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摘要:現(xiàn)介紹了消費品工業(yè)開展智能制造實踐的必要性,闡述了消費品工業(yè)開展智能制造的基礎情況,在此基礎上分析與探討了消費品工業(yè)智能制造發(fā)展面臨的主要問題,最后給出了消費品工業(yè)實施智能制造的路徑和方向。
關鍵詞:智能制造;消費品工業(yè);能力成熟度;標準體系;應用場景
消費品工業(yè)是我國重要民生產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),涵蓋了輕工、紡織、食品、醫(yī)藥等工業(yè)門類,工業(yè)增加值占我國GDP的比重超過10%,在國民經(jīng)濟中具有十分重要的地位。研究表明,作為我國重要民生產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),消費品工業(yè)已發(fā)展成為實踐智能制造的重要領域,但消費品工業(yè)企業(yè)的智能制造能力成熟度偏低、各行業(yè)智能制造發(fā)展不均衡、智能制造標準體系不健全等問題制約著消費品工業(yè)智能化轉型。因此需要通過能力要素提升、相關標準供給、應用場景培育等多種手段來夯實消費品工業(yè)最直接、最有效的智能制造發(fā)展路徑。
1.1 發(fā)展智能制造是消費品工業(yè)企業(yè)內部全價值鏈數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型的現(xiàn)實需要
當前,制造業(yè)企業(yè)內部價值鏈在加速重構,勞動力成本的重要性下降,生產(chǎn)效率和基礎設施等因素變得越發(fā)重要。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化是新一輪工業(yè)革命的核心技術,應該作為制造強國戰(zhàn)略的制高點、突破口和主攻方向[2]。隨著我國5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新基建的快速布局和實踐應用,各行業(yè)將更加注重企業(yè)內部全價值鏈數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化改造。消費品工業(yè)在消費升級驅動和新基建發(fā)展紅利的雙重因素作用下將加速企業(yè)內部全價值鏈的系統(tǒng)改造。研發(fā)、生產(chǎn)、物流等關鍵業(yè)務不再是單一個體,各個環(huán)節(jié)可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通,數(shù)據(jù)可以在同一系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)跨業(yè)務領域的交互共享。智能機器人將作為重要的智能制造終端加速普及應用,人工智能、機器視覺等新一代信息技術將在研發(fā)、質量在線檢測等應用領域快速部署。
1.2 發(fā)展智能制造是消費品工業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈自主可控、安全可靠發(fā)展的堅實保障
進入“十四五”時期,消費品工業(yè)高質量發(fā)展的內外部環(huán)境更加復雜,既有“雙循環(huán)”戰(zhàn)略深入推進、消費升級趨勢加速、數(shù)字技術加快滲透等有利因素,也面臨產(chǎn)業(yè)鏈和供應鏈深度調整、國際貿(mào)易環(huán)境持續(xù)惡化等挑戰(zhàn)[3]。新冠肺炎疫情等突發(fā)公共衛(wèi)生事件、俄烏戰(zhàn)爭等地區(qū)沖突、中美大國博弈等不穩(wěn)定因素,造成全球分布的產(chǎn)業(yè)鏈因空間距離長、環(huán)節(jié)多而造成的脆弱性被暴露并放大,經(jīng)濟全球化的退潮正在改變全球產(chǎn)業(yè)鏈的空間布局,產(chǎn)業(yè)鏈多元化、區(qū)域化和本地化發(fā)展趨勢明顯。消費品工業(yè)行業(yè)門類多、產(chǎn)業(yè)鏈條長、市場化程度高、對外依存度高,在全球產(chǎn)業(yè)鏈重構和構建新發(fā)展格局中,其產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展將更注重自主可控,安全可靠,以保障民生產(chǎn)品有效、穩(wěn)定供給。智能制造廣鏈接、可視化、智能化的特點使其能夠實現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈和可替代產(chǎn)業(yè)鏈更大范圍的精準閉環(huán)管理,產(chǎn)業(yè)鏈中所有利益相關方可共建形成智能產(chǎn)業(yè)鏈合作平臺,產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定性、安全性更加可控。同時智能制造少人化和精準管控的特點將彌補行業(yè)人力成本紅利減弱的不足,降低產(chǎn)業(yè)外流風險,進一步提升對產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)的控制力。
1.3 發(fā)展智能制造是消費品工業(yè)實現(xiàn)綠色低碳和降本增效“雙贏”的重要手段
