新工业革命时期橡胶工业创新平台转型的途径及要点

范仁德

(中国橡胶工业协会，北京 100107)

1 新工业革命、创新和平台

1.1 世界已经进入新工业革命时期

科技革命如火如荼，科技创新日新月异，机器人、3D打印、互联网、物联网、电子商务、生物科技、新材料、太阳能等科技进展超出一般人的想象。产业变革风起云涌，工业互联网迅猛发展，颠覆了过去传统产业的发展模式，产业多元化，产业转型升级天翻地覆。世界正在迎来一场新工业革命，国际上一般称为第四次工业革命。

第一次工业革命（蒸汽技术革命）所开创的“蒸汽时代”（1760～1840年），发明了由蒸汽转换为机械能，实现了机械化，标志着农耕文明向工业文明的过渡，是人类发展史上的一个伟大奇迹。

第二次工业革命（电气技术革命）进入了“电气时代”（1840～1950年），发明了由机械能转换为电能，实现了电气化，使得电力、钢铁、铁路、化工、汽车等重工业兴起，石油成为新能源，并促使交通的迅速发展。

第三次工业革命（信息技术革命）开创了“信息时代”（1950～2000），发明了可编程计算机，实现了自动化，全球信息和资源交流变得更为迅速，大多数国家和地区都被卷入到全球化进程之中，人类文明的发达程度也达到空前的高度。第三次信息革命方兴未艾，还在全球扩散和传播。

进入21世纪世界迎来了第四次工业革命，也叫绿色革命，德国叫工业4.0，则是利用信息化技术促进工业变革的时代，就是智能化时代。前三次工业革命都有明显的标志，如蒸汽、电力、可编程计算机，第四次工业革命已经到来，以互联网产业化、工业智能化为标志、工业革命的实质都是生产力的跨越式大幅度提高，其主要因素是能源和信息，期待第四次工业革命在能源和信息方面有更大的飞跃。

1.2 创新是经济社会发展的第一动力

经济学上，创新概念的起源为美籍经济学家熊彼特在1912年出版的《经济发展概论》。熊彼特在其著作中提出：创新是指把一种新的生产要素和生产条件的“新结合”引入生产体系。它包括五种情况：引入一种新产品，引入一种新的生产方法，开辟一个新的市场，获得原材料或半成品的一种新的供应来源，新的组织形式。熊彼特的创新概念包含的范围很广，如涉及到技术性变化的创新及非技术性变化的组织创新。

20世纪90年代初期，哈佛商学院克莱顿·克里斯滕森在《创新者的窘境》一书中提出破坏性创新或者叫颠覆性创新，他给出了一个看似悖谬实则合理的结论，那就是良好的管理导致了这些企业的颓败，往日的成绩成了创新的绊脚石，把原来的东西都颠覆了。

100多年来，关于创新的理论不断发展和完善，特别是进入信息社会以来，把“技术创新”提高到“创新”的主导地位。

美国迈尔斯（S.myers）和马奎斯(D.G.Marquis)在其1969年的研究报告《成功的工业创新》中将创新定义为技术变革的集合。认为技术创新是一个复杂的活动过程，从新思想、新概念开始，通过不断地解决各种问题，最终使一个有经济价值和社会价值的新项目得到实际的成功应用。

信息通讯技术的融合与发展推动了社会形态的变革，催生了知识社会，使得传统实验室边界逐步“融化”，进一步推动了科技创新模式的嬗变，产生了创新2.0模式，将创新2.0总结为以用户创新、大众创新、开放创新、共同创新为特点的，强化用户参与、以人为本的创新民主化。

1.3 工业互联网平台是新工业革命时期产业竞争的核心

过去几年，工业互联网在全球范围内加速兴起和发展，引发信息技术与制造技术加速融合创新，并驱动制造业智能化发展，随着工业互联网走向应用部署，工业互联网平台作为工业数据集成与工业应用创新的重要载体，正在成为新工业革命时期产业竞争的核心。

