智慧供應鏈視角下零部件產業(yè)智能化升級模式研究

王 晉，顏浩龍 （湖南工業(yè)職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410208）

WANG Jin， YAN Haolong (Hunan Industry Polytechnic, Changsha 410208, China)

在當前紛繁復雜的國際形勢下，國際貿易中發(fā)達國家逐步加強對各行各業(yè)的關鍵技術進行封鎖，特別是對我國支柱產業(yè)的關鍵零部件進行技術封鎖，因此構建起具有國家自主知識產權的全產業(yè)鏈技術顯得尤為重要。當前我國已具備全球最完備的產業(yè)鏈，但是在各產業(yè)鏈上的關鍵零部件大多受制于發(fā)達國家，如何破除關鍵零部件的技術封鎖實現自主知識產權是我國《中國制造2025》戰(zhàn)略順利實現的關鍵。

據調研，目前國際上國家之間競爭的汽車產業(yè)、裝備制造業(yè)、信息技術等產業(yè)鏈上的全球前100 強零部件企業(yè)排行榜上，我國的企業(yè)數量極少，部分產業(yè)甚至還沒有。如何利用我國龐大的市場和世界上最完整的產業(yè)鏈的已有優(yōu)勢，在當今新一代信息產業(yè)高速發(fā)展的今天，通過融合云計算、大數據、人工智能、移動應用等新一代智能技術，實現我國零部件產業(yè)發(fā)展的彎道超車，重構我國零部件產業(yè)整體布局，控制關鍵產業(yè)的戰(zhàn)略技術點，具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 文獻綜述

近年來，隨著全球產業(yè)發(fā)展步入智能制造時代，許多專家學者開始對智能制造領域相關問題展開研究。國內專家周濟[1]（2015） 指出制造業(yè)數字化、網絡化、智能化是新一輪工業(yè)革命的核心技術，智能制造是中國制造2025 的主攻方向。陶飛、劉蔚然[2]（2018） 等研究了數字孿生的五維結構模型，提出了數字孿生驅動的6 條準則，并對數字孿生驅動的14 類應用設想與實施過程中的關鍵技術展開了研究。周濟、李培根[3](2018) 將智能制造的不斷發(fā)展歸納為數字化制造、數字化網絡化制造、數字化網絡化智能化制造（新一代智能制造） 三個基本范式，提出新一代智能制造是人工智能技術與先進制造技術的深度融合，貫穿于產品設計、制造、服務全生命周期的各個環(huán)節(jié)及相應系統(tǒng)的優(yōu)化集成，是新一輪工業(yè)革命的核心驅動力。周佳軍、姚錫凡[4]（2017） 對基于云計算、大數據、信息物理系統(tǒng)、物聯網等新一代信息技術的制造物聯、泛在制造、云制造、社會化企業(yè)、主動制造和智慧制造等幾種典型新興智能制造模式的產生背景、核心技術等方面進行了歸納總結，并對未來的發(fā)展趨勢做了展望。岳維松、程楠[5]（2017） 從生產柔性化、零部件模塊化、平臺資源化和產品智能化四個方面研究了海爾集團的離散型智能制造模式，并提出了支持生產線數字化改造、鼓勵平放性平臺建設、發(fā)展服務型制造和開展離散型智能制造四個方面的建議。任杉、張映鋒[6]（2018） 從產品生命周期的視角研究了基于大數據驅動的復雜產品智能制造服務新模式，詳細分析了制造與運維動態(tài)數據驅動的產品和服務設計、實時多源數據驅動的生產過程分析與優(yōu)化、面向服務的運維數據故障演化分析與預測等關鍵技術。劉宗巍、張保磊[7]（2019）研究了新技術條件下汽車產業(yè)智能制造C2B 模式，并對汽車產業(yè)C2B 模式與智能工廠相互交融、支撐所需要的軟硬件條件進行了分析。譚建榮、劉達新[8]在分析智能制造的內涵與關鍵技術的基礎上，并提出了從數字制造到智能制造的三大發(fā)展模式和具體技術途徑。Bo-hu LI 和Bao-cun HOU[9]（2017） 從人工智能技術與信息通信技術、制造技術及產品有關專業(yè)技術等融合的基礎上提出了智能制造新模式，以及智能制造系統(tǒng)體系架構和智能制造系統(tǒng)技術體系。唐堂、滕琳[10]對智能工廠方案與體系、數字孿生模型、制造執(zhí)行系統(tǒng)、智能制造執(zhí)行系統(tǒng)、全集成的系統(tǒng)概念、企業(yè)間價值網絡的橫向集成、全流程的端到端集成、網絡化的縱向垂直集成與網絡化制造進行了系統(tǒng)的研究。

