工业互联网对制造企业提质增效的影响研究

王和勇 莫佳丽

1（华南理工大学电子商务系，广州 510006） 2（华南理工大学经济与金融学院，广州 510006）

引 言

2017年国务院发布了 《关于深化 “互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，其中指出发展和应用工业互联网成为我国加快企业转型升级、推动制造业高质量发展的关键路径。工业互联网利用智能机器间的连接，实现人、机器和生产企业之间的实时交互，利用数据分析软件充分激发机器的最大潜能[1]，是制造企业转型升级和创新发展的助推器[2]。随着我国各类工业互联网平台数量的扩增，越来越多制造企业开始依托工业互联网开展实际生产活动，实现生产设备的全生命周期管理、实时在线监测和远程运营维护等，优化生产过程、产品质量、能耗等[3，4]，解决资源限制、资源缺乏、技术不足等问题[5]，达到降本、增效、提质的核心成效[6]，促进制造企业转型升级。

工业互联网的应用现已形成一定规模，其社会经济效益初步显现。尽管如此，仍存在企业的基础设施资源建设不足，自动化、信息化水平不匹配问题，导致企业应用工业互联网的效果与预期存在差距。工业互联网的应用贯穿于制造企业的整个生产过程，主要实现生产设备管理、产品远程监测和能耗管理及优化，这些都会受到各个生产环节的基础设施配置的影响。互联网远程应用在进行生产设备管理时，会受到设备联网的安全性、制造企业网络带宽、信息化系统管理层次的影响；在进行产品监测时会受到产品监测内容和范围、工艺参数设置、工艺流程等因素影响；在进行能耗管理及优化时则会受到环保监测系统覆盖的污染源、环保数据采集设备占比、是否设置环保监测点等因素影响。企业自动化水平由自动化生产线覆盖程度、自动生产计划水平等因素决定。分析影响工业互联网对企业提质增效的关键因素，协助制造企业实现降本增效的理想效果，加速制造企业转型升级步伐，具有十分重要的现实意义和社会价值。

1 文献综述

制造业是智能制造转型升级的主要战场[7]，工业互联网是智能制造的关键基础[8]，也是推进工业数字化变革的关键手段。推进工业互联网应用，有利于挖掘制造业的潜在价值创造能力[9]，促进制造企业智能化、高质量发展。因此，工业互联网与制造企业融合的发展现状与发展道路问题备受研究者关注。

在工业互联网与制造企业融合发展的过程中存在较多的薄弱环节。李君等（2018）[10]从平台基础保障、关键能力、价值效益3个维度构建评价指标体系，评价工业互联网平台建设中的薄弱环节。庄存波等（2019）[11]从工业互联网的应用基础薄弱、核心技术缺乏、经济效益不明显等方面研究影响工业互联网推动离散型制造业转型升级的影响因素。李燕[3]认为不同类型企业的基础数字化能力参差不齐，存在 “信息孤岛”，阻碍了制造资源、数据的集成共享。王一晨（2019）[12]研究工业互联网促进制造企业转型升级存在的问题，认为制造企业的自动化、数字化和信息化基础水平较低，智能化设备、机器等资源少，无法支持工业互联网进行全面数据采集、传输和监控、分析和优化，也无法满足企业转型升级的需要。

针对工业互联网促进制造企业高质量发展问题，不少学者开展了相关研究。李鹏飞（2016）[13]指出，推动网络基础设施建设，有助于解决我国工业网络建设程度与企业智能化、数字化发展不平衡的问题。余晓晖等（2016）[14]提出，根据业务、实时性、传输方式等需求，建设高效、精细化的内外专用网络。高柏和朱兰（2020）[15]认为，企业内部的数字化设备既具有作为生产设备的职能，又有作为工业互联网采集数据的基础设施的重要职能，提出加大对工业互联网和制造业中数字化设备的融资，打造制造业新竞争优势。房建奇等（2019）[16]认为，全面数字化改造制造企业的生产线、设备、车间和工厂，打造智能制造生态系统，有利于优化生产工艺流程，降低成本能耗，提升制造业的生产效率。

分析发现，现有文献主要从工业互联网技术改善、企业基础设施水平等方面研究工业互联网与企业间的融合发展问题，从企业的自动化水平、生产运行设备综合效能、产品远程监测、能耗管理及优化的基础设施配置水平出发研究工业互联网促进企业提质增效的文献较少。为此，本文在当前文献基础上，考虑应用工业互联网时企业的基础设施配置水平，研究工业互联网对制造企业提质增效的关键影响因素，为加快制造企业数字化转型升级，实现高质量发展提供借鉴。

