數(shù)字化工廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同創(chuàng)新模式探析

柴 虎， 李啟鋒， 代 濤， 郭 晗

（中煤新集利辛發(fā)電有限公司， 安徽 亳州 236000）

1 研究背景與意義

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮涌動(dòng)，傳統(tǒng)制造業(yè)正面臨著前所未有的變革機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在這一背景下，研究數(shù)字化工廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同創(chuàng)新模式具有重要意義。數(shù)字化工廠作為一種全新的生產(chǎn)范式，以數(shù)據(jù)為核心，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)流程可視化、柔性生產(chǎn)線等特點(diǎn)，深刻地改變了傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)方式和管理模式，對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低成本、優(yōu)化資源配置具有顯著影響。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則強(qiáng)調(diào)通過連接和集成各個(gè)環(huán)節(jié)的信息和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化、協(xié)同化，進(jìn)一步增強(qiáng)了制造業(yè)的創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 數(shù)字化工廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論

2.1 數(shù)字化工廠概念與特點(diǎn)

數(shù)字化工廠是一種通過以數(shù)據(jù)為核心、借助先進(jìn)信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)行全面升級(jí)的生產(chǎn)模式。其特點(diǎn)在于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與分析，通過廣泛分布在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的傳感器，實(shí)時(shí)采集大量數(shù)據(jù)，以優(yōu)化生產(chǎn)效率；生產(chǎn)流程可視化，將繁雜的生產(chǎn)過程以清晰的圖像呈現(xiàn)，提高生產(chǎn)過程的洞察力和操作準(zhǔn)確性[1]；柔性生產(chǎn)線，利用智能自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)靈活生產(chǎn)調(diào)整，降低交換不同產(chǎn)品生產(chǎn)線的時(shí)間和成本；數(shù)字化雙胞胎，將物理世界與數(shù)字模型融合，通過仿真測(cè)試預(yù)測(cè)生產(chǎn)問題并提前解決，減少調(diào)整成本和時(shí)間；以及智能預(yù)測(cè)與維護(hù)，通過歷史數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，制定有效維護(hù)計(jì)劃，延長(zhǎng)設(shè)備維修間隔時(shí)間，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。這些特點(diǎn)共同塑造了數(shù)字化工廠的新面貌，使其成為推動(dòng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力提升的關(guān)鍵引擎。

2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心概念與要素

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，一場(chǎng)在數(shù)字時(shí)代浩浩蕩蕩興起的革命，它遠(yuǎn)比簡(jiǎn)單的技術(shù)鏈接更具內(nèi)涵，是一個(gè)復(fù)雜的體系，貫穿了制造業(yè)的方方面面。在這個(gè)全新的范式下，幾個(gè)核心概念和要素融合共生，將制造業(yè)帶入了一個(gè)更加智能、協(xié)同和創(chuàng)新的時(shí)代。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基石是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將物理世界與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)相連接，創(chuàng)造出一個(gè)實(shí)時(shí)互動(dòng)的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)。各類傳感器、智能設(shè)備與生產(chǎn)線上的機(jī)械裝置相互交織，每個(gè)物件都成為一個(gè)信息節(jié)點(diǎn)[2]。這不僅意味著設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，更重要的是數(shù)據(jù)的源源不斷匯聚，為后續(xù)的分析和優(yōu)化提供了充足的資源。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將企業(yè)內(nèi)外的數(shù)據(jù)匯聚于一體，構(gòu)建起一個(gè)數(shù)據(jù)共享的生態(tài)圈。不同廠家、供應(yīng)商、甚至是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，通過共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)資源的共享和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。這種協(xié)同合作帶來的效果非同小可。據(jù)調(diào)查，通過數(shù)據(jù)的共享與整合，一些企業(yè)的供應(yīng)鏈成本降低了15%～30%[3]。

