某工程机械企业工业物联网发展与智能制造转型分析

本文以装备制造业领先企业−三一重工的智能制造发展为基础，分析其智能制造转型过程和物联网平台的构建过程，以此为基础探讨了中国制造企业的智能制造和工业物联网平台的建设，为中国制造企业构建工业物联网平台，实施智能制造提供参考。

一、三一重工智能制造发展过程

分析三一重工智能制造的发展，得出以下 3 个阶段：产品智能化、制造智能化和服务智能化。其中，产品智能化处于初级阶段，制造智能化处于中级阶段，服务智能化处于高级阶段，它们的智能化程度由低到高逐渐升高，如图 1 所示。

图 1  企业智能制造转型过程

1、产品智能化为了实现智能制造转型，三一重工集团积极进行智能产品的研发。随着物联网的发展，三一重工敏锐地洞察到物联网对装备制造业将会有十分重要的作用。在 2005 年，三一重工率先开始研究基于物联网的装备制造核心部件和技术，并开始着手将 GPS 应用到装备制造行业，实现了使用 GPS 技术对设备进行定位、跟踪、监控、识别、诊断和生产管理等，这是国内第一家可实现此功能的企业。2009 年，三一重工成立了智能设备公司，在各类工业装备的传感制造、控制、备用、防护和远程诊断等布局上，实施智能产品研发，成为了中国工业制造领域第一家开发智能技术和产品机械的公司，也是智能制造领域的领先者。2011 年，三一重工在上海成立了华兴数字科技有限公司，主要研究开发装备器械的软硬件产品、仪器设备和智能管理系统，形成一套完备的智能终端器件，使企业对设备的实时远程监控和维护更加便捷。三一重工进行产品智能化研发的过程如图 2 所示。

图 2  产品智能化研发过程三一重工通过大数据分析，对设备运行数据进行更加精准的监控，提高产品的动力效率，减少油耗。其次，大数据应用还可以帮助研发人员分析产品结构，使用基于数据的开发模型，可以找出哪个模型更受欢迎，哪个模型更面向市场，对产品设计有较高的参考价值。综上所述，三一重工的产品智能化过程经历了初步使用 GPS、建立智能设备公司和建立数字科技公司 3 个阶段，同时积极应用大数据分析，逐步实现产品智能化。产品智能化是企业智能制造转型的初级阶段，在这一阶段，企业侧重于产品研发过程中的智能技术和大数据等的应用，致力于研发生产智能化产品。

2、制造智能化在进行产品智能化研发的同时，三一重工也积极进行制造过程的智能化转型。2007 年，三一重工开始探索研发 M2M平台，与中国移动长沙分公司合作开发了“三一工程机械设备智能服务系统”项目，建立了“M2M 远程数据采集与监控平台”。这个平台共包括 3 个子系统，分别是：数据收集和反向控制系统、智慧通道系统和 M2M 应用系统。在 2010 年以后，三一重工加强了 M2M 系统在收集和运输信息以及开发解决方案中的应用，细分了“M2M 远程数据采集与监控平台”，将其划分为 3 个子平台：第一个是设备远程监控平台，其中包括了监控技术支撑平台和设备数据统计平台，它们可以提供提高设备质量、设备售后跟踪及服务等其他参数信息；第二个是泵车监控和维护系统，用装备制造业机械智能化的先进理论，研发具有自主知识产权的智能化产品，提高监控水平及维护能力，使企业的工作效率得到了优化；第三个是智能服务系统，通过实时共享有关现场、混凝土配送消耗信息、车辆使用情况以及泵和混合设施的实际操作信息，实现现场机器之间的协同效应和工作。经过多年的发展，到 2011 年，三一重工集团成功建立了全国可使用最大的 M2M 系统，在具有 50 万终端的基础上还可进行动态扩展。M2M远程数据采集与监控平台的子系统如图 3。

