大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中國制造：如何實(shí)現(xiàn)軌道交通“互聯(lián)網(wǎng)+”

　　當(dāng)前，世界經(jīng)濟(jì)正處于深度調(diào)整之中，歐美等發(fā)達(dá)國家紛紛實(shí)施“再工業(yè)化”和“回歸制造業(yè)”的發(fā)展戰(zhàn)略，印度、巴西等新興技術(shù)體與我國在加工制造領(lǐng)域的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)力度持續(xù)加大，我國制造業(yè)面臨“前后夾擊”的雙重挑戰(zhàn)。從國內(nèi)來看，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處于增速換檔和結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，推進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略已勢(shì)在必行。

各國工業(yè)升級(jí)的理念對(duì)比

　　從去年德國提出的“工業(yè)4.0”、美國提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”到今年我國提出的“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”，諸多概念讓人難以辨別。其實(shí)，這四個(gè)概念雖外延上有所區(qū)別，但目標(biāo)和內(nèi)涵基本一致。工信部長苗圩曾這樣概括：如出一轍、異曲同工、殊途同歸。

工業(yè)4.0

　　最早出現(xiàn)在德國，由西門子等領(lǐng)先企業(yè)提出，包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變。寄希望以此定義第四次工業(yè)革命，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，通過智能工廠和智能生產(chǎn)保持本國制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，提高資源利用率。工業(yè)4.0的主體是CPS（信息物理系統(tǒng)，Cyber-Physical Systems），即生產(chǎn)對(duì)象直接或借助互聯(lián)網(wǎng)通過M2M（機(jī)器到機(jī)器）通訊自主實(shí)現(xiàn)信息交換、運(yùn)轉(zhuǎn)和相互操控，也就是通俗講的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備監(jiān)控等理念。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

　　2009年金融危機(jī)之后，美國政府很快意識(shí)到工業(yè)在國家經(jīng)濟(jì)中的重要性，是國家競(jìng)爭(zhēng)力的最重要的組成部分，于是出臺(tái)一系列國家計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)“再工業(yè)化”國家戰(zhàn)略。在此情況下，作為美國制造業(yè)的先鋒，美國GE公司率先提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念，希望通過生產(chǎn)設(shè)備與IT相融合，目標(biāo)是通過高性能設(shè)備、低成本傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)收集及分析技術(shù)等的組合，大幅提高現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的效率并創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)。

中國制造2025

　　全稱是《中國制造業(yè)發(fā)展綱要(2015～2025)》，又被稱為“中國版工業(yè)4.0規(guī)劃”，由中國政府在2015年初提出并通過國務(wù)院批準(zhǔn)。立足我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式實(shí)際需要，圍繞創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展、人才為本等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，選擇高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車等十大重點(diǎn)領(lǐng)域，將信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化、智能化制造作為今后發(fā)展主線，以未來十年為發(fā)展周期，目標(biāo)是驅(qū)動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)中國由制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)型。

“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”

　　“互聯(lián)網(wǎng)+”是當(dāng)前的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，是以互聯(lián)網(wǎng)的思維和技術(shù)改造甚至顛覆傳統(tǒng)行業(yè)，提高企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)能力。而“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”意味著“中國制造2025”將互聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)前信息化的核心，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，在制造環(huán)節(jié)將帶來顛覆性的創(chuàng)新和全新的生產(chǎn)方式。據(jù)估算，在未來20年中，中國“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”的發(fā)展方式至少可帶來3萬億美元左右的GDP增量。

特點(diǎn)與區(qū)別

　　上述不同國家提出的概念實(shí)際上源于各國工業(yè)不同的發(fā)展形態(tài)和階段，結(jié)合各自特點(diǎn)提出的發(fā)展思路。

　　德國采取的是“自下而上、以實(shí)加虛”的戰(zhàn)略，即從機(jī)電設(shè)備等德國最強(qiáng)的領(lǐng)域，向上延伸，增加信息化的成分，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與信息的融合，從而提升德國企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力，“確保德國制造的未來”。

　　美國采取的是典型的自上而下的戰(zhàn)略，即從自身擅長的互聯(lián)網(wǎng)及信息化平臺(tái)下延至生產(chǎn)優(yōu)化與設(shè)備改造，正與德國自下而上的方式是相反的，但都是充分發(fā)揮自己之長，借鑒對(duì)方之優(yōu)點(diǎn)，補(bǔ)己之短，戰(zhàn)略目標(biāo)都是確保“國家制造的未來”。

