工业互联网平台应用现状及发展对策

何小龙，李 君，2，周 勇，张 旭

（1.国家工业信息安全发展研究中心，北京 100040；2.清华大学自动化系，北京 100084）

1 研究背景

工业互联网是加速产业创新发展和经济社会数字化转型的关键引擎。党中央、国务院高度重视工业互联网的创新发展，2020 年2 月，习近平总书记在中央政治局常委会会议中明确提出要推动工业互联网等加快发展。2020 年7 月，在中央全面深化改革委员会第十四次会议上，习近平总书记再次强调要加快推进新一代信息技术和制造业融合发展，要顺应新一轮科技革命和产业变革趋势，以供给侧结构性改革为主线，以智能制造为主攻方向，加快工业互联网创新发展。工业互联网平台的创新发展是实现创新发展的重要载体［1］，是我国数字新型基础设施建设的重要组成部分，对于塑造我国未来数字化竞争的新优势具有重大战略意义。在2020 年的新冠肺炎疫情防控中，工业互联网平台有效支撑了防控应急处置，助力物资供需对接，推进企业复工复产，发挥了不可或缺的基础支撑作用。

当前，我国工业互联网平台已进入落地关键窗口期，全国具有一定影响力的工业互联网平台已经超过70 个，平台接入工业设施规模突破4 000 万台/套，2019 年工业互联网平台产业规模达2 486亿元，比2018 年增长29.2%［2］。但我国工业互联网平台规模化应用推广面临诸多挑战，仍有许多企业尚未使用工业互联网平台，面临“不敢用，不会用，用不起”等问题［3］；而投入使用工业互联网平台的企业，又存在过程不规范、路径不清晰、重点不明确等问题［4］。目前我国工业互联网平台的应用与发达国家相比仍然存在总体发展水平较低、行业间和企业间基础差异较大、大规模推广难度巨大、缺乏工业互联网平台应用水平评估体系和实施指南等一系列问题［5］。

目前，在工业互联网平台应用水平评价方面，学术界和产业界开展了诸多研究。其中，Vasiljević［6］等研究了基于工业互联网操作系统的性能评估；Lee［7］等针对工业互联网系统的性能评价，提出了一种灵活的、可伸缩的仿真框架，并在各种工业应用场景下进行了实验；刘棣斐等［8］提出按照“一横四纵”的逻辑架构搭建工业互联网平台评价体系，“一横”是平台基础共性能力要求，“四纵”分别是特定行业、特定领域、特定区域和跨行业跨领域四类平台能力要求；中国工业互联网产业联盟［9］发布了《工业互联网成熟度评估白皮书》，从互联互通、综合集成、数据分析利用三大核心要素对工业互联网成熟度进行评估；李君等［10-11］围绕工业互联网平台的作用机理、发展路径等方面开展了系列研究，为工业互联网平台评价提供了一定借鉴。综上所述，已有研究多为针对工业互联网平台核心能力和建设水平方面的探讨，但是对于工业互联网平台应用方面缺少深入全面的研究，尚未形成相对稳定的评价模式与方法。

为了科学评价我国的工业互联网平台应用落地的现状，找准行业共性问题和需求，引导企业合理利用平台、提升平台应用水平，本研究建立了工业互联网平台应用水平评价体系，科学地评价和分析覆盖我国31 个省、自治区、直辖市的22 个行业、1 400 余家企业的样本数据，总体分析我国的工业互联网平台应用水平，探索工业互联网平台应用水平两极分化的原因，以期为企业找准自身的问题、逐步提升应用能力和水平提供参考。

2 研究方案

本研究以从工业互联网应用推广公共服务平台（http://www.iipap.com）所采集的信息为原始数据，对工业互联网平台应用水平与绩效评价指标体系进行分析，共分为5 个步骤，建立研究框架、研制评价指标体系、开发在线测评系统、统计分析测评数据、评价数据结果分级。在国内外普遍欠缺相关的成熟评价体系的情况下，以此评价工业互联网平台应用水平具有科学性、实用性和创新性。

2.1 建立研究框架

建立研究框架时，以科学评价工业互联网平台应用水平为导向，采用应用性调查研究方法进行搭建，研究范围最大化覆盖国内制造企业，旨在准确描述当前我国工业互联网平台应用水平，剖析当前工业互联网平台应用推广的瓶颈，为更好推进工业互联网平台应用和普及推广提供参考。设计研究框架如图1 所示，在具体开展研究过程中包括准备阶段、调查阶段和分析与总结阶段共3 个阶段。