綜上所述，國內外知名專家學者對我國智能制造進行了全面而系統(tǒng)的宏觀分析與研究，主要觀點集中在智能制造是我國制造業(yè)發(fā)展的必由之路，并對智能制造中的關鍵技術、智能化的路徑和智能制造模式進行了相應的研究。根據聯合國的分類標準完整的工業(yè)門類包括41 個大類、207 個中類和666 個小類，而我國正是世界上工業(yè)門類最完整的國家，因此，我國制造業(yè)智能化轉型升級涉及到的具體門類眾多，還有許多理論和實踐問題需要專家學者深入研究。

2 智慧供應鏈與新一代信息技術

隨著我國新一代信息技術的飛速發(fā)展，特別是以5G 技術為代表的部分ICT 技術處于世界先進水平，為我國新舊產業(yè)轉換注入了內生活力與動力源泉。移動互聯網、物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的發(fā)展，從縱向和橫向兩個維度對我國制造業(yè)轉型升級提供了內生動力。一方面，新一代信息技術從產品功能設計方面提供了更多的技術支持，對產品功能的升級提供了新的思路。另一方面，新一代信息技術對供應鏈管理水平起到了提檔升級的作用，特別是區(qū)塊鏈技術不能篡改的特點讓供應鏈中的信息流能保質傳遞，使得供應鏈上下游企業(yè)之間高度協同共享的可行性更高，新技術讓傳統(tǒng)的供應鏈升級為了智慧供應鏈，從產業(yè)鏈終端需求到產品、零部件、原材料的生產加工和研發(fā)設計全程都充滿了“智慧”，為供應鏈賦能。

智慧供應鏈準確地來講是智慧供應鏈管理，供應鏈自交易開始就存在，隨著科技的發(fā)展和社會的分工，供應鏈中的節(jié)點越來越多。隨著社會的發(fā)展，企業(yè)之間競爭的加劇，讓供應鏈管理的重要性顯得越來越突出，市場競爭由企業(yè)之間的競爭轉變?yōu)榱藘蓷l供應鏈之間的競爭，而供應鏈管理的水平是隨著物流、資金流、信息流的技術和水平而不斷提升的，很多先進的供應鏈管理理論在多年前就被專家學者提出來，但是在學者們提出來的時候并沒有馬上實施，主要是受限于物流、資金流和信息技術的水平，而是跟著物流和信息技術水平的提升而逐步實現和完善的，隨著互聯網、物朕網、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術的出現與發(fā)展，為當代供應鏈管理注入了智慧的屬性。融入了新一代信息技術的供應鏈管理，將具有怎樣的“智慧”，與傳統(tǒng)的供應鏈有什么區(qū)別。可以從以下幾個方面來了解：

（1） 物聯網技術的出現。物聯網技術讓每一個產品都有了唯一的IP，特別是RFID 技術的成熟和成本的下降，讓互聯網與產品全自動聯接起來，但是，受制于網絡傳輸速度問題，讓眾多在理論上可行的物聯網技術與方案并沒有應用于實際場景中，隨著5G 技術的到來，徹底解決了物聯網應用場景受網絡傳輸速度限制的困境，并進一步激發(fā)了物聯網技術的開發(fā)和應用。

（2） 5G 技術的應用。5G 技術的應用讓供應鏈上各個關鍵節(jié)點可以即時地獲取產品的所有信息，解決了供應鏈管理中各個環(huán)節(jié)信息滯后的問題，同時也解決了信息滯后引起的系列供應鏈管理問題，大大提升了服務水平。

（3） 大數據技術的應用。大數據技術的運用可以對供應鏈上的海量數據進行深入分析，從而精準地預測供應鏈上各個環(huán)節(jié)的市場需求，并以此為基礎提前完成訂貨，大大提高訂單滿足率和縮短產品供應鏈上的周期。并且可以從海量數據中找到新產品的研發(fā)方向。