　　中國是制造大國但不是強(qiáng)國，工業(yè)基礎(chǔ)弱，不少產(chǎn)業(yè)仍處在工業(yè)2.0階段，如機(jī)器人、增材制造等核心技術(shù)還有待提高，技術(shù)路線和標(biāo)準(zhǔn)也有待制定統(tǒng)一。因此，《中國制造業(yè)發(fā)展綱要(2015～2025)》中的十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域是根據(jù)我國制造業(yè)現(xiàn)有情況和優(yōu)勢(shì)確定的，可以推動(dòng)我國急需的技術(shù)和領(lǐng)域發(fā)展，同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)應(yīng)用在中國已經(jīng)具備良好的基礎(chǔ)，以“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”為結(jié)合點(diǎn)可以帶動(dòng)中國制造的全面升級(jí)和未來的競(jìng)爭(zhēng)力。

“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”的要素、技術(shù)框架、實(shí)施路線和投資規(guī)模

　　不論是工業(yè)4.0還是“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”，都是圍繞工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)與制造、市場(chǎng)銷售及運(yùn)營維護(hù)等環(huán)節(jié)，以大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、服務(wù)為核心驅(qū)動(dòng)的新技術(shù)與不同業(yè)務(wù)跨界深度融合，從而產(chǎn)生管理創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新。

技術(shù)和業(yè)務(wù)要素

　　其中，新技術(shù)主要包括：物聯(lián)網(wǎng)、3D打印、智能設(shè)備、傳感器、過程協(xié)同、云平臺(tái)、虛擬化、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。而管理創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新主要包括：精益運(yùn)營、工廠到個(gè)人、智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流、電子商務(wù)、精準(zhǔn)營銷。

　　下圖列出了主要的新技術(shù)和業(yè)務(wù)要素以及他們的分類：

圖1  互聯(lián)網(wǎng)+下的各種新技術(shù)和業(yè)務(wù)要素以及分類

技術(shù)框架

　　為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)和業(yè)務(wù)要素，核心是建立廠內(nèi)的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，并以云計(jì)算的設(shè)計(jì)思想和基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）以及軟件即服務(wù)（SaaS）三個(gè)層次的架構(gòu)搭建整個(gè)信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)靈活、高可用和資源整合。下圖是一個(gè)信息化技術(shù)框架的簡要示意圖，供讀者參考：

圖2 信息化技術(shù)框架示意圖

實(shí)施路線

　　如此龐雜的軟硬件及服務(wù)一體化系統(tǒng)顯然不是一蹴而就的，建議按如下步驟實(shí)施：

　　·創(chuàng)新業(yè)務(wù)方向，制定總體規(guī)劃，做好頂層設(shè)計(jì)；

　　·無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，增加接入設(shè)備，形成自動(dòng)控制；

　　·建立數(shù)據(jù)中心，搭云管理平臺(tái)，提供資源保障；

　　·數(shù)據(jù)資源共享，各項(xiàng)應(yīng)用集成，海量數(shù)據(jù)分析；

　　·優(yōu)化生產(chǎn)過程，智能柔性制造，個(gè)性客戶定制；

　　·增加產(chǎn)業(yè)協(xié)同，打通上游下游，創(chuàng)新商業(yè)服務(wù)。

　　通過以上六步，可以覆蓋從業(yè)務(wù)到管理的各個(gè)層面，形成完整的“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”新體系。當(dāng)然，步驟之間可能有迭代，系統(tǒng)之間不會(huì)是完全分離解耦的，總會(huì)有互相影響的，應(yīng)靈活機(jī)動(dòng)，不應(yīng)墨守成規(guī)。

投資規(guī)模

　　世界工業(yè)強(qiáng)國與眾科技巨頭在制造業(yè)尤其是數(shù)字化制造技術(shù)發(fā)展中的投入可謂空前。德國政府提供2億歐元資金利用公共研究機(jī)構(gòu)幫助企業(yè)進(jìn)行工業(yè)4.0新技術(shù)的研發(fā)；美國政府僅在2013年就撥款超過22億美元支持全美制造業(yè)的發(fā)展；包括通用電氣、AT&T、思科、英特爾和IBM在內(nèi)的多家科技巨頭在2014年成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，為企業(yè)和高校研究人員創(chuàng)建互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)提供架構(gòu)支持。

