工业装备数字化当前进程、主要痛点及产业趋势有哪些？

国内工业企业在 工业装备的数字化、联网化方面仍需加大发 力、奋楫笃行。

1.当前进程

根据中国工业和信息化部定期统计和发 布的设备数字化率、数字化设备联网率、关 键工序数控化率三项反映指标6 ，当前我国的 装备数字化水平整体处于40-50%的相对较低 水平，还有很大提升空间。国内工业企业在 工业装备的数字化、联网化方面仍需加大发 力、奋楫笃行。

2.主要痛点

工业现场存在大量的生产装备，既包含 多个行业通用的装备，如加工装备、检测装 备、物流装备、动力装备等，也包含应用于 特定细分行业的专用装备，如采矿领域的钻 孔设备、掘进设备、刨煤机、碎煤机等。这 些生产装备均具有广泛的数字化升级需求。

然而，传统生产装备的数字化升级并非 一路坦途，面临着网络连接、操作系统、工 业芯片三方面的痛点问题亟待攻克。

在网络连接方面，装备联网是数字化升 级的第一步，但当前工厂中的“哑设备”仍 然大量存在。据工信部统计数据，2021年 数字化设备联网率45%7 ，装备不联网导致 大量工业数据“沉睡”在装备中，“数据上 不来”问题突出。而即便是已实现联网的设 备，也存在通信协议“七国八制”的问题， 其使用的常见主流通信协议高达数十种， “各说各话”，形成烟囱式格局，制约装备 能力升级和多设备互联协同工作。

在操作系统方面，存在装备“少魂”， 智能化不足的问题。部分传统存量设备无操 作系统，缺少标准化接口，难以满足强实 时、高可靠、互操作性强的作业需求。 在工业芯片方面，当前工业装备内置入 门、基础型工业芯片为主，算力低、演进 慢，难以满足智能制造多场景融合、多连 接、更智能、高速高精的作业需求，工业装 备亟需换芯升级。

与此同时，工厂数字化应用场景的持续 拓宽、加深，也对工业装备提出更高的智能 化、协同化要求。首先，更广泛的物联场 景，要求装备采集更多数据。工业装备采集 全量数据后进行分析处理，可以有效赋能预 测性维护、能耗监测、质量分析等应用场 景；其次，更复杂的智能场景，要求装备具 备更高算力。工业装备将实现更复杂、更 智能化的应用，例如AI质量监测、人机交互 （例如依托AR）等应用，让一部分人力从 重复劳动、主观经验判断的繁琐工作中解放 出来；再者，更协同的控制场景，要求装备 群集约化部署。多设备、多功能的协同化控 制，对于工业现场的高效、柔性生产组织至 关重要，例如1台工控机+N个机械臂，视觉 识别+运动控制场景。

然而，当前的单机装备难以适配上述要 求，日益呼唤边缘智能对其进行赋能。这是 由于一方面单机装备的自身算力相对有限， 难以完成基于大量实时数据自主分析、决策 和执行的复杂任务；另一方面，人工经验判 断的稳定性、准确性、效率和成本集约性不 足，难以对装备进行精准、高效、快速的实 时管理。

3.产业趋势

立足工业企业的当前需求与痛点、面向 未来数字化应用场景的拓宽加深，我们提出 “工业装备数字化”的产业趋势判断。其具 体内涵是：装备全面联网、配备实时与安全 的操作系统、以及更优性能的工业芯片，并 基于业务需求引入边缘智能，共同构筑装备 数字化底座。

1)网络连接

首先要解决工业装备的联网化问题， 才能做到“数据上得来”。工业企业需要立 足于实际业务场景需求，对不联网的存量生 产装备进行联网化改造，采取有线技术和无 线技术相结合的方式。其中，在注重高稳定 性、大带宽、低时延的场景，可考虑优先选 择工业以太、光总线等有线连接方式；而在 注重移动性、灵活性、柔性生产的场景，则 可考虑优先选择5G、Wi-Fi 等无线连接方式。

其次要解决通信协议的兼容性问题，才能做到“都说普通话”。当前实现了联网 的工业装备，普遍面临通信协议“七国八 制”、“各说各话”的困境。因此在技术 协议的选择上，工业企业需优先选择更加 通用、灵活、端到端开放的IP协议（IPv6/ IPv6+），推动传统工业以太网向IP化升级， 让装备统一语言，都说“普通话”。

2)操作系统

工业装备需要低时延、安全可靠、轻量 化的工业级操作系统，这将对工业企业的生 产活动产生巨大价值：一方面可以大幅提升 装备互联互通水平，通过标准化的接口，打 好系统与装备互联、装备间互联的坚实地 基；另一方面也将助力提升生产作业效率， 提升员工现场、远程操控的便捷性，实现 “一碰即连”、人机互联。

3)工业芯片

芯片性能不足、存在安全隐患的存量生产装备需要尽快换芯升级。工业企业在装备 升级改造中，应优选更高算力、安全可信、 兼容主流总线协议的工业芯片，才能保障装 备的高性能计算与稳定运行。具体而言，工 业芯片的选用应具备以下三方面特点：

更高的算力。8位、16位的入门级芯片 仅在简单、基础功能场景适用，面向关键生 产装备的复杂场景，高速高精度控制、中长 期升级等需求，工业企业需优先考虑使用32 位、多核、先进制程(40nm以下)的MCU/ MPU。典型的重点领域包括多轴高速机器 人、高档数控机床、大型工控装备 (大型PLC 或DCS)、高精度高速伺服驱动等。

安全性。除了算力升级，还要守好安全 生产的生命线。工业企业需优先选择内置安 全模块的MCU/ MPU在工业装备中应用，有 效抵御网络攻击。

兼容主流总线协议。工厂中存在大量不 同种类、不同品牌的新老装备，为加强装备 间的通信互通，工业企业需关注芯片对市场 主流总线协议的兼容性，优先考虑兼容传统 总线、以太网等主流协议的MCU/MPU，并 融合支持新一代标准化协议。

4)边缘智能

应对传统单机装备难以适配的高复杂度 场景，例如基于海量实时数据的智能应用、多装备实时协同化和集中化控制、一机多能 等场景，工业企业可积极探索物联边缘、智 能边缘、控制边缘的融合应用，形成生产装 备与边缘智能相协同的新架构。

通过引入边缘智能为单机装备赋能，工 业企业可以更从容应对过去单纯凭借单机装备 难以完成的复杂任务，有利于实现：更高层次 的智能化，依托更高算力、更大带宽，开展基 于海量实时数据采集的自主分析、决策、执行 和反馈全闭环；更高层次的协同化，依托边缘 的集中控制，多装备乃至装备群实现实时的协 同化作业；更高层次的集约化，依托边缘的集 约部署，可有效减少原来单机装备所需的控制 器、上位机、工控机数量。