讀《歐洲工業的未來
——歐洲制造業2030》看中國制造業

謝友柏

1.上海交通大學機械與動力工程學院,上海,2002402.西安交通大學機械工程學院,西安,710049

0 引言

《歐洲工業的未來——歐洲制造業2030》[1](簡稱《歐制2030》)這本書有一個特點，即前面有7個推薦序,其中4個是歐洲人寫的，3個是中國人寫的。比較之下可以看出微妙差異：前4個議論的中心是以創新推動可持續發展，后3個雖有許多分析卻看不出要解決什么問題。

歐洲(美國也類似)制造業為尋求廉價勞動力和資源，將許多產品的生產(《歐制2030》稱為“低技術制造”)轉移到不發達國家，于是產生了兩個問題：因占用勞動力最多的部分被遷走而導致失業；產品在國外制造，國內生產總值(GDP)減少，而從國外進口這些產品(老百姓不能不用低技術產品)又要付款，導致收支逆差。這就是特朗普(Trump)說的“美國吃虧”歪理。美國怎么會吃虧？一部iphone手機，售價大約 $1000，在美國設計，美國得到 $800～850，來自德國、日本、韓國的零部件價值 $100多，中國承擔包括其余零部件的制造和裝配(《歐制2030》說“現代產品中勞動力成本已經低于5%”)得到的總計只有差不多 $100。問題是美國得到的這些金額不算入美國的GDP，是蘋果公司拿了，到不了美國國內失業工人的手里，這是他們社會制度決定的。《歐制2030》說，這是“不重視低技術制造業”和“以短期利益為導向”的結果。對此，作者沒有進行更深層次分析，而我們一直認為制造業研究問題，要把對象看作是物理-心理-社會系統(physical-psychological-social system, PPSS)，而不能僅僅看作是信息-物理系統(cyber-physical systm, CPS)。

雖然歐美發生的問題有啟示作用，可以讓我們提前做適當的防備，但中國的情況不同，解決問題的方法也應該不一樣。

《歐制2030》把制造業看成是“實現(經濟)增值的轉換過程”。雖然搞制造不能不考慮經濟效益，中國也不能例外，但從根本上講，制造業的使命是滿足人們生活和生產中對物質產品(不含農牧產品)的需求。中國制造業的首要任務是在中國充分供應包括滿足物質需求、精神需求和社會需求所必須的物質產品，而且這些需求是不斷變化和發展的，“定制化生產”只不過是這種變化的一個方面。制造業要根據這些變化不斷更新自己的產品。不論是產品設計、金融交易、文藝創作、科學研究、技術開發、政策制定以及大數據、IT或AI的應用等，都不能代替由人(直接或間接)操作的物質產品生產，沒有源源不斷適應時代需求的物質產品供應，社會就不能運轉，更談不上美好幸福生活。現在中國的制造業還遠達不到這個要求。

1 中國的問題

與歐洲是現代制造業的發源地不同，從李鴻章搞洋務運動開始，中國的制造業一直追隨發達國家的制造業，扮演打工仔的角色。直至新中國成立以后，才有了自主發展和趕超的可能。新中國成立初期鋼產量只有15.8萬噸/年，人均量約為300克，不夠打一把菜刀。經過近70年奮斗，中國已經成為世界上唯一擁有聯合國產業分類中全部工業門類的國家，220多種主要工業品產量常年世界領先，鋼產量(2014年)超過8億噸，約占全球總產量的49.3%[2]。趕超并不容易，中國雖然已經是一個制造大國，但還不是制造強國。

剖析成為制造大國的過程可以幫助理解沒有成為制造強國的原因。這個過程大致可以分成兩個轉型發展的階段。一是從新中國成立到改革開放，中國處在封閉狀態，主要靠自力更生、留學回國人員帶回的技術和蘇聯援助(156項)搭起一個工業化的框架，開始能夠生產一些重要的工業產品，特別是兩彈一星。在第一次轉型中，很多產品(不包括兩彈一星等少數產品)都不是自己設計的，如當時某汽輪機廠主管工程師不知其圖紙上一個結構的用途，因圖紙是從俄文翻譯過來直接使用的。另一階段是改革開放后，中國加入了WTO，制造業經歷了又一次轉型。如《歐制2030》所說，工業發達國家的企業為尋求廉價勞動力和資源，將許多低技術制造轉移到中國來，使得引進技術或合資制造風起云涌，更低層次的三來一補兩頭在外的中小企業更是遍地開花。此時，陳舊的車、銑、刨、磨設備已經不能制造出新一代產品，于是制造業進行了一次大換血。如某汽車廠，車間全是進口的加工中心，儲物采用立體倉庫，管理采用企業資源計劃(enterprise resource planning, ERP)系統。此次大換血使制造業具備了為國外產品加工的資質。有些企業也做產品設計，但大多是在原有產品或在對標國外產品基礎上修修改改。設計競爭力不足，不僅高技術(《歐制2030》沒有明確定義，可以理解為是產品的研發和生產產品設備的研發)要依賴國外企業，許多關鍵零部件和對應的生產技術也只能依賴進口。例如國內生產發動機的人常說，我們是替博世(Bosch)打工的，因為生產發動機利潤中的大部分都被博世的共軌系統拿去了。長期以來有一個很有趣的現象，我們的企業家總是津津樂道企業的產品生產能力、擁有的高級加工設備，卻很難聽到他們介紹企業產品設計方面的能力，幾乎沒有人介紹哪些是自主研發并占有世界市場的產品。滿足于能夠把產品做出來的思維統帥了我們的制造業，這就是滿足于《歐制2030》所提的低技術制造。