平台模式概念并非近代才出现，历史上，它也曾不断被利用，是人类社会最有效的商业策略，古代欧洲的“集市”或者中国的“农贸市场”就是最好的例子。

概括的说，平台商业模式是指连接两个（或更多）特定群体，为他们提供互动体制，满足所有群体的要求，并巧妙地从中盈利的商业模式。

平台带来的商业革命已改写了现在和未来企业生存规则，而这股浪潮目前已经从互联网行业蔓延到了其他行业之中，可以说，过去十几年是平台商业模式在互联网行业的爆发期，那么未来10年，将是平台商业模式在传统行业转型应用上的黄金时代。

2 新工业革命时期橡胶工业创新发展的途径

今后10年到20年将是人类历史上经济社会彻底改变的时代。中国在今后10年到20年是迈向世界强国的关键阶段。在科技革命和产业变革的大潮中，传统制造业发展面临转型升级的重要阶段。

互联网诞生20年以来，2016年是互联网在中国发展突飞猛进的一年。服务业如游戏业、传媒业、邮政业、零售业等如火如荼；互联网金融迎面扑来，资金融通、支付、投资等新型金融业务模式日新月异；更令人振奋的是相对滞后的制造业互联网即智能制造异军突起，开始颠覆传统制造业的模式。移动互联网已经无处不在，物联网催生万物相联，不断改变着社会经济的各个方面，冲击着人们的传统思维，进而推动着人类社会的不断进步，互联网正在催生一个新时代。

橡胶工业是典型的传统制造业，在新工业革命时期，同样面临着一场大变革，只有抓住这个千载难逢的机遇，橡胶工业才能转型升级，进一步发展成为现代橡胶工业强国。要达到这个目标，就要创新，通过工业互联网平台转型来实现。

具体途径要实施以下十大创新转型。即观念转型、科研转型、工厂转型、管理模式转型、产品转型、销售转型、企业组织转型、资源利用转型、发展动能转型和人才结构转型等。

（1）观念转型

由单元的行业思维转变为多元的跨界思维，由线性思维转变为平台思维，由传统思维转变为超常思维。

（2）科研转型

科研开发从封闭化向开放型和共享型转型。

（3）工厂转型

生产型工厂向服务型工厂转型，从机械化、自动化工厂向智能化工厂转型，从大批量规模化生产向大批量按需定制生产转型。

（4）管理模式转型

从传统模式向精益生产与智能制造融合的现代管理模式转型。

（5）产品转型

产品由中低档向中高档转型，从传统产品向智能产品转型。

（6）销售转型

从传统销售模式向电商与实体店相结合模式转型，进而向工业互联网平台转型。

（7）企业组织转型

生产组织从滞后的模式向精简化转型。

（8）资源利用转型

由资源消耗型向资源节约型、环境友好型转型。

（9）发展动能转型

由过度依赖投资和出口的拉动增长，向依靠改革创新和结构调整增强发展内生产力转型。

（10）人才结构转型

从单一的专业人才结构向多元、跨界、复合人才结构转型。

3 新工业革命时期橡胶工业创新平台转型的要点

国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，部署以试点示范推进“中国制造2025”深入实施，促进制造业转型升级。

会议指出，下一步深入实施“中国制造2025”，要深化供给侧结构性改革，以市场为导向，以企业为主体，强化创新驱动和政策激励，把发展智能制造作为主攻方向，与“互联网+”和大众创业、万众创新紧密结合，打造勇于改革创新、成果不断涌现、具有引领作用的“示范方阵”，促进整个制造业向智能化、绿色化和服务型升级，加快建设制造强国。智能制造是新旧动能转换和经济迈向中高端的重要抓手，是通用的工具，智能制造是橡胶工业转型升级的必然选择。

新工业革命时期橡胶工业创新发展的必由之路是智能制造，是下一个风口，是主攻方向，我国橡胶工业已经进入智能制造新时代。

在互联网时代，中国橡胶工业作为传统的制造业没有掉队，没有固守传统的生产模式，而是敏感地抓住机遇，与互联网共舞，2014年就推出了“中国橡胶工业强国发展战略研究”，明确提出橡胶工业智能制造战略措施和建设橡胶工业强国的路线图，完全符合国务院发布的“中国制造2025”战略方针和战略措施。由此中国橡胶工业开始走上了智能制造之路。

