實施工業4.0對于德國經濟的意義及其對中國制造業轉型的啟示

史世偉

2015年是中德“創新合作年”，10月29—30日德國聯邦總理默克爾第八次訪華，“創新”成為重要的議題。在默克爾訪華前夕，中國國家工信部與德國聯邦經濟與能源部就中國與德國在“工業4.0”領域的相關合作達成協議。這表明德中兩國將在高科技領域開展更多的合作，把中國的工業和制造業提升到一個新的水平。

2013年4月8日，德國政府委托的經濟與科學創新聯盟聯合德國三大工業協會[1]共同推出了《保障德國制造業的未來：4.0計劃的實施建議》，標志著德國開始正式啟動工業4.0計劃。在其中，德國科學界和相關經濟領袖將實現工業4.0看作是一場新的工業革命，由此將創造出許多新的市場和就業機會。德國提出工業4.0的目的在于在戰略上為德國經濟的未來指出方向，如果德國能夠順利實施工業4.0，不僅能夠繼續保持其在裝備制造業的世界領先地位，并且將在制造業的未來發展上引領世界。在國際金融危機后世界經濟不景氣，亟需新的增長動力的形勢下，德國的這一舉措立刻引起了世界各國和各界的高度重視。作為回應，世界另外兩個制造業大國美國與中國都推出了自己的制造業創新發展與升級計劃，一場圍繞著制造業發展的世界競爭的序幕由此打開。

什么是工業4.0？

我們知道，從人類走進工業化社會以來，制造業經歷了三次革命，它們分別是18世紀末以引入蒸汽機動力為標志的第一次工業革命，19世紀末使用電能動力、實現大批量生產的第二次工業革命，以及20世紀70年代開始的使用電子和信息技術，使工業生產進一步自動化的第三次工業革命，其影響持續至今。每一次工業革命都大大地提高了生產力水平并使社會生活發生了根本變化。如今工業生產面臨又一次變革：隨著互聯網的發展，工業與信息產業將進一步深度融合，生產將全面實現數據化和智能化。這就是第四次工業革命，即工業4.0的愿景。

可以發現，除工業生產系統越來越精密和復雜之外，每一次工業革命都基于一種核心技術的使用和推廣，在前三次工業革命依次為蒸汽機、電動機以及邏輯程序控制器。而工業4.0的核心技術是信息物理融合系統（Cyber?Physical?System，?CPS）。CPS是一種通過傳感器直接收集生產過程中物質對象信息、通過促動器直接對生產過程發布指令的嵌入系統，這些由智能硬件和軟件操控的生產和提供服務的過程通過物聯網、數據網絡和服務網絡實現直接的數字化連接，從而可以在生產過程中使用世界范圍內采集的數據和服務，實現多方式的人—機和機—機互動。通過CPS，數字化的虛擬世界與人類生產及消費所需要的物質世界將實現完美的結合。因此工業4.0的實現取決于CPS在制造業的大規模推廣和運用，而嵌入系統由封閉的系統到網絡化的系統直至更高水平的CPS還有一段較長的路要走。工業4.0不是簡單的互聯網+工業，這種模式通過線上客戶反饋和線下按單生產已經部分實現（海爾模式），而是“工業互聯網”，即通過互聯網和嵌入系統實現生產過程中全面的人機與機機互動。

對于人類社會發展來說，工業4.0的未來運用具有巨大的潛力：第一，它可以使生產柔性化和智能化。目前，大批量生產導致產品過剩，而消費者的需求越來越向個性化和定制化方向發展。工業4.0通過大數據和云計算實現各種設計和仿真模型（3D）任何時間、任何地點的搜集，客戶、服務商、供應商和生產商跨邊界的信息交流以及在生產系統中人與嵌入式的機器以及機器與模塊化產品部件之間的智能互動，最大地滿足消費者個性化的需求，創造出新的商業模式，甚至創造一個新的市場。第二，通過對生產過程的智能控制可以實現生產的最優決策和成本的最小化，提高資源和能源的生產率，實現清潔、可持續的綠色生產。第三，工業4.0將使生產與生活的組織方式發生變革。它能通過智能化的輔助系統，使人類的勞動生命延長。將來的智能工廠和生產是分散化的，大都位于城市生活區內，虛擬對象的增加使許多崗位只要聯網即可以在家里執行，人們不再需要因為工作而集中到城市外圍的工業園區。智能生產模式創造出一種新的工作與生活結合的方式，可以更好地應對人口老齡化帶來的挑戰。

