萬億市場的機遇與挑戰(zhàn),AIoT技術如何帶領中國質量走出困境？

作者：王飛鵬，物聯網智庫 原創(chuàng)

在國家經濟戰(zhàn)略從高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段的過程中，中國制造業(yè)潛伏的質量問題逐漸突顯。

盡管我國制造業(yè)類別齊全，發(fā)展迅速，但在諸如可靠性和故障率等關鍵質量指標上，相比國外先進水平仍有較大差距。尤其是近些年在海外的一些市場競爭中，質量問題已經成為一個顯著的掣肘因素。

2023年12月20日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、金融監(jiān)管總局聯合印發(fā)了《制造業(yè)卓越質量工程實施意見》。意見明確了增強企業(yè)質量意識、提升企業(yè)質量發(fā)展能力、推進質量管理數字化、開展質量管理能力評價等四項重點任務。

這份意見既是對中國制造業(yè)質量問題的深刻診斷，也是在工業(yè)智能化轉型時代，如何提升制造質量的行動指南。

工業(yè)4.0的推進為質量改善帶來了前所未有的新機遇，尤其是智能傳感器、工業(yè)大數據、邊緣計算、云計算、5G等前沿數字技術?；谶@些技術，近年來也有學者提出了“質量4.0”概念，旨在幫助企業(yè)在動態(tài)市場環(huán)境中獲得長期的競爭優(yōu)勢和可持續(xù)發(fā)展。

當前，中國制造業(yè)在質量方面有何困境？質量4.0相比于之前的質量管理理念有何不同？特別是在質量4.0背景下，AIoT技術如何在產品質量的全生命周期管理中發(fā)揮作用，且有哪些機遇和挑戰(zhàn)？本文將就這些問題展開討論。

中國制造業(yè)面臨的質量困境

自改革開放以來，中國制造業(yè)在激烈的市場競爭中不斷累積經驗，已經發(fā)展成為全球制造業(yè)的重要力量。特別是自2012年以來，中國制造業(yè)增加值穩(wěn)居全球首位，對全球制造業(yè)貢獻率達到35%，超過美國和日本，成為全球唯一一個擁有聯合國產業(yè)分類中39個大類、191個中類、525個小類的完整工業(yè)體系國家。

然而，在工業(yè)化的后期階段，中國制造業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)。2008年全球金融危機后，盡管制造業(yè)增加值占GDP的比重一度維持在28%至33%之間，但自2015年起這一比重開始持續(xù)下降，到2022年降至27.7%。這一下降反映了國內要素供給的約束和國際競爭壓力的增加。

在全球范圍內，制造業(yè)的重要性日益凸顯，多國紛紛出臺政策以支持本國制造業(yè)的發(fā)展并在國際市場競爭中占據優(yōu)勢。因此，無論是在高端還是中低端市場，中國制造業(yè)正面臨越來越大的國際競爭壓力。

在這種競爭環(huán)境中，產品質量成為決勝的關鍵。

《財經》雜志的一篇文章指出，中國的摩托車和農業(yè)機械在越南和非洲等市場因質量問題而失利，最終讓位于其他國家的產品。主要原因在于產品可靠性差、故障頻發(fā)，這直接導致了高昂的使用成本和消費者投訴。可靠性問題已成為中國制造業(yè)的“短板”、“硬傷”和“盲區(qū)”。

原國家經貿委質量管理局局長葉柏林認為，中國制造業(yè)起步較晚、在相關領域的積累不足是導致質量困境的主要原因。與此同時，與發(fā)達國家相比，中國在質量管理理念方面也嚴重滯后。目前，許多中國企業(yè)仍停留于如何滿足行業(yè)標準，而發(fā)達國家已經開始關注“顧客滿意”和“零缺陷”理念。

