工業4.0視域下制造業商業價值再創造研究

邱新平

摘 要：歷經20余年發展，中國的互聯網產業已由“消費互聯網”階段邁向“產業互聯網”階段，而制造業作為國民經濟的支柱產業，必將是“互聯網+”的重點方向。工業4.0通過信息物理系統（CPS）將資源、信息、物品及人進行互聯，提升制造業的智能化水平，實現了生產高度自動化，具有劃時代的意義。企業通過實施工業4.0改造，不僅可以創造更高生產效能，還將實現大規模個性化定制、提升協同制造能力并創新服務模式，最終完成商業價值再創造。

關鍵詞：工業4.0；信息物理系統；價值創造

中圖分類號：F49 文獻標識碼：A 文章編號：文章編號：2095-7866 （2017） 05-014-005工業經濟論壇 URL： http//www.iereview.com.cn DOI： 10.11970/j.issn.2095-7866.2017.05.002

Abstract： Since 20 years ago， the internet has had a dramatic development in china from the “consumer internet”to“industrial internet”. Plus ， as the pillar industry of national economy， manufacturing is key direction of “internet plus” undoubtedly. It is epoch-making that “industry 4.0” interconnects the people with resource ，information and goods. Also it's a good way to improve the Intelligent level of manufacturing. By the means of the industry 4.0， enterprises dont only boost productive efficiency， but also make the massive individual customization. Even to realize the improvement of cooperative manufacturing abilities and innovative service patterns is not a unreachable dream.

Key words： Industry 4.0； Cyber-physical System； Value Creation

引言

相當長一段時間內，世界互聯網發展主要以滿足消費者需求為核心，即消費互聯網，但目前這種形勢正在發生改變。隨著物聯網等新一代信息技術的飛速發展，互聯網逐漸從改變消費者個體行為習慣，發展到改變企業的運作管理方式與服務模式。以提升產業價值為主要模式的產業互聯網正逐漸興起，互聯網也正從消費性階段步入產業化階段[1]。可以斷定的是，中國經濟的互聯網轉型終將幫助中國建立起更可持續的經濟增長模式。

一、“產業公地”概念下的制造業

美國學者加里·皮薩諾和威利·史在《制造繁榮：美國為什么需要制造業復興》一書中首次提出了“產業公地”（Industrial Commons）的概念，并據此論證了發展制造業的重要性[2]。產業公地的現實形態類似國內的產業集群（或產業園區），是能夠對多個關聯產業的創新提供支持的技術或服務等相關能力的集合。與自然界生態系統類似，產業公地上的每一“物種”（包括競爭對手、供應商、消費者、工人和諸如大學之類的機構）都必須維持各自的獨特優勢以保持競爭位置，并間接地使彼此從關聯中獲益。例如，精密工具制造者群體開發了一種金屬加工工具，這種金屬加工工具對于制造復雜紡織機械非常關鍵（魯淑，2015）。但是，如果生態系統中某一成員（如一組重要的供應商）數量減少或能力削弱，那么這些資源的退出將導致其它成員生存能力面臨降低或減弱。

以美國消費電子制造企業外遷為例，由于追求勞動力低成本，電子企業決定將生產成熟產品的制造工廠遷往亞洲。伴隨著消費電子產品制造環節外遷，產業鏈上的研發環節，特別是鋰電池的研發力量也遷往日本、韓國和中國臺灣等國家和地區。隨著市場需求轉向小巧、輕便和更強大功能的便攜式計算機和個人終端，亞洲順其自然地成為該領域的創新中心。因此，固然鋰電池技術發源于美國，但由于產業遷入，亞洲在可充電鋰電池研制和生產上逐漸占據了主導地位，亞洲企業已成為了電動汽車可充電電池的主要供應商。

二戰結束以來，全球分工體系和貿易格局發生了深刻變革。從產業價值鏈看，一個重要的趨勢是：美國等發達經濟體逐漸向具有高附加值的價值鏈兩端延伸（主要指市場與研發），而將處于中間環節、附加值較低的制造業向中國等新興經濟體轉移。這一分工的結果，使得自上世紀70年代起，發達經濟體的制造業普遍經歷了趨勢性萎縮。例如，20世紀50年代初，美國制造業增加值占世界總和的近40%，到2002年這一占比降至30%，2012年進一步跌落至17.4%。

