首届全国服务型制造应用技术技能大赛总体技术综述

刘加勇，曹怀明，史 耀

（1.机械工业教育发展中心，北京 100055；2.重庆工程职业技术学院，重庆 402260）

1 引言

服务型制造是制造与服务融合发展的新型制造模式和产业形态，是先进制造业和现代服务业深度融合的主要方向，也是制造业转型升级、增强核心竞争力和实现高质量发展的重要途径。2016年，为深入实施《中国制造2025》，工业和信息化部、国家发展改革委和中国工程院发布了《发展服务型制造专项行动指南》[1]，同年，中国机械工业联合会与工信部联合集中宣贯了该指南[2]。2020年，工业和信息化部、国家发展改革委及教育部等十五部委印发了《关于进一步促进服务型制造发展的指导意见》，该意见对发展服务型制造进行了统筹规划和顶层设计，提出了未来中国制造业的发展重点是努力推动“生产型制造”向“服务型制造”转型升级的目标和要求[3]。2021年，我国国民经济“十四五”发展规划提出要“深入实施智能制造和绿色制造工程，发展服务型制造新模式，推动制造业高端化、智能化、绿色化”发展[4]。党的二十大报告进一步强调，建设现代化产业体系，要推动现代服务业同先进制造业深度融合。

中国机械工业联合会锚准服务型制造发展大势，主动延伸机械工业服务链条，积极向人社部申请举办国家级一类赛事，把举办职业技能竞赛作为推动行业人才培养工作的有力抓手和促进技能人才成长的重要平台，同时，举办大赛涉及的新技术和工业应用，对行业企业转型发展具有一定的指导意义，为企业创新生产模式和商业模式提供了典型应用场景。首届全国服务型制造应用技术技能大赛（以下简称服务型制造大赛）于2023年4月在安徽阜阳圆满落幕。

2 服务型制造内涵及典型应用模式

2.1 服务型制造定义

在国内，孙岩林最早提出服务型制造概念，他认为服务型制造更重视知识资本和人力资本的投入[5]。国内学者也对相关概念进行了大量研究，直到《发展服务型制造专项行动指南》对服务型制造的概念进行了明确定义，即服务型制造是制造与服务融合发展的新型产业形态，是制造业转型升级的重要方向。制造业企业通过创新优化生产组织形式、运营管理方式和商业发展模式，不断增加服务要素在投入和产出中的比重，从以加工组装为主向“制造+服务”转型，从单纯出售产品向出售“产品+服务”转变，有利于延伸和提升价值链，提高全要素生产率、产品附加值和市场占有率，这为中国服务型制造的发展提出了目标和蓝图。

2.2 服务型制造关键共性技术

服务型制造关键共性技术涉及多种技术的交叉融合，贯穿全产业链的各个环节，主要包括全流程、定制化的制造系统研发，分布式协同设计平台研发，全产业链研发、设计、制造、销售与服务协同平台研发，数据共享与数据交易协同设计平台研发，多参数综合检测，可靠性验证方法等试验检测，产品生命周期动态可靠性设计平台研发，产品全生命周期服务、诊断及维修功能数字化平台研发，产业供应链智能优化，全流程供应链的资源管理系统研发等技术。

2.3 基于“微笑曲线”的服务型制造典型应用模式

20世纪80年代末，施振荣率先提出了“微笑曲线”理论，传统的“微笑曲线”模型是一条中间低两端高的笑脸状曲线，描述了产业价值链不同环节附加价值不同的特点。“微笑曲线”两端代表研发设计环节和营销品牌环节，中间是加工制造环节，其中加工制造环节的附加值最低，两端的研发设计和销售品牌等服务环节则有更高的附加值[6-7]。