近些年,實現(xiàn)綠色低碳轉型發(fā)展已在各行業(yè)形成共識,并在加速推進,2021年9月《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》印發(fā)實施,明確了綠色低碳發(fā)展的總體要求和行動目標,將進一步推進各行業(yè)明確綠色低碳發(fā)展的路線圖和時間表。這對企業(yè)來說是挑戰(zhàn)也是倒逼其轉型升級的重要機遇。在我國致力于碳中和的戰(zhàn)略背景下,智能制造的發(fā)展是我國實現(xiàn)碳中和的關鍵,也是我國從制造大國走向制造強國的重要一步[4]。目前在消費品工業(yè)領域中,食品、家電、塑料、皮革、造紙、家具、電池、陶瓷、五金、制鞋、日化、油墨、文體、日用玻璃、輕工裝備等領域的環(huán)境敏感型企業(yè)有降污減排、清潔改造的緊迫感,同時減碳降耗也是現(xiàn)階段各行業(yè)綠色低碳發(fā)展的現(xiàn)實需求,而智能制造能為消費品行業(yè)綠色低碳發(fā)展提供可行的解決方案。消費品工業(yè)企業(yè)通過加速布局實施智能制造,智能管控能源資源利用與污染物排放,可以達成節(jié)能和減排各項任務和指標,實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益共贏。
1.4 發(fā)展智能制造是消費品工業(yè)個性化定制等新模式的催化劑
隨著消費加快升級,多樣化、個性化需求不斷增長,以用戶需求為導向的設計、生產(chǎn)服務方式,即個性化定制模式將愈發(fā)得到消費品行業(yè)的重視。個性化定制是智能制造的典型應用場景,在消費品行業(yè)有成功的應用實例和廣泛的應用意愿。GB/T 40814-2021《智能制造個性化定制能力成熟度模型》標準的發(fā)布實施,有力保障了消費工業(yè)實踐個性化定制運營模式。
大規(guī)模個性化定制模式帶動了工業(yè)變革,形成了工業(yè)新生態(tài),給企業(yè)帶來高份額、高利潤和高效率,解決行業(yè)全價值鏈的提升,同時支持國家供給側改革[5]。輕工行業(yè)尤為明顯,如家電、家具、皮革等行業(yè)企業(yè)積極探索實踐從大規(guī)模制造向以顧客需求為中心的個性化定制生產(chǎn)運營模式轉型,滿足消費者個性化、定制化需求,以期贏得新競爭優(yōu)勢。隨著產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展,消費品工業(yè)將更加注重消費、生產(chǎn)、物流、售后等環(huán)節(jié)海量數(shù)據(jù)的收集分析,通過大數(shù)據(jù)分析等智能制造使能技術提升滿足顧客需求的新產(chǎn)品個性化定制的效率和成功率。
2 消費品工業(yè)發(fā)展智能制造的基礎條件
2.1 消費品工業(yè)智能制造標準化體系建設和應用實踐有序開展
“十三五”期間,我國發(fā)布了285項智能制造國家標準,主導制定47項國際標準,進一步夯實了智能制造基礎共性標準和關鍵技術標準體系,我國進入全球智能制造標準體系建設先進行列。輕工消費品行業(yè)積極開展智能制造標準體系建設研究,如家電領域布局智能制造標準化建設起步較早,早在2016年就發(fā)布中國首個家電行業(yè)智能制造標準框架體系,以覆蓋全架構、全周期、全業(yè)態(tài)的智能制造模式和標準體系。
同時,自2016年以來,工業(yè)和信息化部等部門組織開展智能制造綜合標準化項目評選工作,消費品工業(yè)領域呈現(xiàn)各具特色的應用實踐方向。如輕工行業(yè)主要涉及家電行業(yè)互聯(lián)互通、信息集成,以及個性化定制等標準化應用研究。這些項目有力推動了相應領域智能制造標準化應用實踐和落地。紡織行業(yè)主要涉及裝備互聯(lián)互通、數(shù)字化車間通用模型、大規(guī)模個性化定制等標準化應用研究。
2.2 消費品工業(yè)智能制造試點示范帶動重點行業(yè)優(yōu)先發(fā)展
截至目前,在工業(yè)和信息化部組織實施的智能制造試點示范專項行動中,消費品工業(yè)領域智能制造試點示范項目已覆蓋輕工、食品、紡織、醫(yī)藥等各個消費品行業(yè),如圖1所示。智能制造試點示范項目在縮短研發(fā)周期、提升生產(chǎn)效率、降低運營成本等方面取得良好的效果。如在家電行業(yè),海爾、美的、老板電器等試點示范項目基本上實現(xiàn)了生產(chǎn)的標準化、模塊化和定制化,可實時、同步響應全球用戶需求;小天鵝公司探索大規(guī)模定制新模式,實現(xiàn)產(chǎn)品柔性化配置、生產(chǎn)敏捷響應,洗衣機新品研發(fā)周期縮短27%,產(chǎn)品不良率下降21%。在家具行業(yè),美克家居、維尚家具、大信廚房等試點示范項目圍繞滿足客戶個性化需求,打造了自動化、批量化和定制化的新型模式。在乳制品行業(yè),伊利集團、蒙牛集團等試點示范項目基本實現(xiàn)了從原料到設備的全過程食品安全追蹤,增強了質量控制和安全保障能力。在白酒行業(yè),勁牌公司、迎駕貢酒、衡水老白干等試點示范項目通過信息技術對傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化,較好地解決了傳統(tǒng)釀酒方法高能耗、高污染問題,使傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)步入了綠色發(fā)展的軌道。在紡織服裝行業(yè),紅領集團、報喜鳥服飾等試點示范項目比較成功地運用“互聯(lián)網(wǎng)+人體數(shù)字庫”,實現(xiàn)了終端消費者與制造商平臺互動,促進了大規(guī)模個性化定制和協(xié)同網(wǎng)絡制造。新鳳鳴公司通過打造化纖生產(chǎn)數(shù)字化、智能化平臺,部署互聯(lián)網(wǎng)+研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等10大應用,實現(xiàn)業(yè)務鏈、數(shù)據(jù)鏈、決策鏈一體化運營。在醫(yī)藥行業(yè),康緣藥業(yè)、天士力集團、麗珠集團等試點示范項目基本實現(xiàn)了中藥復雜體系生產(chǎn)過程的信息化、數(shù)字化和智能化,提升了中藥質量穩(wěn)定性。