图 3  M2M 远程数据采集与监控平台的子系统随着三一重工制造智能化的不断发展和物联网平台的应用，2012 年，三一重工建成了位于长沙产业园的 18 号厂房，成为了中国智能制造示范车间。在厂房建设前，就利用信息化模拟设计工厂模型，通过物流仿真、生产过程的推理等提前规划整个厂房的设计，防止建造过程可能出现的问题，节省成本。在整个厂房实行柔性生产，机器和生产线可进行不同零件和产品的生产组装，还可以根据需求随时改装。在员工工作的工位安装智能终端，可帮助员工查询标准作业流程及安装方法等。2019 年，三一重工决定将 18 号厂房打造成制造机械行业灯塔工厂的标杆。经过一年的发展，18 号厂房实现了更加高度的智能化，技术工人可以通过一台设备对所有工位的物料需求作出反应，智能机器人的利用更加纯熟，使人均效率、人均产值及资源利用率都得到了提高。由以上分析可知，三一重工通过构建物联网平台−M2M 远程数据采集与监控平台，进行生产过程的智能化转型，积极应用大数据分析，最终建立智能工厂，实现了制造智能化。制造智能化是企业智能制造转型的中级阶段，在这一阶段企业由侧重单一产品的智能化转向于在整个制造过程中应用智能技术，构建物联网平台和应用大数据，实现全过程的智能制造。

3、服务智能化随着三一重工智能产品的制造，为了更好地解决设备售后问题和产品维修问题，三一重工在2008 年率先研发了 ECC 系统（企业控制中心），避免设备停工给顾客带来的损失。这个系统可以准确实时定位服务人员和车辆，当设备有问题发生，客户可以拨打 24 h 服务电话，ECC 可以用最快的速度进行合理、有效地调度，指导客户排除故障或安排维修人员上门服务。除此之外，该系统还可以为客户提供其他增值服务，例如设备离开设定的工作区会自动触发警报。2014 年，“工业大数据”时代的到来促进三一重工意识到早期建立的客户售后服务设备监测和控制系统具有更大的价值，三一重工优化改进了早期的 ECC 系统，研发建立了新的 ECC 平台−客户服务平台，对大数据进行存储与分析。通过“ECC平台”，三一重工主动开展大数据应用，对生产、制造和服务的全过程进行数字化、信息化的改造，并通过计算机存储分析和共享沟通。ECC 平台可以对所有设备控制的硬件和软件进行双向控制和远程监控，将 20 多万台客户设备实时运行的数据信息发往后台系统进行优化分析。ECC 平台主要面向的用户为代理商、操作者、客户和研发人员。ECC 平台的功能如图 4 所示。

图 4  ECC 平台的功能图通过 ECC 平台，三一重工使客户服务更加智能化，客户通过使用 ECC 平台，实时监控操作自己的设备，接收来自系统传达的关于设备的信息，使客户使用更加方便。当设备出现故障，ECC 平台会根据实时检测的结果实现更快的排除状态，改变以往“被动”服务的情况，更好地提升客户的服务水准以及进行资金的风险控制。甚至在故障发生前，三一重工通过设备运行情况的数据诊断，进行故障预测，将设备可能出现的故障告知客户，使客户可以在故障未发生时就实施排除，增加设备的使用寿命和健康程度，减少客户的损失，并且通过大数据对客户服务需求进行挖掘，设计更加符合客户需求的产品，以及在服务流程中进行大数据分析，优化服务过程。综上可知，三一重工通过建立 ECC 客户服务平台监测客户设备的运行状况，更快地帮助客户解决设备运行中的问题，并且通过应用大数据技术挖掘客户需求，更好地为客户服务。服务智能化是企业智能制造转型的高级阶段，在这一阶段企业对产品全生命周期进行管理，深度融合了产品、制造和服务，实现智能化的产品服务系统。

