创新中国制造业升级模式

以工业4.0为代表的新一轮工业革命，是中国制造业转型升级的重要契机。面向当前全球正出现的以信息网络、智能制造为代表的新一轮技术创新浪潮，创新产业升级模式，中国制造业应从制造业新趋势、两化融合和创新驱动三个方面思考升级路径。 近年来，随着个人电脑向智能设备演变，一种新的趋势开始显现：越来越多的IT基础设施和服务通过智能网络（云计算）来提供。伴随微型化和互联网的持续发展，这一趋势宣告了人们期盼的普适计算已成为现实。通过无线，越来越多功能强大、自主的微型电脑（嵌入式系统）实现了与其他微型电脑和互联网的互联。这意味着物理世界和虚拟世界（网络空间）以信息-物理系统（CPS）的形式实现了融合。新的互联网协议IPv6于2012年推出后，目前已经有足够多的IP地址可供智能设备通过互联网实现直接联网。因而网络资源、信息、物体 和人之间能够实现物联网及服务互联网。这也将扩展至工业领域：德国敏锐地感知到这一巨大变化，在制造业中将这种技术演化描述为“第四阶段的工业化”或“工业4.0”。 工业4.0战略及其愿景 众所周知，德国制造业是世界上最具竞争力的产业部门之一。近二三十年来，德国制造业已成功地利用信息通信技术（ICT）实现对工业生产过程的管理——如今，大约90％的工业生产过程已应用ICT技术，后者为德国强大的制造业持续发展发挥了重要作用。 德国政府推出“工业4.0”战略，目的是提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。作为德国政府提出的高科技战略计划，工业4.0战略已经得到了德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元，旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂。工业4.0的部署，不仅将增强德国的竞争地位，而且有助于德国应对全球挑战（如资源和能效）和国内挑战（如人口结构的变化）。 工业4.0主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程以及网络化分布式生产设施的实现。二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。 德国工业4.0战略更具灵活性，也更强劲，在工程、规划、制造、运营和物流流程中实施最高标准。这将催生动态的、实时优化、自我组织的价值链，并可通过一系列标准（如成本、可用性和资源消耗）进行优化。该战略还提出了如下愿景： 战略的最大特点是制造业中所有参与者及资源的高度社会技术互动。互动主要围绕制造资源网络（制造机械、机器人、输送机和仓储系统及生产设施）进行，这些网络独立自主，在不同情况下能自我管理，自我配置，还装备了传感器，分散安装，并融入了相关规划及管理系统。作为这一愿景的关键组成部分，智能工厂将被纳入公司内部价值网络，包括制造过程和制造产品的端对端工程，实现数字和物理世界的无缝衔接。智能工厂将使不断复杂的制造流程便于管理，并能同时确保生产过程的吸引力、生产效益以及工厂在市区环境的可持续性发展。 战略明确了今后智能产品可明确识别，并有可能随处可见。即使还在生产环节，其自身制造流程的所有细节均可被控。这意味着，在某些领域，智能产品可以控制各生产阶段，进行半自主生产。此外，这还能确保成品了解自身发挥最优性能的参数，并辨别生命周期中发生磨损和毁坏的标记。这些数据可集合使用，以便 优化智能工厂的物流、布局、维护以及与业务管理应用程序的整合。 战略实施后，将有可能把个人客户和产品的独特特性融入到设计、配置、订购、计划、生产、运营和回收阶段。它甚至可以在制造和运营之前最后一分钟或进行中提出改变的请求，这将使生产一件定制产品和小批量产品也能产生利润。 战略的实施，将使员工能根据具体情况进行控制、监管和配置智能制造资源网络和制造步骤。