通過深入實施智能制造,海爾、美的、青島啤酒等多家企業(yè)重點工廠成為智能制造成功實踐者和引領者,得到世界的充分肯定和認可,入選為全球“燈塔工廠”。如青島啤酒通過部署智能化數(shù)字技術,滿足消費者個性化、差異化和多樣化需求,將客戶訂單的交付時間和新產(chǎn)品開發(fā)時間降低了50%,定制化啤酒的份額和營收分別增加了33%和14%。
2.3 消費品工業(yè)智能制造系統(tǒng)解決方案供應商隊伍不斷壯大
智能制造系統(tǒng)解決方案供應商是支撐行業(yè)實施智能制造重要技術保障力量。在工業(yè)和信息化部智能制造專項工作支持下,積極培育了一批智能制造系統(tǒng)解決方案供應商,“十三五”期間共評選出112家系統(tǒng)解決方案供應商,包括數(shù)字化車間、智能工廠、協(xié)同制造等多個領域。其中重點服務于消費品工業(yè)共23家,占比22%,涉及輕工業(yè)的家電、皮革和制鞋、家具制造、乳制品和飲料制造,紡織的服裝服飾,以及醫(yī)藥等多個細分行業(yè)。
3 消費品工業(yè)智能制造發(fā)展面臨的問題
3.1 消費品工業(yè)智能制造能力要素跨業(yè)務集成共享能力不足
消費品行業(yè)量大面廣,多為勞動密集型傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),企業(yè)間實施智能制造的基礎存在一定差異。大企業(yè)憑借雄厚的技術積累、人才優(yōu)勢、資金保障等率先在智能制造行業(yè)應用中取得突出成效,但大部分企業(yè)還處在積極探索階段。按照GB/T 39116-2020《智能制造能力成熟度模型》,智能制造能力成熟度等級分為五個等級,自低到高分別為一級(規(guī)劃級)、二級(規(guī)范級)、三級(集成級)、四級(優(yōu)化級)和五級(引領級)[6],如圖2所示。近年來,中國電子技術標準化研究院組織千余家消費品行業(yè)企業(yè)依照標準進行了診斷測評。測評結果顯示,大部分企業(yè)智能制造能力成熟度水平在一級(規(guī)劃級)、二級(規(guī)范級),如食品行業(yè),63.8%的企業(yè)處于一級及以下水平,20.3%的企業(yè)處于二級水平[7]。這些測評數(shù)據(jù)反應出現(xiàn)階段消費品工業(yè)中大部分企業(yè)開展智能制造的人員要素、技術要素、資源要素和制造要素等方面基礎能力較薄弱,對裝備和系統(tǒng)等開展集成并實現(xiàn)跨業(yè)務領域數(shù)據(jù)共享能力不足。
3.2 消費品各行業(yè)細分領域智能制造發(fā)展不均衡
智能制造可總結歸納為三種基本范式,即:數(shù)字化制造—第一代智能制造,數(shù)字化網(wǎng)絡化制造—“互聯(lián)網(wǎng)+”制造或第二代智能制造,數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化制造—新一代智能制造[8]。當前消費品行業(yè)各細分領域智能制造發(fā)展水平存在很大差異,大部分處于智能制造第一范式和第二范式的水平。如在輕工行業(yè),家電、家具等行業(yè)已走在智能化轉型升級的前列,部分龍頭企業(yè)已成為引領行業(yè)智能化轉型升級的中堅力量,達到了第二范式。但照明、自行車等行業(yè)仍集中在機械化、自動化改造階段,距離智能化還有較長的道路;在紡織行業(yè),化纖、棉紡等行業(yè)企業(yè)智能制造水平明顯優(yōu)于毛紡、麻紡與絲綢等行業(yè)企業(yè),處于第一范式向第二范式過渡或深化的階段,數(shù)字化紡紗自動檢測系統(tǒng)、印染在線檢測自動配送系統(tǒng)等已實現(xiàn)應用,而毛紡、麻紡與絲綢等行業(yè)受制于行業(yè)發(fā)展規(guī)模和整體技術水平,才剛剛起步。
3.3 制約消費品工業(yè)智能制造發(fā)展的共性難題待解決
目前,制約消費品領域智能制造發(fā)展存在共性的難題亟待解決,一是智能制造軟硬件存在短板。智能裝備供應商、軟件開發(fā)商、系統(tǒng)集成商等創(chuàng)新能力、協(xié)作能力不足,關鍵零部件、軟件等依賴進口的局面沒有發(fā)生根本轉變。二是智能制造標準化建設滯后。目前除紡織行業(yè)外,輕工、食品等行業(yè)均沒有制定智能制造標準體系建設指南等規(guī)劃指導文件,不利于行業(yè)智能制造標準整體性、系統(tǒng)性發(fā)展。三是技術成熟、適配性強、多樣化解決方案供給不足。消費品工業(yè)細分行業(yè)眾多,行業(yè)間的差異性造成實施智能制造的技術方案、推進路徑等存在顯著差異。四是人才隊伍力量薄弱。推進智能制造需要一批既懂生產(chǎn)制造、企業(yè)管理,還要熟悉信息系統(tǒng)架構和信息資源整合等方面的復合型人才,這對智能制造人才培養(yǎng)提出了很大挑戰(zhàn)。
4 消費品工業(yè)智能制造發(fā)展的著力點
新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃發(fā)展,智能制造成為現(xiàn)代制造發(fā)展的必然趨勢[9]。智能制造發(fā)展是一項系統(tǒng)工程,需政產(chǎn)學研用共同努力。除了行業(yè)管理部門制定引導行業(yè)智能制造發(fā)展的頂層設計和省市配套政策的系統(tǒng)規(guī)劃外,智能制造有效實施的關鍵在于傳導帶動市場主體發(fā)揮實踐創(chuàng)造力,可以單點突破配合系統(tǒng)規(guī)劃取得實效。實現(xiàn)真正的智能制造是一個持續(xù)優(yōu)化改造的過程,要避免大而全、盲目的開展實踐。一定要找準發(fā)力點、夯實基礎條件、探索試點示范,精準、穩(wěn)步、有序推進。通過對標診斷提升對癥下藥的判斷力、通過建立健全標準體系夯實智能發(fā)展的支撐力、通過典型應用場景的培育推廣提升示范的引領力,“三力”齊發(fā)促進消費品工業(yè)智能制造快速優(yōu)質發(fā)展,更好服務于新發(fā)展格局的構建,如圖3所示。
4.1 提升對癥下藥判斷力