在數(shù)字化時(shí)代，數(shù)據(jù)的安全和隱私問題日益凸顯。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在搭建無縫連接的同時(shí)，也必須確保數(shù)據(jù)的安全性。各類安全技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，從網(wǎng)絡(luò)防護(hù)到數(shù)據(jù)加密，都是為了保護(hù)企業(yè)的核心利益。研究顯示，超過80%的企業(yè)認(rèn)為安全性是推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要因素。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是數(shù)據(jù)的堆砌，更重要的是數(shù)據(jù)的分析和利用。通過大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)更智能化的決策。例如，利用數(shù)據(jù)分析，某制造企業(yè)成功減少了不必要的庫(kù)存，降低了資金周轉(zhuǎn)成本。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能決策，正逐漸成為企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正催生著全新的創(chuàng)新生態(tài)。不同行業(yè)之間的合作越來越密切，技術(shù)、資源的交流互補(bǔ)成為常態(tài)。例如，某航空公司與能源企業(yè)的合作，通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)燃料的智能化管理，降低了燃料成本。這種跨界合作在數(shù)字化時(shí)代愈發(fā)強(qiáng)調(diào)共贏和資源優(yōu)化。

3 數(shù)字化工廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同創(chuàng)新模式：

3.1 數(shù)據(jù)共享與集成

數(shù)據(jù)共享與集成在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中扮演著關(guān)鍵的角色，它不僅僅是一個(gè)理論概念，更是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同和智能決策的重要基石。在數(shù)字化工廠中，數(shù)據(jù)從不同環(huán)節(jié)和設(shè)備中涌現(xiàn)而出，如何將這些數(shù)據(jù)有效地整合和共享，對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)流程、降低成本以及提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。

在數(shù)字化工廠中，生產(chǎn)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，從生產(chǎn)速度到設(shè)備溫度，都具有重要價(jià)值。通過實(shí)時(shí)共享這些數(shù)據(jù)，不同部門可以及時(shí)了解生產(chǎn)情況，從而更快地作出決策。例如，一家化工企業(yè)通過實(shí)時(shí)共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，能夠在生產(chǎn)過程中及時(shí)調(diào)整原材料的投入，以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化，從而提高了生產(chǎn)效率。

數(shù)據(jù)共享不僅限于企業(yè)內(nèi)部，也包括供應(yīng)鏈的信息。數(shù)字化工廠通過與供應(yīng)商共享訂單、庫(kù)存和交貨數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈信息的實(shí)時(shí)整合。這使得供應(yīng)鏈的協(xié)同變得更加高效。一項(xiàng)調(diào)查顯示，通過數(shù)字化供應(yīng)鏈管理，企業(yè)的交貨時(shí)間平均縮短了30%以上，同時(shí)減少了庫(kù)存成本。具體見表1。

表1 供應(yīng)鏈信息的整合前后的調(diào)查表

數(shù)據(jù)共享在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中催生了跨企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的新模式。不同企業(yè)可以共享技術(shù)、研發(fā)成果和市場(chǎng)信息，共同推動(dòng)新產(chǎn)品的開發(fā)。例如，一家汽車制造商與一家電池生產(chǎn)商合作，通過數(shù)據(jù)共享和協(xié)同創(chuàng)新，成功開發(fā)了一款性能更優(yōu)的電動(dòng)汽車。這種合作不僅節(jié)省了研發(fā)成本，還加速了新產(chǎn)品的上市。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過數(shù)據(jù)共享和集成，為企業(yè)提供了更強(qiáng)大的智能決策支持。借助大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，企業(yè)可以從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的信息，作為決策的依據(jù)。例如，一家鋼鐵企業(yè)通過數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化了生產(chǎn)調(diào)度，降低了能源消耗，節(jié)約了數(shù)百萬美元的成本。

3.2 跨界合作與創(chuàng)新生態(tài)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)催生了一個(gè)全新的合作與創(chuàng)新生態(tài)，將不同領(lǐng)域、不同企業(yè)融合為一個(gè)協(xié)同的整體，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的合作模式。這種跨界合作不僅僅是簡(jiǎn)單的資源整合，更是為創(chuàng)新打開了新的大門，極大地豐富了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。