服务型制造本质上仍是一种制造模式，但其又区别于传统的制造模式，其特点是跨界融合、协同发展多种产业、产品，最终实现对市场产品和服务需求的生产制造。发展服务型制造一是要向产业价值链两端延伸和融合发展，二是在生产过程中投入越来越多的生产服务，三是生产销售的产品是实物产品和服务产品的结合[8]，从而打破由传统的产业分工和技术体系所定义的产业结构体系，是一种典型的“微笑曲线”理论模型案例。制造企业通过整合资源与能力，按照服务型制造特点，在全产业链开发新应用模式，为企业提质增效创造新的增长点。在产业链上游，企业可投入附加值较高的研发、设计和个性化定制等服务；在产业链下游，企业可通过多种媒介增加生产性金融、信息增值等服务，以增加企业产品在后市场的附加值；从全产业链看，企业可提供系统解决方案、供应链管理等服务。基于“微笑曲线”的服务型制造典型应用模式如图1所示。

图1 基于“微笑曲线”的服务型制造典型应用模式

3 服务型制造大赛技术方案设计

3.1 赛项设置和竞赛任务

服务型制造大赛围绕服务型制造本体技术和典型应用场景，设置五个赛项，大赛各赛项设置3～4个竞赛任务，见表1。

表1 服务型制造大赛赛项名称和竞赛任务

3.2 赛项涉及技术和竞赛平台

服务型制造大赛各赛项涉及的技术见表2。

表2 服务型制造大赛各赛项涉及的技术

赛项一是计算机程序设计员（个性定制与设计服务）。本赛项聚焦个性化定制与工业设计服务两类服务型制造方式，主要围绕工业产品个性化订单管理、产品交互设计、数字化工艺文件编制、柔性制造系统配置等典型工作场景，研发了个性化订单管理系统、交互设计服务系统、虚拟仿真生产服务系统，搭建了“个性化定制与设计服务平台”，其各功能模块如图2所示。本赛项基于客户个性化定制和数字化设计需求，综合运用表2所示的技术。针对客户多批次、小批量、个性化等需求特性，以产品订单信息为依据，完成个性定制产品的数字化设计，为客户提供优化设计和验证服务，然后编制产品生产数字化工艺文件、管理文件，最后提供出智能排产、柔性加工、可视化管理和场景搭建及品质保证整体解决方案。

图2 个性化定制与设计服务平台各功能模块

赛项二是数字化管理师（协同制造网络构建）。本赛项聚焦服务型制造领域中网络协同制造关键技术和典型应用场景，基于工业数字技术、互联网技术在实现协同制造中的融合赋能基本特征，搭建了由数据管理、自动供料、装备检测、智能分拣、AGV物流、智能仓储和可视化系统等单元组成的“网络化协同制造数字管理平台”，如图3所示。本赛项围绕“以数字化为主线，以硬件为载体，体现软件技术功效的服务型制造技术路径，针对网络化协同制造技术应用典型场景及其生产要素配置、生产组织和数字管理等特征，综合运用表2所示技术，依序完成包含原材料供给方案、生产设备配置和协同路径管理等生产要素在内的网络协同制造场景规划设计。

图3 网络化协同制造数字管理平台

赛项三是物联网安装调试员（数字中台与远程运维服务）。本赛项聚焦服务型制造中工业互联网在数字中台与远程运维等智能服务应用场景，围绕工业互联网设备装调、工业设备数字孪生系统构建、工业互联网边缘端应用、数字中台搭建与应用、数据上云与工业App应用、远程运维服务与优化等典型工作，综合运用表2所示技术，搭建了“数字中台与远程运维服务平台”，同图3所示。

基于服务型制造中工业互联网在数字中台与远程运维等智能服务应用需求，针对工业现实场景，以生产执行系统为对象，通过应用互联网关键设备，打通网络数据流，实现设备数据的快速、精确采集与网络通信；通过数字孪生等技术，实现现场设备与网络的虚拟化和可视化；配置工业互联网边缘端应用装置和软件，实现智能加工过程的关键数据采集、监控、分析及优化，以及产场景数据的可视化显示及动态分析，形成数字中台，为决策等生产服务提供基础数据，并实现在线检测、故障预警与诊断等服务。