在智能制造研究中,北京航空航天大學劉強教授提出了三不要理論,即“不要在落后的工藝基礎上搞自動化、不要在落后的管理基礎上搞信息化、不要在不具備網(wǎng)絡化數(shù)字化基礎上搞智能化”,就是告訴我們組織實施智能制造,首先要做到基礎要素底數(shù)清、狀況明,知優(yōu)勢、曉不足,有的放矢、對癥下藥,切記盲目開展。依托GB/T 39116-2020《智能制造能力成熟度模型》和GB/T 39117-2020《智能制造能力成熟度評估方法》等國家標準,鼓勵行業(yè)協(xié)會、企業(yè)組織開展消費品工業(yè)企業(yè)智能制造能力現(xiàn)狀診斷,以線上自評和線下診斷結合的方式對企業(yè)智能制造能力成熟度進行系統(tǒng)評估。評估工作要確定科學的評估域范圍,評估域應同時包含人員、技術、資源和制造四個要素內容[10]。通過科學診斷,準確把握不同行業(yè)企業(yè)存在的問題,有針對性的研究制定實施措施。依托中國智能制造系統(tǒng)解決方案供應商聯(lián)盟等的企業(yè)資源和專家資源,對標國內外智能制造核心環(huán)節(jié)和關鍵共性技術,找準薄弱點,協(xié)同突破創(chuàng)新。
4.2 夯實智能發(fā)展支撐力
智能制造,標準先行。標準體系是智能制造的頂層設計和基礎保障。按照“統(tǒng)籌協(xié)調、標準引領、示范應用”的原則,依托智能制造試點示范項目,開展消費品工業(yè)智能制造標準的研制和應用,加快構建既符合我國國情,又與國際接軌的智能制造標準體系。
智能制造是一個復雜系統(tǒng),涉及大量不同廠商的裝備、軟件和各種的應用場景,執(zhí)行標準的不統(tǒng)一是制約系統(tǒng)集成實現(xiàn)智能化的瓶頸問題。應充分發(fā)揮國家智能制造標準化總體組的專業(yè)優(yōu)勢、行業(yè)協(xié)會的行業(yè)深耕優(yōu)勢和行業(yè)龍頭企業(yè)實踐優(yōu)勢,以《國家智能制造標準體系建設指南(2021年版)》為參考,結合輕工、食品、醫(yī)藥等重點領域行業(yè)發(fā)展需求,編制行業(yè)智能制造標準體系建設指南,系統(tǒng)規(guī)劃智能制造標準體系建設。智能制造業(yè)最顯著的特征就是運用多元化的方式進行系統(tǒng)集成,而這一過程的前提就是需要在整個制造過程中需要進行標準化工作[11]。基礎共性標準和關鍵技術標準,要重點解決智能裝備通用性差、接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)結構多樣、系統(tǒng)兼容性差等問題,同時加強現(xiàn)有基礎共性國家標準的在行業(yè)內的宣貫,達成行業(yè)應用共識。在智能制造較成熟的細分領域優(yōu)先研制智能制造行業(yè)應用標準,以標準牽引行業(yè)智能化發(fā)展。
4.3 提升典型示范的引領力
聚焦不同行業(yè)、不同應用場景,培育一批消費品工業(yè)領域智能制造典型應用場景,重點發(fā)揮智能制造在降低運營成本、縮短產(chǎn)品研制周期、提高全要素生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品不良品率、提高能源利用率等五個方面的牽引作用,本著由易到難、由點到面、逐步深入的原則,可先由外圍易實施場景逐步過渡到核心應用場景,并持續(xù)改進和提升,有效提升消費品工業(yè)發(fā)展的質量效益。如先在線質量檢測、智能倉儲、設備預防性維護等探索實踐,再到智能排產(chǎn)、流程管控、數(shù)字化研發(fā)等核心功能,逐步形成智能化生產(chǎn)運營模式,在智能產(chǎn)線、智能車間、智能企業(yè)培育建設中提煉總結成熟模式和經(jīng)驗在行業(yè)內推廣應用,持續(xù)推進行業(yè)智能化改造。充分利用智能制造典型應用場景培育過程中的實踐教學優(yōu)勢,培養(yǎng)具有實踐問題解決能力的智能制造人才,逐步壯大智能制造人才隊伍。進一步培育壯大面向消費品工業(yè)領域的智能制造系統(tǒng)解決方案供應商,為企業(yè)實踐智能制造典型應用場景提供技術支持,能夠研究提出行業(yè)適用性強的通用解決方案和企業(yè)個性化解決方案,提升解決方案的行業(yè)應用覆蓋面。
5 結束語
消費品工業(yè)通過實施智能制造要促進“三個目標”的實現(xiàn):一是供給水平明顯提升。增加中高端消費品比重,不斷提高品牌附加值、市場影響力和消費者認可度,穩(wěn)步提升產(chǎn)品質量安全水平。二是創(chuàng)新能力明顯增強?!盎ヂ?lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造取得積極進展,關鍵設備研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化水平進一步提高。三是質量效益明顯改善。行業(yè)保持加快增長勢頭,降本增效取得積極進展,綠色發(fā)展能力顯著增強。
智能制造關乎我國制造業(yè)質量水平及未來制造業(yè)全球地位。智能制造發(fā)展重在把握時代特征、立足制造本質、緊扣智能趨勢[12]。消費品工業(yè)作為我國制造業(yè)的重要組成部分,是重要的民生產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。消費品工業(yè)企業(yè)應當緊跟智能制造發(fā)展大勢,逐步發(fā)展成為推進、實踐智能制造的重要領域。
關鍵詞:智能制造;消費品工業(yè);能力成熟度;標準體系;應用場景