基于“顧客滿意”和“零缺陷”的理念，質量4.0應運而生，旨在推動質量管理模式從傳統(tǒng)的追求符合標準走向更加先進、客戶導向的質量管理新時代。

質量4.0，一種基于數字化技術的質量管理理念

質量4.0是基于工業(yè)4.0提出的概念，是面向個性化產品全生命周期（指產品從準備進入市場開始到被淘汰退出市場為止的全部運動過程，包含研發(fā)設計、制造裝配、物流服務等環(huán)節(jié)）的價值創(chuàng)造過程。

傳統(tǒng)質量管理對于質量的理解傾向于“符合要求”，由此產生了如ISO 9001的質量管理標準體系來衡量產品質量符合要求的程度。這其實是對產品質量問題的“被動防守”，質量管理的重心也往往集中在產品的生產制造和裝配環(huán)節(jié)。

在質量4.0理念下，顧客需求更加追求個性化，產品生命周期更短，此時的質量概念更加強調“顧客滿意”。這要求質量管理者擴大質量管理范圍、強化質量管理職能、化被動為主動，基于產品全生命周期的質量管理活動創(chuàng)造更多價值、提升顧客滿意度。

Verona大學教授Andrea Chiarini將質量4.0定義為：質量4.0是一種以客戶為中心和數字化賦能的方法，將整個價值鏈（包括企業(yè)內的縱向集成、企業(yè)間的橫向集成和端對端集成）上的人員、流程和技術整合起來，與價值鏈中的利益相關者協(xié)作，從而做出基于證據的決策。

質量4.0注重精益與零缺陷質量思想的結合。為了應對大規(guī)模個性化產品的質量需求，質量4.0需要質量管理活動具備更加高效、靈活的響應。

在質量4.0的體系下，組織結構被優(yōu)化為“小而精”，其中大量工作由高度自動化、數字化和智能化的設備與系統(tǒng)承擔，減少人為錯誤，向著零缺陷目標邁進。

此外，質量4.0還采用新興技術進行產品質量的檢測、監(jiān)控和預測，以及設備的故障診斷和預測性維護，主動推動零缺陷制造。在這一背景下，精益和零缺陷成為相輔相成的雙重目標，其中精益管理有助于實現零缺陷，而零缺陷又能減少因缺陷導致的浪費和補救成本，進一步促進精益理念的實現。

正是在這個背景下，AIoT成為質量4.0的核心技術支持體系。AIoT通過智能化的集成和分析能力，提供了對整個生產過程的深入洞察，從而推動了質量管理的革命，使得質量4.0不僅是一種理念，更是一種通過高科技實現的現實。

AIoT技術的運用，不僅優(yōu)化了產品質量管理流程，還為質量4.0的實現提供了強大的技術支撐，使其在實現個性化產品全生命周期的質量管理目標方面具有無可比擬的優(yōu)勢。

基于AIoT技術的產品質量全生命周期管理

AIoT技術的應用為企業(yè)揭示了一條全新的道路，以更深入地了解和滿足用戶需求。它使企業(yè)能夠深挖用戶需求的核心點，準確捕捉用戶的潛在需求，從而在全生命周期質量管理中實現更加針對性的策略。

這種技術的使用不僅提高了產品和服務迭代的效率與速度，還極大地優(yōu)化了用戶體驗，使得全生命周期質量管理成為現實。

上海交通大學的蔣煒教授和他的團隊，從理論、方法學和商業(yè)應用等多個維度出發(fā)，構建了一套適用于物聯網環(huán)境的產品全生命周期質量管理體系。該體系由兩大層次、六個部分組成。

其中技術基礎層構成了體系的核心。這一層關注物聯網傳感器的網絡布局和數據采集問題，以及使用物聯網數據對產品質量狀態(tài)進行建模和動態(tài)追蹤，實現對產品全生命周期質量狀態(tài)的全面管理。

在應用層面，這一體系涵蓋了三個核心方面：供應端協(xié)同、生產端協(xié)同和需求端協(xié)同。每個方面都是為了確保整個生產鏈條的高效運作，從而提升產品和服務的整體質量。