2 研究设计

2.1 研究框架

在工业互联网的应用背景下，生产制造活动涉及的生产系统、工业设备等基础设施种类繁多且场景复杂，多种影响因素共同作用在生产过程中，影响着企业的产品质量、生产效率及经济效益。为提升制造企业的效益，加速转型升级，需要研究工业互联网对制造企业提质增效的影响因素。

本文从工业互联网对制造企业的应用层面出发，选取自动化水平、生产运行设备综合效能、产品远程监测、能耗管理及优化作为研究指标，考虑影响企业提质增效的因素。在制造企业生产制造过程中，以上4个指标与制造企业的基础设施配置水平紧密相关，如设备配置资源占比及自动化、信息化水平程度，影响着企业提质增效的效果。不同的研究指标受到不同的影响因素影响。自动化水平指标中，是否配置信息化车间、企业的自动化生产线覆盖率等因素影响生产过程；生产运行设备综合效能指标中，是否配置智能传感器、企业网络建设程度等因素影响制造企业的生产效率；产品远程监测指标中，监测的范围、监测产品管理实现的功能等因素影响企业的监测效率；能耗管理优化指标中，能源监控物质种类、能源数据自动采集比例等因素影响企业的能源优化效果。

为综合评价制造企业提质增效的效果，在上述的指标中选取相应的绩效评价，分别反映工业互联网对制造企业在生产过程中的经济效益、生产效率提升、降能降耗的情况。各个绩效评价值为制造企业使用工业互联网后相对于使用工业互联网前的增长比率。以企业的产值增长率、利润增加率反映企业的经济效益，评价企业的自动化水平；以产品合格率提高百分比、设备故障天数减少百分比、设备综合效率提高百分比反映设备效能情况，评价生产运行设备综合效能绩效；以实际产品月均使用时间增加百分比、预测产品月均使用时间的准确度、故障发现所需时间降低率反映监测效率提升情况，评价产品远程监测效率；以耗电量降低率反映降能降耗情况，评价能耗管理及优化。本文的研究框架如图1所示。

图1 企业提质增效影响因素研究

2.2 指标体系定义

研究影响企业提质增效的因素，在自动化水平中选取的因素有：生产制造过程中所需的信息化系统和产品工艺设计情况等，具体见表1。为方便研究，对绩效评价指标值和影响因素中的比值数据按照具体情况分别划分比例范围，其中产值增长率a1、利润收入增加率a2的取值分为4个区间范围：[0，10%）； [10%，50%）； [50%，100%）；[100%，+∞）。

表1 自动化水平指标内容

续 表

生产运行设备综合效能指标中，选取影响产品合格率、设备故障减少时间、综合效能的影响因素如表2所示。根据数值情况，对应绩效评价指标范围，产品合格率b1划分为：（-∞，0%]；（0%，5%]；（5%，10%]；（10%，20%]。 设备故障天数减少百分比b2划分为：[0，20%）；[20%，40%）； [40%，60%）； [60%，100%）。 设备综合效率提高百分比 b3划分为：[0，20%）；[20%，30%）； [30%，40%）； [40%，50%）。

表2 生产运行设备综合效能指标内容

产品远程监测指标中影响监测效率与产品使用时间的因素选取具体见表3。其中绩效评价指标范围、故障发现所需时间降低率c1划分为：[0，10%）； [10%，20%）； [20%，30%）； [30%，40%）；[40%，50%）。预测产品月均使用时间的准确度c2划分为：（-∞，0%]；（0%，5%]；（5%，10%]；（10%，+∞]。实际产品月均使用时间增加百分比c3划分为：（-∞，0%]；（0%，5%]；（5%，10%]；（10%，+∞]。

表3 产品远程监测指标内容

能耗管理及优化指标中的能耗受企业的监控能源物质、污染源等因素的影响，具体见表4。其中绩效评价指标取值范围，耗电量降低率d1划分为：（-∞，0%]；（0%，10%]；（10%，20%]；（20%，+∞]。