制造技術無分高低，只有成熟技術和新技術的不同，而新技術是靠研發產生的。《歐制2030》用研發3%作為界線區分高低技術制造業是不對的，沒有研發力量的制造部門不能成為獨立部門。研發3%界線是歐洲把不具備研發能力的部門轉移到勞動力便宜、資源便宜和環保要求低的國家生產產品一貫做法認知的體現，而現在正在自食惡果。這與《歐制2030》中的另外一些論述顯然沖突，如“目前在工業勞動力中，工程師已經占到20%”。隨著智能化發展，操作設備的人數也許會變化，但產品生產和更新生產的活動永遠不會消失。從這個視角看問題，則解決問題的方向和途徑也就不同。遺憾的是，中國許多企業在這方面的思維受經濟目標支配，信奉短期利潤策略，滿足于將產品生成出來立馬賺錢而不愿將資金投入需要十年磨一劍的研發，也就是設計的競爭；同樣遺憾的是，社會當前并沒有對此給予充分重視，沒有有力的措施來改變這種思維模式。

《歐制2030》關注的是產品生產轉移導致經濟上“增值的流失”，文中充分自信歐洲在制造業中的技術強勢(如“…在全球市場中占據領先地位的歐洲設備生產商…”，“仍然處于高水平柔性自動化的前列”，“制造全球最好的機械”)，而對于設計競爭力卻只是淡淡幾筆，讓它隱藏在反復提到的歐洲強勢的后面，反而批判將經濟集中在創新上的努力，認為“不足以贏回其在工業生產中的份額，也不能減少失業人數”，著重要求發揮歐洲強勢來為低技術制造業解決“大趨勢”造成的困難并讓低技術制造回流歐洲。其中如定制化生產、更新工藝、減少能源和材料消耗等，這些都需要提高低技術制造業的設計競爭力，都需要依靠歐洲在設計競爭力上的強勢，而我們正好缺少這種強勢，且許多人并不知覺。我們需要的是《歐制2030》刻意隱藏的高技術制造，即在產品設計上的競爭力，包括滿足各種需求的生產設備及其組件和零件的設計和生產。當今中國的制造業又面臨一次大換血：加工中心、立體倉庫、ERP已經不夠了，一種觀點認為轉型要的是機器人、工業互聯網、MES、…，于是又向擁有高技術的“…在全球市場中占據領先地位的歐洲設備生產商…”引進全球最好的機械，這樣才有充當今天或明天歐洲低技術制造打工仔的資質。轉型并沒有改變那個長期以來很有趣的現象，認為只要能夠把別人研發的東西做出來就行的思維。

《歐制2030》中，大篇幅討論了如何使低技術制造業回流并扎根于歐洲，有些內容十分具體，不過大多數都是老生常談，但其中“在有人生活的地方以及市場所在的地方進行制造，…是制造業對經濟可持續發展的主要貢獻之一”是我們還沒有充分討論的一個觀點。將工廠建設在社區里的展望是一個涉及生產模式和社會結構方方面面變化的問題，很值得我們深入研究。

2 知識是設計競爭力的基礎

中國制造業的當務之急是提高設計競爭力，而設計競爭力的基礎是知識。雖然《歐制2030》的關注點是低技術制造業回流歐洲后的競爭力，但字里行間從來沒有忽視知識的重要性，強調“知識是增加值的關鍵要素，知識是增加值的未來來源”。《歐制2030》一方面描述歐洲對知識擁有的自信，如“歐洲制造業歷史悠久，…深入的知識、廣譜的基礎技術、…是全球市場的支柱”，“歐洲制造業有100多年的經驗”，“歐洲的機床制造工業一直在全球市場中處于領先地位”，“工程能力是歐洲工業關鍵能動因素之一”，這些是中國企業當前所缺少的，特別是許多中小微企業；另一方面則著意規劃如何用知識使低技術制造業回流并在歐洲扎根，認為“跨學科的研究開發工作是歐洲能夠以典型的歐洲品牌、為工廠創造有吸引力的新型解決方案的領域之一”，這也正是我們應該為制造業去做卻做得十分不夠的地方，跨學科研究并沒有為制造業解決源源不斷知識供給的問題。一些關于制造業發展的文件里竟然找不到“知識”二字。《歐制2030》字里行間不斷凸顯知識的重要，討論如何讓知識在制造業的發展中發揮作用，當然他們沒有區分“數據”和“信息”、“信息”和“知識”之間的差別。