圖 基于物聯網的全生命周期質量管理創(chuàng)新服務體系

供給端協(xié)同

在供給端協(xié)同方面，AIoT技術的應用對于加強企業(yè)與供應商的合作、提升供需管理效率以及質量控制至關重要。AIoT技術增強了企業(yè)在供應鏈管理中的資產管理能力，包括原材料的供需控制、渠道管理以及質量問題的追溯。

同時，它也提升了物流管理水平，通過實時監(jiān)控和數據共享，企業(yè)可以有效控制成本并確保產品質量。此外，AIoT技術通過建立高效的資產管理和追蹤系統(tǒng)，促進了企業(yè)與供應商間的信息流通和協(xié)同合作，有助于原材料和零部件的準時交付，從而實現共贏。

生產端協(xié)同

在生產端的協(xié)同工作中，企業(yè)需要自上而下分解質量管理目標，并運用AIoT技術來整合設計、采購、生產、倉儲和物流等各環(huán)節(jié)的業(yè)務流程。這樣做能促進內外部的協(xié)同合作，創(chuàng)新制造和服務模式，實現對客戶需求的快速響應，并增強客戶粘性。

首先，AIoT技術有助于企業(yè)根據用戶的個性化需求進行產品設計和開發(fā)。用戶需求通常難以預測且不斷變化，因此企業(yè)需要準確掌握這些變化，并持續(xù)迭代產品以適應日益升級的消費需求。

在AIoT環(huán)境下，企業(yè)可以通過監(jiān)控現有產品的狀態(tài)來有效地了解客戶需求，這對新產品的初始設計至關重要。此外，當新產品推出后，企業(yè)可以及時獲得產品質量狀態(tài)的反饋，從而迅速對產品進行迭代升級，持續(xù)改善用戶體驗。AIoT技術的運用降低了新技術和新產品投入的風險。

其次，AIoT技術能提高企業(yè)基于生產過程監(jiān)控的質量管理水平。傳統(tǒng)的質量管理強調人、機、料、法、環(huán)五大要素。AIoT技術的應用可以更有效地監(jiān)測生產過程、工藝參數、材料消耗和環(huán)境狀態(tài)等關鍵要素，從而提升生產流程的智能化水平，保證產品質量。

同時，AIoT技術還有助于識別生產過程中的潛在瓶頸，實施深入的質量控制，并優(yōu)化工作流程。例如，在鋼鐵行業(yè)，通過監(jiān)控鋼板的寬度、厚度和溫度等關鍵指標，可以實時調整生產流程，確保產品質量。

最后，AIoT技術還可以提升基于設備狀態(tài)監(jiān)控的質量管理。生產設備的可靠性對維持產品質量至關重要。通過AIoT技術進行生產設備狀態(tài)的實時監(jiān)控，如機器工況（速度、振動等）和環(huán)境狀況（溫度、濕度等），有助于識別設備狀態(tài)是否超出正常閾值。

隨著生產設備趨向精密化和智能化，設備維護的技術要求也日益提高。在這種情況下，企業(yè)需要利用AIoT技術，促進生產設備狀態(tài)信息在企業(yè)與運維服務商之間的高效流轉，加強信息共享和協(xié)作，確保生產設備的正常穩(wěn)定運行，減少因設備故障或停機導致的產品質量問題和成本損失。

需求端協(xié)同

需求端協(xié)同工作中，AIoT技術對于企業(yè)與消費者及第三方服務商的有效互動至關重要，它不僅幫助企業(yè)深入洞察和響應消費者的個性化需求，還增強了質量保證服務的效率和針對性。

通過實時監(jiān)控產品狀態(tài)和用戶使用數據，AIoT技術使企業(yè)能夠預測產品質量趨勢，并提供差異化的維修和延保服務，從而創(chuàng)新盈利模式。

此外，AIoT技術也有效支持了面向消費者的產品回收服務，在低碳、節(jié)能的背景下，企業(yè)可以利用AIoT技術優(yōu)化產品回收流程，降低成本并預防潛在的質量問題，有效促進經濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