表4 能源管理及优化指标内容

2.3 样本选择与数据来源

本文以实地调研获取的某市制造企业截至2020年的内部数据作为研究的数据来源，包含企业接触工业互联网前到应用工业互联网后的数据。考虑到企业的规模、行业分布，选取了包括计算机、器材制造业、电子设备制造业和通用设备制造业在内的12个行业的代表性制造企业作为本文的企业样本。

2.4 网络图

网络图可以描述不同类别事物之间的相互关联程度，其形状如同网络。在网络图中，若有直线连接的两个事物，说明两个事物具有一定的关联程度，它们之间的连线越粗，表示事物之间的关联程度越高，通过网络图将其关系具体化，更加直观、明确。

本文运用SPSS Modeler软件分析各个指标绩效评价之间的关系得到网络图，通过分析网络图形，使得各个影响因素之间的关系一目了然，准确评估影响因素与企业提质增效的关联程度，便于发现关系，分析关键因素。

3 研究结果与分析

3.1 自动化水平与产值增长率、利润收入增加率的分析结果

研究自动化水平与产值增长率的关系，结果如图2所示，计算机辅助材料定额制定、信息化工艺流程规划对产值增长的影响较大，且两者都属于计算机辅助产品工艺规划和工装设计功能的具体内容，高占比的自动化生产设备也对产值增长影响较大。应用先进过程控制系统的生产线、应用信息化手段自动下达到数字化设备的生产调度指令占比、系统自动生产计划排产的品种占比、自动生成配送计划的物料比例与产值增长有一定的关联程度。从这几个主要影响因素占比情况来看，产值增长高时其相对占比也高。

图2 自动化水平与产值增长率之间关系

研究自动化水平与利润增加率之间的关系，结果如图3所示，拥有计算机辅助材料定制和利用信息系统编制作业计划的车间的企业，其利润增加率相对较高。整体来看，与利润增长有关联的因素多为信息化、自动化的设备，且所占比例较高。

图3 自动化水平与利润增加率之间关系

综合以上分析得出，计算机辅助生产、信息系统控制和自动化设备的高占比都有利于提高企业的经济效益，说明制造企业在使用工业互联网时使用计算机辅助生产规划、配置信息化系统作业的车间、提高自动化基础水平可帮助制造企业优化生产过程，加快由自动化向智能化、数字化转型步伐。

3.2 生产运行设备综合效能与产品合格率、设备故障减少天数、设备综合效率的分析结果

研究生产运行设备综合效能与产品合格率之间的关系，结果如图4所示，制造企业在使用工业互联网后的产品合格率集中在0～5%内，与其关联较大的因素有：防火墙保护机制；实现数据采集、集成、分析、应用的功能；拥有自动化控制与感知控制硬件；拥有数据采集对象智能化控制；生产运行设备监控和量化覆盖层级——班组；企业内网带宽1TB～10TB。除这些因素外，产品合格率高于10%的影响因素还包含拥有智能传感器；生产运行设备监控和量化覆盖层级——工厂、车间。

图4 生产运行设备综合效能与产品合格率之间关系

研究生产运行设备综合效能与设备故障减少天数之间的关系，结果如图5所示，企业在使用工业互联网后的故障减少天数占比集中在20%～40%，与其关联程度较大的影响因素包括：防火墙保护机制；企业内网带宽1TB～10TB；应用信息化手段进行设备管理实现的功能与层级——基本资料管理、固定资产管理；数据采集、集成、分析、应用；生产运行设备监控和量化覆盖层级——工厂；自动化感知和控制硬件。与故障减少天数占比高于60%有一定关联的影响因素包括：生产运行设备监控和量化覆盖层级——班组、工段、车间；防火墙保护机制；企业内网带宽1TB～10T。

图5 生产运行设备综合效能与设备故障天数减少之间关系

研究生产运行设备综合效能和设备综合效率提高百分比之间的关系，如图6所示，在设备综合效率提高0%～20%时，与之关联程度大的因素包括：防火墙保护机制、内网带宽1TB～10TB；联网设备比例。在设备综合效率提高30%～40%时，除以上因素外与之有关联的因素有：自动控制与感知硬件。当设备综合效率提高程度大于40%时，其影响较大的因素包括：生产运行设备监控和量化覆盖层级——工厂；防火墙保护机制；数据采集、集成、分析、应用；数据采集对象智能化控制；企业内网带宽1TB～10TB。