2016年也是中国建设橡胶工业强国历史上值得铭记的一年。这一年，智能制造之风吹遍橡胶工业各个领域，从轿车轮胎智能工厂到卡车轮胎智能工厂建成投产，自动化密炼生产线和轮胎硫化自动化生产线开始推广，再生胶自动化环保生产线运行，智能设备不断涌现，机器人、AGV、RFID、传感器等在各个工序扩大应用，ERP、MES等软件逐步推广等等都标志着2016年中国橡胶工业智能制造已经进入一个新阶段。特别是智能轮胎工厂建设取得重大突破，采用了国内外轮胎生产的先进设备和软件，使轮胎制造与互联网深度融合，开发成功具有自己知识产权的轮胎软硬件智能制造平台，把开发设计、生产、设备、能源、安全、销售、进行无缝连接和集成，产品质量稳定，成本降低，效率大幅度提高，起到了集成、叠加和倍增的效果，是颠覆传统橡胶工业，转型升级，践行智能制造的范例，是建设橡胶工业强国的一个新标志，具有里程碑的意义！

新工业革命时期，我国橡胶工业将继续面临国际产业竞争的严峻形势和国内经济转型的改革需求。根据国内外智能制造的经验和总结橡胶工业推进智能制造的经验和教训，提出以下新工业革命时期橡胶工业创新发展路径十大要点。

3.1 智能制造的实质

智能制造重新定义了制造业的内涵，是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，智能制造贯穿于制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。

智能制造体系是基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，是先进制造过程、系统与模式的总称。

其中智能制造过程是指通过自动化装备及通信技术实现生产自动化，并能够通过各类数据采集技术，以及应用通信互联手段，将数据连接至智能控制系统，并将数据应用于企业统一管理控制平台，从而提供最优化的生产方案、协同制造和设计、个性化定制，最终实现智能化生产，如图1所示。

图1 智能制造体系

CPS——Cyber-Physical System，网络实体融合控制系统是一个由传感器、控制电脑、执行器以及网络组合的控制系统。CPS 是借用技术手段实现人的控制在时间、空间等方面的延伸，本质就是人、机、物的融合。所以，也被称为人机物融合系统，如图2所示。

3.2 橡胶新材料是智能制造基础

材料是橡胶工业的基础，新材料是橡胶工业发展的先导。新材料主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更优异性能的一类材料。根据新材料的发展，不断调整橡胶原材料品种、结构和形态，对于促进橡胶工业智能制造，提高效率和质量，降低能源消耗和减少污染，建设橡胶工业强国，具有重要的战略意义。

图2 CPS系统

橡胶工业的原材料分三大类，即主体材料、骨架材料和助剂材料，可以说这三大材料决定了橡胶产品的特性和功能。橡胶工业的发展基本上取决于这三大材料的发展。

目前三大材料的原料，60%来源于石油和煤炭等化石资源。今后三大材料的原料的发展方向有六个方面，一是提高现有产品的性能和质量，以降低原材料消耗和延长产品寿命；二是改变现有原材料产品的形态，以改善加工工艺，降低能耗，提高质量，改善环境。例如建立湿法混炼胶中心；三是扩大使用热塑性弹性体和树脂，以有利于废旧橡胶产品的回收利用；四是开发和培育第二类天然橡胶，如杜仲橡胶、蒲公英橡胶和银菊橡胶，以满足特种性能的需要和缓解天然橡胶依赖进口的局面；五是开发生物及生物基材料，代替合成材料，逐步减少橡胶工业对化石资源的依赖。六是开发应用具有特异功能的新材料，如具有记忆功能的橡胶和骨架材料、人工设计材料、智能材料、纳米材料、3D打印橡胶材料、石墨烯、超强而且具有橡胶弹性的新型碳素材料等。