员工再也无需完成例行任务，他们可以更多地关注创新和具有附加值的活动。因此，他们在确保产品质量方面将起到关键作用。同时，灵活的工作条件也将他们的工作和个人需求更好地结合起来。 战略的实施，需要进一步扩展相关的网络基础设施，并通过服务水平协议进一步规范网络服务质量。这将有望满足大流量数据应用程序和服务供应商的高带宽需求，以保证关键应用程序的运行时间。 现代信息技术为制造业转型提供重大机遇 之所以德国将工业4.0战略作为德国振兴经济的头等大事，是因为作为世界领先的制造设备供应大国，德国需要发掘新形式工业化的潜力，以与其独特的地位相匹配。德国的全球市场领导者包括许多提供专业解决方案的“隐形冠军”（即小而强的公司）：德国前100名中小企业中有22家是机械和设备制造商，其中3家排名在前10位之内。德国许多机械和设备制造商都希望保持其在未来的领先地位，60％的德国机械设备制造商都相信，他们的技术竞争优势在未来5年内会得到提高，只有不到40％的制造商希望维持当前的竞争地位。 然而，机械制造领域的全球竞争正日趋激烈。在亚洲同行对德国制造商产生威胁的同时，美国的对手们也在采取措施，通过一系列举措对抗工业退化，大力推进“先进制造业”。同时激烈竞争的市场也需要制造业变得更加具有活力、更能适应复杂制造要求。比如，激光烧结技术的进步意味着目前在几小时内已经能够“打印”出高质量的、复杂的3D结构, 这引发了全新商业模式和服务的产生，制造过程与终端消费者之间的关系变得更为密切——消费者能够创造自己的设计，之后发送电子邮件到一家“复印店”，他们也可以自己扫描和“复印”一些物品。 此外，物联网及服务互联网能够创造一个包含全部生产过程的网络，将工厂转变成为一个智能环境。信息物理生产系统由智能机器、仓储系统、生产设备组成。该生产系统是数字化的，基于ICT技术实现了端到端的整合——从运入物流到生产，再到营销、运出物流和服务（维修）。信息物理生产系统不仅使生产能够得到更加灵活的配置，也能充分利用差异化管理和流程控制所提供的机会。 德国工业4.0战略更具灵活性，也更强劲，将催生动态的、实时优化、自我组织的价值链，并可通过一系列标准进行优化。 在工业4.0的具体实践中，如何以集成的方式，将虚拟世界和真实世界更加紧密地联系起来，是制造业应该关注的重点。以汽车生产为例。在过去，如果想生产一辆汽车，我们需要经历五个阶段：设计汽车的模型，规划何时何处生产零件以及组装零件，告诉机器我们的规划，开动 机器生产汽车，以及保证机器在生产过程中没有错误和故障。这就是生产周期所需要的五个步骤：产品设计、生产规划、生产流程、生产执行和服务。在传统的生产中，这些阶段是按顺序进行的。前一阶段结束了，下一个阶段才开始。而制造商们试图提高的是每个阶段的生产力。但是，每个阶段做到最优，并不代表整个生产过程能够有最大的产出。工业4.0正是秉承着“集成”的理念，为制造企业提供了数字化企业平台解决方案。通过该方案，制造企业可以实现从产品设计、生产规划、生产流程到生产执行和服务的全生命周期的高效运行，以最小的资源消耗获取最高的生产效率。 因此，在德国工业4.0规划和计划中，除了指导制造业企业优化现有基于IT的流程外，还将释放对具体流程和全球范围内整体效应进行更多差异化跟踪的潜力。这些都是目前难以实现的。工业4.0还将使商业伙伴（如供应商和客户）、员工之间的关系更加紧密，并提供更多互惠互利的新机遇。 化解我国制造业产能过剩的根本出路是创新，包括技术创新、产品创新、组织创新、商业模式创新和市场创新。中国制造业未来要适应市场的变化，今天就应该走技术创新之路。 打造中国制造业升级 促进中国制造业转型升级 面对信息技术的高速发展和新工业革命的新形势，借鉴德国和其他发达国家经验，对于推动我国经济发展在新常态下的转型升级具有重大意义。 当前，作为“制造大国”的中国，正受到双重的挑战：发达国家正在进行“再工业化”运动，东盟国家、印度和拉美国家则拥有更低的劳动力和资源成本。