首屆全國服務型制造應用技術技能大賽總體技術綜述

劉加勇，曹懷明，史 耀

（1.機械工業教育發展中心，北京 100055；2.重慶工程職業技術學院，重慶 402260）

1 引言

服務型制造是制造與服務融合發展的新型制造模式和產業形態，是先進制造業和現代服務業深度融合的主要方向，也是制造業轉型升級、增強核心競爭力和實現高質量發展的重要途徑。2016年，為深入實施《中國制造2025》，工業和信息化部、國家發展改革委和中國工程院發布了《發展服務型制造專項行動指南》[1]，同年，中國機械工業聯合會與工信部聯合集中宣貫了該指南[2]。2020年，工業和信息化部、國家發展改革委及教育部等十五部委印發了《關于進一步促進服務型制造發展的指導意見》，該意見對發展服務型制造進行了統籌規劃和頂層設計，提出了未來中國制造業的發展重點是努力推動“生產型制造”向“服務型制造”轉型升級的目標和要求[3]。2021年，我國國民經濟“十四五”發展規劃提出要“深入實施智能制造和綠色制造工程，發展服務型制造新模式，推動制造業高端化、智能化、綠色化”發展[4]。黨的二十大報告進一步強調，建設現代化產業體系，要推動現代服務業同先進制造業深度融合。

中國機械工業聯合會錨準服務型制造發展大勢，主動延伸機械工業服務鏈條，積極向人社部申請舉辦國家級一類賽事，把舉辦職業技能競賽作為推動行業人才培養工作的有力抓手和促進技能人才成長的重要平臺，同時，舉辦大賽涉及的新技術和工業應用，對行業企業轉型發展具有一定的指導意義，為企業創新生產模式和商業模式提供了典型應用場景。首屆全國服務型制造應用技術技能大賽（以下簡稱服務型制造大賽）于2023年4月在安徽阜陽圓滿落幕。

2 服務型制造內涵及典型應用模式

2.1 服務型制造定義

在國內，孫巖林最早提出服務型制造概念，他認為服務型制造更重視知識資本和人力資本的投入[5]。國內學者也對相關概念進行了大量研究，直到《發展服務型制造專項行動指南》對服務型制造的概念進行了明確定義，即服務型制造是制造與服務融合發展的新型產業形態，是制造業轉型升級的重要方向。制造業企業通過創新優化生產組織形式、運營管理方式和商業發展模式，不斷增加服務要素在投入和產出中的比重，從以加工組裝為主向“制造+服務”轉型，從單純出售產品向出售“產品+服務”轉變，有利于延伸和提升價值鏈，提高全要素生產率、產品附加值和市場占有率，這為中國服務型制造的發展提出了目標和藍圖。

2.2 服務型制造關鍵共性技術

服務型制造關鍵共性技術涉及多種技術的交叉融合，貫穿全產業鏈的各個環節，主要包括全流程、定制化的制造系統研發，分布式協同設計平臺研發，全產業鏈研發、設計、制造、銷售與服務協同平臺研發，數據共享與數據交易協同設計平臺研發，多參數綜合檢測，可靠性驗證方法等試驗檢測，產品生命周期動態可靠性設計平臺研發，產品全生命周期服務、診斷及維修功能數字化平臺研發，產業供應鏈智能優化，全流程供應鏈的資源管理系統研發等技術。

2.3 基于“微笑曲線”的服務型制造典型應用模式

20世紀80年代末，施振榮率先提出了“微笑曲線”理論，傳統的“微笑曲線”模型是一條中間低兩端高的笑臉狀曲線，描述了產業價值鏈不同環節附加價值不同的特點。“微笑曲線”兩端代表研發設計環節和營銷品牌環節，中間是加工制造環節，其中加工制造環節的附加值最低，兩端的研發設計和銷售品牌等服務環節則有更高的附加值[6-7]。