由于制造業在國民經濟中的支柱地位，20世紀初出現的制造業趨勢性萎縮態勢迫使美國政商界同時呼吁制造業的“回歸”。奧巴馬上臺執政后提出“制造業回歸”，先后頒布了《美國創新戰略：促進可持續增長和提供優良的工作機會》、《重整美國制造業框架》等戰略或計劃，明確將清潔能源、醫療健康、生物工程、納米、先進汽車、航空等作為未來20年的重點發展領域，其中涉及制造業的7個重點領域。為積極吸引制造業企業回流，2009年12月公布的《制造業促進法案》暫時取消或削減制造業企業在進口部分原材料時需支付的關稅；2010年8月出臺振興制造業法案，用暫停或減少美國工廠需要的一些進口元件的關稅來降低美國公司的成本。美國充分認識到機器人技術的重要性，2011年6月奧巴馬在卡內基·梅隆大學宣布啟動了新的7000萬美元機器人計劃。2012年，美國國家科學基金會、國家衛生研究院、國家航空航天局和農業部聯合出臺了國家機器人技術研究計劃，并共同投入5000萬美元征集機器人研究項目。2013年3月，美國發布《機器人技術路線圖》，描繪了機器人技術在美國制造業的重要作用和發展路徑。

與發達國家類似，我國制造業對經濟增長也有著舉足輕重的意義。唐曉華（2010）測算2007年我國裝備制造業對工業增長的直接貢獻率達38.8%，對經濟增長的直接貢獻率達18.3%[3]。郭慶然（2013）測算制造業增加值每提高1%，GDP增加值平均增加0.41%[4]。史修松（2014）發現制造業500強對地區經濟發展與經濟增長具有明顯的規模效應，大型企業在經濟資源上具備集聚效應，通過要素的集聚產生規模經濟性，相關地區通過企業間關聯與聚集產生外部經濟性[5]。因此，聚焦發展制造業不動搖，增強我國制造業在國際間競爭力，進一步提升我國綜合國力將是長期而關鍵性的任務。

二、工業4.0及核心技術

18世紀60年代至19世紀中期共計發生了三次工業革命，蒸汽機、電力及以原子能、電子計算機、空間技術和生物工程的發明和應用為主要標志的信息控制技術革命等三次工業革命逐步解放了人力，并使得企業生產效率得到空前提升。但隨著市場趨勢的快速切換和個性化消費需求的不斷涌現，對企業生產的反應時間及柔性化生產能力提出了更高要求。在全球空前的科技創新和產業變革大背景下，第四次工業革命就應運而生了。

第四次工業革命是指在物聯網、大數據、云計算技術及人工智能、3D打印技術推動下，開始的生產與服務智能化、生活信息化及智能化的全新革命。德國“工業4.0”普遍地被認為是第四次工業革命的先行者。“工業4.0”的前提是在工業自動化基礎上，實現從機器傳感器再到互聯網通信的無縫對接。生產自動化技術將通過自我診斷、自我修正和功能最大化程序達到更加智能，以更好地輔助工人完成生產。

先進制造技術的進展加劇了當前全球范圍內制造產業的競爭，而這種競爭主要發生在德國與美國之間。2013年4月，德國機械及制造商協會、德國信息技術、通訊與新媒體協會、德國電子電氣制造商協會合作設立了“工業4.0平臺”，并向德國政府提交了最終報告——《保障德國制造業的未來——關于實施工業4.0戰略的建議》。德國工業4.0的本質是基于信息物理系統（簡稱CPS，Cyber-Physical Systems）實現智能工廠，戰略核心是通過CPS使得人、設備及產品完成實時連接、相互間識別并有效交流，進而構建一個高度靈活的智能制造模式。2012年美國通用電氣提出“工業互聯網”，隨后IBM、思科、英特爾和AT&T等五家行業龍頭企業聯手組建了工業互聯網聯盟（IIC）。工業互聯網聯盟采用開放成員制，致力于發展一個“通用藍圖”，使各個廠商設備之間可以實現數據共享。其目的在于通過制定通用標準，打破技術壁壘，利用互聯網激活傳統工業過程，更好地促進物理世界和數字世界的融合。

可分別從系統視角和功能視角理解CPS工作機制。從系統視角看，CPS的計算系統通過計算進程與物理進程進行交互，對感知到的物理信息做出恰當的處理和分析后，再透過通信系統與控制系統進行數據交換和傳輸，接收和執行控制系統做出的相應控制執行策略。從功能視角看，CPS的感知層將物理世界中的物理屬性接入信息世界，借助通信層為各層設備間的通信提供通信信道，最終通過控制層的控制指令對執行器單元進行控制。在具體實現上，CPS具備自治、交互、精準、抗毀、協同、高效的特性， 能夠實現對信息層與物理層的大規模、動態及異構資源的實時監控管理。

三、工業4.0視域下商業價值的再創造

毋庸諱言，一切的技術或是產品都只是手段，其核心目標是在使用中產生價值。工業4.0的革命性突出表現在：不再以制造端的生產力提升為需求起點，而是將用戶端的價值創造作為整個產業鏈的出發點，改變以往大工業時代價值鏈從生產端向消費端、上游向下游推進的傳統模式，而是從客戶端價值需求出發提供定制化的產品和服務，并以此作為整個產業鏈的共同目標，使得整個產業鏈的各個環節實現充分協同[6]。因此，我們也就方便理解工業4.0即將為制造業帶來在以下4方面的價值提升。

