，國內工業互聯網平臺從概念普及到落地實用，尚處于探索和嘗試階段，對人才的需求數量和質量都有迫切需求，加之工業互聯網應用平臺體系復雜，所涉及的行業和企業數量眾多，進一步加深了對高質量人才的需求。如圖10 所示，以信息服務業為代表的新型服務業較為注重對新興領域的人才培養，已有接近半數比例員工掌握工業互聯網平臺應用相關技能；相比于軟件和信息技術服務業等新型服務業，傳統制造業的人才比例嚴重不足，石化、紡織、機械、冶金等傳統制造業的工業互聯網平臺人才比例均不足15%。復合型人才短缺已成為限制我國工業互聯網平臺普及應用推廣的重要因素。

圖10 不同行業的樣本企業中掌握工業互聯網平臺應用相關技能人員分布

如圖11 所示，將專業人才保障水平與工業APP創新應用能力進行相關性分析，結果表明兩者具有顯著正相關關系，隨著專業人才保障水平的提升，工業APP 創新應用能力呈現上升趨勢。因此，提升專業人才保障水平有助于提升工業互聯網平臺普及應用推廣水平。

圖11 樣本企業中專業人才保障水平與工業APP 創新能力關系

4 工業互聯網平臺應用發展對策

針對現階段我國工業互聯網進入落地關鍵窗口期所面臨的諸多挑戰，本研究通過開展工業互聯網平臺應用水平評價的方式，深度挖掘企業在工業互聯網平臺應用中存在的共性問題。為推動工業互聯網平臺應用水平和績效評價的準確性進一步提升，更好地指導企業上平臺和用平臺，加快我國工業互聯網平臺創新發展，提出以下對策建議。

4.1 持續開展平臺應用水平與績效評價，建立系統性評價機制

持續擴大平臺應用水平與績效評價范圍，引導企業通過評價數據明確自身的平臺應用水平提升方向。一是企業可根據應用水平與績效評價的結果，進一步明確自身發展的痛點問題，并結合實際情況，按照分析結果的可行性舉措，有針對性提升平臺應用水平；二是建立系統性評價機制，更科學指導企業提升平臺應用水平，通過推廣相關公共服務平臺，借助其強大數據采集量和所提供的專業性、系統性解讀分析，可以使企業更加全面地明確自身發展定位，更好地指導企業提升平臺應用水平。

4.2 完善平臺標準體系，以標準引領平臺應用

構建完善的工業互聯網標準化體系，推動標準應用工作可靠落實。一是建立跨部門、跨標準化技術組織的協作工作機制，構建政府主導和市場自主相結合的融合推進方式，統籌推進工業互聯網平臺相關標準化工作；二是加快工業互聯網標準體系的優化和實踐應用數據分析，以企業應用為基礎，總結成功經驗，開展標準制修訂，通過宣傳培訓、咨詢服務、測試評估等，加快標準應用推廣。

4.3 加快企業上云步伐，強化用云意識

引導企業設備上云和業務上云“兩條腿”走路，加快上云步伐。一是企業應結合自身優勢，重點突破工業協議解析制約的枷鎖，推動設備上云率進一步提升，應著力在研發設計和生產管理業務方面提升業務云端應用水平；二是明確用云的效能效益體現，強化企業用云意識，不同行業及行業之間的用云水平兩極分化嚴重，企業應積極學習龍頭企業和行業標桿企業的上云模式，探索自身上云和用云的方向。

4.4 深化平臺應用，突破應用水平提升阻礙

繼續加快工業互聯網平臺與企業當前設備的互聯互通，提升平臺應用水平。一是從夯實基礎條件著手，以當前企業發展情況為先提條件，因企制宜，結合互聯網平臺提升企業平臺應用水平；二是明確當前企業在工業互聯網平臺應用方面存在的主要問題，盡快補齊短板，多數企業當前暴露出數字化設備聯網不足和人員保障不夠充分的問題，企業應結合自身當前發展瓶頸重點進行突破。

4.5 創新發展模式，切實開展應用實踐工作

結合工業互聯網平臺優秀模式，積極推進企業開展模式創新工作。一是業務創新工作的難度隨著業務模式創新程度的提高而加大，企業應以管理層為督導，著力突破當前模式創新的阻礙，實現創新發展新模式、新業態；二是加強平臺創新模式的應用，切實提升創新模式應用實踐水平，企業應突破部分固有的生產模式對創新模式的阻礙，著力發揮工業互聯網創新模式的實踐水平，最大化評估風險后開展實踐工作，檢驗平臺應用的實踐效果，繼續優化當前發展模式。

5 結論

本研究立足于我國工業互聯網正處于從概念推廣走向實踐深耕的過渡期這一實際情況，研制了工業互聯網平臺應用水平與績效評價指標體系，并建立工業互聯網應用推廣公共服務平臺，采集了截至2020 年12 月1 400 余家企業的工業互聯網平臺應用數據，對其工業互聯網平臺應用水平進行評價，挖掘企業當前應用工業互聯網平臺過程中的共性問題，并基于分析結果給出相關對策建議，旨在為企業應用工業互聯網平臺提供參考。

在未來的研究中，將按照工業互聯網平臺應用的具體行業，優化完善行業工業互聯網平臺應用水平評價指標體系，并進一步加快工業互聯網平臺應用水平與績效評價服務推廣，服務于更多的工業企業；針對平臺應用過程中呈現的共性問題，研制通用性解決方案，促進我國工業互聯網平臺應用水平加速提升。