服務型制造本質上仍是一種制造模式，但其又區別于傳統的制造模式，其特點是跨界融合、協同發展多種產業、產品，最終實現對市場產品和服務需求的生產制造。發展服務型制造一是要向產業價值鏈兩端延伸和融合發展，二是在生產過程中投入越來越多的生產服務，三是生產銷售的產品是實物產品和服務產品的結合[8]，從而打破由傳統的產業分工和技術體系所定義的產業結構體系，是一種典型的“微笑曲線”理論模型案例。制造企業通過整合資源與能力，按照服務型制造特點，在全產業鏈開發新應用模式，為企業提質增效創造新的增長點。在產業鏈上游，企業可投入附加值較高的研發、設計和個性化定制等服務；在產業鏈下游，企業可通過多種媒介增加生產性金融、信息增值等服務，以增加企業產品在后市場的附加值；從全產業鏈看，企業可提供系統解決方案、供應鏈管理等服務。基于“微笑曲線”的服務型制造典型應用模式如圖1所示。

圖1 基于“微笑曲線”的服務型制造典型應用模式

3 服務型制造大賽技術方案設計

3.1 賽項設置和競賽任務

服務型制造大賽圍繞服務型制造本體技術和典型應用場景，設置五個賽項，大賽各賽項設置3～4個競賽任務，見表1。

表1 服務型制造大賽賽項名稱和競賽任務

3.2 賽項涉及技術和競賽平臺

服務型制造大賽各賽項涉及的技術見表2。

表2 服務型制造大賽各賽項涉及的技術

賽項一是計算機程序設計員（個性定制與設計服務）。本賽項聚焦個性化定制與工業設計服務兩類服務型制造方式，主要圍繞工業產品個性化訂單管理、產品交互設計、數字化工藝文件編制、柔性制造系統配置等典型工作場景，研發了個性化訂單管理系統、交互設計服務系統、虛擬仿真生產服務系統，搭建了“個性化定制與設計服務平臺”，其各功能模塊如圖2所示。本賽項基于客戶個性化定制和數字化設計需求，綜合運用表2所示的技術。針對客戶多批次、小批量、個性化等需求特性，以產品訂單信息為依據，完成個性定制產品的數字化設計，為客戶提供優化設計和驗證服務，然后編制產品生產數字化工藝文件、管理文件，最后提供出智能排產、柔性加工、可視化管理和場景搭建及品質保證整體解決方案。

圖2 個性化定制與設計服務平臺各功能模塊

賽項二是數字化管理師（協同制造網絡構建）。本賽項聚焦服務型制造領域中網絡協同制造關鍵技術和典型應用場景，基于工業數字技術、互聯網技術在實現協同制造中的融合賦能基本特征，搭建了由數據管理、自動供料、裝備檢測、智能分揀、AGV物流、智能倉儲和可視化系統等單元組成的“網絡化協同制造數字管理平臺”，如圖3所示。本賽項圍繞“以數字化為主線，以硬件為載體，體現軟件技術功效的服務型制造技術路徑，針對網絡化協同制造技術應用典型場景及其生產要素配置、生產組織和數字管理等特征，綜合運用表2所示技術，依序完成包含原材料供給方案、生產設備配置和協同路徑管理等生產要素在內的網絡協同制造場景規劃設計。

圖3 網絡化協同制造數字管理平臺

賽項三是物聯網安裝調試員（數字中臺與遠程運維服務）。本賽項聚焦服務型制造中工業互聯網在數字中臺與遠程運維等智能服務應用場景，圍繞工業互聯網設備裝調、工業設備數字孿生系統構建、工業互聯網邊緣端應用、數字中臺搭建與應用、數據上云與工業App應用、遠程運維服務與優化等典型工作，綜合運用表2所示技術，搭建了“數字中臺與遠程運維服務平臺”，同圖3所示。

基于服務型制造中工業互聯網在數字中臺與遠程運維等智能服務應用需求，針對工業現實場景，以生產執行系統為對象，通過應用互聯網關鍵設備，打通網絡數據流，實現設備數據的快速、精確采集與網絡通信；通過數字孿生等技術，實現現場設備與網絡的虛擬化和可視化；配置工業互聯網邊緣端應用裝置和軟件，實現智能加工過程的關鍵數據采集、監控、分析及優化，以及產場景數據的可視化顯示及動態分析，形成數字中臺，為決策等生產服務提供基礎數據，并實現在線檢測、故障預警與診斷等服務。

