創新中國製造業升級模式

寧家駿：國家信息中心原總工程師，現任國家信息中心專家委員會副主任、研究員，國家智慧城市、大數據、雲計算、信息安全研究領域著名專家。

導語：以工業4.0為代表的新一輪工業革命，是中國製造業轉型升級的重要契機。面向當前全球正出現的以信息網絡、智能製造為代表的新一輪技術創新浪潮，創新產業升級模式，中國製造業應從製造業新趨勢、兩化融合和創新驅動三個方面思考升級路徑。

近年來，隨著個人電腦向智能設備演變，一種新的趨勢開始顯現：越來越多的IT基礎設施和服務通過智能網絡（雲計算）來提供。伴隨微型化和互聯網的持續發展，這一趨勢宣告了人們期盼的普適計算已成為現實。通過無線，越來越多功能強大、自主的微型電腦（嵌入式系統）實現了與其他微型電腦和互聯網的互聯。這意味著物理世界和虛擬世界（網絡空間）以信息-物理系統（CPS）的形式實現了融合。新的互聯網協議IPv6於2012年推出後，目前已經有足夠多的IP地址可供智能設備通過互聯網實現直接聯網。因而網絡資源、信息、物體和人之間能夠實現物聯網及服務互聯網。這也將擴展至工業領域：德國敏銳地感知到這一巨大變化，在製造業中將這種技術演化描述為“第四階段的工業化”或“工業4.0”。

工業4.0戰略及其願景

眾所周知，德國製造業是世界上最具競爭力的產業部門之一。近二三十年來，德國製造業已成功地利用信息通信技術（ICT）實現對工業生產過程的管理——如今，大約90%的工業生產過程已應用ICT技術，後者為德國強大的製造業持續發展發揮了重要作用。

德國政府推出“工業4.0”戰略，目的是提高德國工業的競爭力，在新一輪工業革命中佔領先機。作為德國政府提出的高科技戰略計劃，工業4.0戰略已經得到了德國聯邦教育及研究部和聯邦經濟技術部聯合資助，投資預計達2億歐元，旨在提升製造業的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠。工業4.0的部署，不僅將增強德國的競爭地位，而且有助於德國應對全球挑戰（如資源和能效）和國內挑戰（如人口結構的變化）。

工業4.0主要分為兩大主題，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統及過程以及網絡化分佈式生產設施的實現。二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。

德國工業4.0戰略更具靈活性，也更強勁，在工程、規劃、製造、運營和物流流程中實施最高標準。這將催生動態的、實時優化、自我組織的價值鏈，並可通過一系列標準（如成本、可用性和資源消耗）進行優化。該戰略還提出瞭如下願景：

戰略的最大特點是製造業中所有參與者及資源的高度社會技術互動。互動主要圍繞製造資源網絡（製造機械、機器人、輸送機和倉儲系統及生產設施）進行，這些網絡獨立自主，在不同情況下能自我管理，自我配置，還裝備了傳感器，分散安裝，並融入了相關規劃及管理系統。作為這一願景的關鍵組成部分，智能工廠將被納入公司內部價值網絡，包括製造過程和製造產品的端對端工程，實現數字和物理世界的無縫銜接。智能工廠將使不斷複雜的製造流程便於管理，並能同時確保生產過程的吸引力、生產效益以及工廠在市區環境的可持續性發展。

戰略明確了今後智能產品可明確識別，並有可能隨處可見。即使還在生產環節，其自身製造流程的所有細節均可被控。這意味著，在某些領域，智能產品可以控制各生產階段，進行半自主生產。此外，這還能確保成品瞭解自身發揮最優性能的參數，並辨別生命週期中發生磨損和毀壞的標記。這些數據可集合使用，以便優化智能工廠的物流、佈局、維護以及與業務管理應用程序的整合。

戰略實施後，將有可能把個人客戶和產品的獨特特性融入到設計、配置、訂購、計劃、生產、運營和回收階段。它甚至可以在製造和運營之前最後一分鐘或進行中提出改變的請求，這將使生產一件定製產品和小批量產品也能產生利潤。

戰略的實施，將使員工能根據具體情況進行控制、監管和配置智能製造資源網絡和製造步驟。員工再也無需完成例行任務，他們可以更多地關注創新和具有附加值的活動。因此，他們在確保產品質量方面將起到關鍵作用。同時，靈活的工作條件也將他們的工作和個人需求更好地結合起來。