二、3 个阶段比较

三一重工的智能制造转型是从产品智能化、制造智能化和服务智能化 3 个方面进行的，其比较如表 1 所示。表 1 智能制造发展阶段比较

三一重工同时开始着手进行产品智能化和制造智能化转型过程，在智能产品研发初具规模后，进行了服务智能化转型，在上述 3 个过程中，都融入了大数据的分析与应用。通过 3 个方面的协同发展，三一重工实现了智能制造转型。产品智能化着重研究如何使三一重工的产品与智能技术融合，使产品的功能更加全面；制造智能化从生产的角度出发，通过物联网平台使整个生产过程智能化，通过对大量设备运行数据的挖掘和分析，对设备实现更精准的控制，最终建立了智能工厂；服务智能化从解决售后服务的问题出发建造 ECC 平台，实现设备全过程的管理，增加设备的使用寿命和健康程度，减少客户的损失，提供围绕客户价值的制造型服务。总之，三一重工通过 3 个阶段的协同发展，共同促进企业智能化转型，提升产品研发能力，实现设备全生命周期的价值，更好地为客户服务。

三、管理启示

根据三一重工的案例分析可知，制造企业借助工业物联网进行智能化转型，一般会经历 3 个阶段：产品智能化、制造智能化和服务智能化，通过 3 个阶段的协同发展、共同作用，逐步实现智能制造。

1、产品智能化制造企业在进行智能化转型的过程中，需要进行产品智能化改造，为客户提供智能产品。智能产品是智能制造的基础。企业应该聚焦于将数字技术等新兴技术应用于工业设备的产品布局上，研发机械仪器设备和智能管理控制系统等智能终端器件，与智能化软件公司进行合作，并结合供应链下游客户的智能化需求采集和分析，进行智能研发，使企业对产品的管控和生产过程更加便捷，从而提高企业的效率，为客户生产更高品质的产品，同时企业要注重智能化人才的引进，对智能产品的精细过程进行管理，建立产品知识库。

2、制造智能化在智能产品的基础上，制造企业可以通过构建工业物联网平台对生产过程进行及时控制和数据收集，使制造流程更加精确，可以更加有效地管理制造现场，实时掌握进度。企业可与智能技术公司合作，在积极进行智能产品研发的同时引进智能设备，注重制造过程的制造资源共享，应用 MES 系统等生产信息化管理系统，还要注重生产过程中智能化人才的培养。因此，制造企业应该加强制造智能化转型，建造智能工厂，重视柔性制造，从而有效地利用资源以及提高生产成效。

3、服务智能化制造企业从微笑曲线两端出发，既要注重产品设计端，又要注重客户服务端。制造企业通过挖掘客户需求信息，设计更加符合客户需求的产品；同时通过对设备运行数据、关键部件磨损等的数据实时监控，在出现问题前提供预警，实现主动维护，精确成本控制，使客户的服务质量得到了较大程度的提升。制造业企业通过进行服务智能化转型，改变了传统的制造模式，逐步完成对产品全生命周期的控制，提升客户价值。还要考虑引入高级服务人才、智能化服务设施，开发智能化服务软件，对服务流程进行智能化的优化。从供应链的角度出发，激励上下游企业进行信息共享，研究面向客户的服务运营平台。服务智能化贯穿于产品智能化和制造智能化的整个过程中，是产品、生产过程和服务的深度融合，在融合过程中协同实现产品智能化和服务智能化，最终形成智能化的产品服务系统。 

四、结语

在“工业 4.0”革命和大数据时代背景下，如何成功进行智能化转型是制造企业迫切需要解决的问题。本文采用描述性单案例研究方法，以三一重工作为案例研究对象，探讨其构建物联网平台和智能制造转型过程。三一重工从产品智能化、制造智能化和服务智能化 3 个方面进行智能制造转型，为中国制造业企业实施智能制造、发展工业物联网提供了可供借鉴的宝贵经验。从长期来看，智能化产品和设备全周期的价值会越来越高，工业物联网和智能制造对传统制造模式带来了巨大的冲击。为了应对智能制造模式带来的挑战和冲击，制造企业应与供应链上下游企业建立良好的合作伙伴关系，共同建立全行业基础的大数据平台，发挥平台价值，实现智能化转型和合作共赢。