工業互聯網對制造企業提質增效的影響研究

王和勇 莫佳麗

1（華南理工大學電子商務系，廣州 510006） 2（華南理工大學經濟與金融學院，廣州 510006）

引 言

2017年國務院發布了 《關于深化 “互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》，其中指出發展和應用工業互聯網成為我國加快企業轉型升級、推動制造業高質量發展的關鍵路徑。工業互聯網利用智能機器間的連接，實現人、機器和生產企業之間的實時交互，利用數據分析軟件充分激發機器的最大潛能[1]，是制造企業轉型升級和創新發展的助推器[2]。隨著我國各類工業互聯網平臺數量的擴增，越來越多制造企業開始依托工業互聯網開展實際生產活動，實現生產設備的全生命周期管理、實時在線監測和遠程運營維護等，優化生產過程、產品質量、能耗等[3，4]，解決資源限制、資源缺乏、技術不足等問題[5]，達到降本、增效、提質的核心成效[6]，促進制造企業轉型升級。

工業互聯網的應用現已形成一定規模，其社會經濟效益初步顯現。盡管如此，仍存在企業的基礎設施資源建設不足，自動化、信息化水平不匹配問題，導致企業應用工業互聯網的效果與預期存在差距。工業互聯網的應用貫穿于制造企業的整個生產過程，主要實現生產設備管理、產品遠程監測和能耗管理及優化，這些都會受到各個生產環節的基礎設施配置的影響?；ヂ摼W遠程應用在進行生產設備管理時，會受到設備聯網的安全性、制造企業網絡帶寬、信息化系統管理層次的影響；在進行產品監測時會受到產品監測內容和范圍、工藝參數設置、工藝流程等因素影響；在進行能耗管理及優化時則會受到環保監測系統覆蓋的污染源、環保數據采集設備占比、是否設置環保監測點等因素影響。企業自動化水平由自動化生產線覆蓋程度、自動生產計劃水平等因素決定。分析影響工業互聯網對企業提質增效的關鍵因素，協助制造企業實現降本增效的理想效果，加速制造企業轉型升級步伐，具有十分重要的現實意義和社會價值。

1 文獻綜述

制造業是智能制造轉型升級的主要戰場[7]，工業互聯網是智能制造的關鍵基礎[8]，也是推進工業數字化變革的關鍵手段。推進工業互聯網應用，有利于挖掘制造業的潛在價值創造能力[9]，促進制造企業智能化、高質量發展。因此，工業互聯網與制造企業融合的發展現狀與發展道路問題備受研究者關注。

在工業互聯網與制造企業融合發展的過程中存在較多的薄弱環節。李君等（2018）[10]從平臺基礎保障、關鍵能力、價值效益3個維度構建評價指標體系，評價工業互聯網平臺建設中的薄弱環節。莊存波等（2019）[11]從工業互聯網的應用基礎薄弱、核心技術缺乏、經濟效益不明顯等方面研究影響工業互聯網推動離散型制造業轉型升級的影響因素。李燕[3]認為不同類型企業的基礎數字化能力參差不齊，存在 “信息孤島”，阻礙了制造資源、數據的集成共享。王一晨（2019）[12]研究工業互聯網促進制造企業轉型升級存在的問題，認為制造企業的自動化、數字化和信息化基礎水平較低，智能化設備、機器等資源少，無法支持工業互聯網進行全面數據采集、傳輸和監控、分析和優化，也無法滿足企業轉型升級的需要。

針對工業互聯網促進制造企業高質量發展問題，不少學者開展了相關研究。李鵬飛（2016）[13]指出，推動網絡基礎設施建設，有助于解決我國工業網絡建設程度與企業智能化、數字化發展不平衡的問題。余曉暉等（2016）[14]提出，根據業務、實時性、傳輸方式等需求，建設高效、精細化的內外專用網絡。高柏和朱蘭（2020）[15]認為，企業內部的數字化設備既具有作為生產設備的職能，又有作為工業互聯網采集數據的基礎設施的重要職能，提出加大對工業互聯網和制造業中數字化設備的融資，打造制造業新競爭優勢。房建奇等（2019）[16]認為，全面數字化改造制造企業的生產線、設備、車間和工廠，打造智能制造生態系統，有利于優化生產工藝流程，降低成本能耗，提升制造業的生產效率。