戰略的實施，需要進一步擴展相關的網絡基礎設施，並通過服務水平協議進一步規範網絡服務質量。這將有望滿足大流量數據應用程序和服務供應商的高帶寬需求，以保證關鍵應用程序的運行時間。

現代信息技術為製造業轉型提供重大機遇

之所以德國將工業4.0 戰略作為德國振興經濟的頭等大事，是因為作為世界領先的製造設備供應大國，德國需要發掘新形式工業化的潛力，以與其獨特的地位相匹配。德國的全球市場領導者包括許多提供專業解決方案的“隱形冠軍”（即小而強的公司）：德國前100名中小企業中有22家是機械和設備製造商，其中3家排名在前10位之內。德國許多機械和設備製造商都希望保持其在未來的領先地位，60%的德國機械設備製造商都相信，他們的技術競爭優勢在未來五年內會得到提高，只有不到40%的製造商希望維持當前的競爭地位。

然而，機械製造領域的全球競爭正日趨激烈。在亞洲同行對德國製造商產生威脅的同時，美國的對手們也在採取措施，通過一系列舉措對抗工業退化，大力推進“先進製造業”。同時激烈競爭的市場也需要製造業變得更加具有活力、更能適應複雜製造要求。比如，激光燒結技術的進步意味著目前在幾小時內已經能夠“打印”出高質量的、複雜的3D結構；這引發了全新商業模式和服務的產生，製造過程與終端消費者之間的關係變得更為密切——消費者能夠創造自己的設計，之後發送電子郵件到一家“複印店”，他們也可以自己掃描和“複印”一些物品。

此外，物聯網及服務互聯網能夠創造一個包含全部生產過程的網絡，將工廠轉變成為一個智能環境。信息物理生產系統由智能機器、倉儲系統、生產設備組成。該生產系統是數字化的，基於ICT技術實現了端到端的整合——從運入物流到生產，再到營銷、運出物流和服務（維修）。信息物理生產系統不僅使生產能夠得到更加靈活的配置，也能充分利用差異化管理和流程控制所提供的機會。

在工業4.0的具體實踐中，如何以集成的方式，將虛擬世界和真實世界更加緊密地聯繫起來，是製造業應該關注的重點。以汽車生產為例。在過去，如果想生產一輛汽車，我們需要經歷五個階段：設計汽車的模型，規劃何時何處生產零件以及組裝零件，告訴機器我們的規劃，開動機器生產汽車，以及保證機器在生產過程中沒有錯誤和故障。這就是生產週期所需要的五個步驟：產品設計、生產規劃、生產流程、生產執行和服務。在傳統的生產中，這些階段是按順序進行的。前一階段結束了，下一個階段才開始。而製造商們試圖提高的是每個階段的生產力。但是，每個階段做到最優，並不代表整個生產過程能夠有最大的產出。工業4.0正是秉承著“集成”的理念，為製造企業提供了數字化企業平臺解決方案。通過該方案，製造企業可以實現從產品設計、生產規劃、生產流程到生產執行和服務的全生命週期的高效運行，以最小的資源消耗獲取最高的生產效率。

因此，在德國工業4.0規劃和計劃中，除了指導製造業企業優化現有基於IT的流程外，還將釋放對具體流程和全球範圍內整體效應進行更多差異化跟蹤的潛力。這些都是目前難以實現的。工業4.0還將使商業夥伴（如供應商和客戶）、員工之間的關係更加緊密，並提供更多互惠互利的新機遇。

促進中國製造業轉型升級

面對信息技術的高速發展和新工業革命的新形勢，借鑑德國和其他發達國家經驗，對於推動我國經濟發展在新常態下的轉型升級具有重大意義。

當前，作為“世界工廠”的中國，正受到雙重的挑戰：發達國家正在進行“再工業化”運動，東盟國家、印度和拉美國家則擁有更低的勞動力和資源成本。我國經濟運行存在下行壓力，部分製造業產能過剩問題嚴重的突出問題仍沒有緩解，在極為錯綜複雜的形勢下，如何圍繞科學發展這個主題和加快轉變經濟發展方式這條主線，堅持我國製造業穩中求進工作總基調，堅持結構調整取得新進展和加大改革開放力度，仍然是我國製造業今後必須解決的突出問題和重點任務。在這樣的形勢下，如何在保持增長的同時，促進產業升級，是中國製造業不得不思考的問題。