图6 生产运行设备综合效能与设备综合效率之间关系

综合以上分析，影响生产运行设备综合效能的因素集中在拥有数据采集、集成、分析、应用的功能；应用数据采集对象智能化控制和智能传感器；防火墙保护机制；内网带宽；生产运行设备监控和量化覆盖层级。其中，生产运行设备监控和量化覆盖层级的范围越大，产品合格率等绩效的增长效果就相对明显。在整体效能影响效率上，加强工业互联网在数据采集及智能化控制处理方面的作用有利于提高企业的生产效率。在企业网络搭建与安全方面，随着制造企业底层数据量的增加，存在着大量数据拥塞堵塞、网络延时，对网络带宽的要求也越来越高[17]，同时，工业互联网是通过网络实现机器间的交互，网络安全防护必不可少。因此，为更好地为企业降低成本、提高生产效率，在生产运行设备综合效能中，可以加强对智能化设备的投入与管理，扩大生产运行设备监控覆盖范围，注重企业网络的建设，提高网络基础设施建设，加强网络安全保护机制。

3.3 产品远程监测效率与故障发现时间、预测准确度、产品使用时间增加比的分析结果

研究产品远程监测效率指标与故障发现所需时间降低率之间的关系，结果如图7所示，与故障发现所需时间降低率高于40%有较大关联的影响因素有：质量管理的范围——覆盖生产过程；产品监测内容——产量数据、运行数据；售后质量管理监测的内容——质量问题统计分析；质量监测管理的内容——产品规范管理、工艺规范管理。

图7 产品远程监测效率与故障发现所需时间降低率之间关系

研究产品远程监测效率指标与预测产品月均使用时间的准确度的关系，结果如图8所示，预测产品时间使用准确度高于10%时，与其有较大关联的影响因素有：实现自动采集的质量检测的生产线数量、产品监测内容——运行数据、质量监测管理的范围——覆盖生产过程。而预测准确度为负时，与其关联程度大的有产品监测内容中的产量数据，系统参数，运行数据。预测准确度在5%～10%间时，与其关联程度大的有产品监测内容中的故障信号。

研究产品远程监测效率指标与实际产品月均使用时间增加百分比之间的关系，结果如图9所示，产品监测的内容中产品运行信号、运行数据与产品使用时间增加率关联影响程度高。

图9 产品远程监测效率与实际产品月均使用时间之间关系

综合以上分析，产品的监测内容、质量监测管理的功能实现和范围对产品的监测效率有影响。为提高产品的使用时间及预测准确度，降低故障发现时间，提高整个产品生产线的运行效率，工业互联网的监测对于生产环节十分重要，准确及时发现问题，将减少企业的成本。平台将控制系统与信息系统互联[18]，实现交互，可以增加产品产出与整体效益。结合影响因素分析，制造企业可以加大对产品监测的内容，扩大生产监测范围，增加信息化系统的使用。

3.4 能耗管理及优化与耗电量降低率的分析结果

研究能耗管理及优化指标与耗电量降低率的关系，如图10所示，与耗电量降低0～10%关联程度较大的因素包括：监控能源介质种类——电力，环保管理的信息系统功能——环保监测考核，动态监测排放点。与耗电量降低10%～20%有一定关联程度的影响因素包括：动态监测排放点；监控能源介质种类——电力；环保监测系统覆盖的污染源——污水、废渣（废料）。与耗电量降低高于20%有关联的影响因素有：环保管理的信息系统功能——环保监测考核、监控能源介质种类——生产水。

图10 能耗管理及优化与耗电量降低率间关系

研究发现，企业在使用工业互联网后，在电能源物质消耗方面有待加强，结合以上影响因素分析，企业可以加强对电力等能源物质的监控，扩大环保监测系统覆盖范围，同时，提高企业信息化水平，利用信息化系统进行动态监测与管理，降低制造企业的能耗，达到降能降耗、降本增效的目的，助力企业高质量发展。

4 相关建议

4.1 强化政府支持角色，研究跨界融合引导政策

从政府角度出发，要充分发挥财政资金的支持引导作用，为鼓励制造企业应用工业互联网，可以设立专项扶持资金，摸索建立多元化资金投入机制，加大对工业互联网的资金投入。如制造企业在拥有成套自动化生产线、信息化智能车间、信息化监测维护系统等智能制造装备方面较为薄弱，政府可以建立专项补助机制，在制造企业投资生产智能化设备时，按一定的补助标准给予补助；购买特定的智能化、信息化系统设备时，可以按照相应的比例由政府报销等。从资金和政策上双向鼓励制造企业加大对智能化生产制造设备的投入。同时，政府部门建立健全企业公共服务体系，不断提高制造企业创新资源的开放程度，大幅度增强制造企业的智能化、数字化转型升级能力。