工業4.0計劃符合

德國經濟的比較優勢

德國是世界上名副其實的制造業強國。德國經濟的創新核心是19世紀晚期在機械制造、電子技術工業或化工業領域形成的多樣化優質生產，它的實質在于利用經濟與科學的新型共生關系實現無形價值的創造，這種價值創造只是在邊緣上來自與傳統工業一致的物質轉化。它更多地依賴于對市場需求、研發問題和關于生產程序、應用程序的整體解決方案，以及有利于產品適時供給、融資和確保其他質性特點的整合型服務?？梢钥闯?，這正是實現工業4.0計劃近乎完美的前提條件。當今，德國不僅有很強創新能力的高端生產技術制造商（如蒂森克虜伯）、提供世界先進水平嵌入式系統（如西門子）和企業管理軟件（如SAP）的大型企業，還擁有一大批被企業戰略專家西蒙稱為“隱形冠軍”的中型企業，即在某一個細分的工業領域排全球前三名，在所在地區排第一名的企業。根據德國管理專家西蒙2014年的最新統計，在全球2764家中型領導企業中，德國占了1307家（47%），美國僅占366家，中國為68家。[2]在工業3.0，即生產自動化和程序化方面，德國就處于世界領先地位。在智能化和數字化方面，德國企業也發展較快。根據畢馬威咨詢公司（KPMG）和德國信息技術、電信和新媒體協會的調查，受訪的德國403家企業2011年至2013年使用云計算的比例分別為28%、37%和40%，且呈不斷上升趨勢。[3]

在《德國高科技戰略2020》的六大未來課題中，工業4.0占有突出的地位。《德國高科技戰略2020》指出，今天生產技術領域創新的80%來自于生產與通訊信息技術的結合。根據高科技戰略負責部門德國聯邦教育與研究部的表述，工業4.0是開辟德國未來經濟、技術與社會政策區位的重大舉措，將德國廣泛運用在汽車和機械制造領域、已經取得世界領先地位的嵌入系統與通訊信息技術和互聯網結合起來，不僅能夠進一步強化生產自動化、開辟新的商業模式以及生產與物流方面的優化潛力，而且還能夠創造出應用于高科技戰略中氣候和能源、健康和食品、交通工具等廣泛領域的新服務部門。[4]

根據《工業4.0實施建議》，德國在實施工業4.0計劃中實行雙元戰略，一是繼續貫徹將IT技術與傳統高生產技術深度結合的路徑，保持德國裝備制造業全球領先的地位;二是裝備制造業著力對CPS主導市場的研發與開拓，這主要包括：對不同層面生產系統的縱向集成;對價值網絡的橫向集成;整個價值鏈上工程技術的數據化貫通。

在新的價值網絡中，縱向集成主要是指企業內部的融合，從產品研發、規劃到生產、銷售、物流以及售后服務，也就是所謂的“智能工廠”。而橫向集成指供應商、企業和消費者之間的網絡，從供應商提供原材料，到企業設計、制造，再到最后的消費者，產品的生產在高度動態的橫向商業網絡中進行。在過去的程序控制系統中，硬件和軟件并沒有太多的聯系，生產模式分散，而在工業4.0下，從產品開發到工程技術再到生產和售后服務都由CPS技術相聯系，形成新的連續的工程技術工具鏈，用戶的要求能夠貫穿產品設計到制造整個流程，工程師可以對整個流程進行實時監控。這種網絡化生產實現了智能化的全價值鏈融合。

另外，工業4.0計劃的實施是一個龐大的系統工程，它不僅是對CPS的研究與開發，還包括下述行動領域：標準化與參考架構;管理復雜系統;建立全面寬頻的設施基礎;安全和保障;工作的組織與設計;培訓和持續的專業發展;監管框架;資源利用效率。