賽項四是服務機器人應用技術員（機器人智能服務）。本賽項面向制造業“智改數轉”和新技術賦能的新要求，以服務機器人為重要載體，選擇生產安全與環境監測、工業設備巡檢與處置、危險環境智能服務作業等服務場景，展現機器人環境感知、運動控制、人機交互和自主作業等方面的賦能技術應用和服務功能。本賽項研發了“機器人智能服務與應用系統”平臺，如圖4～5所示。本賽項以服務機器人、移動載運機器人（AGV平臺）和工業機器人等為載體，綜合應用表2所示技術。通過智能識別、運動控制、智能決策、人機交互和網絡監控等服務功能模塊的安裝調試，實現生產設備、工作環境、服務作業和運行管理等要素的有效聯接和協同運作。

圖4 職工組機器人智能服務與應用系統平臺

圖5 學生組機器人智能服務與應用系統平臺

賽項五是供應鏈管理師（產品檢測與客戶體驗服務）。本賽項基于服務型制造生產鏈、供應鏈有效協同規則，選取生產物流系統規劃、工業物流設備裝調與運維、智能制造系統調試、產品檢測與服務和物流數據管理與客戶體驗等智能工廠生產車間典型場景，運用表2所示技術，搭建了“工業智能物流與產品檢測服務平臺”，如圖6所示。針對企業智能化生產與效能管理需要、智能生產流程與客戶服務需求，以智能生產單元為載體，綜合運用表2所示技術。通過對智能制造流程、生產物流和客戶服務數據及關鍵指標的統計和分析，實現智能生產物流系統的穩定、可靠運行及全流程動態監控及優化。

圖6 工業智能物流與產品檢測服務平臺

4 服務型制造大賽技術邏輯

服務型制造大賽聚焦于裝備制造業智能工廠的生產性服務業，以智能制造為基礎，以智能制造平臺為支撐，以實現小批量、多批次、智能化和個性化生產為目標，各賽項之間，從技術和應用領域的角度存在一定的支撐、互補和遞進關系。

大賽各賽項遵循一條主線，全過程體現“制造+服務”理念。5個賽項的技術設計從“客戶個性化定制”開始，到“客戶體驗服務”結束，全過程體現“以客戶為中心、以服務為導向”，主要展現了“個性化定制服務”“工業設計服務”“協同制造”“遠程運維”“供應鏈管理”“檢驗檢測認證服務”等服務型制造典型模式。其中賽項一“計算機程序設計員（個性定制與設計服務）”立足“研發設計”環節，為客戶提供個性化定制服務，為生產制造前段提供工業設計服務；賽項二“數字化管理師（協同制造網絡構建）”立足“生產制造”環節，為生產制造過程直接服務，提供網絡協同制造、共享制造服務；賽項三“物聯網安裝調試員（數字中臺與遠程運維服務）”立足“生產制造”環節，為生產制造過程直接服務，提供數字中臺、遠程運維服務，重在數據處理、數據管理和遠程運維；賽項四“服務機器人應用技術員（機器人智能服務）”立足“生產制造”環節，以機器人為載體，為生產制造過程提供輔助智能服務，提供生產防護公共服務、工業設備巡檢及遠程監測服務和生產載運智能服務；賽項五“供應鏈管理師（產品檢測與客戶體驗服務）”立足“生產制造”和“銷售服務”環節，提供輔助服務，包括產品檢測認證、產品全生命周期管理、客戶體驗和供應鏈管理服務等。服務型制造大賽各賽項之間技術邏輯流程如圖7所示。

圖7 服務型制造大賽各賽項技術邏輯流程

5 結束語

服務型制造大賽是我國首次面向服務型制造領域舉辦的國家級一類職業技能大賽，是貫徹落實關于技能人才工作重要指示精神的具體舉措，大賽涉及的相關技術是助力先進制造業與現代服務業深度融合的重要技術力量。大賽的應用技術具有較強的前瞻性和引領性，但在相關技術的可靠性上還有待進一步提高，相關技術的工業級應用仍是一個需要持續研究的領域。