分析發現，現有文獻主要從工業互聯網技術改善、企業基礎設施水平等方面研究工業互聯網與企業間的融合發展問題，從企業的自動化水平、生產運行設備綜合效能、產品遠程監測、能耗管理及優化的基礎設施配置水平出發研究工業互聯網促進企業提質增效的文獻較少。為此，本文在當前文獻基礎上，考慮應用工業互聯網時企業的基礎設施配置水平，研究工業互聯網對制造企業提質增效的關鍵影響因素，為加快制造企業數字化轉型升級，實現高質量發展提供借鑒。

2 研究設計

2.1 研究框架

在工業互聯網的應用背景下，生產制造活動涉及的生產系統、工業設備等基礎設施種類繁多且場景復雜，多種影響因素共同作用在生產過程中，影響著企業的產品質量、生產效率及經濟效益。為提升制造企業的效益，加速轉型升級，需要研究工業互聯網對制造企業提質增效的影響因素。

本文從工業互聯網對制造企業的應用層面出發，選取自動化水平、生產運行設備綜合效能、產品遠程監測、能耗管理及優化作為研究指標，考慮影響企業提質增效的因素。在制造企業生產制造過程中，以上4個指標與制造企業的基礎設施配置水平緊密相關，如設備配置資源占比及自動化、信息化水平程度，影響著企業提質增效的效果。不同的研究指標受到不同的影響因素影響。自動化水平指標中，是否配置信息化車間、企業的自動化生產線覆蓋率等因素影響生產過程；生產運行設備綜合效能指標中，是否配置智能傳感器、企業網絡建設程度等因素影響制造企業的生產效率；產品遠程監測指標中，監測的范圍、監測產品管理實現的功能等因素影響企業的監測效率；能耗管理優化指標中，能源監控物質種類、能源數據自動采集比例等因素影響企業的能源優化效果。

為綜合評價制造企業提質增效的效果，在上述的指標中選取相應的績效評價，分別反映工業互聯網對制造企業在生產過程中的經濟效益、生產效率提升、降能降耗的情況。各個績效評價值為制造企業使用工業互聯網后相對于使用工業互聯網前的增長比率。以企業的產值增長率、利潤增加率反映企業的經濟效益，評價企業的自動化水平；以產品合格率提高百分比、設備故障天數減少百分比、設備綜合效率提高百分比反映設備效能情況，評價生產運行設備綜合效能績效；以實際產品月均使用時間增加百分比、預測產品月均使用時間的準確度、故障發現所需時間降低率反映監測效率提升情況，評價產品遠程監測效率；以耗電量降低率反映降能降耗情況，評價能耗管理及優化。本文的研究框架如圖1所示。

圖1 企業提質增效影響因素研究

2.2 指標體系定義

研究影響企業提質增效的因素，在自動化水平中選取的因素有：生產制造過程中所需的信息化系統和產品工藝設計情況等，具體見表1。為方便研究，對績效評價指標值和影響因素中的比值數據按照具體情況分別劃分比例范圍，其中產值增長率a1、利潤收入增加率a2的取值分為4個區間范圍：[0，10%）； [10%，50%）； [50%，100%）；[100%，+∞）。

表1 自動化水平指標內容

續 表

生產運行設備綜合效能指標中，選取影響產品合格率、設備故障減少時間、綜合效能的影響因素如表2所示。根據數值情況，對應績效評價指標范圍，產品合格率b1劃分為：（-∞，0%]；（0%，5%]；（5%，10%]；（10%，20%]。 設備故障天數減少百分比b2劃分為：[0，20%）；[20%，40%）； [40%，60%）； [60%，100%）。 設備綜合效率提高百分比 b3劃分為：[0，20%）；[20%，30%）； [30%，40%）； [40%，50%）。

表2 生產運行設備綜合效能指標內容

產品遠程監測指標中影響監測效率與產品使用時間的因素選取具體見表3。其中績效評價指標范圍、故障發現所需時間降低率c1劃分為：[0，10%）； [10%，20%）； [20%，30%）； [30%，40%）；[40%，50%）。預測產品月均使用時間的準確度c2劃分為：（-∞，0%]；（0%，5%]；（5%，10%]；（10%，+∞]。實際產品月均使用時間增加百分比c3劃分為：（-∞，0%]；（0%，5%]；（5%，10%]；（10%，+∞]。

表3 產品遠程監測指標內容

能耗管理及優化指標中的能耗受企業的監控能源物質、污染源等因素的影響，具體見表4。其中績效評價指標取值范圍，耗電量降低率d1劃分為：（-∞，0%]；（0%，10%]；（10%，20%]；（20%，+∞]。

