大數據時代中國制造業創新發展試述

□ 張 翔 □ 趙 群

浙江省機械工業情報研究所 杭州 310009

從世界范圍看，制造業始終是一個國家經濟實力的脊梁。制造業水平的高低直接決定了一個國家的國際競爭力和在國際分工中的地位，決定了這個國家在世界上的經濟地位。改革開放以來的30多年，制造業一直是我國經濟發展的強勁動力，經過數十年的快速發展，就總量和規模而言，我國制造業已位居世界第一［1］。由德勤公司和美國競爭力委員會共同合作推出的《2013全球制造業競爭力指數》報告顯示［2］，中國在當前以及5年后的制造業競爭力排行上均位列首位。因此，未來若干年內制造業的持續健康發展仍是我國經濟發展的主要動力來源，也是我國制造業轉型升級，從制造大國向制造強國轉變的關鍵時期。

“十二五”期間，我國制造業信息化工程得到了快速的發展，云制造、集成協同技術和制造物聯技術等給制造業創新發展注入了新內涵和新活力［4］，大數據的出現給我國制造業創造了進一步擺脫低附加值、代加工的局面。當前新一次工業革命的機遇，為走向智慧制造，實現綠色可持續發展創造了條件。針對當前大數據的快速發展對制造業產生的沖擊，本文主要探討我國制造業創新發展模式，試述了我國制造業未來的發展方向。

1 制造業發展形勢分析

1.1 國際制造業的逆轉移

目前，我國制造業的可持續發展面臨著諸多問題。例如，資源環境的制約異常突出，產業發展乏力，產業技術創新能力薄弱等。隨著我國制造業步入后工業化時代，越南、印度等發展中國家，憑借成本更低的優勢，使得國際制造業產業進一步發生轉移，中國制造轉向越南制造，對我國制造業產業形成了挑戰。與此同時，以英國經濟學家保羅·麥基利，美國未來學家杰里米·里夫金等為代表的海外學者提出的以數字化制造等為代表的“第三次工業革命”引起了廣泛關注［5］。與此相呼應，美歐等一些發達國家正積極發展新興產業，大力推進再工業化進程，重塑其制造業優勢，以謀求全球實體經濟的制高點，制造業的逆轉移態勢已見端倪。

1.1.1 發達國家的再工業化

重振制造業已被發達國家提上議程，而制造業和服務業的界限漸漸模糊，制造業的工作性質正在改變。美歐等發達國家將再工業化作為重塑競爭優勢的重要戰略，推出了大力發展新興產業、鼓勵科技創新、支持中小企業發展等政策和措施。再工業化既是發達國家緩解金融危機困境、撫平經濟失衡、加緊推動經濟復蘇、保持經濟與社會穩定的現實選擇，也是發達國家占據新一輪產業革命的制高點，尋求繼續掌控全球經濟主導權的戰略謀劃。在經濟全球化和信息革命的大背景下，尤其是全球金融危機爆發以來，主要發達國家開始重新審視制造業的價值，重新擬定制造業發展戰略規劃，采取了一系列措施加強制造業的發展。

美國重新擬定制造業發展戰略規劃，在救市和財政刺激方案中加大對制造業援助力度，制定了國家出口計劃，加大對制造業的投資力度，積極開展對外出口，相繼公布實施《重振美國制造業框架》、《先進制造業伙伴計劃》和《先進制造業國家戰略計劃》。歐洲推出“未來工廠計劃”，英國政府和產業界開始重新認識制造業這一基礎產業的重要性，制定新的戰略目標以提振制造業。2009年公布的英國制造業新戰略中提出制造業的五大競爭策略。而日本將制造業作為產業政策核心，制定了《制造基礎白皮書》，以提升制造業競爭力。法國新產業政策中明確將工業置于國家發展的核心位置，提出了法國制造業產量的增長目標及具體措施［6－7］。