消費品工業(yè)是我國重要民生產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),涵蓋了輕工、紡織、食品、醫(yī)藥等工業(yè)門類,工業(yè)增加值占我國GDP的比重超過10%,在國民經(jīng)濟中具有十分重要的地位。研究表明,作為我國重要民生產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),消費品工業(yè)已發(fā)展成為實踐智能制造的重要領域,但消費品工業(yè)企業(yè)的智能制造能力成熟度偏低、各行業(yè)智能制造發(fā)展不均衡、智能制造標準體系不健全等問題制約著消費品工業(yè)智能化轉型。因此需要通過能力要素提升、相關標準供給、應用場景培育等多種手段來夯實消費品工業(yè)最直接、最有效的智能制造發(fā)展路徑。
1 消費品工業(yè)開展智能制造的必要性
推進智能制造是落實消費品“三品”戰(zhàn)略的重要抓手。實施“三品”戰(zhàn)略,是我國消費品工業(yè)深化供給側結構性改革,加快轉型升級的重要舉措,集中體現(xiàn)了黨中央、國務院對消費品工業(yè)發(fā)展的高度重視和巨大支持?!叭贰睉?zhàn)略提出了增品種、提品質、創(chuàng)品牌三大任務,實施這三大任務都離不開智能制造。
智能制造引領和推動新一輪工業(yè)革命,將進一步促進我國新一代信息技術、先進制造技術的深入融合,助推傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實施技術優(yōu)化升級,支持新興產(chǎn)業(yè)培育和發(fā)展,帶動新技術、新產(chǎn)品、新裝備發(fā)展,催生新的經(jīng)濟增長點[1]。智能制造系統(tǒng)縱向集成、橫向集成、端到端集成的特點與現(xiàn)階段及未來一段時間消費品工業(yè)發(fā)展需求能夠很好地契合,助力企業(yè)優(yōu)化價值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈,創(chuàng)新個性化定制、服務型制造等新模式,實現(xiàn)綠色低碳、安全可控的高質量發(fā)展。
1.1 發(fā)展智能制造是消費品工業(yè)企業(yè)內部全價值鏈數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型的現(xiàn)實需要
當前,制造業(yè)企業(yè)內部價值鏈在加速重構,勞動力成本的重要性下降,生產(chǎn)效率和基礎設施等因素變得越發(fā)重要。制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化是新一輪工業(yè)革命的核心技術,應該作為制造強國戰(zhàn)略的制高點、突破口和主攻方向[2]。隨著我國5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新基建的快速布局和實踐應用,各行業(yè)將更加注重企業(yè)內部全價值鏈數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化改造。消費品工業(yè)在消費升級驅動和新基建發(fā)展紅利的雙重因素作用下將加速企業(yè)內部全價值鏈的系統(tǒng)改造。研發(fā)、生產(chǎn)、物流等關鍵業(yè)務不再是單一個體,各個環(huán)節(jié)可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通,數(shù)據(jù)可以在同一系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)跨業(yè)務領域的交互共享。智能機器人將作為重要的智能制造終端加速普及應用,人工智能、機器視覺等新一代信息技術將在研發(fā)、質量在線檢測等應用領域快速部署。
1.2 發(fā)展智能制造是消費品工業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈自主可控、安全可靠發(fā)展的堅實保障
進入“十四五”時期,消費品工業(yè)高質量發(fā)展的內外部環(huán)境更加復雜,既有“雙循環(huán)”戰(zhàn)略深入推進、消費升級趨勢加速、數(shù)字技術加快滲透等有利因素,也面臨產(chǎn)業(yè)鏈和供應鏈深度調整、國際貿(mào)易環(huán)境持續(xù)惡化等挑戰(zhàn)[3]。新冠肺炎疫情等突發(fā)公共衛(wèi)生事件、俄烏戰(zhàn)爭等地區(qū)沖突、中美大國博弈等不穩(wěn)定因素,造成全球分布的產(chǎn)業(yè)鏈因空間距離長、環(huán)節(jié)多而造成的脆弱性被暴露并放大,經(jīng)濟全球化的退潮正在改變全球產(chǎn)業(yè)鏈的空間布局,產(chǎn)業(yè)鏈多元化、區(qū)域化和本地化發(fā)展趨勢明顯。消費品工業(yè)行業(yè)門類多、產(chǎn)業(yè)鏈條長、市場化程度高、對外依存度高,在全球產(chǎn)業(yè)鏈重構和構建新發(fā)展格局中,其產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展將更注重自主可控,安全可靠,以保障民生產(chǎn)品有效、穩(wěn)定供給。智能制造廣鏈接、可視化、智能化的特點使其能夠實現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈和可替代產(chǎn)業(yè)鏈更大范圍的精準閉環(huán)管理,產(chǎn)業(yè)鏈中所有利益相關方可共建形成智能產(chǎn)業(yè)鏈合作平臺,產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定性、安全性更加可控。同時智能制造少人化和精準管控的特點將彌補行業(yè)人力成本紅利減弱的不足,降低產(chǎn)業(yè)外流風險,進一步提升對產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)的控制力。
1.3 發(fā)展智能制造是消費品工業(yè)實現(xiàn)綠色低碳和降本增效“雙贏”的重要手段
