工业互联网平台新模式应用调研报告——基于498家企业案例的实证分析
导读
INTRODUCTION
为加速工业互联网平台的创新应用推广，《工业互联网创新发展行动计划（2021―2023）》提出开展 “新型模式培育行动”。2021 年工业和信息化部围绕平台化设计、数字化管理、智能化制造等工业互联网平台新模式新业态发展，征集 498 个工业互联网平台创新领航应用案例，进行深入调查研究，旨在呈现当前平台应用的整体情况、平台服务供需情况、平台体系赋能情况和模式创新应用情况。
一、工业互联网平台加速赋能产业数字化转型
目前工业互联网平台技术产品创新与行业需求持续磨合适配、平台应用水平从单项赋能向综合赋能升级跃迁、平台应用广度从试点示范向规模化推广加速转变，工业互联网平台将产业链各要素之间以及产业上下游企业之间紧密结合，将单链条串行生产方式转变为多环节并行的协作方式，从业务流程为基础的单向价值链条向价值网络过渡。在发现新变化、认识新规律的过程中，新模式、新业态不断涌现。
1. 打破时空限制，促进企业从物理空间聚集向线上载体聚集转变
随着工业互联网平台创新发展，数据不断发挥要素作用，帮助工业企业打破“地理经济”的桎梏，促进区域之间交流互联。传统模式关注产业聚集效应，工业企业建厂选址过程中，地理位置重要性居第一位，中小企业更倾向于支撑服务完善、配套设施齐全的工业园区，创业企业更乐于在科研资源富集的大城市落户。工业互联网平台正在构建虚实映射的工业体系，平台生态打破了现实空间的隔阂，通过远程协同、多地协同、云端协同，实现从地理位置聚集到线上载体聚集的转变。
2. 延伸产业链条，促进行业从纵向发展转向跨界合作
数据流通正在促进工业行业林立的状态发生“化学反应”，原本清晰的组织界限逐渐模糊，使产业由原来的上下游、产供销的线性关系向立体、多维的网络化方向发展。行业内企业从原本的竞争关系转向竞合关系，个人消费者成为参与产品设计和制造的参与者，产业网络逐渐成形，重新定义人与人、人与物、物与物之间的关系，带来产业发展逻辑，产业组织形态，产业发展形态的结构性、颠覆性变化。
3. 重构价值模式，促进产业从封闭竞争走向生态构建
在传统产业体系中，各行业有严格的界限和分工，通过提高技术壁垒来产生竞争力，形成了烟囱式发展格局。数字经济背景下，信息和市场需求快速变化，对资源整合、业务协同的要求更高，平台化发展已经成为共识，部分行业头部企业正在从集团发展向平台生态转型，不仅将深耕多年的工业经验面向行业推广，还跨界向其他行业实现模式输出，打造以工业互联网平台为核心的产业生态。
二、工业企业应用需求不断增长
我国工业互联网平台应用为倒“微笑曲线”。从实践来看，大部分企业以“务实”为先，80% 的调研企业对工业互联网的需求集中在生产和管理。成本和效率是企业最迫切的需求痛点，设备运维仍然是应用最多的场景，大多数企业认可数字化方法和平台化工具的作用，希望通过应用工业互联网平台实现降本、提质、增效 ( 见图 1)。
图1 工业互联网平台应用调研案例应用需求分布情况
新模式新业态呈现裂变式生长趋势通过调研我国 498 家企业，对平台化设计、数字化管理、智能化制造、个性化定制、网络化协同、服务化延伸进行新旧模式分析对比，梳理 6 类模式主要应用场景（见图2）。这些新模式是指传统做法中因为复杂度高、成本高、门槛高，导致无法实现规模化的应用，通过工业互联网平台解耦工业场景，突破规模化困境，摆脱“试点应用”，实现产业化的创新模式。
图2 工业互联网平台应用调研案例新模式分布
