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数实融合推进制造业高质量发展
2022年11期 发行日期:2022-06-01
作者:■ 中国化工学会信息技术应用专家顾问委员会主任 杨友麒

  数字经济是继农业经济、工业经济之后的新经济形态,以数字化的信息和知识作为生产力关键要素,以现代信息网络和通讯技术作为主要载体,以全要素数字化转型为主要推动力,推动生产效率提升和产业结构优化的新经济形态。在数实融合方面,我国数字经济与服务业的融合较好,某些方面已达到世界领先水平。但是在与制造业融合方面还比较差,使得我国即使作为世界第一制造大国仍“大而不强”。当前,我国亟待数字经济深度渗透融合,推动制造业高质量发展。

发展数字经济刻不容缓

  自2017年以来,“发展数字经济”已经连续五次被写入《政府工作报告》,且重要性日益突出。习近平总书记曾强调,发展数字经济是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。

  1.发展数字经济的紧迫性

  当前,数字经济已经成为国际大国竞争的制高点。一些发达国家的数字经济占GDP的比重都超过60%成为主导地位的经济形态,正在重构世界经济秩序。2017年3月,英国正式出台《英国数字化战略》,2021年1月美国发表了《美国全球数字经济大战略》,2021年6月美国与欧盟成立了“贸易和技术委员会”,旨在推进数字化转型,并主导全球数字经济和技术标准。新冠肺炎疫情发生后,很多线下需求转化到了线上,进一步加速了全球经济和贸易网络空间的竞争。

  同时,我国的经济正在从高速发展转变为高质量发展,发展驱动力由生产要素驱动转变为创新驱动,这也需要数字经济发展的引领和支撑。数字经济能够降低实体经济运行成本,包括信息获取成本、资源匹配成本、降低资本专用性、制度合规成本;提升经济运行效率,包括深化产业专业化分工、提升企业间生产协同水平;促进供需精准匹配,提升供应链的效率,使现存经济活动费用更低。此外,数字经济还能激发新业态新模式,使传统经济条件下不可能发生的经济活动变为可能,推动传统的规模经济(品种少、产量大、标准化)向范围经济(即长尾经济,品种多、批量小、定制化)转变。

  另外,发展数字经济也是我国“由大变强”的需要。当前,尽管按购买力计算的GDP我国已经超过美国成为世界第一大国,但“大而不强”。以化学工业为例,我国在2010年左右化学工业销售收入已经超过美国,成为世界上最大的化学品生产大国。2014年,我国化学工业的主营收入已经超过第二位美国和第三位日本加起来的总和。但是,大宗低端化学品产能过剩,化工新材料和高端精细化学品需要大量进口,化工新材料的自给率只有70%的现状,使得我国炼油化学工业成为最大的贸易逆差行业。自主创新能力较差,一般发达国家的先进大型化工企业的科技开发投入占年销售额的2%~5%,德国Bayer公司占比高达9.1%,而我国的大型石化企业科技开发投入仅占年销售额的1%~2%。因此,我国化工企业的员工劳动生产率低下、利润率低、国际竞争力不足,要想实现“由大变强”,就需要进行数字化升级改造。推动数字经济和实体经济深度融合,发挥数字经济的溢出效应,数字经济成为经济社会数字化转型的“催化剂”和“加速器”。

  2.数字经济的内涵

  数字经济包括数字产业化和产业数字化两方面。

  数字产业化要从20世纪80年代开始的第四次工业革命说起,这一轮以信息技术为代表的新产业革命改变了传统经济发展的进程。这些新信息数字技术可以归纳为互联网和ABCDE技术——A即人工智能(Artificial Intelligence); B即区块链技术(Block Chian); C 即云存储和云计算(Cloud Storage and Computing);D即大数据( Big Data);E即边缘计算(Edge Calculation)。这些新技术能够不断把消费、生产、服务过程中所创造的数据变成生产要素,从而提供新服务、新应用。通过数字技术催生新产业、新业态和新模式,打造新的经济增长点,由此也形成了一系列新兴产业部门,如以互联网为平台的苹果、谷歌、亚马逊、腾讯和淘宝等,这些公司迅速崛起成为世界市场价值前十名的大公司。为了推广这些新技术,一大批信息服务公司应运而生,并和用户联合形成了庞大的数字产业生态系统。