近些年,實現(xiàn)綠色低碳轉型發(fā)展已在各行業(yè)形成共識,并在加速推進,2021年9月《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》印發(fā)實施,明確了綠色低碳發(fā)展的總體要求和行動目標,將進一步推進各行業(yè)明確綠色低碳發(fā)展的路線圖和時間表。這對企業(yè)來說是挑戰(zhàn)也是倒逼其轉型升級的重要機遇。在我國致力于碳中和的戰(zhàn)略背景下,智能制造的發(fā)展是我國實現(xiàn)碳中和的關鍵,也是我國從制造大國走向制造強國的重要一步[4]。目前在消費品工業(yè)領域中,食品、家電、塑料、皮革、造紙、家具、電池、陶瓷、五金、制鞋、日化、油墨、文體、日用玻璃、輕工裝備等領域的環(huán)境敏感型企業(yè)有降污減排、清潔改造的緊迫感,同時減碳降耗也是現(xiàn)階段各行業(yè)綠色低碳發(fā)展的現(xiàn)實需求,而智能制造能為消費品行業(yè)綠色低碳發(fā)展提供可行的解決方案。消費品工業(yè)企業(yè)通過加速布局實施智能制造,智能管控能源資源利用與污染物排放,可以達成節(jié)能和減排各項任務和指標,實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益共贏。
1.4 發(fā)展智能制造是消費品工業(yè)個性化定制等新模式的催化劑
隨著消費加快升級,多樣化、個性化需求不斷增長,以用戶需求為導向的設計、生產(chǎn)服務方式,即個性化定制模式將愈發(fā)得到消費品行業(yè)的重視。個性化定制是智能制造的典型應用場景,在消費品行業(yè)有成功的應用實例和廣泛的應用意愿。GB/T 40814-2021《智能制造個性化定制能力成熟度模型》標準的發(fā)布實施,有力保障了消費工業(yè)實踐個性化定制運營模式。
大規(guī)模個性化定制模式帶動了工業(yè)變革,形成了工業(yè)新生態(tài),給企業(yè)帶來高份額、高利潤和高效率,解決行業(yè)全價值鏈的提升,同時支持國家供給側改革[5]。輕工行業(yè)尤為明顯,如家電、家具、皮革等行業(yè)企業(yè)積極探索實踐從大規(guī)模制造向以顧客需求為中心的個性化定制生產(chǎn)運營模式轉型,滿足消費者個性化、定制化需求,以期贏得新競爭優(yōu)勢。隨著產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展,消費品工業(yè)將更加注重消費、生產(chǎn)、物流、售后等環(huán)節(jié)海量數(shù)據(jù)的收集分析,通過大數(shù)據(jù)分析等智能制造使能技術提升滿足顧客需求的新產(chǎn)品個性化定制的效率和成功率。
2 消費品工業(yè)發(fā)展智能制造的基礎條件
2.1 消費品工業(yè)智能制造標準化體系建設和應用實踐有序開展
“十三五”期間,我國發(fā)布了285項智能制造國家標準,主導制定47項國際標準,進一步夯實了智能制造基礎共性標準和關鍵技術標準體系,我國進入全球智能制造標準體系建設先進行列。輕工消費品行業(yè)積極開展智能制造標準體系建設研究,如家電領域布局智能制造標準化建設起步較早,早在2016年就發(fā)布中國首個家電行業(yè)智能制造標準框架體系,以覆蓋全架構、全周期、全業(yè)態(tài)的智能制造模式和標準體系。
同時,自2016年以來,工業(yè)和信息化部等部門組織開展智能制造綜合標準化項目評選工作,消費品工業(yè)領域呈現(xiàn)各具特色的應用實踐方向。如輕工行業(yè)主要涉及家電行業(yè)互聯(lián)互通、信息集成,以及個性化定制等標準化應用研究。這些項目有力推動了相應領域智能制造標準化應用實踐和落地。紡織行業(yè)主要涉及裝備互聯(lián)互通、數(shù)字化車間通用模型、大規(guī)模個性化定制等標準化應用研究。
2.2 消費品工業(yè)智能制造試點示范帶動重點行業(yè)優(yōu)先發(fā)展
截至目前,在工業(yè)和信息化部組織實施的智能制造試點示范專項行動中,消費品工業(yè)領域智能制造試點示范項目已覆蓋輕工、食品、紡織、醫(yī)藥等各個消費品行業(yè),如圖1所示。智能制造試點示范項目在縮短研發(fā)周期、提升生產(chǎn)效率、降低運營成本等方面取得良好的效果。如在家電行業(yè),海爾、美的、老板電器等試點示范項目基本上實現(xiàn)了生產(chǎn)的標準化、模塊化和定制化,可實時、同步響應全球用戶需求;小天鵝公司探索大規(guī)模定制新模式,實現(xiàn)產(chǎn)品柔性化配置、生產(chǎn)敏捷響應,洗衣機新品研發(fā)周期縮短27%,產(chǎn)品不良率下降21%。在家具行業(yè),美克家居、維尚家具、大信廚房等試點示范項目圍繞滿足客戶個性化需求,打造了自動化、批量化和定制化的新型模式。在乳制品行業(yè),伊利集團、蒙牛集團等試點示范項目基本實現(xiàn)了從原料到設備的全過程食品安全追蹤,增強了質量控制和安全保障能力。在白酒行業(yè),勁牌公司、迎駕貢酒、衡水老白干等試點示范項目通過信息技術對傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化,較好地解決了傳統(tǒng)釀酒方法高能耗、高污染問題,使傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)步入了綠色發(fā)展的軌道。在紡織服裝行業(yè),紅領集團、報喜鳥服飾等試點示范項目比較成功地運用“互聯(lián)網(wǎng)+人體數(shù)字庫”,實現(xiàn)了終端消費者與制造商平臺互動,促進了大規(guī)模個性化定制和協(xié)同網(wǎng)絡制造。新鳳鳴公司通過打造化纖生產(chǎn)數(shù)字化、智能化平臺,部署互聯(lián)網(wǎng)+研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等10大應用,實現(xiàn)業(yè)務鏈、數(shù)據(jù)鏈、決策鏈一體化運營。在醫(yī)藥行業(yè),康緣藥業(yè)、天士力集團、麗珠集團等試點示范項目基本實現(xiàn)了中藥復雜體系生產(chǎn)過程的信息化、數(shù)字化和智能化,提升了中藥質量穩(wěn)定性。