（一）創造更高生產效能

在工業4.0時代，CPS將提供各種可能方案，再依照預先設定的優化準則，進行比對和評估，最終選出最佳方案，使得生產更具效率、更環保及更人性化，也提高了生產過程的透明度。2012年11月，GE公司發布的《工業互聯網：打破智慧與機器的邊界》提出工業領域1%的成本或資本節約將帶來巨大的進步成果。例如電力行業節約1%的燃料就意味著節約660億美元。

（二）實現大規模個性化定制

大規模個性化定制是運用現代化的信息技術、新材料技術、柔性制造技術等一系列技術，把產品定制生產轉化為批量生產的生產方式。在相當長時間里，制造型企業都在追求這種以大批量生產的低成本、高質量和效率來提供定制產品和服務的生產方式。隨著體驗經濟的到來，消費者對產品的需求越來越多樣化，這意味著制造型企業在大規模定制的基礎上，還必須考慮日趨復雜的產品個性化需求。在工業4.0時代，智能工廠包括人機整合、內外機器整合、生產流程與外部合作伙伴間整合等整個生產流程都是由軟件實現控制，作為加工產品的本質將是加工信息，在軟件驅動下個性化需求將轉化為個性化產品。

（三）提升協同制造能力

協同制造意味著任何客戶需求變動、設計變更和工藝變更能迅速在供應鏈上快速響應。以協同設計為例，實現協同設計需要協同工作平臺（Computer Supported Cooperative Works，CSCW）以支持企業聯盟內分布于不同區域的多功能項目組成員開展基于網絡的協同工作，用于選擇、評估、發送與接收產品數據，分析技術方案，快捷迅速地完成設計并投入生產。

（四）創新服務模式

在工業4.0時代，制造企業通過內嵌在產品中的傳感器獲得數據，從發電設備到工程機械，一切都可以連接到互聯網上，為機器設備的作業監控、性能維護和預防性養護提供狀態更新和性能數據。例如，實時位置數據的出現已經創造了一套全新的跟蹤服務體系，可以使飛機發動機制造企業提供航空信息與服務管理。這不但可以使制造企業自身提升生產效率和產業競爭力，更可以為其所服務的客戶創造新的價值。擁有100多年歷史的老牌工業企業英格索蘭（Ingersoll Rand）正將這一模式應用到銷售空調壓縮機業務中，在商用市場上，英格索蘭引入類似“合同能源管理”模式，通過為客戶提供持續不斷的、滿足需求的服務而收取費用。

四、研究結論與產業政策建議

互聯網發展進入“互聯網+”階段，如餐飲、零售等各傳統行業均在嘗試與互聯網結合。制造業作為國民經濟的支柱，插上互聯網的翅膀后勢必對國民經濟的發展產生深遠影響。工業4.0階段借助CPS幫助制造業實現了智能制造，信息世界與物理世界進行了深度集成，信息之間高度交互協同。

正由于實現了充分協同，信息可以實時調整，從而可以創造更高生產效能。另外，生產流程由軟件實現控制，大規模個性化定制成為可能。CPS網絡進一步提升了企業間的協同制造能力。伴隨著人力等成本逐步上升和個性化需求不斷凸顯，制造業走向智能制造成為必然趨勢。要實現“工業4.0”發展目標，需通過國家層面的政策引導企業轉型升級。啟動國家智能制造重大專項工程，引領智能測控裝置、關鍵零部件、智能化高端裝備、集成智能裝備等領域企業在同一標準化體系內快速發展并形成完備的產業體系。聯合企業、科研機構、政府、協會、客戶形成多方參與的產學研用聯合戰略體系，集中力量助推制造業智能化轉型。實現生產制造自動化后，依次推進流程管理數字化、企業信息網絡化、智能制造云端化等內容。

參考文獻

[1] 李淼，從消費互聯網到產業互聯網[J].中國戰略新興產業，2015，（22）：18-19.

[2] 加里·皮薩諾，威利·史.制造繁榮：美國為什么需要制造業復興[M].戰略與規劃研究所譯.機械工業出版社，2014：56-58.

[3] 唐曉華，李紹東.中國裝備制造業與經濟增長實證研究[J].中國工業經濟，2010，273（12）：34-35.

[4] 郭慶然，改革開放以來制造業變遷對我國經濟增長影響的動態效應研究[J].工業技術經濟，2013，234（4）：93.

[5] 史修松，劉軍.大型制造企業規模、分布與地區經濟增長——基于中國制造業500強的研究[J].工業技術經濟，2014，251（9）：21.

[6] [美]李杰（Jay Lee），邱伯華等譯，工業大數據：工業4.0時代的工業轉型與價值創造[M].機械工業出版社，2015：34-36.