随着工业互联网平台应用落地走深向实，工业互联网平台的技术供给能力和需求应用水平正在不断走向均衡，“建平台”和“用平台”的双轮驱动正在逐渐积累力量，形成合力，推动应用在全国各地、各行业企业范围不断扩大、深度不断延伸，扩展了数据价值空间，正在构建工业领域的平台经济。工业互联网平台区域分布形成了一条覆盖全国的长尾曲线，平台服务商的分布集中在数字经济发展领先的科技发展高地（见图 3）。东南沿海平台服务商正在积极布局全国市场，形成了从东南向西北辐射的发展方向。中西部地区加速从“用”到“建”发展，河北、河南等中部地区服务商数量有所增加，尤其在成渝地区，不仅有跨行业、跨企业平台服务，还涌现出一批专精特新的服务商。
图3 工业互联网平台应用案例服务商分布
1. 平台化设计：创新的全生命周期管理
研发设计是产品价值链的关键环节，目前，我国加工制造的基底深厚，但在研发设计环节还存在缺失。平台化设计模式聚焦工业设计资源分散、工具软件落后和研发效率低等问题，通过工业互联网平台汇聚产学研用等各领域研发设计资源，加快工业知识经验沉淀、仿真设计工具创新，实现并行、敏捷、交互和模块化设计，推动供应商参与设计、用户反馈设计，提高产品设计水平、协同研发效率和成本控制能力。
（1）基于数字孪生技术的复杂产品仿真
航空航天、 汽 车、 轨 道 交 通等产品的研发是一个复杂系统的工程，需要多方协调配合。以汽车为例，一辆汽车的零部件达到万级以上，而航空航天更是有过之而无不及。当前，部分企业积极探索，在数字孪生技术方面投入力量，构建基于工业互联网平台的复杂产品仿真生态。
（2）数据驱动的协同研发生态
当前，数据规模、范围、精度都在与时俱进，数据处理、分析、治理能力直接影响到了研发设计环节的效率，协同创新成为研发设计的重要课题。如钢研科技围绕研发环节，自建高性能服务器集群和多尺寸计算仿真软件群实现“计算 +大数据”代替“文献 + 试错”模式，大幅降低研发成本，缩短研发周期。
（3）产品全生命周期管理
面对日趋激烈的市场竞争，产品全生命周期管理需求不断高涨，一方面能够黏合研发和生产之间的裂缝，实现一体化管控和全过程追溯 ；另一方面能够从销售端的信息反馈到研发端，增加研发环节的响应度。企业打通研发设计、生产制造、运营管理、市场营销等全环节数据闭环，实现全流程的管控和追溯，缩短产品研制周期，提升产品品质。
2. 数字化管理：数据应用的深度挖掘
数字化管理新模式通过工业互联网平台解决方案贯通企业生产、经营、销售等环节数据，利用大数据和人工智能技术，实现数据智能分析，为企业生产工艺优化、设备资产管理、资源协同调度、辅助管理决策等提供支撑，打造数据驱动的管理新模式，从设备管理、安全管理、能源管理，到管理决策、战略部署、发展规划，数据应用的广度、深度都在摸索中不断延伸。
（1）高价值、高能耗、高复杂度的设备管理
目前，工业互联网设备资产管理解决方案主要面向三种设备类型提供服务。一是高能耗设备的节能减排。如宝钢自建智慧高炉平台，实现对多基地高炉生产过程的远程实时监控、故障诊断、闭环管理、炉效综合对比和设备运维服务，高炉利用率提升 3.12%，高炉冷却壁损坏多、原燃料条件劣化等不利因素影响降低 1/3。二是资产密集型设备的高效管控。上海电气面向上海海立的高端设备资产管理环节，建立和打通 EAM 设备资产管理管理系统、MDC 系统，提供设备故障检修、预防性维护等服务，实现对设备全生命周期管理，设备维修效率提升 90%。
三是复杂环境的设备平稳运行。如中铁工程装备集团接入 153 台掘进装备，通过掘进装备智能掘进与运维技术实现安全、高效施工作业，有效缩短项目施工工期共计 13 个月，累计节省项目施工成本 3.12 亿元。
（2）数据集成提升企业运营效率
在工业互联网平台的推广下，设备、系统中的工业数据被采集出来，汇聚在平台上，通过集成应用，能够打通各环节之间的障碍，扩大感知范围，在更多维度实现赋能。