圖 1 “十三五”期間消費品工業(yè)試點示范項目行業(yè)分布圖
通過深入實施智能制造,海爾、美的、青島啤酒等多家企業(yè)重點工廠成為智能制造成功實踐者和引領者,得到世界的充分肯定和認可,入選為全球“燈塔工廠”。如青島啤酒通過部署智能化數(shù)字技術,滿足消費者個性化、差異化和多樣化需求,將客戶訂單的交付時間和新產(chǎn)品開發(fā)時間降低了50%,定制化啤酒的份額和營收分別增加了33%和14%。
2.3 消費品工業(yè)智能制造系統(tǒng)解決方案供應商隊伍不斷壯大
智能制造系統(tǒng)解決方案供應商是支撐行業(yè)實施智能制造重要技術保障力量。在工業(yè)和信息化部智能制造專項工作支持下,積極培育了一批智能制造系統(tǒng)解決方案供應商,“十三五”期間共評選出112家系統(tǒng)解決方案供應商,包括數(shù)字化車間、智能工廠、協(xié)同制造等多個領域。其中重點服務于消費品工業(yè)共23家,占比22%,涉及輕工業(yè)的家電、皮革和制鞋、家具制造、乳制品和飲料制造,紡織的服裝服飾,以及醫(yī)藥等多個細分行業(yè)。
3 消費品工業(yè)智能制造發(fā)展面臨的問題
3.1 消費品工業(yè)智能制造能力要素跨業(yè)務集成共享能力不足
消費品行業(yè)量大面廣,多為勞動密集型傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),企業(yè)間實施智能制造的基礎存在一定差異。大企業(yè)憑借雄厚的技術積累、人才優(yōu)勢、資金保障等率先在智能制造行業(yè)應用中取得突出成效,但大部分企業(yè)還處在積極探索階段。按照GB/T 39116-2020《智能制造能力成熟度模型》,智能制造能力成熟度等級分為五個等級,自低到高分別為一級(規(guī)劃級)、二級(規(guī)范級)、三級(集成級)、四級(優(yōu)化級)和五級(引領級)[6],如圖2所示。近年來,中國電子技術標準化研究院組織千余家消費品行業(yè)企業(yè)依照標準進行了診斷測評。測評結果顯示,大部分企業(yè)智能制造能力成熟度水平在一級(規(guī)劃級)、二級(規(guī)范級),如食品行業(yè),63.8%的企業(yè)處于一級及以下水平,20.3%的企業(yè)處于二級水平[7]。這些測評數(shù)據(jù)反應出現(xiàn)階段消費品工業(yè)中大部分企業(yè)開展智能制造的人員要素、技術要素、資源要素和制造要素等方面基礎能力較薄弱,對裝備和系統(tǒng)等開展集成并實現(xiàn)跨業(yè)務領域數(shù)據(jù)共享能力不足。
智能制造可總結歸納為三種基本范式,即:數(shù)字化制造—第一代智能制造,數(shù)字化網(wǎng)絡化制造—“互聯(lián)網(wǎng)+”制造或第二代智能制造,數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化制造—新一代智能制造[8]。當前消費品行業(yè)各細分領域智能制造發(fā)展水平存在很大差異,大部分處于智能制造第一范式和第二范式的水平。如在輕工行業(yè),家電、家具等行業(yè)已走在智能化轉型升級的前列,部分龍頭企業(yè)已成為引領行業(yè)智能化轉型升級的中堅力量,達到了第二范式。但照明、自行車等行業(yè)仍集中在機械化、自動化改造階段,距離智能化還有較長的道路;在紡織行業(yè),化纖、棉紡等行業(yè)企業(yè)智能制造水平明顯優(yōu)于毛紡、麻紡與絲綢等行業(yè)企業(yè),處于第一范式向第二范式過渡或深化的階段,數(shù)字化紡紗自動檢測系統(tǒng)、印染在線檢測自動配送系統(tǒng)等已實現(xiàn)應用,而毛紡、麻紡與絲綢等行業(yè)受制于行業(yè)發(fā)展規(guī)模和整體技術水平,才剛剛起步。
3.3 制約消費品工業(yè)智能制造發(fā)展的共性難題待解決
目前,制約消費品領域智能制造發(fā)展存在共性的難題亟待解決,一是智能制造軟硬件存在短板。智能裝備供應商、軟件開發(fā)商、系統(tǒng)集成商等創(chuàng)新能力、協(xié)作能力不足,關鍵零部件、軟件等依賴進口的局面沒有發(fā)生根本轉變。二是智能制造標準化建設滯后。目前除紡織行業(yè)外,輕工、食品等行業(yè)均沒有制定智能制造標準體系建設指南等規(guī)劃指導文件,不利于行業(yè)智能制造標準整體性、系統(tǒng)性發(fā)展。三是技術成熟、適配性強、多樣化解決方案供給不足。消費品工業(yè)細分行業(yè)眾多,行業(yè)間的差異性造成實施智能制造的技術方案、推進路徑等存在顯著差異。四是人才隊伍力量薄弱。推進智能制造需要一批既懂生產(chǎn)制造、企業(yè)管理,還要熟悉信息系統(tǒng)架構和信息資源整合等方面的復合型人才,這對智能制造人才培養(yǎng)提出了很大挑戰(zhàn)。
4 消費品工業(yè)智能制造發(fā)展的著力點
新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃發(fā)展,智能制造成為現(xiàn)代制造發(fā)展的必然趨勢[9]。智能制造發(fā)展是一項系統(tǒng)工程,需政產(chǎn)學研用共同努力。除了行業(yè)管理部門制定引導行業(yè)智能制造發(fā)展的頂層設計和省市配套政策的系統(tǒng)規(guī)劃外,智能制造有效實施的關鍵在于傳導帶動市場主體發(fā)揮實踐創(chuàng)造力,可以單點突破配合系統(tǒng)規(guī)劃取得實效。實現(xiàn)真正的智能制造是一個持續(xù)優(yōu)化改造的過程,要避免大而全、盲目的開展實踐。一定要找準發(fā)力點、夯實基礎條件、探索試點示范,精準、穩(wěn)步、有序推進。通過對標診斷提升對癥下藥的判斷力、通過建立健全標準體系夯實智能發(fā)展的支撐力、通過典型應用場景的培育推廣提升示范的引領力,“三力”齊發(fā)促進消費品工業(yè)智能制造快速優(yōu)質發(fā)展,更好服務于新發(fā)展格局的構建,如圖3所示。