工業4.0十分依賴系統集成和大企業與中小企業間的協作，而這正是德國經濟的強項。德國國家創新系統有政府、經濟界與科學教育界長期協商和合作的傳統。這一方面體現在德國科研機構和高校在研發方面分工明確，另一方面則是大學、職業學校與企業在技術轉化和“二元制”職業培訓體系方面的合作機制。這種體制十分有利于高端技術的擴散以及高素質技工的培養和職業穩定。德國經濟和科技體制的這種組織與制度安排有利于持續、漸進性創新以及集成創新。工業4.0計劃誕生的過程就是德國“協調式市場經濟”體制的最好體現。工業4.0的概念和內容主要由政府委托的德國科學和經濟界著名專家組成的“經濟與科學創新聯盟”4.0工業組提出，而實施則由德國三大產業協會專門成立的“工業4.0工作平臺”來負責。聯邦政府僅扮演了發起者的角色。

盡管如此，德國政府在其創新政策框架內也對工業4.0進行支持。2009年，在聯邦政府的倡議下，有關專家提交了“發展嵌入系統的國家路線圖”，與此同時，德國政府對“智能工廠”、“智能生產”、“物聯網”以及“3D打印”等研發項目提供了資助。2012年1月，在聯邦政府主持的“尖端集群競賽”中，東威斯特法倫地區利珀市（Lippe）的“智能技術系統”集群脫穎而出。工業4.0計劃正式提出之后，德國聯邦政府將一共投入2億歐元的資金進行資助[5]。目前，德國在智能工廠、智能生產，即工業4.0計劃的縱向集成方面已經取得了突破性進展，但在橫向集成和全價值鏈工程技術數據化貫通方面還需要繼續探索、努力?？梢哉f，德國制造業目前已經處于工業3.5的階段，工業4.0已經不是遙不可及。近年來，由于新興工業化國家的崛起，高收入經合組織國家制造業增加值占世界總值的比重從2002年的73.87%下降到2011年的54.41%，而金磚五國的比重上升超過了一倍，中國的比重更是從約8%上升到超過20%[6]。與其他主要工業國家相比，德國下降的幅度不是很大（比重由7.10%下降至6.58%）。而在制造業中技術含量高的裝備制造業，德國以12%的世界市場份額處于龍頭老大的地位（美國為10%，中國為8%）。

當然，德國在實施工業4.0方面還存在一些困難。首先，德國在互聯網技術方面相對比較落后，缺少像谷歌、亞馬遜這樣的大公司，美國為重振制造業提出了“工業互聯網”，力圖用其互聯網優勢奪取新一輪制造業變革的先機。因此，德國在實施工業4.0中面臨著來自美國的巨大挑戰。美國乃至中國互聯網技術的發展主要得益于其在商業上的運用，中美都有巨大的國內市場，而這是德國所缺乏的。根據德國中小企業經濟協會的調查，2013年德國40%的中小企業尚未觸網[7]。另外，相對于強大的制造業，德國在軟件方面略顯薄弱。其次，對于工業4.0究竟會給企業帶來多少好處，許多德國企業，特別是一些中小企業并不很清楚，且擔心數據安全問題，參與熱情不高[8]。因此，工業4.0的實施需要得到全社會的廣泛認同，它是一個漸進的過程，不可能一蹴而就。

德國工業4.0對中國實施

“中國制造2025”計劃的啟示

在德國工業4.0的啟發下，中國國家工信部和中國工程院牽頭推出了《中國制造2025》，規劃經李克強總理簽批，由國務院于2015年5月8日公布。目前，從規模上中國已經是世界制造業第一大國，具有部類齊全、獨立完整的制造業體系，但是中國制造業大而不強，缺乏自主創新能力，在關鍵核心技術與高端制造設備方面高度依賴國外資源。因此，中國迫切需要抓住新工業革命的契機，實現產業結構轉變，變中國制造為中國創造。《中國制造2025》制定了實現這一轉變的“三步走”戰略，是一個頂層設計的中國制造業十年發展規劃。