在我國製造業調整產業結構，必須著力抓好化解產能過剩和實施創新驅動發展，使市場在資源配置中起決定性作用，堅持通過市場競爭實現優勝劣汰。化解我國製造業產能過剩的根本出路是創新，包括技術創新、產品創新、組織創新、商業模式創新和市場創新。

2013年9月，工信部針對制約我國工業轉型升級的突出矛盾和問題，制定了《信息化和工業化深度融合專項行動計劃（2013-2018年）》。而推進兩化深度融合可以從德國工業4.0戰略中獲得不少有益的啟示。中國製造業未來要適應市場的變化，今天就應該走技術創新之路，而以工業4.0為代表的新一輪工業革命，是中國製造業轉型升級的重要契機。面向當前全球正出現的以信息網絡、智能製造為代表的新一輪技術創新浪潮，創新產業升級模式，中國製造業應從製造業新趨勢、兩化融合和創新驅動三個方面思考升級路徑。

信息技術特別是互聯網技術發展對傳統制造業的發展方式帶來了顛覆性、革命性的影響，可以說企業和行業變革的核心是信息網絡技術的應用。信息網絡技術的廣泛應用，能夠實時感知、採集、監控生產過程中產生的大量數據，促進生產過程的無縫銜接和企業間的協同製造，實現生產系統的智能分析和決策優化，使智能製造、網絡製造、柔性製造成為生產方式變革的方向。信息網絡技術與傳統制造業相互滲透、深度融合，正在深刻改變產業組織方式，加速形成新的企業與用戶關係。一是由大規模批量生產向大規模定製生產轉變。二是由集中生產向網絡化異地協同生產轉變。三是由傳統制造企業向跨界融合企業轉變。從某種程度上講，製造業互聯網化正成為一種大趨勢。我們應該學習和借鑑德國的工業4.0計劃，通過“物聯網”和“務（服務）聯網”，把產品、機器、資源、人有機聯繫在一起，推動各環節數據共享，實現產品全生命週期和全製造流程的數字化。隨著信息網絡技術在製造業領域的廣泛滲透，及其帶來的工業互聯網、工業雲等一大批新的生產理念，製造業互聯網化呈現出智能產品、眾包設計、智能製造、在線服務以及基於互聯網的新型商業模式等鮮明特徵。比如在智能產品方面，互聯網技術、人工智能、數字化技術嵌入傳統產品設計，使產品逐步成為互聯網化的智能終端。

面對以信息網絡技術創新引領的智能化製造新趨勢，大力推進兩化深度融合成為打造中國製造業升級版的必然選擇。我國應做好建設和推廣企業兩化融合管理體系標準、全面提升工業智能化水平、推動信息網絡技術與製造業深度融合、加強兩化融合支撐能力建設等四項重要工作。推動物聯網、大數據技術在工業領域的集成創新和應用，推進製造方式的互聯網化，鼓勵製造業創新銷售和服務模式。

為全面迎接工業4.0革命的到來，筆者建議我國的產業政策思路和措施應當適時調整。首先，要充分調動科研結構和企業的積極性，特別是重視通過高技術人才創業，加快先進製造技術的突破。其次，要改變目前產業政策“重研發、輕工藝”、“重實驗室、輕車間”的做法，遴選設備先進、現場管理工作紮實的工廠進行重點建設和投資，將這些“現代工廠”建設成為中國先進製造技術突破、應用的場所，建設成為先進製造技術和先進現場管理方法持續改善的“現場實驗室”，從而最終以點帶面地推進中國製造水平的整體提升。最後，要加快針對工業革命4.0時代的高效能運算、工程數據庫等科技基礎設施的建設，加強對企業突破和應用現代製造技術的公共服務和保障能力。

工業4.0兩大主題

“智能工廠”：重點研究智能化生產系統及過程以及網絡化分佈式生產設施的實現。

“智能生產”：主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。

打造中國製造業升級

由大規模批量生產向大規模定製生產轉變

由集中生產向網絡化異地協同生產轉變

由傳統制造企業向跨界融合企業轉變

推動物聯網、大數據技術在工業領域的集成創新和應用。

鼓勵製造業創新銷售和服務模式。