4.1 提升對癥下藥判斷力
在智能制造研究中,北京航空航天大學劉強教授提出了三不要理論,即“不要在落后的工藝基礎上搞自動化、不要在落后的管理基礎上搞信息化、不要在不具備網(wǎng)絡化數(shù)字化基礎上搞智能化”,就是告訴我們組織實施智能制造,首先要做到基礎要素底數(shù)清、狀況明,知優(yōu)勢、曉不足,有的放矢、對癥下藥,切記盲目開展。依托GB/T 39116-2020《智能制造能力成熟度模型》和GB/T 39117-2020《智能制造能力成熟度評估方法》等國家標準,鼓勵行業(yè)協(xié)會、企業(yè)組織開展消費品工業(yè)企業(yè)智能制造能力現(xiàn)狀診斷,以線上自評和線下診斷結合的方式對企業(yè)智能制造能力成熟度進行系統(tǒng)評估。評估工作要確定科學的評估域范圍,評估域應同時包含人員、技術、資源和制造四個要素內容[10]。通過科學診斷,準確把握不同行業(yè)企業(yè)存在的問題,有針對性的研究制定實施措施。依托中國智能制造系統(tǒng)解決方案供應商聯(lián)盟等的企業(yè)資源和專家資源,對標國內外智能制造核心環(huán)節(jié)和關鍵共性技術,找準薄弱點,協(xié)同突破創(chuàng)新。
4.2 夯實智能發(fā)展支撐力
智能制造,標準先行。標準體系是智能制造的頂層設計和基礎保障。按照“統(tǒng)籌協(xié)調、標準引領、示范應用”的原則,依托智能制造試點示范項目,開展消費品工業(yè)智能制造標準的研制和應用,加快構建既符合我國國情,又與國際接軌的智能制造標準體系。
智能制造是一個復雜系統(tǒng),涉及大量不同廠商的裝備、軟件和各種的應用場景,執(zhí)行標準的不統(tǒng)一是制約系統(tǒng)集成實現(xiàn)智能化的瓶頸問題。應充分發(fā)揮國家智能制造標準化總體組的專業(yè)優(yōu)勢、行業(yè)協(xié)會的行業(yè)深耕優(yōu)勢和行業(yè)龍頭企業(yè)實踐優(yōu)勢,以《國家智能制造標準體系建設指南(2021年版)》為參考,結合輕工、食品、醫(yī)藥等重點領域行業(yè)發(fā)展需求,編制行業(yè)智能制造標準體系建設指南,系統(tǒng)規(guī)劃智能制造標準體系建設。智能制造業(yè)最顯著的特征就是運用多元化的方式進行系統(tǒng)集成,而這一過程的前提就是需要在整個制造過程中需要進行標準化工作[11]。基礎共性標準和關鍵技術標準,要重點解決智能裝備通用性差、接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)結構多樣、系統(tǒng)兼容性差等問題,同時加強現(xiàn)有基礎共性國家標準的在行業(yè)內的宣貫,達成行業(yè)應用共識。在智能制造較成熟的細分領域優(yōu)先研制智能制造行業(yè)應用標準,以標準牽引行業(yè)智能化發(fā)展。
4.3 提升典型示范的引領力
聚焦不同行業(yè)、不同應用場景,培育一批消費品工業(yè)領域智能制造典型應用場景,重點發(fā)揮智能制造在降低運營成本、縮短產(chǎn)品研制周期、提高全要素生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品不良品率、提高能源利用率等五個方面的牽引作用,本著由易到難、由點到面、逐步深入的原則,可先由外圍易實施場景逐步過渡到核心應用場景,并持續(xù)改進和提升,有效提升消費品工業(yè)發(fā)展的質量效益。如先在線質量檢測、智能倉儲、設備預防性維護等探索實踐,再到智能排產(chǎn)、流程管控、數(shù)字化研發(fā)等核心功能,逐步形成智能化生產(chǎn)運營模式,在智能產(chǎn)線、智能車間、智能企業(yè)培育建設中提煉總結成熟模式和經(jīng)驗在行業(yè)內推廣應用,持續(xù)推進行業(yè)智能化改造。充分利用智能制造典型應用場景培育過程中的實踐教學優(yōu)勢,培養(yǎng)具有實踐問題解決能力的智能制造人才,逐步壯大智能制造人才隊伍。進一步培育壯大面向消費品工業(yè)領域的智能制造系統(tǒng)解決方案供應商,為企業(yè)實踐智能制造典型應用場景提供技術支持,能夠研究提出行業(yè)適用性強的通用解決方案和企業(yè)個性化解決方案,提升解決方案的行業(yè)應用覆蓋面。
5 結束語
消費品工業(yè)通過實施智能制造要促進“三個目標”的實現(xiàn):一是供給水平明顯提升。增加中高端消費品比重,不斷提高品牌附加值、市場影響力和消費者認可度,穩(wěn)步提升產(chǎn)品質量安全水平。二是創(chuàng)新能力明顯增強?!盎ヂ?lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造取得積極進展,關鍵設備研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化水平進一步提高。三是質量效益明顯改善。行業(yè)保持加快增長勢頭,降本增效取得積極進展,綠色發(fā)展能力顯著增強。
智能制造關乎我國制造業(yè)質量水平及未來制造業(yè)全球地位。智能制造發(fā)展重在把握時代特征、立足制造本質、緊扣智能趨勢[12]。消費品工業(yè)作為我國制造業(yè)的重要組成部分,是重要的民生產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。消費品工業(yè)企業(yè)應當緊跟智能制造發(fā)展大勢,逐步發(fā)展成為推進、實踐智能制造的重要領域。