赛项四是服务机器人应用技术员（机器人智能服务）。本赛项面向制造业“智改数转”和新技术赋能的新要求，以服务机器人为重要载体，选择生产安全与环境监测、工业设备巡检与处置、危险环境智能服务作业等服务场景，展现机器人环境感知、运动控制、人机交互和自主作业等方面的赋能技术应用和服务功能。本赛项研发了“机器人智能服务与应用系统”平台，如图4～5所示。本赛项以服务机器人、移动载运机器人（AGV平台）和工业机器人等为载体，综合应用表2所示技术。通过智能识别、运动控制、智能决策、人机交互和网络监控等服务功能模块的安装调试，实现生产设备、工作环境、服务作业和运行管理等要素的有效联接和协同运作。

图4 职工组机器人智能服务与应用系统平台

图5 学生组机器人智能服务与应用系统平台

赛项五是供应链管理师（产品检测与客户体验服务）。本赛项基于服务型制造生产链、供应链有效协同规则，选取生产物流系统规划、工业物流设备装调与运维、智能制造系统调试、产品检测与服务和物流数据管理与客户体验等智能工厂生产车间典型场景，运用表2所示技术，搭建了“工业智能物流与产品检测服务平台”，如图6所示。针对企业智能化生产与效能管理需要、智能生产流程与客户服务需求，以智能生产单元为载体，综合运用表2所示技术。通过对智能制造流程、生产物流和客户服务数据及关键指标的统计和分析，实现智能生产物流系统的稳定、可靠运行及全流程动态监控及优化。

图6 工业智能物流与产品检测服务平台

4 服务型制造大赛技术逻辑

服务型制造大赛聚焦于装备制造业智能工厂的生产性服务业，以智能制造为基础，以智能制造平台为支撑，以实现小批量、多批次、智能化和个性化生产为目标，各赛项之间，从技术和应用领域的角度存在一定的支撑、互补和递进关系。

大赛各赛项遵循一条主线，全过程体现“制造+服务”理念。5个赛项的技术设计从“客户个性化定制”开始，到“客户体验服务”结束，全过程体现“以客户为中心、以服务为导向”，主要展现了“个性化定制服务”“工业设计服务”“协同制造”“远程运维”“供应链管理”“检验检测认证服务”等服务型制造典型模式。其中赛项一“计算机程序设计员（个性定制与设计服务）”立足“研发设计”环节，为客户提供个性化定制服务，为生产制造前段提供工业设计服务；赛项二“数字化管理师（协同制造网络构建）”立足“生产制造”环节，为生产制造过程直接服务，提供网络协同制造、共享制造服务；赛项三“物联网安装调试员（数字中台与远程运维服务）”立足“生产制造”环节，为生产制造过程直接服务，提供数字中台、远程运维服务，重在数据处理、数据管理和远程运维；赛项四“服务机器人应用技术员（机器人智能服务）”立足“生产制造”环节，以机器人为载体，为生产制造过程提供辅助智能服务，提供生产防护公共服务、工业设备巡检及远程监测服务和生产载运智能服务；赛项五“供应链管理师（产品检测与客户体验服务）”立足“生产制造”和“销售服务”环节，提供辅助服务，包括产品检测认证、产品全生命周期管理、客户体验和供应链管理服务等。服务型制造大赛各赛项之间技术逻辑流程如图7所示。

图7 服务型制造大赛各赛项技术逻辑流程

5 结束语

服务型制造大赛是我国首次面向服务型制造领域举办的国家级一类职业技能大赛，是贯彻落实关于技能人才工作重要指示精神的具体举措，大赛涉及的相关技术是助力先进制造业与现代服务业深度融合的重要技术力量。大赛的应用技术具有较强的前瞻性和引领性，但在相关技术的可靠性上还有待进一步提高，相关技术的工业级应用仍是一个需要持续研究的领域。