  产业数字化指的是传统企业通过数字化、网络化、智能化转型升级。同时,实现城市和农业数字化,以及生产性、生活性服务业网络化普及。数字技术赋能给传统工业使其发生革命性的变化。

  3.我国数字经济发展概况

  我国数字经济从信息传播和电子商务开始起步,2015年以后逐步上升为国家战略。总体来看,我国数字经济在规模和质量上实现了飞跃式发展。据中国信息通信研究院测算,2005年我国数字经济增加值为2.6万亿元,2019年增长到35.8万亿元,2020年更达到37.9万亿元,年复合增长率高达20.6%;与此同时,数字经济占GDP 的比重由14.2%提升至38.6%。从体量上看,世界各国中,美国的数字经济仍然占第一,约达13.6万亿美元,占世界总量的41.7%;中国则紧跟其后排在第二,占世界总量的16.4%;第三是德国,占7.8%;第四是日本,占7.6%(详见图1)。

  但是,从国民经济数字化的程度来看,我国与工业发达国家仍然有较大的差距。数字经济在各国GDP中所占的比重,2020年发达国家都已超过60%,世界平均比重43.7%,而中国却只占38.6%(详见图2)。

  为了弥补这种差距,投资拉动经济升级,政府出台了以强化数字经济的基础设施为主的“新基建”,为整个经济高质量发展奠定基础。“新基建”分两大类:数字化基础设施和传统基础设施的数字化。预计前者“十四五”期间需要投入5.3万亿元,而后者需要投入1.06万亿元,总计将投入6.4万亿元。据测算,这些投入预计可以拉动整个经济增长,每年可能形成直接经济价值2.9万亿元;间接经济效益6.5万亿元,两者总加起来,每年可以创造经济增加值9.4万亿元,拉动中国GDP增长0.8%,并创造4400万就业岗位。

  4.数实融合发展是当前主要任务

  未来,我国将坚持把发展经济着力点放在实体经济上,发展数字经济主要不是为了发展虚拟经济,而是要充分利用数字经济强大的渗透性和融合性特征,将数字经济的引擎作用作为新动能导入实体经济之中,培育实体经济的新优势,提高经济的核心竞争力。需知数据和数字技术作为生产力要素必须与实体经济融合才能体现经济价值,发挥出生产力的作用。

  数字经济与实体经济的融合也是实体经济高质量发展的需要。怎样才算是高质量发展?比较重要的有以下三个方面:一是产品品质和供给产业体系的质量不断提高;二是产业的结构与需求结构相匹配,供给产业能够与千变万化的需求相适应;三是在供给产业满足需求的过程中,社会资源配置不断优化,生产要素效率不断提高。而数字技术就正好可以提供这几个方面的支撑。

  推动传统产业数字化转型升级的需要。推动服务领域线上线下融合创新,促进新业态新模式健康发展,大力发展网络化研发、智能化生产、协同化制造等新模式,实现经济发展的创新驱动转型。但是我国当前的三次产业数字经济发展不均衡,第三产业(即服务业)数字经济发展超前,而第一、二产业数字经济则相对滞后,消费型数字经济成为数字经济领域的活跃力量。这种情况需要改变,要把数字经济与制造业融合发展放在更重要的地位。

  数实融合也是我国经济“由大变强”、大国竞争的需要。我国的数字经济体量上已经达到世界第二,但在数字化程度、也就是GDP中数字经济占比尚未达到世界平均水平,这说明数字经济与实体经济融合发展不够,有一阶段有经济“脱实向虚”倾向造成的结果。所谓“由大变强”,主要是制造业变强,数字经济与服务业融合世界领先並不能造就一个世界领先的强国。只有数字经济与制造业融合达到世界领先了,自然也就是世界领先的强国了。