采用新型原材料是大势所趋，是橡胶工业智能制造的需要，是环保的要求，是减少橡胶工业对化石资源的依赖需要，也是决定智能制造模式的先决条件。

3.3 智能制造路线图

目前橡胶行业设备的自动化和数字化水平已初步具备了一定的基础，但绝大多数为单机使用，设备数据没有加以采集和利用，为此首先需要进行网络化改造。

包括充分利用数字化设备的通信接口、在自动化设备上加装传感器和控制器，并因地适宜地利用有线或无线网络接入技术，建设覆盖全工序、全流程的各类生产、检测、物流设备的工业互联网，充分采集制造过程中产生的大量数据和图像信息，从而为设备的集中监视、远程控制、协同制造创造条件。另外，对于生产过程中的物流管理，可考虑采用条码识别或集中供料、自动计量的方式采集原辅材料及在制品的实时用量和库存数据，以便在精益生产管理过程中实现生产全过程中物料的“JIT”精准供应和实时的成本核算，最终实现智能设备、自动化生产线、数字化车间、智能工厂、生态产业链，彻头彻尾的智能化。

3.4 橡胶工业智能制造的模式分类

由于产品制造工艺过程的明显差异，离散制造业和流程制造业在智能工厂建设的重点内容有所不同。对于离散制造业而言，产品往往由多个零部件经过一系列不连续的工序装配而成，其过程包含很多变化和不确定因素，在一定程度上增加了离散型制造生产组织的难度和配套复杂性。企业常常按照主要的工艺流程安排生产设备的位置，以使物料的传输距离最小。面向订单的离散型制造企业具有多品种、小批量的特点，其工艺路线和设备的使用较灵活，因此，离散制造型企业更加重视生产的柔性，其智能工厂建设的重点是智能制造生产线。

流程型制造业的特点是管道式物料输送，生产连续性强，流程比较规范，工艺柔性比较小，产品比较单一，原料比较稳定。对于流程制造业而言，由于原材料在整个物质转化过程中进行的是物理化学过程，难以实现数字化，而工序的连续性使得上一个工序对下一个工序的影响具有传导作用，即如果第一道工序的原料不可用，就会影响第二道工序。因此，流程型制造业智能工厂建设的重点在于实现生产工艺的智能优化和生产全流程的智能优化，即智能感知生产条件变化，自主决策系统控制指令，自动控制设备，在出现异常工况时，即时预测和进行自愈控制，排除异常、实现安全优化运行；在此基础上，智能感知物流、能源流和信息流的状况，自主学习和主动响应，实现自动决策。

根据橡胶工业工艺过程的不同，可以有三种模式。

第一种模式是从生产过程数字化到智能工厂、第二种模式是从智能制造生产单元（装备和产品）到智能工厂、第三种模式是从个性化定制到互联工厂。

3.5 智能工厂的框架结构

2016年9月7日，工业互联网产业联盟正式发布《工业互联网体系架构（版本1.0）》。

工业互联网体系架构报告（1.0版）在分析业务需求基础上，提出了工业互联网体系架构，指出网络、数据和安全是体系架构的三大核心，其中“网络”是工业系统互联和数据传输交换的支撑基础，“数据”是工业智能化的核心驱动，“安全”是网络、数据以及工业融合应用的重要前提。

智能工厂是实现智能制造的重要载体，主要通过构建智能化生产系统、网络化分布生产设施，实现生产过程的智能化。企业基于CPS和工业互联网构建的智能工厂原型，主要包括物理层、信息层、大数据层、工业云层、决策层。其中，物理层包含工厂内不同层级的硬件设备，从最小的嵌入设备和基础元器件开始，到感知设备、制造设备、制造单元和生产线，相互间均实现互联互通。以此为基础，构建了一个“可测可控、可产可管”的纵向集成环境。信息层涵盖企业经营业务各个环节，包含研发设计、生产制造、营销服务、物流配送等各类经营管理活动，以及由此产生的众创、个性化定制、电子商务、可视追踪等相关业务。在此基础上，形成了企业内部价值链的横向集成环境，实现数据和信息的流通和交换。纵向集成和横向集成均以CPS和工业互联网为基础，产品、设备、制造单元、生产线、车间、工厂等制造系统的互联互通，及其与企业不同环节业务的集成统一，则是通过数据应用和工业云服务实现，并在决策层基于产品、服务、设备管理支撑企业最高决策。这些共同构建了一个智能工厂完整的价值网络体系，为用户提供端到端的解决方案。