　　全球數(shù)字化智能制造市場(chǎng)充滿了機(jī)遇，根據(jù)CIMdata的預(yù)測(cè)，目前全球數(shù)字化制造每年有超過5億美金的市場(chǎng)容量，其中中國地區(qū)持續(xù)保持強(qiáng)勁增長，遠(yuǎn)高于日本、印度、美國等國家，中國制造企業(yè)對(duì)數(shù)字化制造技術(shù)需求強(qiáng)烈，近年來，越來越多的中國企業(yè)開始進(jìn)行數(shù)字化制造解決方案的布局。

　　我國對(duì)數(shù)字化工廠的投資建設(shè)仍處于初步探索階段，各大型制造行業(yè)已陸續(xù)建成標(biāo)桿型的數(shù)字化工廠，考慮各行業(yè)的不同特點(diǎn)，投資規(guī)模都在億級(jí)甚至十億級(jí)以上。以下列舉幾個(gè)國內(nèi)數(shù)字化工廠的投資建設(shè)實(shí)例，供讀者參考：

　　長春奧迪總裝車間。2009年，投資10億人民幣的“全數(shù)字化”新奧迪總裝車間在長春正式建成投產(chǎn)，車間占地81610平方米，是國內(nèi)首個(gè)汽車制造業(yè)全數(shù)字化工廠。新奧迪總裝車間采用了大量與德國同步的計(jì)算機(jī)技術(shù)，生產(chǎn)全線使用了數(shù)字化控制和管理，具有更高的生產(chǎn)精度和生產(chǎn)效率，并真正實(shí)現(xiàn)了100%的柔性化生產(chǎn)。

　　歐曼重卡。歐曼GTL數(shù)字化工廠是中國第一座實(shí)現(xiàn)世界標(biāo)準(zhǔn)制造水準(zhǔn)的重卡全球樣板工廠，項(xiàng)目投資26億元，年產(chǎn)能達(dá)到20萬臺(tái)，主線自動(dòng)化率達(dá)到60%，平均每4分鐘生產(chǎn)一臺(tái)重卡，與傳統(tǒng)工廠相比全面提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。

　　五洋紡機(jī)。2015年，五洋紡機(jī)與南京理工大學(xué)合作開發(fā)數(shù)字化工廠項(xiàng)目，總投資1.5億，建成后將成為業(yè)內(nèi)首個(gè)數(shù)字化工廠，該工廠占地35000平方米，按照德國工業(yè)4.0要求規(guī)劃布局，五洋紡機(jī)將采購世界一流的生產(chǎn)裝備，將徹底改變傳統(tǒng)車間“一人一機(jī)”的生產(chǎn)模式。

軌道交通行業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”方向探討

　　中國南北車的合并是在全球競(jìng)爭(zhēng)格局下的中國軌道交通裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇，通過中國軌道交通裝備產(chǎn)業(yè)的合并重組，有利于讓我國高端裝備制造業(yè)提高價(jià)值鏈、增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新鏈，打造中國高端產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，服務(wù)中國制造2025。對(duì)于軌道交通行業(yè)，隨著南車和北車合并成為一家中車股份公司，資源整合勢(shì)在必行，借此機(jī)會(huì)用“互聯(lián)網(wǎng)+”的思路升級(jí)創(chuàng)新正當(dāng)其時(shí)，是絕好的機(jī)遇。

　　如果將“互聯(lián)網(wǎng)+”的思路與中車股份所屬的實(shí)體制造企業(yè)（如機(jī)車車輛制造廠）在建設(shè)定位、生產(chǎn)制造、運(yùn)營維護(hù)三個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行結(jié)合打造智能工廠，應(yīng)當(dāng)能產(chǎn)生如下四個(gè)方面的創(chuàng)新：

建設(shè)定位

　　傳統(tǒng)自動(dòng)化一般是在規(guī)范的環(huán)境下做重復(fù)性的工作。當(dāng)外部環(huán)境或工作任務(wù)發(fā)生變化時(shí)，可能需要對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行人工干預(yù)、設(shè)定甚至改造，可見傳統(tǒng)自動(dòng)化的柔性較小。而智能化就是用來解決這個(gè)矛盾的，讓機(jī)器智能地完成運(yùn)輸、機(jī)器切換與診斷、調(diào)度等工作，由系統(tǒng)智能地設(shè)定自動(dòng)化系統(tǒng)的工作方式。也就是說“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”不僅涉及生產(chǎn)過程，還涉及研發(fā)、服務(wù)、采購、銷售等諸多環(huán)節(jié)的智能化改造。要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的集成，首先需要明確工廠的建設(shè)定位并制定智能改造的范圍。以某機(jī)車車輛企業(yè)為例，對(duì)其現(xiàn)有業(yè)務(wù)分廠及主要指標(biāo)進(jìn)行如下分析：