此外，通过研究制定促进跨界融合的引导政策[19]，推动更多企业应用工业互联网。工业是当今实体经济门类最多且涉及范围最广的产业，与各个产业都有一定的关联[20]。由自动化向数字化、网络化、智能化升级也是各个领域发展的必经之路。通过政府政策引导，加大对各类制造业创新中心、融合型产业联盟[21]等平台的投入，推动制造企业与高科技企业合作。

4.2 完善基础设施建设，加强工业互联网体系建设

从企业角度出发，在设备设施基础投入方面，建设低延时、可靠性高、覆盖范围广的工业互联网[22]，开展企业数字化、智能化、信息化改造，加快推动智能传感器、信息化控制系统、数据采集与监测系统等的研发和产业化，配置信息化车间，利用计算机辅助生产，全面提升设备设施信息化水平，打牢平台发展基础，从而优化生产，增加经济效益。在网络信息基础建设方面，推进宽带网络提速降费改造，加快5G网络部署。完善基础信息化设施建设，加强防火墙等网络安全保护机制。推动与工业互联网的协同发展，满足传统制造企业开展创新业务的需求。强化设备、网络和数据的安全保障能力，为企业高质量发展提供生产系统和商业系统的全方位保护。

强化与互联网企业之间的密切合作关系，发挥互联网企业在云计算、大数据、人工智能等方面的技术优势，为制造企业实现设备间实时互联共通，完善工业互联网平台建设等。突破数据采集、平台管理以及平台间互联互通等 “卡脖子”技术，发挥重点科研院所与骨干企业的核心作用，建设一批能够支撑企业数字化、智能化转型的企业级工业互联网平台[23]，搭建跨行业、跨领域的国家级工业互联网平台。

4.3 打造平台产业生态，加强国内外交流合作

从产业的角度出发，鼓励制造企业和先进信息技术企业合作，通过整合各方资源，共同改进数据采集、优化生产设备、实时在线监测等效率效能，构建多产业协同发展生态，打破企业间各自为战的模式，实现资源共享。鼓励拥有技术优势和市场竞争实力的制造企业通过并购等多元化方式聚集具有关键技术的企业，加强对工业互联网平台的基础建设，打造具有竞争力的平台产业生态。

积极引进国外先进的技术和理念，加强国际交流合作。在全球化背景下，实现信息技术和制造技术的深度融合，不仅能推动制造业资源和技术的协同发展，还将优化全球人才配置。学习和借鉴国外先进的发展理念，由制造产业链低端生产向智能化、信息化生产制造转变，向世界生产出高附加值的产品，实现制造业转型升级。在转型升级过程中，不仅需要加快我国制造企业的发展，还应帮助具有竞争力的制造企业拓展海外市场。

5 结 语

本文得到研究结论如下：

（1）在自动化水平指标中，计算机辅助生产规划、信息化系统车间影响经济效益增长，制造企业在使用工业互联网时通过计算机辅助、配置信息化系统有利于企业优化生产过程，实现由自动化向智能化、数字化转型；（2）在生产运行综合效率指标中，智能化设备、企业网络的建设、网络安全机制、是否实现数据采集、集成、分析的功能影响制造企业的生产效率，加强这方面投入有利于企业降低成本、提高生产效率；（3）在产品远程监测效率指标中，产品监测内容、生产监测范围、信息化系统使用影响企业产品使用时间，通过工业互联网可降低故障发现时间、减少企业的成本，增加产品产出与整体效益；（4）在能耗管理及优化指标中，注重监控能源物质、动态监测排放点、信息化系统动态监测与管理可有效降低制造企业的能耗。

本文通过研究得到工业互联网影响企业提质增效的因素，可为企业更大限度地激发工业互联网中机器设备的潜在作用，帮助企业优化资源、降本增效、实现资源共享提供借鉴。另外，本文存在着一定的局限性，只选取了某市的代表性制造企业进行研究，获得的数据具有局限性，因此在今后的研究中可以选择更广的数据样本，开展更深层次的研究。