表4 能源管理及優化指標內容

2.3 樣本選擇與數據來源

本文以實地調研獲取的某市制造企業截至2020年的內部數據作為研究的數據來源，包含企業接觸工業互聯網前到應用工業互聯網后的數據?？紤]到企業的規模、行業分布，選取了包括計算機、器材制造業、電子設備制造業和通用設備制造業在內的12個行業的代表性制造企業作為本文的企業樣本。

2.4 網絡圖

網絡圖可以描述不同類別事物之間的相互關聯程度，其形狀如同網絡。在網絡圖中，若有直線連接的兩個事物，說明兩個事物具有一定的關聯程度，它們之間的連線越粗，表示事物之間的關聯程度越高，通過網絡圖將其關系具體化，更加直觀、明確。

本文運用SPSS Modeler軟件分析各個指標績效評價之間的關系得到網絡圖，通過分析網絡圖形，使得各個影響因素之間的關系一目了然，準確評估影響因素與企業提質增效的關聯程度，便于發現關系，分析關鍵因素。

3 研究結果與分析

3.1 自動化水平與產值增長率、利潤收入增加率的分析結果

研究自動化水平與產值增長率的關系，結果如圖2所示，計算機輔助材料定額制定、信息化工藝流程規劃對產值增長的影響較大，且兩者都屬于計算機輔助產品工藝規劃和工裝設計功能的具體內容，高占比的自動化生產設備也對產值增長影響較大。應用先進過程控制系統的生產線、應用信息化手段自動下達到數字化設備的生產調度指令占比、系統自動生產計劃排產的品種占比、自動生成配送計劃的物料比例與產值增長有一定的關聯程度。從這幾個主要影響因素占比情況來看，產值增長高時其相對占比也高。

圖2 自動化水平與產值增長率之間關系

研究自動化水平與利潤增加率之間的關系，結果如圖3所示，擁有計算機輔助材料定制和利用信息系統編制作業計劃的車間的企業，其利潤增加率相對較高。整體來看，與利潤增長有關聯的因素多為信息化、自動化的設備，且所占比例較高。

圖3 自動化水平與利潤增加率之間關系

綜合以上分析得出，計算機輔助生產、信息系統控制和自動化設備的高占比都有利于提高企業的經濟效益，說明制造企業在使用工業互聯網時使用計算機輔助生產規劃、配置信息化系統作業的車間、提高自動化基礎水平可幫助制造企業優化生產過程，加快由自動化向智能化、數字化轉型步伐。

3.2 生產運行設備綜合效能與產品合格率、設備故障減少天數、設備綜合效率的分析結果

研究生產運行設備綜合效能與產品合格率之間的關系，結果如圖4所示，制造企業在使用工業互聯網后的產品合格率集中在0～5%內，與其關聯較大的因素有：防火墻保護機制；實現數據采集、集成、分析、應用的功能；擁有自動化控制與感知控制硬件；擁有數據采集對象智能化控制；生產運行設備監控和量化覆蓋層級——班組；企業內網帶寬1TB～10TB。除這些因素外，產品合格率高于10%的影響因素還包含擁有智能傳感器；生產運行設備監控和量化覆蓋層級——工廠、車間。

圖4 生產運行設備綜合效能與產品合格率之間關系

研究生產運行設備綜合效能與設備故障減少天數之間的關系，結果如圖5所示，企業在使用工業互聯網后的故障減少天數占比集中在20%～40%，與其關聯程度較大的影響因素包括：防火墻保護機制；企業內網帶寬1TB～10TB；應用信息化手段進行設備管理實現的功能與層級——基本資料管理、固定資產管理；數據采集、集成、分析、應用；生產運行設備監控和量化覆蓋層級——工廠；自動化感知和控制硬件。與故障減少天數占比高于60%有一定關聯的影響因素包括：生產運行設備監控和量化覆蓋層級——班組、工段、車間；防火墻保護機制；企業內網帶寬1TB～10T。

圖5 生產運行設備綜合效能與設備故障天數減少之間關系

研究生產運行設備綜合效能和設備綜合效率提高百分比之間的關系，如圖6所示，在設備綜合效率提高0%～20%時，與之關聯程度大的因素包括：防火墻保護機制、內網帶寬1TB～10TB；聯網設備比例。在設備綜合效率提高30%～40%時，除以上因素外與之有關聯的因素有：自動控制與感知硬件。當設備綜合效率提高程度大于40%時，其影響較大的因素包括：生產運行設備監控和量化覆蓋層級——工廠；防火墻保護機制；數據采集、集成、分析、應用；數據采集對象智能化控制；企業內網帶寬1TB～10TB。