图1 研究框架

2.2 研制评价指标体系

确定评价指标体系时，综合考虑工业企业、平台服务商、行业组织和各级政府对于工业互联网平台的评价需求。其中，确定工业企业评价指标时，重点从找准平台应用薄弱环节、提升应用成效等方面进行设计；确定平台服务商评价指标时，重点从摸清用户企业应用需求、完善平台功能和服务、提升高质量解决方案供给等方面进行设计；确定行业组织评价指标时，重点从摸清行业的上平台、用平台整体现状，提升精准引导水平等方面进行设计；确定各级政府评价指标时，重点从摸清辖区内企业的上平台、用平台现状，优化提升政府服务水平等方面进行设计。本研究所建立的工业互联网平台应用水平和绩效评价体系由3 层指标构成。其中，一级指标5 项，分别为战略与组织、基础条件、平台应用、业务创新和效能效益，一级指标包含20 项二级指标，二级指标包含34 项三级指标。具体指标如图2 所示。

图2 工业互联网平台企业应用水平和绩效评价体系

2.3 开发在线测评系统

开发在线测评系统时，根据调查指标所拟定的调查方向进行设计，确定相关定义和测量方法。最终设计的问卷共包含54 个问题，结构化问题共29个（10 个单选、19 个多选）和开放式问题25 个（如图3、图4 所示）。结构化问题的答案有明确界限，有利于做对比分析，量化被评价对象在各个维度的表现；非结构化问题能引导和发掘被调查企业在应用工业互联网平台过程中所表现出来的个性化问题。

图3 工业互联网平台应用水平和绩效评价在线测评系统界面

图4 工业互联网平台应用水平和绩效评价在线测评问卷示例

2.4 统计分析测评数据

统计分析数据时，为确保数据分析的准确性、完整性、一致性、时效性、可信性和解释性，严格控制了数据获取和数据分析工作。数据收集时，要求填写问卷的人员是企业内对本企业工业互联网应用平台建设和发展有深刻理解的管理者和执行者，并在开始填答问卷前确保被调查者已清晰理解问卷的问题导向，客观填写问卷。综合考虑到工业互联网应用推广公共服务平台的经济性、便捷性、实时性和可拓展性等优势，问卷调查的全过程依托于该平台进行信息采集。

截至2020 年12 月1 日，共获得1 445 份有效问卷。在进行具体数据分析时，主要使用了以下几种方法：统计分析，主要通过采用均值、极值、中位数等统计量分析数据的集中趋势、离散趋势；聚类分析，主要通过寻找合理的度量事物相似性的统计量，按样本个体或指标变量的特性进行分类；相关分析，主要通过研究被评价对象各项指标得分是否存在某种依存关系，对具体有依存关系的现象探讨其相关方向及相关程度。

2.5 评价数据结果分级

计算被评价企业的总得分时，其由一级指标得分加权平均得出，满分为100 分，上级指标得分由其下一级得分加权平均决定。设某一指标的下层指标得分为{Xi|i=1,2,…,n}，则该指标得分计算方式如式（1）所示：

在0～100 分之间，每20 分划一个等级，总得分从低到高分为A 级至E，如图5 所示。

图5 工业互联网平台应用水平与绩效评价结果分级

3 工业互联网平台应用现状分析

经过上述步骤，根据样本评价数据，对我国工业互联网平台应用现状总结分析如下。

3.1 平台应用总体水平两极分化严重，大多数企业仍处于初级水平

调研数据表明，我国企业应用工业互联网平台水平得分为31.76分，总体水平处于B级。如图6所示，其中71.14%的企业处于B 级，12.46%的企业处于C 级，有14.19%的企业尚未做好应用平台准备（A级），但仍有2.21%的企业已经处于较高的应用水平（D 级和E 级），具备开展基于工业互联网平台的创新业务模式的能力，在实践探索中处于领先地位。样本中，不同企业应用工业互联网平台的能力存在显著差异，超过80%的企业在当前阶段亟需提升工业互联网平台应用水平。