3.6 智能制造的四大法宝

美国通用（GE）总结了智能制造的四大法宝是精益制造、先进制造、增材制造和数字化工厂。

（1）精益制造

智能工厂首先从追求精益开始。精益生产通过消除浪费达到最大化客户价值的目标，注重在消除浪费、流程改进甚至物料摆放等方面实现持续改善。精益生产通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产各方面最好结果的一种生产管理方式。自20世纪70年代以来，精益生产的理念已经被包括GE在内的全球制造业企业所广泛接受并采用，堪称工业界最佳的一种生产组织体系和方式。

（2）增材制造

增材制造的核心即工业版3D打印，通过计算机辅助设计及层叠式材料累加，快速实现复杂构型的立体部件建模。3D打印技术赋予了设计师终极的自由，他们可以设计制造出各种形状的产品，而这在以前是很难实现的。3D打印产品正在越来越广泛地被应用到各个领域。已经看到国内外关于3D打印汽车橡胶件、胶鞋，甚至轮胎。

（3）先进制造

先进制造技术旨在通过机器人、先进传感技术为基础的自动化与自适应制造技术，包括光学/视觉，接触，力学与声学传感等，和新型制造流程，降低成本、提高质量、加速创新。目前国内已在轿车胎和卡车胎智能工厂应用。

（4）数字化工厂

目前所说的数字化工厂，首先强调的是生产计划数字化和大量使用各种计算机辅助技术：CAD、CAM、CIM、PPS(生 产 计 划 控 制 系 统 )、PDM、DMU(数字试验模型)、PLM(产品生命周期管理)，等等，较多地是基于一个相对固定、由上而下的生产集中控制系统。而新的革命强调的则是分散，降低集中控制度，增加生产设备的自主控制，把分散的自主的智能化的制造设备，通过网络的形式紧密地联接在一起，具有更开放，更积极通讯的系统结构，更具动态性和灵活性，从而能发掘出更多优化的可能，估计可以提高生产效率 30%。其中，CPS 将起一个核心的作用。

3.7 软件是橡胶工业智能制造的决定因素

工业信息化以工业软件为主，工业软件是指在工业领域进行设计、生产、管理等环节应用的软件，可以被划分为系统软件、应用软件和中间件（介于这两者之间），其中系统软件为计算机使用提供最基本的功能，并不针对某一特定应用领域； 应用软件则能够根据用户需求提供针对性功能，在智能制造流程中，工业软件主要负责从事生产控制、运营管理、研发设计等方面进行优化、仿真、呈现、决策等职能，如图3所示。

橡胶企业工业软件应用有很大差距，除了CAD、ERP应用比较普遍外，像MES等控制类软件应用较少，工业软件是橡胶工业智能制造的决定因素，今后将有较大发展空间。

3.8 橡胶工业智能制造的最后一里路，是建立橡胶工业互联网平台

6月15日，中国航天科工发布了工业互联网云平台——INDICS（Industrial intelligent cloud system），据称该平台是基于把工业互联网，作为信息化时代制造业生态系统的载体来认识为基础构建的。是国内目前唯一提供智能制造、协同制造、云制造公共服务的云平台。INDICS技术上与西门子公司的MindSphere云平台、GE公司的Predix云平台处于同一水平，但平台功能和应用场景更为丰富，推广应用的速度与成效优势明显。这是我国智能制造发展的一重大突破，将为我国智能制造的资源共享和信息安全提供有效服务。

图3 工业软件分类

因为中国的制造业多数处于工业2.0时代，少数处于工业3.0时代，极少数分布于工业1.0和工业4.0两端。从中国实情出发，INDICS具备比美国和德国工业互联网更多的功能，必须服务于制造业的新老形态、大小规模、各种体制、各种业态的市场主体，向用户提供全过程、全要素、全生态的服务。

过去是一流企业“建标准”，今后互联网时代是一流企业“搭平台”。国内愈来愈多的企业重视建立工业互联网云平台，除了以上中国航天科工发布了工业互联网云平台——INDICS外，还有海尔的COSMO智能制造云平台、徐工集团和阿里共同搭建的XCMGCloud徐工工业云，以及三一重工的根云平台等。据了解，现在世界上只有150家企业具有工业互联网平台，将来平台是企业竞争的主要形式，谁具有平台就具有人力、物力、资金、技术、原材料和市场，得平台者得“天下”。