發達國家的再工業化主要表現為以制造業信息化和服務化為核心特征的現代制造技術和先進制造業的發展，這將導致直接從事生產制造的人數減少，逐步實現少量現代知識型員工對大量傳統簡單勞動者的替代。我國制造業長期以來基于勞動成本低所形成的競爭優勢會加速弱化，發達工業國家不僅通過技術創新和品牌優勢占領價值鏈的高端，還可以通過現代制造技術來提高制造環節和制造產業的生產效率，再加之制造業服務化趨勢又會固化發達國家在高端服務業上已有的優勢，從而使得發達國家能夠形成整個產業鏈的競爭優勢，這為發達國家重塑制造業和實體經濟優勢提供了機遇［8］，進一步加大制造業向發達國家逆轉移的進程。

1.1.2 美國制造業的回流

你們應當使該譯本盡可能譯得準確些，不必違背英文措詞的特色，而且不采用任何中國語言的形式，因為它也許不會像通常可做到的那樣忠實和簡明地翻譯處英文原文的意思。

制造業數字化的步伐加快，使人類改造世界的方式正發生前所未有的變化。2009年初，美國開始調整經濟發展戰略，其再工業化與制造業回歸是奧巴馬上臺以來大力推動并已初見成效的一項經濟戰略，部分跨國公司海外制造業已出現回歸美國的初步跡象。美國波士頓咨詢公司日前發布的研究報告預測，美國從中國進口計算機、金屬制品、機械等產品中的10%～30%在2020年時可實現回歸美國本土生產［9］。

2012年5月，全球最大的建筑機械生產商卡特彼勒（Caterpillar）完成其在德克薩斯州維多利亞1.2億美元的新工廠項目，將其液壓挖掘機的部分裝配流程從日本遷回美國，并由此帶回500多個就業職位。2012年3月，通用電氣公司在肯塔基州路易斯維爾開設新冰箱生產工廠，而最初生產地設在墨西哥，該工廠擬招聘1 000位員工在此就業。波士頓咨詢集團2011年的一項調查顯示，在接受調查的工業行業經理人中，超過1/3的經理人打算或考慮將公司生產業務從中國遷回美國。調查樣本只包括年銷售收入超過10億美元的美國公司，而收入超過100億美元的美國企業中更有約48%表示愿意回巢美國，具體示例見表1［10］。

表1 美國公司回巢示例

1.2 我國制造業面臨的挑戰

發達國家再工業化與第三次工業革命的結合，向我們展現了不同于傳統流水線、集中化機器大生產的全新生產方式，生產要素、組織模式乃至市場供給與需求都將出現重大變化，這對我國進一步推進增長方式轉型、實現可持續發展給予了重要啟示。一方面，再工業化是發達國家反思過度去工業化、推動回歸實體經濟的發展戰略，它并非簡單的制造業回歸，而是在發展先進制造業的基礎上，加強制造業與服務業的融合，實現服務業高端化發展，優化產業結構，這迫使我國制造業總體發展戰略必須從基于要素的低成本戰略轉向基于創新的差異化戰略，從而推進產業轉型升級。另一方面，發達國家的再工業化會催生新的制造系統和生產設備產業的發展，其發展又會帶動信息產業、新材料產業等新的產業門類的出現和增長，從而為我國戰略性新興產業的培育和發展創造很好的機會，并及時為我國產業轉型升級指明了方向［11］。再工業化加快了制造業和服務業深度融合的趨勢，二、三產業的界線日趨模糊化，這意味著我國一味地強調提升服務業所占比例的產業結構調整方向和產業政策導向需要重新審視，需要從制造業和服務業的內在銜接關系角度入手，圍繞如何提升我國制造復雜工業品能力來制定我國服務業發展戰略。