图6 样本企业工业互联网平台应用水平等级分布

分析发现，处于D 级和E 级的企业有70%是私营企业，这表明民营经济在促进创新和落实工业互联网平台应用方面发挥着不可或缺的作用，体现了国家支持民营经济发展的显著成效。进一步分析表明，企业的工业互联网平台应用水平与当地的经济活力和经济发展质量密不可分，广东省和长三角地区雄厚的工业与经济基础为当地工业互联网平台应用提供了天然土壤。总体而言，目前我国宜重点关注总体水平处在B 级的企业，抓住其主要矛盾进行工业互联网平台应用深度挖掘，从而有效提升整体应用水平。

3.2 工业设备上云难度大，设备上云率仅为13.1%

从平台边缘层开展应用分析，定义上云设备为已经实现与工业互联网平台连接并能够进行数据交换的工业设备。如图7 所示，工业设备上云的前置条件依次是：生产设备数字化、数字化设备联网和工业协议解析。随着上云的进程逐步推进，工业设备上云的难度也越来越大。调研数据显示，样本企业的生产设备数字化率已达43.03%，数字化设备联网率为35.69%，说明企业在生产设备数字化和联网方面已经具有较好基础，但是工业协议解析率仅为18.38%，严重制约了工业设备上云，最终显示总体的工业设备上云率仅为13.1%。分析表明，工业协议解析难以实现是制约工业设备上云的瓶颈之一，也是新一代信息技术与传统制造业融合的难点之一［3］。

图7 样本企业工业设备上云程度分布

样本企业的工业协议解析率水平较低，是因为全球各类自动化厂商、研究机构、标准化组织围绕工业传感网络推出了上百种现场总线协议、工业以太网协议和工业无线协议，导致不同设备、系统采集的异构数据无法兼容，难以实现数据的统一采集与传输，跨厂商、跨系统的互操作仅能实现简单功能，无法实现高效、实时、全面的数据互通和互操作。因此，当前工业协议不统一、部分存量设备不支持数据采集等原因导致工业数据采集困难，企业设备无法顺利接入工业互联网平台，迫切需要加强工业现场的设备工业协议解析能力，推动工业设备加速上云用云。

3.3 工业知识沉淀复用水平有待提升，实现工业知识沉淀复用的企业仅占15.43%

从平台的平台即服务（PaaS）层面开展应用分析，如图8 所示，仅有15.43%的企业基于工业互联网平台实现工业知识沉淀复用。工业知识沉淀的速度、成本、质量是制约工业知识沉淀复用的关键因素，进而制约工业APP的创新应用。其中，工业机理模型、工业微服务组件、工业知识图谱等深度应用比率逐渐降低。

图8 样本企业工业知识沉淀复用水平分布

3.4 业务上云率仍有上升空间，业务上云率已经达到36.46%

从平台的软件即服务（SaaS）层开展应用分析，样本企业总体业务上云率为36.46%，仍有较大的提升空间。从图9 可以看出，目前已有36.46%的企业着手开展业务云端应用。其中，实现经营管理、供应链管理和产品增值服务业务系统云端部署的企业比例均超过20%，而实现研发设计、生产管理系统云端部署的企业比例则均为20%以下。由此可见，我国工业企业业务系统上云以企业经营管理系统为主，由于经营管理类软件通用性相对较强，业务流程比较成熟稳定，因此相关管理系统在业务系统中率先上云；而研发设计、生产管理等环节业务流程复杂、数据量庞大、信息系统功能个性化程度较高，上云进程相对滞后。

图9 样本企业开展不同类型业务云端应用分布

3.5 工业互联网平台人才短缺效应明显，传统行业的工业互联网人才供给严重不足

当前，我国工业互联网平台的人才供需严重失衡。从供给侧看，尽管国家已出台多项政策引导跨学科复合人才的培养，积极推进产学研融合，但复合型、交叉型人才培养周期长、培养难度大，短期内人才供应数量有限；从需求侧看，国内工业互联网平台从概念普及到落地实用，尚处于探索和尝试阶段，对人才的需求数量和质量都有迫切需求，加之工业互联网应用平台体系复杂，所涉及的行业和企业数量众多，进一步加深了对高质量人才的需求。如图10 所示，以信息服务业为代表的新型服务业较为注重对新兴领域的人才培养，已有接近半数比例员工掌握工业互联网平台应用相关技能；相比于软件和信息技术服务业等新型服务业，传统制造业的人才比例严重不足，石化、纺织、机械、冶金等传统制造业的工业互联网平台人才比例均不足15%。复合型人才短缺已成为限制我国工业互联网平台普及应用推广的重要因素。