一是虚拟工具赋能员工，工业知识沉淀在模型中，能够通过更可视化的方式帮助员工快速提升专业能力。二是供需数据辅助精准营销，平台能够改变数据从研发到销售的单向传送转变为双向互动，数据算法能够快速梳理出用户画像，实现营销决策优化。三是管理赋能，针对企业内部运营决策效率低、管理层级多，存在信息孤岛等问题，工业互联网平台连通企业内部各板块运营系统，基于大数据、人工智能等技术搭建统一的、系统性的分析模型，动态精准洞察企业运营的状态，实现企业协同管理和精准决策。
（3）能耗管理加速推进“双碳”目标
工业互联网节能减排解决方案主要面向两个主体提供服务。一是面向针对企业污染源监控环节，提供污染物监控、节能降耗解决方案，增强企业环境管控数字化能力。建材、钢铁等行业能源消耗多、排放压力大，利用人工智能和数据分析对实时状态进行远程感知，通过先进的算法、模型以及云端强大的算力，对生产运营数据进行分析，动态优化整合各类资源，从而辅助做出最佳决策，提升环境综合治理能力，增强环境管控数字化能力。二是面向政府主体，提供碳监测、能源监测等服务，为政府决策提供参考。针对电力、水煤油等领域数据融合度不强、数据能力发挥空间有限，政府及企业无法实时掌握碳排放、碳汇、碳减排等情况，通过工业互联网平台汇聚各领域能源数据，为政府提供双碳监测、能源监测等服务，为政府决策提供参考。
（4）数据算法保障企业安全生产
安全生产作为重要的工业要素，借助新一代信息技术与传统制造技术深度融合、集成创新应用，加速推进安全生产数据有效汇聚、服务安全生产监管是行业发展的迫切需要和必然趋势。
一是实现高危行业的安全监管。民爆、采矿等行业具有“安全生产”特性，是政府主管部门安全监管的重点行业，也是企业安全生产难点集中的行业，工业互联网平台解决方案立足行业特点，提供针对研发、生产、运营等全场景安全生产解决方案，提高行业企业安全生产能力。
二是开展工业生产的安全管理。面向企业生产过程的安全生产解决方案，针对制造业生产过程中还存在的设备安全风险、人员违规作业等情况，基于工业互联网平台解决方案，通过对危险源监测预警、人员安全管理、智能巡检等服务，实现主动监控、动态分析、事前处理，提高企业应急管理能力。
（5）利用数字工具，提升品控能力
工业互联网平台打通产品质量与工艺参数之间壁垒，对重大影响因素进行跟踪分析，实现质量判定、过程监控、数据追溯、质量分析、质量预测，提前发现质量问题，及时准确调整工艺参数，保证产品质量的一致性。
一是强化产品质量检测。产品质量是企业向品牌化、高端化发展的关键，无论是钢铁、化工，还是轻工、电子行业都有一套成熟的质量检测机制，而工业互联网正在推动以人工为核心的检测模式转变为以“人 + 技术”的质检模式，帮助企业提升品牌竞争力，迎战用工荒。
二是推进产品质量追溯。产品质量追溯往往发生在出厂后，当产品出现问题，企业需要溯源问题，快速应对，工业互联网平台能够通过技术保证产品从研发端到出厂的全流程数据的完整性、准确性，帮助企业在最小范围内解决问题。
3. 智能化制造：核心环节的智能化进程
智能化制造新模式聚焦传统工艺技术落后、生产效率低和管控能力弱等问题，通过对制造过程数字化改造，推动设备、系统与平台等之间数据互联互通，实现对生产制造过程的动态感知、实时分析与科学决策，提升生产效率和产品质量，提高资源能源利用率与生产安全水平，实现数据驱动的智能化生产。
（1）聚焦关键环节，以“机器代人”加速效率提升