数实融合赋能制造业高质量发展

  当前,我国亟待数字经济深度渗透融合,推动制造业高质量发展,“由大变强”。为此,需要做好以下六方面工作:

  1.制造企业要从最基础的量测感知数字化打好基础

  “数字就是生产力”。现代化的大型制造企业的数据采集特点是测量采集点数量大(以十万点计)、类型复杂、自动化程度高。例如,刚刚建成投入商业运行的天津炼化一体化项目包括10套炼油装置、9套化工装置、公用工程及辅助设施、厂外工程,自动化系统集成规模达DCS I/O约143900点、SIS I/O约44300点。

  现在许多企业都在朝着数字化—网络化—智能化方向转型升级,但是目前的测量数据点尚不够全面完整,有的虽然有测量但精度不够高,有的还是手工记录没有自动化采集传输,有的没有集成为系统还是“信息孤岛”。在这样的条件下是无法进入网络化的。例如,炼化企业在自动化数据采集率应不低于85%的情况下,才可开展炼化工业互联网系统建设。如果要向智能化工厂提升则要求泛在化感知的基础设施,也就是智能化的传感器。这将是一笔可观的投资,而且是不能立竿见影得到经济回报的投资,但却是不可避免的投入。

  2.数据需要通畅的流动才能产生价值,工业互联网(IIOT)上通用平台的开发是当务之急

  2017年国务院发布《深化“互联网十先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,明确提出加快建设和发展工业互联网,促进新一代信息技术与制造业深度融合上升为国家战略国策。

  工业互联网最早是2012年美国通用电器公司GE首先提出的概念,2013年,正式推出工业互联网平台Predix,到2017年在美国已经形成有1400多家开发者、应用者、服务商在内的信息产业生态系统。德国西门子、ABB等也纷纷提出自己的工业互联网平台。随后我国的航天科工、三一重工、海尔集团和中国石化的石化盈科等国内企业也发布了面向专属行业的工业互联网平台。

  通过工业互联网,企业的生产运营环节完全可以被市场消费环节自动性地串联起来,一方面,企业可以借助众包与分发平台发布研发需求,广泛收集客户和外部人员的想法与智慧,实现价值创造社会化、产品创新多样化;另一方面,借助电子商务平台,消费者从网上下单,企业据此不仅可以掌握产品需求数量,而且还能了解与捕捉到消费者的需求特征。在此基础上,企业大可以着手定向设计与开发,由此形成了一种市场驱动研发并牵引制造的一种生产模式,也就是C2M模式,也就是消费端到制造商端的生产模式。

  对于企业内部运营的信息管理系统也构架成为工业互联网的模式,如图3所示。底端的基础设施作为服务(Infrastructure as a Survice,IaaS)层主要提供云计算资源、存储资源和链接互联网外部资源;中部的平台作为服务(Platform as a Survice,PaaS)由通用部分和针对石油化工行业的软件模块两大部分组成;最上层软件作为服务平台包括成熟的工业应用软件、自行开发针对本企业的应用软件APP和专家服务系统(如远程故障诊断)等。

  据工业和信息化部相关统计数据显示,云计算、工业互联网成为驱动我国企业数字化转型的重要动力,重点工业互联网平台平均工业设备连接数达到59万台,部分企业研发成本降低30%以上,生产效率提高10%以上,实现节能减排lO%以上。例如,中石化下属镇海石化作为智能工厂试点单位,实现了乙烯全流程实时优化RTO,提高了高附加产值产品收率,降低了能耗,年增加效益达到3000万元以上。

  3.数字经济的数据治理很要紧,数据保护、数据安全十分重要

  “数据资产”正成为企业不可或缺的战略资源。然而,企业数据中往往存在大量的劣质数据,据国外权威机构统计,美国企业信息系统中数据的“劣质率”可达30%,而在全球财富1000强企业中,存在劣质数据的企业占比仍高达25%,所以,把数据变成资源还需要一道“数据治理”的环节。