图10 不同行业的样本企业中掌握工业互联网平台应用相关技能人员分布

如图11 所示，将专业人才保障水平与工业APP创新应用能力进行相关性分析，结果表明两者具有显著正相关关系，随着专业人才保障水平的提升，工业APP 创新应用能力呈现上升趋势。因此，提升专业人才保障水平有助于提升工业互联网平台普及应用推广水平。

图11 样本企业中专业人才保障水平与工业APP 创新能力关系

4 工业互联网平台应用发展对策

针对现阶段我国工业互联网进入落地关键窗口期所面临的诸多挑战，本研究通过开展工业互联网平台应用水平评价的方式，深度挖掘企业在工业互联网平台应用中存在的共性问题。为推动工业互联网平台应用水平和绩效评价的准确性进一步提升，更好地指导企业上平台和用平台，加快我国工业互联网平台创新发展，提出以下对策建议。

4.1 持续开展平台应用水平与绩效评价，建立系统性评价机制

持续扩大平台应用水平与绩效评价范围，引导企业通过评价数据明确自身的平台应用水平提升方向。一是企业可根据应用水平与绩效评价的结果，进一步明确自身发展的痛点问题，并结合实际情况，按照分析结果的可行性举措，有针对性提升平台应用水平；二是建立系统性评价机制，更科学指导企业提升平台应用水平，通过推广相关公共服务平台，借助其强大数据采集量和所提供的专业性、系统性解读分析，可以使企业更加全面地明确自身发展定位，更好地指导企业提升平台应用水平。

4.2 完善平台标准体系，以标准引领平台应用

构建完善的工业互联网标准化体系，推动标准应用工作可靠落实。一是建立跨部门、跨标准化技术组织的协作工作机制，构建政府主导和市场自主相结合的融合推进方式，统筹推进工业互联网平台相关标准化工作；二是加快工业互联网标准体系的优化和实践应用数据分析，以企业应用为基础，总结成功经验，开展标准制修订，通过宣传培训、咨询服务、测试评估等，加快标准应用推广。

4.3 加快企业上云步伐，强化用云意识

引导企业设备上云和业务上云“两条腿”走路，加快上云步伐。一是企业应结合自身优势，重点突破工业协议解析制约的枷锁，推动设备上云率进一步提升，应着力在研发设计和生产管理业务方面提升业务云端应用水平；二是明确用云的效能效益体现，强化企业用云意识，不同行业及行业之间的用云水平两极分化严重，企业应积极学习龙头企业和行业标杆企业的上云模式，探索自身上云和用云的方向。

4.4 深化平台应用，突破应用水平提升阻碍

继续加快工业互联网平台与企业当前设备的互联互通，提升平台应用水平。一是从夯实基础条件着手，以当前企业发展情况为先提条件，因企制宜，结合互联网平台提升企业平台应用水平；二是明确当前企业在工业互联网平台应用方面存在的主要问题，尽快补齐短板，多数企业当前暴露出数字化设备联网不足和人员保障不够充分的问题，企业应结合自身当前发展瓶颈重点进行突破。

4.5 创新发展模式，切实开展应用实践工作

结合工业互联网平台优秀模式，积极推进企业开展模式创新工作。一是业务创新工作的难度随着业务模式创新程度的提高而加大，企业应以管理层为督导，着力突破当前模式创新的阻碍，实现创新发展新模式、新业态；二是加强平台创新模式的应用，切实提升创新模式应用实践水平，企业应突破部分固有的生产模式对创新模式的阻碍，着力发挥工业互联网创新模式的实践水平，最大化评估风险后开展实践工作，检验平台应用的实践效果，继续优化当前发展模式。

5 结论

本研究立足于我国工业互联网正处于从概念推广走向实践深耕的过渡期这一实际情况，研制了工业互联网平台应用水平与绩效评价指标体系，并建立工业互联网应用推广公共服务平台，采集了截至2020 年12 月1 400 余家企业的工业互联网平台应用数据，对其工业互联网平台应用水平进行评价，挖掘企业当前应用工业互联网平台过程中的共性问题，并基于分析结果给出相关对策建议，旨在为企业应用工业互联网平台提供参考。

在未来的研究中，将按照工业互联网平台应用的具体行业，优化完善行业工业互联网平台应用水平评价指标体系，并进一步加快工业互联网平台应用水平与绩效评价服务推广，服务于更多的工业企业；针对平台应用过程中呈现的共性问题，研制通用性解决方案，促进我国工业互联网平台应用水平加速提升。