（4） 云計算技術的應用。云計算技術的運用可以極大地降低企業(yè)的信息化成本，特別是解決了供應鏈上的中小企業(yè)信息化管理的問題，中小企業(yè)不需要花費大額支出配備信息技術產品，而只需要小額的費用就可以直接購買公有云的服務，為供應鏈上全鏈企業(yè)的信息化提供了可行的解決方案，能為整個產品供應鏈數據化網絡化水平大幅提高。

（5） 人工智能技術的應用。人工智能技術中的機器學習、語音識別和圖像識別等領域的不斷突破，使得計算機能根據給定的數據與場景不斷的自主學習，在某些給定的環(huán)節(jié)具有自主意識。將語音識別、圖像識別和機器學習等人工智能技術融入到供應鏈管理中，則可以賦予供應鏈“智慧”。

（6） 移動互聯技術的應用。移動互聯技術的發(fā)展，使得互聯網從電腦終端轉移到了手機等移動終端，移動互聯技術和移動終端功能的不斷提檔升級，使得萬物互聯得以成形，為供應鏈上各環(huán)節(jié)、各場景中數據的收發(fā)不受約束，如移動支付、移動定位、全程監(jiān)控等得以普及。

3 零部件產業(yè)智能化升級模式設計

我國是全球產業(yè)鏈最完整的國家，擁有全球最大的消費市場，如何運用移動互聯網、物聯網、云計算、大數據和人工智能等新一代信息技術來推動我國零部件產業(yè)實現智能化升級，是推動我國制造業(yè)新舊動能轉換的關鍵問題。結合我國的國情來看，零部件產業(yè)的智能化升級可以從以下方面進行思考，一是將新一代信息技術融入到零部件的研發(fā)設計中去，直接通過新技術將零部件的功能實現擴大和提升；二是運用新一代信息技術對零部件的生產過程實現智能化制造；三是運用新一代信息技術實現零部件產業(yè)供應鏈的智能化，縮短生產周期、降低庫存、提高供需對接的精準度、提高產能與生產效率。

3.1 零部件的智能化設計

零部件生產商融合新一代信息技術，在關鍵零部件的研發(fā)設計中融入智能控制芯片，并在芯片中融入關鍵數據采集與傳輸模塊，將關鍵零部件的實時數據通過移動互聯、5G 技術傳入到云計算技術服務器中，為大數據分析提供分析數據源，在大數據分析的基礎上運用人工智能技術進行深入分析，實時將分析結果反饋給零部件生產商，實現零部件對工況的自適應。

關鍵零部件工作數據的實時捕捉與傳輸是零部件制造企業(yè)實現智能化和服務化轉型的必備條件，只有通過對生產出來的零部件的工作數據進行實時捕捉與收集，并利用云計算和大數據技術對海量的零部件工作數據進行實時分析，根據零部件實時反饋的數據提前制訂維護方案，確保生產的正常運行，為零部件生產商轉型為生產服務型制造商提供條件。

關鍵零部件的智能化設計主要包括兩個方面，一是需要設計獲取零部件工作數據的傳感器，二是要根據捕捉的數據進行實時分析，并根據設定程序進行反饋，調整零部件的運行參數，實行零部件的智能化運行。

3.2 生產過程的智能化

運用工業(yè)互聯網、物聯網、移動互聯、5G 技術、大數據和人工智能技術，從協同共享的視角，通過搭建智慧供應鏈將零部件制造商、整機生產商、設備使用方三者的相關數據貫通起來，形成完整的大數據源，再運用大數據技術、人工智能技術、云計算技術來實現整機設備的智能化升級。實現工廠無人化、黑燈工廠。全部由智能控制系統(tǒng)控制完成，實現零部件工廠24 小時不間斷的無人化生產與管理，提高工作效率和生產能力，并降低生產成本和提高產品質量。

（1） 協同研發(fā)。零部件企業(yè)通過工業(yè)互聯網平臺實現協同研發(fā)，通過授權將研發(fā)相關的真實數據對共同研發(fā)的團隊成員開放，而且工業(yè)互聯網平臺上集成了各種工業(yè)軟件與控制系統(tǒng)，可隨時用于團隊成員進行相關的仿真實驗，基于工業(yè)互聯網平臺的大量工業(yè)App 等工業(yè)軟件將已有的各種相關工藝、技術等知識積累了下來，研發(fā)團隊可以基于工業(yè)互聯網平臺擁有完整的知識、技術、數據、實驗平臺等研發(fā)環(huán)境，而不用受研發(fā)人員工作地點的限制，讓協同研發(fā)真正意義上成為研發(fā)的主要途徑，而且可以讓有興趣的消費者參與部分環(huán)節(jié)的研發(fā)，既能充分挖掘人民大眾的智慧，又能實現與消費者的深度互動，把握市場的發(fā)展趨勢。