產品質量全生命周期管理的一些關鍵技術

實現AIoT技術在提升制造質量方面的應用，不僅需要依賴一系列先進技術的支持，而且涉及多種關鍵技術的綜合運用。這包括但不限于工業(yè)大數據、數字孿生技術、機器學習、以及機器視覺等。這些技術綜合應用，不僅能夠顯著提高質量管理模型的仿真精度，還能增強其智能化處理能力，從而在制造質量的提升方面發(fā)揮關鍵作用。

工業(yè)大數據

工業(yè)大數據是質量4.0的基石，它貫穿于數據的全生命周期，包括數據收集、存儲、處理、分析、應用和治理等一系列技術環(huán)節(jié)。

在AIoT驅動的智能制造環(huán)境中，大量傳感器和高度數字化的機器設備是數據收集的主要源泉。這些收集的數據經過深度分析，轉化為對制造質量至關重要的洞察，進而應用于質量監(jiān)控、預測、診斷和改進等多個領域。

數據治理作為這個過程的關鍵環(huán)節(jié)，不僅涉及對有效數據的存儲和再利用，還包括對無效數據的清除，以及從累積的數據中提煉出關鍵知識和經驗。這樣的管理流程不僅保證了數據質量和可用性，還為制造業(yè)的質量提升提供了強有力的支持。

數字孿生

數字孿生技術在提升制造質量方面揮著至關重要的作用。通過數據交互構建物理實體的虛擬模型映射，從而支持產品的研發(fā)、生產及業(yè)務管理過程的分析和決策。

這種技術尤其適用于復雜產品裝配過程中的實時質量管理，能夠有效地監(jiān)控生產線上的每一步，確保質量標準得以維持。

機器學習

機器學習通過使計算機模擬人類的學習行為來獲得新知識和技能。在制造業(yè)質量提升的過程中，機器學習能夠有效分析大量數據，預測潛在的質量問題，并提前采取措施以防止問題發(fā)生。

機器學習的應用不僅限于對現有生產過程的監(jiān)控和改進，還涵蓋了通過預測分析來預防未來可能出現的質量缺陷。這種前瞻性的質量管理方法使得AIoT在制造領域中的應用更加深入和全面，顯著提升了制造過程的質量控制水平，從而推動整個制造業(yè)向更高的質量標準邁進。

機器視覺

機器視覺技術通過使機器模擬人類視覺系統(tǒng)從圖像中提取信息，在質量檢測領域尤為重要，它能夠自動化地高效識別產品的缺陷，特別是那些肉眼難以察覺的外觀缺陷。

此外，機器視覺還在生產設備的過程監(jiān)控、故障診斷、以及裝配線的實時監(jiān)測和動態(tài)偏差校正中發(fā)揮著至關重要的作用。

通過機器視覺技術，制造過程中的質量控制變得更加精準和高效，大大減少了因人為因素造成的錯誤和遺漏。提高生產效率的同時也確保了產品質量的穩(wěn)定性和可靠性。

可視化技術

可視化技術，通過將復雜的數據和信息轉換為圖像和視覺呈現，顯著增強了人們對信息的理解和交互能力，可以有效提升質量管理的效率和條件。通過直觀的圖形和圖表，可視化技術使質量管理者能夠快速識別問題和趨勢，從而做出更加精準和及時的決策。

此外，可視化工具的應用還能改善工作流程和環(huán)境，使質量管理過程更加流暢和透明。它為質量管理者提供了一個更直觀、更易于理解的決策支持平臺，極大地提升了整個質量管理的水平。

通信技術

新型通信技術在提升和改進制造業(yè)質量方面也扮演著至關重要的角色。例如，5G技術以其高速的信息傳輸能力，極大地提升了質量管理的效率，確保了工業(yè)大數據分析的及時性和準確性。

無線射頻識別技術在質量數據的采集、實時監(jiān)控和產品質量追溯方面提供了重要支持，使得質量控制更加精確和高效。IPv6的推出和網絡基礎設施的持續(xù)改進與擴展，為連接更多的物理資產、產品和設備提供了可能，這對于實現復雜的大規(guī)模質量管理活動至關重要。