圖6 生產運行設備綜合效能與設備綜合效率之間關系

綜合以上分析，影響生產運行設備綜合效能的因素集中在擁有數據采集、集成、分析、應用的功能；應用數據采集對象智能化控制和智能傳感器；防火墻保護機制；內網帶寬；生產運行設備監控和量化覆蓋層級。其中，生產運行設備監控和量化覆蓋層級的范圍越大，產品合格率等績效的增長效果就相對明顯。在整體效能影響效率上，加強工業互聯網在數據采集及智能化控制處理方面的作用有利于提高企業的生產效率。在企業網絡搭建與安全方面，隨著制造企業底層數據量的增加，存在著大量數據擁塞堵塞、網絡延時，對網絡帶寬的要求也越來越高[17]，同時，工業互聯網是通過網絡實現機器間的交互，網絡安全防護必不可少。因此，為更好地為企業降低成本、提高生產效率，在生產運行設備綜合效能中，可以加強對智能化設備的投入與管理，擴大生產運行設備監控覆蓋范圍，注重企業網絡的建設，提高網絡基礎設施建設，加強網絡安全保護機制。

3.3 產品遠程監測效率與故障發現時間、預測準確度、產品使用時間增加比的分析結果

研究產品遠程監測效率指標與故障發現所需時間降低率之間的關系，結果如圖7所示，與故障發現所需時間降低率高于40%有較大關聯的影響因素有：質量管理的范圍——覆蓋生產過程；產品監測內容——產量數據、運行數據；售后質量管理監測的內容——質量問題統計分析；質量監測管理的內容——產品規范管理、工藝規范管理。

圖7 產品遠程監測效率與故障發現所需時間降低率之間關系

研究產品遠程監測效率指標與預測產品月均使用時間的準確度的關系，結果如圖8所示，預測產品時間使用準確度高于10%時，與其有較大關聯的影響因素有：實現自動采集的質量檢測的生產線數量、產品監測內容——運行數據、質量監測管理的范圍——覆蓋生產過程。而預測準確度為負時，與其關聯程度大的有產品監測內容中的產量數據，系統參數，運行數據。預測準確度在5%～10%間時，與其關聯程度大的有產品監測內容中的故障信號。

研究產品遠程監測效率指標與實際產品月均使用時間增加百分比之間的關系，結果如圖9所示，產品監測的內容中產品運行信號、運行數據與產品使用時間增加率關聯影響程度高。

圖9 產品遠程監測效率與實際產品月均使用時間之間關系

綜合以上分析，產品的監測內容、質量監測管理的功能實現和范圍對產品的監測效率有影響。為提高產品的使用時間及預測準確度，降低故障發現時間，提高整個產品生產線的運行效率，工業互聯網的監測對于生產環節十分重要，準確及時發現問題，將減少企業的成本。平臺將控制系統與信息系統互聯[18]，實現交互，可以增加產品產出與整體效益。結合影響因素分析，制造企業可以加大對產品監測的內容，擴大生產監測范圍，增加信息化系統的使用。

3.4 能耗管理及優化與耗電量降低率的分析結果

研究能耗管理及優化指標與耗電量降低率的關系，如圖10所示，與耗電量降低0～10%關聯程度較大的因素包括：監控能源介質種類——電力，環保管理的信息系統功能——環保監測考核，動態監測排放點。與耗電量降低10%～20%有一定關聯程度的影響因素包括：動態監測排放點；監控能源介質種類——電力；環保監測系統覆蓋的污染源——污水、廢渣（廢料）。與耗電量降低高于20%有關聯的影響因素有：環保管理的信息系統功能——環保監測考核、監控能源介質種類——生產水。

圖10 能耗管理及優化與耗電量降低率間關系

研究發現，企業在使用工業互聯網后，在電能源物質消耗方面有待加強，結合以上影響因素分析，企業可以加強對電力等能源物質的監控，擴大環保監測系統覆蓋范圍，同時，提高企業信息化水平，利用信息化系統進行動態監測與管理，降低制造企業的能耗，達到降能降耗、降本增效的目的，助力企業高質量發展。

4 相關建議

4.1 強化政府支持角色，研究跨界融合引導政策

從政府角度出發，要充分發揮財政資金的支持引導作用，為鼓勵制造企業應用工業互聯網，可以設立專項扶持資金，摸索建立多元化資金投入機制，加大對工業互聯網的資金投入。如制造企業在擁有成套自動化生產線、信息化智能車間、信息化監測維護系統等智能制造裝備方面較為薄弱，政府可以建立專項補助機制，在制造企業投資生產智能化設備時，按一定的補助標準給予補助；購買特定的智能化、信息化系統設備時，可以按照相應的比例由政府報銷等。從資金和政策上雙向鼓勵制造企業加大對智能化生產制造設備的投入。同時，政府部門建立健全企業公共服務體系，不斷提高制造企業創新資源的開放程度，大幅度增強制造企業的智能化、數字化轉型升級能力。