（2） 網絡化制造。當前我國各主要工業(yè)門類的零部件產業(yè)均處于規(guī)模小、技術含量低的狀況，要快速發(fā)展提升在全球零部件企業(yè)中的地位，需要充分借助新一代信息技術發(fā)展帶來的契機，零部件企業(yè)之間通過網絡化制造實現優(yōu)勢互補。零部件企業(yè)之間聯合起來進行網絡化制造，不僅能擴大零部件企業(yè)的生產能力和產品門類，更重要的是可以實現我國零部件產業(yè)生產資源的最優(yōu)配置，生產出最高水平的零部件產品，加快我國零部件產業(yè)發(fā)展速度，為我國零部件產業(yè)集中力量攻克關鍵零部件技術打好基礎。

（3） 智能物流。無人化、快速的智能物流為協同研發(fā)和網絡化制造創(chuàng)造了充分的前提條件，特別網絡化制造模式下，一個完整零部件產品的制造工廠可能分布在全國各地，要充分發(fā)揮網絡化制造的優(yōu)勢就必須要有快速、高效對接的智能物流體系提供支撐。通常情況下制造業(yè)是會形成產業(yè)集聚形態(tài)的，因為產業(yè)集聚可以大大縮短合作企業(yè)之間的物流時間與物流成本，因此網絡化制造要成為智能制造時代主要制造模式的一種，就必須要將物理距離產生的物流成本與時間成本控制在可以承受的范圍之內。物流時間與物流成本的控制主要在于各物流環(huán)節(jié)之間的高效銜接和物流節(jié)點內的高速運轉，以無人化、智能化為特征的智能物流能有效地解決這個問題，為制造業(yè)智能化發(fā)展構筑充分條件。

3.3 供應鏈智慧化

供應鏈管理主要是從供應源頭到終端消費之間高效對接的管理，在供應鏈管理中的物流、信息流、資金流起著至關重要的作用。云計算、大數據和人工智能技術的出現極大地提升了供應鏈上信息流的管理質量與效率，同時，云大物智移技術使得供應鏈上的物流速度、服務范圍和服務水平都有了極大的提升，移動支付技術的日益成熟使得供應鏈上的資金流變得實時暢通，進一步提高了供應鏈響應速度，并且能實現供應鏈全鏈條實時的監(jiān)控與定位，5G 技術能確保產品在供應鏈上任何一個節(jié)點都可以實現數據的實時傳遞。新一代信息技術的運用，賦予了供應鏈“智慧”，通過大數據和人工智能技術，可以對零部件產業(yè)現有供應鏈進行優(yōu)化，遴選出最優(yōu)的供應鏈上合作伙伴，并可以提前預測終端市場需求，進行精準生產，降低供應鏈上總庫存，并為產品的研發(fā)提供終端市場需求信息的變化，智慧供應鏈能高度實時預測市場需求，并根據需求調整供應鏈上企業(yè)的采購、生產和庫存計劃，縮短供應鏈響應時間、降低鏈上企業(yè)原材料庫存、提高供應鏈效率。

4 結 論

零部件產業(yè)是整機產業(yè)鏈的基本組成單元，特別是關鍵零部件產業(yè)技術更是決定產品產業(yè)鏈完整性和高度的重要支撐元素。在當前國際貿易摩擦不斷的情況下，擁有自主知識產權的高質量完整產業(yè)鏈成為一個國家競爭力的重要支撐，當前我國作為世界制造工廠，已具備了世界上最完備的產業(yè)鏈，但是部分關系到國家核心競爭力的智能制造、信息技術等產業(yè)鏈上的關鍵零部件技術還不完備，在國際競爭形勢越來越激烈的當代社會，建立國家自主完整知識產權的產業(yè)鏈具有極其重要的戰(zhàn)略意義，從智慧供應鏈的視角來探索零部件產業(yè)智能化的路徑具有重大的意義，只有突破了關鍵零部件的技術封鎖，才能真正意義上實現國家具有自主知識產權的完整產業(yè)鏈；只有具備了世界上最完備的工業(yè)體系才真正的成為國家的核心競爭力，才能在國家和民族發(fā)展上不受制于人，實現制造大國向制造強國的轉變。