工业互联网精益生产的分析与思考
在中国制造向中国创造转型的大背景下，国家和各级政府相继出台政策，鼓励设备联网和上云，尤其是机床设备联网和上云。
2020年8月25日，山东省工业和信息化厅发布《关于加快推动工业设备上云促进工业互联网创新发展的指导意见》，明确提出了以数控机床为代表的智能设备2022年实现新增3万台设备上云、降低设备空置率10%的目标。
在机床联网和上云政策的大力引导下，目前机床上云需求非常集中。比如，某装备制造数字化管理样板车间一期项目的主要需求点包括34台西门子840D机床数据采集及可视化看板、能耗管理、设备管理、程序管理等。某汽车零部件制造集团ATP工厂智慧工厂项目的主要需求点包括188台各类设备的数据采集（主要是华中数控、FANUC的数控机床，PLC设备）及可视化看板、设备管理、程序管理等。某光缆制造集团5G智慧工厂项目的主要需求点包括5台设备的私有化部署、数据采集及可视化看板。
某饮料制造工厂数据采集项目的主要需求点包括公有云数据采集、设备管理、可视化看板等。某重型装备工厂数据采集项目的主要需求点包括34台西门子机床数据采集、可视化看板等。种种需求表明，我们需要一套基于工业设备数据采集的车间制造执行系统。系统面向机械加工领域，提供设备可视化、设备管理、车间管理、仓储管理、质量检验、刀具管理、加工程序、生产排程、计划管理、能耗管理、主数据管理、自定义报表等功能，满足机加工企业数据采集和生产管理优化。
一、价值分析
产品价值
目标用户。第一优先级目标客户包括工程机械行业零部件加工企业和重工企业。第二优先级目标客户包括汽车行业零部件制造企业，如发动机、变速箱、刹车片、离合器等。其他行业零部件制造企业，包括航空航天、轨道交通、能源动力、国防军工、船舶等。
产品价值场景描述。场景一：设备可视化，为企业管理层搭建一套可视化看板，接入底层生产设备，实时采集和展现设备运行情况，同时对生产设备运行情况按照一定算法简要分析，便于企业管理者轻松掌握车间和工厂的生产情况，进而把握企业生产过程。场景二：程序管理，协助企业实现车间设备的程序文件联网管理，包括但不限于数控程序、工艺图纸、刀具清单等，帮助企业摆脱繁琐的文件管理和传输方式。场景三：设备管理，协助企业建立一套设备管理体系，实现对设备故障分析和维修过程的绩效分析、对设备和人员的绩效分析、对设备状况实现全生命周期管理。场景四：能耗管理，协助企业自动统计车间或设备的水、电、天然气等能耗，并简要分析能耗数据，帮助企业解决需要人工定期统计的痛点问题。场景五：车间管理，协助企业管理从订单承接、物料采购到实际生产的全流程，通过无纸化管理、实时统计产能和人员绩效、看板管理等手段，降低企业运营成本，提升生产管理水平。场景六：质量检验管理，协助企业实现产品质量追溯和产品质量问题分析，从而提升产品质量，降低质量管理成本。
二、市场分析
1、目标市场
市场空间。数控机床设备数量庞大，根据华夏幸福数控机床行业研究报告数据，截至2022年，国内存量数控机床476万台，预计2023年新增88万台，2024年新增96万台，2025年新增103万台。同时，以国家统计局公布的产量数据为基础测算，2023年将迎来一轮置换高峰，具体以金属切削机床为例，2023-2025年期间每年的理论更新需求有望达80万台，假设平均单价15万/台，则每年更新的规模达1200亿元。
市场趋势。数控机床等设备联网受政策利好和技术不断发展影响，企业接受度不断提高，未来3至5年市场规模将不断扩大。在政策利好、技术不断发展的市场环境下，2020年至2025年，我国设备联网，主要是机床联网或机床数字化改造市场规模将从26亿元增长至66亿元。目前正处于市场持续成长阶段，是切入并满足市场需求窗口期的最佳时机。
市场门槛。市场门槛主要涉及三方面，一是技术，二是行业背景和经验，三是销售渠道。第一，该产品最终呈现的是数控机床数字化改造的产品，针对各类机械加工等工业企业客户服务，因此对IT软件技术及交付水平提出一定的门槛要求，需要具备相应的工业软件产品研发开发能力。第二，该产品与工业机械加工等行业强相关，因此需要有机床相关行业背景的经验积累，与行业内人员能够平等交流对话，对行业内的工作流程和生产工艺具有一定的认识，且该产品具有一定的定制化内容。第三，机械加工行业相对较封闭，要进入该市场，需与该类工业企业或上下游企业有较强的客勤关系。