表1 某機(jī)車車輛企業(yè)現(xiàn)有業(yè)務(wù)分廠及主要指標(biāo)分析

　　以轉(zhuǎn)向架為試點(diǎn)，開展自動(dòng)化產(chǎn)線建設(shè)、物流智能配送、在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用，完成數(shù)控設(shè)備改造、工藝裝備改造，通過現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)化設(shè)備集成等。涉及設(shè)備98臺(tái)，其中改造設(shè)備53臺(tái)。

表2 以轉(zhuǎn)向架為試點(diǎn)的改造清單

　　另外，通過云計(jì)算虛擬桌面和分布式任務(wù)管理技術(shù)，可以在組裝廠云數(shù)據(jù)中心為各外協(xié)廠設(shè)計(jì)人員提供安全的設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)，各廠設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和即時(shí)仿真，既加快了設(shè)計(jì)速度、提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，還避免了重復(fù)投資和知識(shí)產(chǎn)權(quán)泄露。

智能生產(chǎn)

　　智能化工廠以MES為核心，對(duì)工廠內(nèi)的制造資源、計(jì)劃、流程等進(jìn)行管控。智能制造與產(chǎn)品設(shè)計(jì)層又緊密關(guān)聯(lián)，是設(shè)計(jì)意圖的物化環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)集成，可以從以下7個(gè)方面著手，打造適合企業(yè)自己的智能工廠：智能計(jì)劃排產(chǎn)、智能生產(chǎn)協(xié)同、智能工業(yè)機(jī)器人、智能產(chǎn)品追溯、智能的設(shè)備互聯(lián)互通、智能資源管理以及智能決策支持（基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，形成管理的閉環(huán)），通過實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，形成制造決策、執(zhí)行和控制等信息流的閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)可視化、個(gè)性化、智能化的高效生產(chǎn)模式。智能化工廠典型應(yīng)用場(chǎng)景如下圖：

圖3 智能化工廠典型應(yīng)用場(chǎng)景圖

　　未來，還可以通過價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息資源整合，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上各企業(yè)間的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈管理、服務(wù)等方面的無縫合作和綜合集成，為龍頭企業(yè)建設(shè)智能工廠發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉稁?dòng)效應(yīng)提供了基礎(chǔ)。

智能運(yùn)維

　　通過大數(shù)據(jù)的方法，建立數(shù)據(jù)倉庫，對(duì)銷售出去的機(jī)車車輛和零部件結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行地的自然環(huán)境、天氣及氣候原因進(jìn)行智能分析判斷和可視化展示，預(yù)測(cè)機(jī)車車輛及零部件損壞情況，及時(shí)調(diào)整維修計(jì)劃，變被動(dòng)運(yùn)維為主動(dòng)運(yùn)維，既幫助用戶減少故障率，提高安全運(yùn)行指標(biāo)，又減少了運(yùn)維損耗，通過合理備件和檢修，降低了運(yùn)維成本。下圖為某機(jī)車車輛企業(yè)對(duì)整車及關(guān)鍵零部件進(jìn)行全生命周期動(dòng)態(tài)管理圖示。

圖4 某機(jī)車車輛企業(yè)對(duì)整車及關(guān)鍵零部件進(jìn)行全生命周期動(dòng)態(tài)管理圖

　　綜上所述，“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”的主旨是在利用新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立起人、物、設(shè)備之間的超級(jí)互聯(lián)通道，打通產(chǎn)業(yè)鏈上下游從產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流到服務(wù)的全信息流管理，實(shí)現(xiàn)全部環(huán)節(jié)的無縫銜接和信息集成，然后圍繞采集到的大數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和優(yōu)化，進(jìn)而產(chǎn)生新的商業(yè)模式。對(duì)于鐵路、城鐵、高鐵等軌道交通廠家來說，“互聯(lián)網(wǎng)+”設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和運(yùn)維，可以激發(fā)出無限創(chuàng)新的可能，認(rèn)準(zhǔn)方向，立即行動(dòng)，中國制造2025將不再遙遠(yuǎn)。

作者 宋冠蕾 中國南車股份有限公司戰(zhàn)略和發(fā)展部

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