技術(shù)跨界創(chuàng)新：在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下，不同領(lǐng)域的技術(shù)開始相互滲透和交融，創(chuàng)造出更多的可能性。例如，醫(yī)療器械制造商與軟件公司的合作，將醫(yī)療設(shè)備與人工智能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了更智能、高效的醫(yī)療服務(wù)。數(shù)據(jù)顯示，技術(shù)跨界創(chuàng)新不僅加速了產(chǎn)品的研發(fā)，還大幅提高了創(chuàng)新成功率。

資源共享與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)了企業(yè)之間資源的共享和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。不同企業(yè)可以共同利用生產(chǎn)設(shè)備、研發(fā)成果和市場(chǎng)渠道，減少了重復(fù)投資。例如，一家食品制造商與一家包裝公司合作，通過共享生產(chǎn)線和包裝設(shè)計(jì)，不僅提高了生產(chǎn)效率，還實(shí)現(xiàn)了品牌價(jià)值的共同提升。

智能制造聯(lián)盟的興起：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)催生了一系列智能制造聯(lián)盟，將企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和政府組織匯聚在一起，共同推動(dòng)制造業(yè)的創(chuàng)新。例如，某智能制造聯(lián)盟匯集了多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，共同研發(fā)智能制造技術(shù)，取得了一系列創(chuàng)新成果。這種聯(lián)盟模式不僅節(jié)省了研發(fā)成本，還促進(jìn)了行業(yè)整體的升級(jí)。

開放創(chuàng)新平臺(tái)的搭建：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為開放創(chuàng)新平臺(tái)的建立提供了契機(jī)。不同企業(yè)可以共同參與平臺(tái)，共享數(shù)據(jù)、技術(shù)和市場(chǎng)資源，推動(dòng)創(chuàng)新的發(fā)展。例如，一家工業(yè)機(jī)器人制造商創(chuàng)建了一個(gè)開放的創(chuàng)新平臺(tái)，吸引了多家企業(yè)參與，共同探索智能制造領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

3.3 智能制造與定制化生產(chǎn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的崛起引領(lǐng)了智能制造的浪潮，使生產(chǎn)過程更加智能化、高效化和靈活化。這種轉(zhuǎn)變不僅僅是機(jī)械自動(dòng)化的延伸，更是通過數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控等手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的個(gè)性化定制，深刻地改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式。

在智能制造中，生產(chǎn)調(diào)度不再是簡(jiǎn)單的時(shí)間和順序排列，而是基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的智能決策。通過數(shù)據(jù)分析，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行情況和訂單需求，優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃，提高生產(chǎn)效率。例如，一家電子制造企業(yè)引入智能制造后，生產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確度提高了26%，降低了生產(chǎn)成本。具體見表2。

表2 智能生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化效果

智能制造使定制化生產(chǎn)成為可能。通過數(shù)字化技術(shù)，企業(yè)可以根據(jù)客戶需求，靈活地調(diào)整生產(chǎn)線，生產(chǎn)出個(gè)性化的產(chǎn)品。一項(xiàng)調(diào)查顯示，超過70%的消費(fèi)者表示愿意為個(gè)性化產(chǎn)品支付額外費(fèi)用。一家鞋類制造商通過智能制造，實(shí)現(xiàn)了按需定制鞋子，不僅提高了客戶滿意度，還大幅增加了銷售額。

智能制造使企業(yè)能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，企業(yè)可以預(yù)測(cè)設(shè)備故障，提前進(jìn)行維護(hù)，降低停機(jī)時(shí)間。一項(xiàng)研究顯示，智能維護(hù)可以使設(shè)備的可用率提高10%以上，減少了生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語

數(shù)字化工廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同創(chuàng)新模式在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有重要作用。通過數(shù)據(jù)共享、跨界合作和智能制造，可以促進(jìn)企業(yè)的創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)力提升，為未來產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。