美歐等發達國家的再工業化布局與第三次工業革命的結合，將有利于發達國家在科技、信息、資本等方面長期積累的優勢進一步強化，在搶占全球產業鏈關鍵環節，以及主導新型裝備、新材料的生產和供應方面取得先機，成為未來科技革新與產業革命紅利的主要受益者，這將對中國提升產業競爭力形成挑戰。一方面，從盈利能力及品牌地位來看，中國制造業競爭力與發達國家存在著較大的差距。近30年來，中國制造業經歷了追趕乃至在規模上超越主要發達國家的過程，2010年中國制造業增加值在全球占比超越美國，成為世界制造業第一大國。但從整體來看，我國制造業仍處于產業中低端水平，盈利能力及品牌地位有待提升。從國內來看，2012年入圍中國500強的272家制造業企業利潤占比僅為25.04%；從國際來看，我國制造業缺乏世界一流大型企業與知名品牌，在全球產業鏈中的高附加值環節份額相對較小［12－13］。另一方面，從研發投入比較來看，中國制造業競爭力提升亦面臨較大挑戰。近年來，我國對研發的重視程度不斷加大，研發投入規模占GDP比重從1995年的0.6%逐步提升到2011年的 1.6%，但與美歐發達國家仍有一定差距［14－15］。 目前在全球研發投入排名前50的企業中有18家為美國企業［16－17］。

2 基于大數據的制造業新時代

2.1 大數據的由來

隨著計算機硬件技術的迅速發展，互聯網帶寬的快速提升，智能手機的迅速普及，社交網絡迅速發展，以及云技術的快速應用，使更多的生產、生活活動在互聯網上展開［18］，人類正處于一個數據爆炸的時代。

在這種背景下，大數據開始受到廣泛關注，其特點可以概括如下［19］。

（1）Volume：數據體量巨大，從TB級別躍升到PB乃至EB級別。

（2） Variety：數據類型繁多，網絡日志、音頻、視頻、圖片、地理位置信息等多類型的數據對數據的處理能力提出了更高的要求。

（3）Value：價值密度低，價值密度的高低與數據總量的大小成反比，例如在連續不間斷的視頻監控記錄中，有價值的信息只有一兩秒。

（4）Velocity：處理速度快，這是大數據區分于傳統數據挖掘最顯著的特征。

大數據技術的戰略意義不在于已掌握巨大的數據源信息，而在于通過專業化的處理技術，實現多重數據信息內在含義的交互、衍生。如果把大數據看作一種新興產業，其快速發展的關鍵在于提高對原始數據的再加工能力，通過再加工實現數據的增值［20－21］。

2.2 大數據在制造業發展中的應用

大數據作為一個平臺，能讓制造業企業在更大規模平臺上開展業務。利用大數據分析工具，最大的優勢在于有一定的預見性，可以查出包括零件問題、生產上和最終運營性能之間可能產生的任何因果關系，可以將任何可能發生的問題在源頭上杜絕。大數據與制造業的融合給制造業帶來了機遇，可以極大地提升制造業的效率，主要表現為以下三種形式。

（1）使用大數據來減少成本。根據通用電氣測算，未來15年里，幾個關鍵行業如果采用互聯網技術和數據分析技術，將使系統效率提升1%，帶來的收益將是巨大的：商用航空領域，1%的燃料節省意味著300億美元收益；燃氣發電領域，1%的燃料節省意味著660億美元收益；油氣開采行業，1%的資本金節省意味著900億美元收益；醫療行業，1%的系統性優化意味著節省 630 億美元收益［22］。

（2）通過大數據減少時間的消耗。美國麻省理工學院的 David Simchi－Levi教授研究表明［23］，美國一些紡織及化工生產商，根據從不同的百貨公司POS機上收集的產品銷售速度信息，將送貨速度由原來的18周減少到3周，這對百貨公司分銷商來說，能以更快的速度拿到貨物，減少倉儲。對生產商來說，積攢的材料倉儲也能減少很多。