生产制造的数字化、网络化、智能化水平，直接体现了产业数字化的发展水平。一是生产制造智能感知。企业通过建设在线协同、云端 MES 等系统打通生产各环节的信息堵点，并通过在生产环节换装工业机器人，在物流环节部署AGV等实现“ 无人工厂 ”“ 黑灯工厂 ”， 大幅提高工业生产效率。如海尔面向家电智能制造场景，通过 5G+MEC、视觉、音频、传感等技术，构建工厂“眼”“耳”“手”“鼻”等多功能的智能化服务能力，人工管理成本降低 28%，管理效率提升 85%。二是生产制造智能调度优化。聚焦离散制造过程，打造数据驱动业务调度平台，将业务规则和机理规则融合。例如，喜临门家具通过 5G+ 工业互联网平台推动产线自动化和智能化，实现生产参数的反向动态调整，车间生产效率提升 11%，产品合格率提升 9%，人工成本降低 25%，单件产值能耗降低 34%。
（2）扩大感知范围，打通业务流程
生产制造环节和设计、采购、物流、质检、运维等各部门相连，在新技术的驱动下，以生产制造为核心打通互相衔接的业务流程，实现各系统集成应用，提升整体效率。企业借助工业互联网平台实现人、机、料、法、环的集中管控，通过打通生产各环节数据壁垒让感知更透彻、互联更全面、智能更深化，提高生产整体管控水平。
（3）打造数字工厂，推进一体化管控
近年来，部分企业在选址建厂阶段开启数字工厂规划，将数字化软硬件与工厂建设相融合，达到“人、机、物、法、环”的数据采集、汇聚和管控。通过平台构建制造企业各类对象的数字孪生，利用统一平台、统一门户集成企业研发、生产、运维等各环节管理应用，实现工厂业务高效协同、工厂数据综合监测和工厂事件智慧决策。
4. 网络化协同：社会化的资源优化配置
网络化协同新模式聚焦产业链结构复杂、信息不对称、协作效率低等问题，通过工业互联网平台汇聚设计、制造、运维、供应链等各环节主体，推动关键数据共享和制造资源优化配置，实现跨企业、跨地区、跨行业的研发协同、制造协同、供应协同，打造覆盖产品全生命周期的云化服务与协同服务，以数据价值网络推动产业链延伸与价值链升级。
物流是当前企业应用中实现联合运营最多的环节，产品离开工厂，需要被安全、准确、及时地交付给客户，各行业均有不同需求。石化、化工等行业，仓储和运输条件严格，需要特殊的运输工具和更专业化的仓储设施，工业互联网能够通过平台协同调度运力和存储能力，在满足安全条件下降低安全风险。在医药、食品等行业，物流运输对时间、温度等有特殊需求，通过传感器进行云端协同，能够保障物流运输中的时间精准性、温度稳定性，运输过程数据实时性。在水泥、煤炭等行业，产品价格低、重量沉、体积大，物流运输需要最大限度地降低运输成本。
随着要素互联的范围越广、主体越多、链条越长，供应链协同松散、治理缺失、重构缓慢的问题就越凸显，急需应用工业互联网平台加快速度，降低复杂性，产业链上下游企业用互联网的传递速度去协同，能够打破物理空间的割裂，减少时间成本，同时，大数据、区块链等技术帮助无序变成有序，在价值传递中提升公信力，让供应链跑得快的同时，跑得更稳。工业互联网平台整合供应商、制造商、服务商、客户等上、中、下游资源，实现跨区域、跨部门、跨产业数据互联与协同，通过“联合的力量”增强供应链的韧性与弹性。
产业集群是区域经济的重要组成，在浙江、江苏等地，块状经济特征明显，企业自发和政府引导合力下，形成了大大小小错落有致的集群式发展趋势。工业互联网平台在集群落地应用，能够面向集群内中小企业，提供更低成本、更轻量化部署的解决方案。如上海致景面向长三角纺织产业集群，将飞梭智纺解耦成多个独立的 SaaS 产品，并提供生产制造业务应用云化改造及端迁移，中小企业根据需求实现低成本、零门槛、高效率部署，减少织机异常停机时间至少 15%，机台利用率提高至少 22%，坯布出库失误减少至少 76%，生产质量问题降低至少 32%，工厂原料采购成本下降至少 8%，原料交期平均降低至少1.3 天。
5. 个性化定制：满足灵活与柔性的需求