基于AIoT技術提升制造質量的機遇與挑戰(zhàn)

在全球工業(yè)4.0的興起浪潮中，AIoT技術在提升制造業(yè)質量和效率方面展現出巨大的商業(yè)潛力。截至2022年，全球工業(yè)4.0市場規(guī)模已超1140.1億美元，預計到2032年將達到約6349.4億美元，復合年增長率預計為18.74%。

在這個趨勢中，中國在亞太地區(qū)的工業(yè)4.0市場上尤為突出，展示了顯著的發(fā)展前景和潛能。得益于政策支持和技術創(chuàng)新，中國正在積極整合物聯網、人工智能和自動化等尖端技術來推動制造業(yè)的轉型升級。

這種技術整合不僅顯著提升了生產效率和產品質量，也增強了中國企業(yè)在全球市場的競爭力。預計到2027年，中國智能制造系統(tǒng)解決方案市場規(guī)模將達到約1.2萬億元人民幣，這進一步證明了中國在利用AIoT技術提升制造質量方面的巨大機遇。

然而，這一切卻非旦夕之功。AIoT技術在推動制造企業(yè)的轉型和升級過程中，尤其在產品狀態(tài)監(jiān)控和全生命周期質量管理方面，面臨諸多挑戰(zhàn)。

在AIoT環(huán)境中，傳感器網絡的布局及其復雜性，以及海量多源異構數據的有效處理和分析，都提出了新的要求。這些因素不僅增加了網絡布局的研究難度，也為產品質量預測和風險預警帶來了新的挑戰(zhàn)。

盡管AIoT技術近年來有顯著的進步，許多企業(yè)在實施AIoT項目時仍面臨各種挑戰(zhàn)，尤其是在技術集成和協(xié)作方面。此外，AIoT部署可能增加企業(yè)運營成本，尤其是在供應鏈管理中涉及的第三方設備安裝和維護費用。

同時，AIoT系統(tǒng)部署還需解決多主體、多場景管理難題，包括設備維護、數據真實性、與現有信息系統(tǒng)的兼容性和連通性問題。

面對這些挑戰(zhàn)，制造業(yè)必須采納更緊密的協(xié)作模式和更先進的數據管理策略，以確保系統(tǒng)間的兼容性和互操作性，從而降低AIoT質量管理的復雜性。

寫在最后

在全球化和數字化的大背景下，中國制造業(yè)的未來將深刻地受到技術創(chuàng)新和應用的影響，同時也依賴于企業(yè)對這些新興技術所帶來變革的應對和適應能力。

面對眾多挑戰(zhàn)，中國制造業(yè)在政府支持、行業(yè)共同努力及技術不斷進步的推動下，擁有克服困難、實現從制造大國邁向制造強國的巨大潛力。

特別是在質量4.0的先進理念指引下，AIoT技術為中國制造業(yè)的轉型升級和提升國際競爭力提供了寶貴機遇。中國制造業(yè)正邁向更高效、更智能的未來。這一轉型不僅關乎技術的引入和應用，更涉及到管理和策略的全面革新。

通過持續(xù)的技術創(chuàng)新、策略優(yōu)化，以及產業(yè)生態(tài)的協(xié)同合作，中國制造業(yè)有望在全球工業(yè)4.0浪潮中贏得領先地位，為全球制造業(yè)的發(fā)展樹立新的標桿。

參考文獻：

《制造業(yè)質量“掉鏈子”如何突圍？》，財經雜志
《三部門發(fā)文：力爭到2027年我國制造業(yè)質量水平顯著提升》，新華網
《“盯上”6萬億大市場！小米積極發(fā)力智能制造領域》，前瞻網
《質量4.0：概念、基礎架構及關鍵技術》，科技導報
《基于物聯網的產品全生命周期質量管理的模式創(chuàng)新與展望》，系統(tǒng)工程理論與實踐
《Industry 4.0 Market》，Precedence Research
《What is Quality 4.0? An exploratory sequential mixed methods study of Italian manufacturing companies》，International Journal of Production Research