（3）利用大數據創造更多的利潤。除了在供應鏈環節應用大數據外，在給產品設定一個合適價格，既讓客戶覺得價格便宜愿意多買，同時又增加商家收入，大數據也發揮了作用。據David Simchi－Levi介紹，麻省理工學院2012年建立了大數據分析中心，并和電子商務銷售公司開展項目合作，通過分析銷售活動開始的前幾分鐘里顧客的行為模式數據，為后面的定價做指導，在這類活動實驗中，商家收入能增加7%～8%［24］。

2.3 大數據對中國制造業的影響

中國制造業企業隨著ERP、PLM等信息化系統的部署完成，管理方式正由粗放式管理轉為精細化管理，新產品研發速度和設計效率有了大幅提升，企業在實現對業務數據進行有效管理的同時，積累了大量的數據信息，而如何更好地分析挖掘利用這些信息是制造業面臨的最大挑戰。2013年，約73%的制造企業通過實現ERP與PDM/PLM的集成，與制造執行系統（MES）的集成，與供應商、經銷商、客戶、合作伙伴的集成和協同等，得以實現對全價值鏈平臺數據的挖掘，力求擴大在行業競爭中的領先優勢［25］。

目前，已經出現了利用云的方式來改造傳統的工業形態的嘗試，例如廣東已經成為全國十個工業云的試點之一。過去的傳統制造業以經驗為主，憑個人常年積累下來的知識來管理，而今后將會走向一個更加精確的、更加數據化的服務模式。

今后一段時期大數據必將成為推動中國制造業前進的重要動力，對于數據的良好應用，能夠對市場、銷售、生產等各個部門產生積極影響，優化各個環節的工作效率；制造原理、制造模式、制造工藝和生產工具都將發生根本性改變，產品和技術變革周期將顯著縮短。通過對數據的實時采集、準確把握、深度挖掘、分析優化，制造業將整體再提升以實現轉型升級。

3 我國制造業創新發展探索

3.1 構建制造業的可持續發展

現今大數據可能帶來的巨大價值正漸漸被傳統產業所認可，它通過技術的創新與發展，以及數據的全面感知、收集、分析、共享，為企業的管理者和參與者提供了一種全新看待世界的方法。通過數據的分析手段，不僅可為企業提供供應鏈的優化手段和以目標為導向的解決方案、參考資料，還可以實現具體技術要求的制造方式、工藝路線、工藝參數以及實現運動功能和制造功能的部件選擇，同時針對大數據分析后構建的系統進行仿真，進而重新評估數據挖掘的有效性和價值，為用戶提供更加專業化和個性化的服務，以及企業內部員工和客戶的培訓［26-28］。

隨著土地、勞動力等要素成本的快速上漲，以及資源環境約束的進一步增強，我國制造業傳統的低成本競爭優勢不斷減弱，正面臨著歐美發達國家再工業化和發展中國家低成本承接產業轉移的雙重擠壓。值此契機，借助大數據為代表的新興信息技術，必須積極推進我國制造業的轉型升級，打造以大數據技術為支撐的我國未來制造業發展新模式，形成我國制造業發展新優勢，以實現我國制造業的可持續發展。

3.2 把握制造業未來發展方向

經過近幾年的實踐，基于大數據的智慧制造將是未來制造業轉型的重大契機，它把所有制造業的硬件資源、軟件資源、企業資源、專家資源和知識資源，通過數據化的模式提出未來在信息化體系下的制造業的新發展模式。它融合與發展了信息化制造技術、大數據技術、云計算技術、物聯網技術、智能科學技術及制造應用領域有關的技術，將各類智慧制造資源和智慧制造能力虛擬化、服務化，構成智慧制造資源和制造能力的服務云池，并進行優化管理和經營,使用戶通過終端、網絡和智慧云制造服務中心就能隨時隨地按需獲取智慧制造資源與智慧能力服務，進而智慧地完成其制造全生命周期的各類活動。德國化工巨頭巴斯夫（BASF SE）的智慧工廠已經實現了全面定制化的洗發水和洗手液，隨著網上測試訂單的下達，其生產流水線上的空洗手液瓶貼著的射頻識別標簽會自動地與生產機器進行通信，告知后者它需要何種肥皂、香料、瓶蓋顏色和標記。在這樣的流水線上，每一瓶洗手液都有可能與傳送帶上的下一瓶全然不同，服務中心能夠指揮設備進行個性化、定制化生產。