工信部提出：为了加快制造业智能制造，要“建平台”和“用平台”双驱动。橡胶行业可以选择应用国内成熟的工业互联网云平台。但是我国橡胶工业从科研开发、生产、销售等都有其特殊性，参照国内外比较成熟的工业互联云平台，构建橡胶工业互联网云平台是橡胶工业智能制造的最后一里路，势在必行。

3.9 智能制造要走差异化道路

橡胶工业产品种类不同、生产工艺差异，又有消费品和工业品之别，企业规模、研发水平和资金实力千差万别，所以橡胶工业智能制造要因产品而异，因企业而异，走差异化道路。要根据企业性质、现状，确定智能制造的方案，不要一刀切。

老企业可以缺什么，补什么，立足现状，从精益生产基础做起，从工业2.0、3.0做起，循序渐进，逐步达到智能制造；

新企业可以一步到位，精益生产和智能制造深度融合，弯道超车，跨越式发展，建立现代化的智能工厂。

消费品工厂，例如轿车胎、胶鞋等企业可以首先从自由定制开始，逐步实现全产业链的智能制造。

另外，中小企业也可以探索低成本推进智能制造的路径。受制于资金、技术和人才，中小企业低成本实施智能制造是现实选择。在硬件方面，中小企业通过对单点旧设备进行升级改造、智能设备以租代买等方式节省成本。在软件方面，中小企业可通过“按需付费、按次付费”取代“成套购买”的方式，降低使用门槛。

3.10 建立橡胶工业智能制造产业联盟

在国外智能制造推进过程中，以政府、科研机构、大学、企业等组成的联合体起到至关重要的作用。联合体是指由不同主体（政府、企业、科研机构、大学、技术转移公司等服务机构）组建的，面向技术研发、产业化与应用的创新集群，其目的在于推动主体优势互补，形成自主运营与持续创新机制，并带动中小企业发展。

现在推行智能制造的困难是互联网企业不了解制造业，对橡胶工业更是知之甚少，而橡胶行业又不懂互联网，企业大部分还停留在PC+制造层面上。根据美国、德国、日本等推行智能制造的经验，组成互联网和制造业的联盟是一个好办法。要根据不同产品，橡胶企业与有实力的互联网企业或者高校、科研单位以及行业协会，组成若干橡胶产品智能制造产业联盟，搞好试点，逐步推动整个行业的智能制造。

橡胶企业也可以由上下游企业组成产业创新联盟，利用互联网，建立制造服务平台，以延伸发展服务型制造和生产性服务业，改变传统的恶性竞争的销售模式，如工程胎制造服务联盟和平台、输送带制造服务联盟和平台等势在必行。新兴产业也有必要创立产业联盟，如集成杜仲种植、提胶、应用以及大健康产业链的杜仲产业联盟已运行多年，应进一步完善，建立杜仲产业链平台，充分发挥其交流、合作和市场开发的作用。

今后10～20年将是中国橡胶工业智能制造进一步完善、推广、成熟和显示成效的时代，是互联网与橡胶工业深度融合，横向和纵向继续延伸的阶段，也是智能制造与传统制造模式激烈碰撞的过程，网络化、数字化、数据化、自动化、新型原材料、先进制造、3D打印的融合，将催生一个世界橡胶工业强国。

4 结束语

互联网时代，中国橡胶行业将出现更多的智能工厂，不仅是已经取得成功的轮胎领域，非轮胎领域也将有所突破；将会有更多智能橡胶产品开发成功并融入到信息物理世界之中；轮胎等橡胶产品及原材料、设备等电子商务将进一步触动传统营销模式的奶酪，在探索中前进；橡胶工业科研体制和模式将经历转型和创新；橡胶企业的组织结构和人才结构将随之调整和更新。

新的时代，橡胶工业发展的优势和困境共存，机遇与挑战同在，我们要继续转变观念，把握时机，勇于挑战，开拓我国橡胶工业智能制造新时代，走智能制造之路，建设橡胶工业强国。