个性化定制新模式聚焦产品附加值较低、多样化市场需求无法有效满足等问题，通过工业互联网平台增强用户在产品全生命周期中的参与度，精准挖掘分析用户需求，并基于数据整合分析、模型库共享与供应商协同，实现模块化与个性化设计、柔性化生产、智能仓储和准时交付，实现高效率、零库存的生产模式。
（1）终端市场消费升级倒逼传统供应方式转变
随着经济发展、消费水平的提高以及疫情影响下用户消费习惯的改 变， 零 售 端“ 多 种 类、 小 库 存、个性化”的柔性需求倒逼传统供应链跟上“速度”。消费品的产品周期不断缩短，企业基于平台能够汇聚海量用户资源，通过大数据、人工智能技术分析挖掘用户行为数据，实现更加精准的需求预测。
（2）产业自身发展痛点促进行业向柔性化生产方式转变
钢铁、机械加工行业作为典型性流程制造业，具有规模化生产特点。然而，下游用户个性化需求凸显，传统生产模式存在生产组织困难、生产成本和库存上升、成材率和质量下降、交货期延长等问题。在去产能政策和下游需求变化影响下，行业企业自发由生产型企业向服务型企业转型，通过服务模式创新实践，实现生产的精益化、柔性化、智能化和交付的敏捷化、准时化。如南钢建立“JIT+C2M”模式，通过协同设计、协同制造、智慧营销，实现智能工厂产品由制造端直接触达终端用户，订货周期缩短 30 天，生产效率提升 5 ～ 10 倍。
6. 服务化延伸：拥抱更广阔的互联市场
服务化延伸新模式聚焦传统制造竞争力下降、设备运维成本高、售后服务要求高等问题，基于工业互联网平台实现对产品的远程互联和数据分析，实现产品追溯、远程运维、分享制造、供应链金融、回收利用等服务模式创新，推动传统制造向制造服务转变、从出售产品到“产品 + 服务”转变，拓展数字服务领域，重塑企业竞争力。
（1）设备价值延伸
装备制造巨头走在服务化延伸的前沿，正在探索“产品 + 服务”模式，以抵御市场饱和、运维成本高等挑战，通过数据价值的挖掘和利用，扩展行业新市场。
一是通用设备的平台化维护。压缩机、锅炉等设备数量大、分布广泛，设备制造商建立远程运维平台，将被动式服务转变为主动服务，发掘新利润。二是复杂场景的设备增值服务。轨道交通、汽车等位置移动、环境复杂，运维难度大、安全标准高，主机厂纷纷打造“平台 + 产品 + 服务”模式，开辟新市场、拓展新价值。如中车唐山机车开展基于大数据的产品和部件运行故障诊断、运维和检修周期预测，打通配件供应链，降低动车组运维保障人车 34.12%，百万公里故障率降低 51.81%，单车检修成本降低 13%，检修周期压缩20%。
（2）创新服务模式
智能模块帮助产品拥有了感官，能够更高水平的满足消费者的需求，企业正在通过创新服务模式，改写传统“卖产品”路径，尝试“卖公里数”“以租代买”等新玩法。
一是实现产品以租代买。除了整机设备外，部分零部件、轻工产品也在探索在已有业务上的创新交易模式，轧辊、轮胎、纺织绣花等企业均通过“以租代买”模式，实现从卖产品到买服务转型。例如双星轮胎利用传感器实时监控汽车轮胎的胎温、胎压等，从卖轮胎到“卖公里数”转型，帮助节约物流成本30%，爆胎率降低 50%，油耗节约 2%，运营效率提升 5%。二是产品数据增值服务。工业互联网平台帮助制造企业，打通生产与销售的反馈闭环，降低后服务成本，各类企业纷纷出招，开展面向消费者的延伸服务。如麒盛科技通过智能电动床向用户提供产品 + 系统服务，搭载非接触式传感器分析挖掘数据，构建“养―医―护”模式，服务 1000 名用户，降低万人次紧急抢救 30%，减少紧急抢救死亡率 10%。
三、加速工业互联网平台创新发展
随着数字经济蓬勃发展、数字中国建设加速推进，工业互联网发展如火如荼。技术是手段，最终要为企业带来实效。
1. 以标准为纽带，推动平台健康有序发展