隨著大數據技術與信息化制造技術的不斷發展，制造業正向著集數字化、互聯化、智能化為一體的智慧制造方向發展。未來一段時期，基于大數據網絡的一批智慧企業將促進和支撐起我國制造業的可持續發展，使我國制造業的制造更加個性化，更加凸顯服務特色，制造過程也更加趨于友好和開源，基于網絡的制造也將更加活躍和普遍，制造將成為效率更高和質量更好的活動。

3.3 緊扣技術創新與人才發展

制造業的轉型升級是一個長期的過程，在這個過程中，以大數據技術為代表的新型信息技術將發揮主導作用，成為制造業轉型的主動力，未來的很長一段時期，以大數據為基礎的智慧制造將占據制造業的主導地位。為了實現我國制造業的可持續發展，需要牢牢把握住技術進步與創新的主方向，著力加強專業人才隊伍的建設。

核心技術的缺乏、專業技術人才的匱乏嚴重阻礙了我國制造業的轉型升級，因此，擺脫核心技術依賴國外、實現技術升級是我國制造業轉型升級面臨的迫切需求。隨著新興信息技術的發展，3D打印技術、人工智能、工業機器人相結合的數字制造技術和智能技術的崛起，智慧制造將推動我國制造業扎根創新前沿。因此，政府應著力加強知識產權保護措施、確保激勵機制能夠傾向于創新型的解決方案，在提供技術創新政策支持的同時，還應該加強科研機構、企業團體等的聯動，推動技術創新落戶基層，通過建立多項技術協同創新的新機制，提升制造業的整體發展水平與質量，為我國制造業的未來發展勾畫出新的技術圖譜。同時，高技能人才是技術創新的關鍵，麥肯錫公司的研究報告曾指出，到2020年，中國用人單位將需要1.42億受過高等教育的高技能人才，而如果勞動者的技能不能進一步得以提升，中國將面臨2 400萬的人才供應缺口［29］。而隨著以大數據為代表的新興信息技術的發展，制造業高技術人才的需求將進一步擴大，也愈發凸顯出人才戰略在產業轉型與升級的長期戰略中的重要作用。歐美發達國家為了重振制造業均提出了一系列的計劃措施，美國政府也因此發布了制造業學徒計劃，通過政府資助社區學院和雇主合作，設立適應未來工作需要的培訓項目，對工人進行再培訓，提高其素質和應變能力，以彌補制造業高技術工人的缺口。借鑒國外先進經驗，在將來一段時期，我國應加大職業教育力量，擴大專項教育規模，從政策、經費、宣傳等方面向職業教育體系傾斜，打造適應我國制造業發展需求的高技能專業人才。

4 結束語

為了應對日益迫切的生存危機、環境資源的約束以及國際制造業格局的新變化，本文針對當前制造業形勢，分析了國際制造業逆轉移態勢的出現給我國制造業領域帶來的沖擊與機遇。在當前信息技術與知識經濟高速發展的前提下，闡釋了基于大數據背景下的制造業新時代，分析了大數據的發展對制造業的影響，以及大數據在制造業中的應用。最后針對歐美發達國家再工業化和發展中國家低成本承接產業轉移的雙重擠壓的困局，對我國制造業的創新發展出路進行了初步探索，試述了基于大數據的我國未來制造業的發展方向，提出了技術創新和人才發展是我國制造業可持續發展的主動力。

伴隨著中國制造業在全球制造業中扮演的角色越來越重要，借助大數據時代帶來的機遇，構建智慧制造新模式，保持中國制造業的可持續發展，將成為未來制造業的發展趨勢。

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