三、策略与模式
1、产品策略
产品定义。精益化生产产品是一套以制造业车间制造执行为主，涵盖信息采集、工厂管理等功能的工厂信息管理系统。面向机械加工领域提供信息化管理解决方案与云端应用服务。产品基于功能模块的SaaS模式对外提供服务，可以帮助企业实现从管理层到生产执行层的有效结合，助力机械加工企业转型升级。
精益化生产产品助力机加工企业实现制造过程全流程管控，包括但不限于设备可视化、车间管理、质量检验、仓储管理、计划管理、生产排程、设备管理、DNC加工程序管理、刀具管理等应用。市场策略。短期策略：聚焦机械加工领域，不限企业规模，主推设备可视化模块，联合各省（区、市）公司渠道资源薄利多销抢占客户，抢夺新增市场。
长期策略：
（1）聚焦汽车零部件制造、3C电子制造等机械加工领域，在设备可视化的基础上，针对存量客户，通过免费试用功能模块、资费竞争性、良好售后服务等做优质量。
（2）针对大型企业，打造标杆；针对中小企业，前期通过薄利多销打造上云标杆。
（3）丰富端到端生态，完成合作伙伴硬件接入适配工作，进一步降低硬件成本，逐步规划将合作伙伴细分行业终端纳入终端库或集成合作伙伴产品能力。
2、商业模式
精益化生产产品主要通过各地方公司的企业客户渠道进行销售，我们与各地方公司共同对客户开展前期销售的推广工作。
图1 精益化生产总体架构图
精益化生产是一整套软件，涵盖了机械加工企业的从订单管理到订单闭环的全生产流程，针对数字化程度较低尤其是没有上过MES的机械加工企业，可以整体打包出售；针对部分信息化程度比较高的企业，可以提供其中的某些模块集成。销售及部署模式如下。
（1）本地化部署，针对设备数量大于200台、生产能力价值大于1000万元、员工人数大于200的企业，往往不能接受上云，诉求是数据不出厂，采取本地化部署。按客户需求模块、设备数量规模开通对应的功能及模块。定制化开发，按人·天计费。
（2）云化部署，针对设备数量小于200台、生产能力价值小于1000万元、员工人数小于200的企业，会优先推广云化部署。在运营平台上创建单独的租户，按客户需求模块和设备数量开通对应的功能及模块，少量定制化开发，按人·天收费。
（3）平台不限次数部署，可以随区域工业云打包出售。功能费用可以包年等模式提前结算。
四、技术分析
一是应用层。应用层包含了直接对制造企业提供价值的信息服务，涵盖了典型制造企业从生产订单下达到成品交付之间生产环节的全流程，为企业实现数字化转型、实现精益化生产提供支撑。主要功能有车间管理、设备可视化、质量检验、仓储管理、刀具管理、计划管理、生产排程、加工程序等。
二是平台层。平台层是服务的能力层，主要分为微服务和数据存储两部分。微服务包括基础服务和业务服务两大类，基础服务支持提供业务服务的基本功能，以保障业务服务的稳定性、可用性和高效性。数据存储主要以三种形式体现：文件数据库、分布式数据库和数据仓库。
三是边缘层。边缘层是机床数据传输到平台系统的中间层，主要依靠边缘设备，通过驱动应用连接机床，利用采集服务进行数据采集，经过数据适配器转化数据标准，最后遵循传输协议上传到平台端；边缘侧设备还支持数据的存储、边缘计算和边缘应用安装部署等功能。
四是现场设备层。主要体现数据采集对多种设备的支持，涵盖i5、西门子、法那科、三菱、华中、广数、KND等设备型号；支持主流设备连接协议；支持西门子、三菱、欧姆龙等PLC设备接入；支持主流注塑机接入；支持Fanuc、库卡、ABB等主流机器人；利用ethercat总线支撑串口、数采卡、IO等接入方式，支持其他种类工业设备以及外设传感器的接入。中国有庞大的机床设备体量，随着政策利好、技术不断发展，企业接受度不断提高，机床设备联网将成为中国工业革命的重要发力点，以此快速构建的生产应用也将助推中国工业互联网发展迈上新台阶。
原文刊载于《通信企业管理》2023年3月 作者：中移（上海）信息通信科技有限公司 林嘉莉
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