  数据治理的本质是对一个机构的数据从收集融合到分析管理和利用进行评估、指导和监督的过程。数据治理的目标是对数据资产进行管理,通过从收集汇聚到处理应用的一套治理机制,提高数据质量,实现数据共享和价值最大化。在数据治理的结构框架方面目前还没有形成统一的标准,图4展示的是联想集团所用的框架模式,其中包含了数据安全管理、质量管理、分类编目、成熟度等几个层次。

  有的公司还引入了人工智能AI的技术工具来辅助管理。现在存在数据标准不统一、影响数据共享的问题,需要参考国际经验做法,引入实施一批亟需的国际标准,在数字技术、数字化架构、云平台管理上建立标准化的运营,打造形成一批可复制可推广的标准。

  数据安全问题需要单独强调一下。最近国际网络空间灾难频传,2018年,8月台积电公司遭到勒索病毒入侵,使其在台湾北、中、南部三个生产基地全部停摆,造成十几亿美元的营收损失;2021年5月7日美国最大的成品油运营商Colonial Pipeline 受到勒索病毒入侵,被迫关闭了美东沿海地区供油管网,使美国政府宣布17个州和华盛顿特区进入紧急状态。传统的“老三样”——防火墙、病毒查杀、入侵检测已经不足以对付高级黑客的攻击,因而大数据时代进入了主动免疫可信计算的新时代。这种可信计算模式以密码为基因抗体实施身份识别、保密存储等一系列功能,不断在计算过程中识别“自己”和“非己”成分,不断排除进入机体的病毒,从而保证计算结果的“可信”。这种新模式是二重体系结构:计算部件和防护部件。我国自主开发的这种可信计算系统已经由海军方面的沈昌祥院士团队研发成功,在国防军工、中央广播电视台等要害部门采用。

  4.制造业企业的数字化转型带来实实在在的经济效益,但需要投资和时间

  根据工业和信息化部的部署,我国的制造业数字化转型正在按照数字化—网络化—智能化三步走的方向提升。大部分制造企业还在进行数字化阶段,少部分企业进入了工业互联网应用阶段,而只有个别企业进入了智能化试点。据工业和信息化部统计数据显示,云计算、工业互联网成为驱动我国企业数字化转型的重要动力,重点工业互联网平台平均工业设备连接数达到59万台,部分企业研发成本降低30%以上,生产效率提高10%以上,实现节能减排10%以上。而进行智能化试点的单位据报道经济效益更加显著,例如中国石化集团公司几个试点企业通过智能化制造有效促进了转型升级、提质增效,茂名石化公司近6年盈利超过前55年利润总和,相当于赚回了4个茂名石化,劳动生产率提高181.82%,万元产值能耗降低9.97%; 2015年、2016年,镇海炼化连续两年创利润超百亿元,劳动生产率提高46.52%,万元产值能耗降低7.2%。

  一方面,数字经济有利于打造制造业创新优势。数字化技术的广泛应用和数字化开发平台的普及,将工业互联网和消费服务互联网对接,可以打破了消费与研发之间的障碍,推动自下而上的万众创新模式普及。

  另一方面,数字经济重塑制造业国际竞争格局。随着数据作为生产力要素的地位提升,大数据技术的日新月异,制造业传统要素条件和优势随之发生变化,服务贸易和数字经济在国际分工中的重要性显著提高,全球竞争形势也日趋复杂。

  大型制造业公司要“走出去”就更需要借助于大数据法分析、供应链技术和人工智能技术。

  但是,一个企业的数字化、智能化是很费钱的投资项目,而且要发挥出经济效益,真正得到回报也需要一定的时间。我们国家之所以数字化程度落后于世界平均水平,其原因之一就是制造业企业在数字化转型方面投入不足,特别是大型国营制造企业领导的短期行为所致。工业发达国家的前100强大公司都是私营公司,为了自身在国际竞争中保持领先地位,每年至少拿出公司营业收入的1%~2%投入数字化、网络化升级改造,而我国几个最大的国营企业,如中国石化、中国电网、中国石油每年拿出公司营业收入投入数字化、网络化升级改造的费用只占0.2%左右,差距极为明显,而且这种差距还有继续扩大的趋势。