工业互联网平台是工业领域平台经济的枢纽，承担更多的社会责任，需要发展和监管两手抓。一是完善工业互联网平台标准体系建设。标准是产业发展的规范，需建立涵盖工业互联网平台监测分析、能力评价、成效诊断、测试验证等全流程标准化工作体系，为工业互联网平台数据互通、资源共享奠定基础。
二是持续推动工业互联网平台监测分析工作，持续完监测分析体系，动态掌握发展现状和问题，实现管理有据、心中有数，支撑政府提升数字化治理能力。三是持续发布工业互联网平台发展指数。通过指数绘制我国工业互联网发展晴雨表。同时，鼓励平台企业基于自身业务特点，对积淀的行业数据价值进行再发掘再利用，积极探索研制平台特色指数，创新数据服务模式。
2. 以需求为牵引，促进平台应用加速落地
我国工业互联网平台发展时间尚短，积累不足，存在低层次平台重复扎堆、优质平台供给不足的现 象。
一 是聚焦核心问题和关键痛点，加快打造一批贴合需求、创新引领的工业互联网解决方案，将无法快速实现产品化和模块化的工业经验以解决方案的形式，加速在工业现场落地应用。二是聚焦高质量、高价值的工业场景，集中优势力量、下更大气力加快对工业知识和经验的挖掘、沉淀和转化，打造更多高价值的工业机理模型，降低知识复用成本。三是聚焦通用化、轻量级的工业场景，充分发挥工业APP“小轻灵”等特点，打造通用、便捷的解决方案，提升平台化服务能力，降低工业互联网应用成本。
3. 以园区为抓手，加速平台在聚集区落地
面向园区内产业集群数字化转型共性需求，基于平台创新园区公共服务模式，推动数字化基础设施、解决方案和产品为园区内企业共建共享，降低平台使用成本，加速推动企业数字化转型。一是为园区管理提供工具箱。支持园区利用工业互联网平台加强企业安全生产监管、排放监测等公共管理能力。基于平台资源汇集特点，引导园区探索数智化精准管理模式。二是创新园区公共服务思路。一方面，以平台为载体，为园区提供集采集销、评估检测等企业数字化转型公共服务 ；
另一方面，针对产业集群关键共性需求，联合科研机构、平台服务商、应用企业共同研制场景化解决方案，打造“政产学研用”集成创新模式。
4. 以合作为重点，加快培育平台生态体系
工业场景和用户需求往往复杂多样，单一服务商难以满足用户所有需求，亟须打破平台企业“各自为战”的局面，提高资源共享和整合能力，实现优势互补、协同共赢。
一是强化优势互补，加快合作模式的探索，鼓励不同领域服务商之间、综合平台型企业与专业技术型企业之间开展合作模式创新，推进平台向多元生态进化，逐步构建高效强健的生态系统。二是促进交流合作，工业互联网平台往往建设投入大、回报周期长，鼓励有能力的企业充分利用科创板、创业板等政策机制实现融资获得成长空间，进一步强化产业链、金融链的联通对接和相互赋能。
5. 以人才为核心，打造高端复合人才队伍
工业互联网作为新兴产业，其发展所需的各类复合型产业人才缺口严重，同时，工业互联网平台的建设是一项复杂的系统工程，对于人才综合能力的要求较高，培养时间长，育人难、留人难等问题突出。
一是完善人才培育机制，加强工业互联网相关培训课程编制和师资配备，通过工业互联网学院、产教融合基地、体验中心等多种方式，支持打造工业互联网人才实训基地，积极开展多层次人才培训和应用实践。
二是创新用人机制，在强化行业领军人才、复合型人才等培养的基础上，创新用人机制，建立工业互联网产业人才能力评价标准，通过零工经济和弹性工作机制，促进人才在行业中的流通和知识共享。
本文系工业和信息化部信息技术发展司重点研究项目“典型工业场景数字化路径研究”（项目编号 KY20211112）的阶段性研究成果
原文刊载于《企业管理》杂志 2022年11月 作者：国家工业信息安全发展研究中心 肖琳琳 夏宜君 黄洁 刘玫燚
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监制/西贝
编辑/荔枝