此外，通過研究制定促進跨界融合的引導政策[19]，推動更多企業應用工業互聯網。工業是當今實體經濟門類最多且涉及范圍最廣的產業，與各個產業都有一定的關聯[20]。由自動化向數字化、網絡化、智能化升級也是各個領域發展的必經之路。通過政府政策引導，加大對各類制造業創新中心、融合型產業聯盟[21]等平臺的投入，推動制造企業與高科技企業合作。

4.2 完善基礎設施建設，加強工業互聯網體系建設

從企業角度出發，在設備設施基礎投入方面，建設低延時、可靠性高、覆蓋范圍廣的工業互聯網[22]，開展企業數字化、智能化、信息化改造，加快推動智能傳感器、信息化控制系統、數據采集與監測系統等的研發和產業化，配置信息化車間，利用計算機輔助生產，全面提升設備設施信息化水平，打牢平臺發展基礎，從而優化生產，增加經濟效益。在網絡信息基礎建設方面，推進寬帶網絡提速降費改造，加快5G網絡部署。完善基礎信息化設施建設，加強防火墻等網絡安全保護機制。推動與工業互聯網的協同發展，滿足傳統制造企業開展創新業務的需求。強化設備、網絡和數據的安全保障能力，為企業高質量發展提供生產系統和商業系統的全方位保護。

強化與互聯網企業之間的密切合作關系，發揮互聯網企業在云計算、大數據、人工智能等方面的技術優勢，為制造企業實現設備間實時互聯共通，完善工業互聯網平臺建設等。突破數據采集、平臺管理以及平臺間互聯互通等 “卡脖子”技術，發揮重點科研院所與骨干企業的核心作用，建設一批能夠支撐企業數字化、智能化轉型的企業級工業互聯網平臺[23]，搭建跨行業、跨領域的國家級工業互聯網平臺。

4.3 打造平臺產業生態，加強國內外交流合作

從產業的角度出發，鼓勵制造企業和先進信息技術企業合作，通過整合各方資源，共同改進數據采集、優化生產設備、實時在線監測等效率效能，構建多產業協同發展生態，打破企業間各自為戰的模式，實現資源共享。鼓勵擁有技術優勢和市場競爭實力的制造企業通過并購等多元化方式聚集具有關鍵技術的企業，加強對工業互聯網平臺的基礎建設，打造具有競爭力的平臺產業生態。

積極引進國外先進的技術和理念，加強國際交流合作。在全球化背景下，實現信息技術和制造技術的深度融合，不僅能推動制造業資源和技術的協同發展，還將優化全球人才配置。學習和借鑒國外先進的發展理念，由制造產業鏈低端生產向智能化、信息化生產制造轉變，向世界生產出高附加值的產品，實現制造業轉型升級。在轉型升級過程中，不僅需要加快我國制造企業的發展，還應幫助具有競爭力的制造企業拓展海外市場。

5 結 語

本文得到研究結論如下：

（1）在自動化水平指標中，計算機輔助生產規劃、信息化系統車間影響經濟效益增長，制造企業在使用工業互聯網時通過計算機輔助、配置信息化系統有利于企業優化生產過程，實現由自動化向智能化、數字化轉型；（2）在生產運行綜合效率指標中，智能化設備、企業網絡的建設、網絡安全機制、是否實現數據采集、集成、分析的功能影響制造企業的生產效率，加強這方面投入有利于企業降低成本、提高生產效率；（3）在產品遠程監測效率指標中，產品監測內容、生產監測范圍、信息化系統使用影響企業產品使用時間，通過工業互聯網可降低故障發現時間、減少企業的成本，增加產品產出與整體效益；（4）在能耗管理及優化指標中，注重監控能源物質、動態監測排放點、信息化系統動態監測與管理可有效降低制造企業的能耗。

本文通過研究得到工業互聯網影響企業提質增效的因素，可為企業更大限度地激發工業互聯網中機器設備的潛在作用，幫助企業優化資源、降本增效、實現資源共享提供借鑒。另外，本文存在著一定的局限性，只選取了某市的代表性制造企業進行研究，獲得的數據具有局限性，因此在今后的研究中可以選擇更廣的數據樣本，開展更深層次的研究。