中國政府毫不回避《中國制造2025》與德國工業4.0的關聯，國家工信部部長苗圩在不同場合表示，《中國制造2025》始終貫穿一個主題，就是加快新一代信息通信技術與制造業的深度融合。在這一點上德國工業4.0與《中國制造2025》目標方面高度一致。但是我們與德國處于工業發展的不同時期，與德國在工業3.0基礎上邁向4.0不同，中國制造業還有相當一部分停留在3.0甚至2.0。但后發優勢理論表明，如果我們能夠很好地貫徹執行《中國制造2025》規劃，實現“彎道超車”不是沒有可能。由于中國在建設制造業強國路徑上采納了德國標準，在執行《中國制造2025》過程中與德國合作以及借鑒德國經驗就顯得具有十分重要的意義。

從以上對德國工業4.0計劃的研究中至少能夠總結出以下幾點經驗：一是正確處理國家與市場的關系。在德國，實施工業4.0主要是企業的事，其成敗取決于企業家的眼光、才能和冒險精神。政府主要職責在于把握宏觀方向及提供研發補貼等必要的公共產品與服務。中國政府以往習慣于對產業發展進行直接干預，大包大攬，一方面抹殺了企業家精神，助長“搭便車”行為，另一方面，政府過多地介入微觀事務，分散了從事宏觀層面規劃和指導的精力。《中國制造2025》規劃確定了“企業主導，政府引導”的基本原則，使這一原則能夠得到認真地貫徹執行，以盡快消除不利于市場經濟發展的體制和制度障礙。二是充分發揮自身經濟與制度的比較優勢，既兼顧當前，又考慮長遠，在競爭與合作中逐步實現宏偉目標。中國制造業雖然在總體上創新能力不強，但航空航天、大型計算機、信息通訊設備以及軌道技術等領域已經處于世界前列，所以要發揮我們已有的優勢，首先在這些領域實現智能化和數字化，帶動其他領域發展。中國體制制度上的優勢是集中力量辦大事，中央政府的執行力是我們趕超先進國家的基礎。要防止地方與部門利益削弱整體利益、政出多門等弊端。在保證企業自主權和創新活力的同時，保證中央政府一些重大項目和舉措的實現。三是在總體目標和規劃確定后，政府要制定和實施一系列科技與創新政策，為企業與科研機構相應的研究活動、成果轉化和商業開發提供激勵。對于政府的研發補貼、稅收減免以及其他促進措施要進行很好的設計和策劃，對于其成效需進行科學評估，要雪中送炭，而不是錦上添花，好鋼要使在刀刃上。

【本文受到教育部人文社會科學重點研究基地重大項目“中國與歐盟的國家與地區創新體系比較研究”

（中國人民大學歐洲問題研究中心

項目號：11JJD810016）的資助】

（作者系對外經濟貿易大學教授，

國別與區域研究所歐洲中心主任）

（責任編輯：徐海娜）

—————————

[1]?德國信息技術、電信和新媒體協會（BITKOM）、德國機械及制造商協會（VDMA）以及德國電氣和電子制造商協會（ZVEI）。

[2]?“郝倩：為什么德國企業不創新會死”新浪財經，2015-01-14，http：//test.jwxlschool.com/finance.sina.cn/zl/2015-01-14/zl-icczmvun4977013.d.html？vt=4&cid=79615.

[3]?Statista，?“Nutzung?von?Cloud?Computing?in?Unternehmen?in?Deutschland?in?den?Jahren?2011?bis?2013”，?http：//de.statista.com/statistik/daten/studie/177484/umfrage/einsatz-von-cloud-computing-in-deutschen-unternehmen-2011/.

[4]?“Zukunftsprojekt?Industrie?4.0”，?http：//www.bmbf.de/de/9072.php.

[5]?同上。

[6]?The?World?Bank，“Manufacturing，valueadded?（%?of?GDP）”，http：//data.worldbank.org/indicator/NV.IND.MANF.ZS.

[7]?http：//www.derwesten.de/wirtschaft/viele-mittelstaendler-verschlafen-auftritte-im-internet-id7663175.html.

[8]?https：//www.telekom.com/medien/loesungen-fuer-unternehmen/247970.