我国经济运行存在下行压力，部分制造业产能过剩，突出问题仍没有缓解，在极为错综复杂的形势下，如何围绕科学发展这个主题和加快转变经济发展方式这条主线，坚持我国制造业稳中求进工作总基调，坚持结构调整取得新进展和加大改革开放力度，仍然是我国制造业今后必须解决的突出问题和重点任务。在这样的形势下，如何在保持增长的同时，促进产业升级，是中国制造业不得不思考的问题。 我国制造业调整产业结构过程中，必须着力抓好化解产能过剩和实施创新驱动发展，使市场在资源配置中起决定性作用，坚持通过市场竞争实现优胜劣汰。化解我国制造业产能过剩的根本出路是创新，包括技术创新、产品创新、组织创新、商业模式创新和市场创新。 2013年9月，工信部针对制约我国工业转型升级的突出矛盾和问题，制定了《信息化和工业化深度融合专项行动计划（2013-2018年）》。而推进两化深度融合可以从德国工业4.0战略中获得不少有益 的启示。中国制造业未来要适应市场的变化，今天就应该走技术创新之路，而以工业4.0为代表的新一轮工业革命，是中国制造业转型升级的重要契机。面向当前全球正出现的以信息网络、智能制造为代表的新一轮技术创新浪潮，创新产业升级模式，中国制造业应从制造业新趋势、两化融合和创新驱动三个方面思考升级路径。 信息技术特别是互联网技术发展对传统制造业的发展方式带来了颠覆性、革命性的影响，可以说企业和行业变革的核心是信息网络技术的应用。信息网络技术的广泛应用，能够实时感知、采集、监控生产过程中产生的大量数据，促进生产过程的无缝衔接和企业间的协同制造，实现生产系统的智能分析和决策优化，使智能制造、网络制造、柔性制造成为生产方式变革的方向。信息网络技术与传统制造业相互渗透、深度融合，正在深刻改变产业组织方式，加速形成新的企业与用户关系。一是由大规模批量生产向大规模定制生产转变。二是由集中生产向网络化异地协同生产转变。三是由传统制造企业向跨界融合企业转变。从某种程度上讲，制造业互联网化正成为一种大趋势。我们应该学习和借鉴德国的工业4.0计划，通过“物联网”和“务（服务）联网”，把产品、机器、资源、人有机联系在一起，推动各环节数据共享，实现产品全生命周期和全制造流程的数字化。随着信息网络技术在制造业领域的广泛渗透，及其带来的工业互联网、工业云等一大批新的生产理念，制造业互联网化呈现出智能产品、众包设计、智能制造、在线服务以及基于互联网的新型商业模式等鲜明特征。比如在智能产品方面，互联网技术、人工智能、数字化技术嵌入传统产品设计，使产品逐步成为互联网化的智能终端。 面对以信息网络技术创新引领的智能化制造新趋势，大力推进两化深度融合成为打造中国制造业升级版的必然选择。我国应做好建设和推广企业两化融合管理体系标准、全面提升工业智能化水平、推动信息网络技术与制造业深度融合、加强两化融合支撑能力建设等四项重要工作。推动物联网、大数据技术在工业领域的集成创新和应用，推进制造方式的互联网化，鼓励制造业创新销售和服务模式。 为全面迎接工业4.0革命的到来，笔者建议我国的产业政策思路和措施应当适时调整。首先，要充分调动科研结构和企业的积极性，特别是重视通过高技术人才创业，加快先进制造技术的突破。其次，要改变目前产业政策“重研发、轻工艺”、“重实验室、轻车间”的做法，遴选设备先进、现场管理工作扎实的工厂进行重点建设和投资，将这些“现代工厂”建设成为中国先进制造技术突破、应用的场所，建设成为先进制造技术和先进现场管理方法持续改善的“现场实验室”，从而最终以点带面地推进中国制造水平的整体提升。最后，要加快针对工业革命4.0时代的高效能运算、工程数据库等科技基础设施的建设，加强对企业突破和应用现代制造技术的公共服务和保障能力。 责任编辑：黄俐

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