  5.制造业需要补上数实融合中的短板,如工业软件、产业服务商等

  软件是信息产业的灵魂,是数字化转型的基础,具有“赋能”“赋值”“赋智”的作用。我国软件产业规模效应发展还是很快的,2015年软件业务收入为4.28万亿元,2020年增长至8.16万亿元,五年年均增加率为13.8%。就软件行业收入而言,我国是仅次于美国的第二软件大国。

  当前,工业软件正在从产品、技术、业务形态、产业发展模式等多方面重塑工业体系,工业正从“以装备为核心”向“以软件定义工业”转变。但是,我国的软件产业发展并不均衡,主要收入来自能赚快钱的行业,如电子商务、金融、网游以及嵌入软件。对于那些需要行业知识做基础、需要多年经验积累、不断改进的工业软件,国内十分薄弱。这可以从以下两组数字看出来:就世界总体来看,2018年全球软件市场规模为16984亿美元;而全球工业软件市场规模为3849亿美元,即工业软件占总量的23.8%。而中国2018年软件市场规模为63061亿元,其中工业软件市场规模为1415亿元,工业软件占总量的2.24%。这並不意味着中国的工业软件市场小,而是因为90%中国的工业软件市场都被外国的软件巨头占走了。所以说,我国的工业软件市场非常畸形,国产工业软件只是侏儒,无法与外国的软件巨人博弈。例如,在石油化工行业,我国科研设计用的软件90%以上用的是外国软件;生产企业信息系统上,越接近底层实时控制的软件,以及可靠性要求越高的软件,多用外国软件,如实时工业操作系统、通用流程模拟系统、实时数据库、实时优化系统RTO;而越上层管理系统软件,国产化的程度则相对较高,如生产执行系统MES、试验室管理系统LIMS、供应链管理SCM、油品在线调和系统和仿真培训系统等。

总之,工业软件是行业的核心技术,业内逐步认识到抓紧弥补这项短板是今后实现高质量发展无法回避的重要任务。要使得数实融合、进行数字化转型,没有产业服务商的帮助,完全靠企业自己来完成是不现实的。因为即使是大型企业也不会养得起一支IT常备军来担当整个数字化转型的工作,中小型企业就更不必说了。近年来,我国已经有大型国营企业把自己的IT服务队伍整合成独立的服务公司,如中石化的石化盈科、上海宝钢集团的宝信公司、中石油的昆仑数智等,这是一个好趋势。希望将来中国出现越来越多的大型上市服务公司,不但为发展数实融合为国内企业服务,还能走向国际市场。

  6.数实融合的最大短板是人才,教育改革完全跟不上数实融合发展的需要

  由于全球数字经济快速增长,IDC预测2025年全球数据量增加量175ZB(1ZB=10亿TB),其中中国最快,达到48.6ZB,占全球的27.8%,将成为最大的数据国。中国拥有世界最多的数据,这些数据的处理和应用需要大量的软件人才。据说,2025年我们面临短缺200万的软件人才。高端专技人才和跨界复合型人才的结构性短缺成为制约数字经济深度融合创新的重要瓶颈。

  当前,我国急需能够把专业知识转化为软件的人才,即数字人才专业化,专业人才数字化。其中,数字人才专业化比较难,因为两者的基础知识结构差别太大。而后者则相对容易一点,特别是低代码、无代码软件技术的出现,使软件编程变得更容易一些。

  更重要的是,教育部门需要跟上形势发展的需要,直接培养出大量既懂得专业知识又懂得软件工程的人才。现在已经有少数高等院校着手建立这种复合型新专业。例如,从2017年起四川大学、太原理工大学等就着手筹办“计算机+化工”融合的新工科专业——“互联化工”。但这样的试点太少了,期待大批“软件工程+冶金”“软件工程+生物化工”“软件工程+机械”“软件工程+航空”等新专业的出现。只有这样才配得上数字经济时代的呼唤,才能适应数实融合发展的要求。

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