制造業如果要避免經濟目標支配和短期利潤策略，就要回歸到充分供應包括滿足物質需求、精神需求和社會需求所必須的物質產品的目標和策略上來，而且要應對這些需求的不斷變化和發展。制造業不僅要制造用品，而且要制造生產用品的裝備以及制造生產所需的材料和能源的裝備，包括制造裝備的組件和零件。中國的制造業要從以廉價勞動力(這個優勢正在逐漸消失)和靠從三來一補兩頭在外學到的一點技術與國外市場競爭的困境中擺脫出來，選擇應對國內14億人口不斷變化和發展的物質產品需求的競爭，進一步可應對全球千變萬化的物質產品需求的競爭，這難道不是更有價值和更能夠發揮主動性？

要做到這一點，關鍵是要在所需求產品的設計上與已有產品競爭，而提高設計競爭力的基礎則是知識積淀、供給、取得和運用。物質需求的不斷變化和發展要求制造業具有最大的柔性，也就是產品的面貌(結構)和實現路徑(工藝)要能夠不斷變化和發展，而且不能僅僅是跟隨性的變化和發展，更需要預測和超前的變化和發展，因為設計和實施需要時間。《歐制2030》把希望寄托在大規模定制上，對于有14億人口的中國，適應不同類型、不同層次人群的需求已足夠制造業應對，這不同于“個體主義是歐洲發展最大的契機”，滿足個體主義的需求在中國還不是優先考慮的時候。怎么應對變化和發展？怎么預測并超前變化和發展？要靠設計，靠企業的設計能力，靠整個社會的設計競爭力，而設計競爭力需要知識。這些觀點現在并沒有被很多企業所接受，這一方面是由于“以短期利益為導向”，另一方面則是由于追求顯示度。目前，各種峰會和關于大數據、人工智能、工業互聯網、數字產品的世界大會，基本不談知識的供給和運用，因這些概念在《歐制2030》和國外的一些政策和文章中沒有，缺乏顯示度。大數據、人工智能、工業互聯網、數字產品只有與企業，特別是中小企業也就是所謂的低技術企業的知識供給和知識高效運用結合，才能對提高制造業的設計競爭力做出貢獻，才能體現其在制造業中的真正價值。

需要強調的是，《歐制2030》討論的重點是讓所謂低技術制造業回流歐洲而不是討論整個制造業，所以建議的各種措施都限于實施(生產)和管理實施，而不是制造業的全局，特別缺乏關于滿足功能需求設計的論述，即產品創新的論述。產品功能變化和發展是制造業發展永恒的驅動力，功能變化和發展的魅力不僅僅在于產品的增量性創新，更重要的意義是實現產品的更迭性創新(《歐制2030》稱為“破壞性創新”)。作為構成父系統(終端產品)的子系統(組件或零部件)，其變化和發展一方面來自父系統，即功能需求變化和發展導致設計中功能架構的變化，另一方面來自對父系統或其他大系統功能需求可能變化和發展的預測，超前研發推動子系統自身功能和結構的變化和發展，而這必然會顛覆父系統或其他大系統的設計，推動它們的更迭性變化和發展，兩者是相輔相成、辯證統一的，把二者強行分開是“經濟目標支配”短視的結果。中小制造企業的產品設計競爭力是絕對不可輕視的。

制造業生產的任何產品，包括構成產品的組件和零件，都是知識的載體。“設計以已有知識為基礎定律”、“設計知識不完整性定律”、“設計以新知識獲取為中心定律”和“設計知識競爭性定律”說的是產品設計是一個知識集成的過程[3]。制造業的柔性一方面來自對需求和約束條件變化和發展的認知，另一方面來自構成產品的材料、能源、組件、零件和使能技術變化和發展的認知，而設計是將這兩方面認知聯系起來的紐帶和橋梁，并使兩方面最優實現，同時也是雙方相互激勵更迭的觸發器。

知識從那里來？設計師又怎么高效率地運用這些知識？我們用知識“積淀”而不是“積累”來表達設計可用知識的形成過程，知識積淀包括知識積累和知識處理兩個方面。《歐制2030》不討論這些問題，但我們要討論。

知識為什么要自己積累？從工業發達國家的制造企業獲取知識是期望的選擇，不過涉及核心技術的知識是拿不來的，即使拿到也不能更新，更重要的是只有經過自己實踐驗證的知識才是自己的知識。知識為什么要處理？僅僅做文檔的積累是不夠的，如當前關于DBSE和MBSE的討論[4]，文檔不處理成為一條一條能夠回答設計最小問題的知識條[3]，就不可能集成到各種不同的應用(構建模型)里，導致集成非常困難和效率低。“產品和工廠可以數字形式存檔，并按需做細節擴展”，沒有經過處理的知識，即使變換成數字形式也沒有任何意義，也不可能“按需做細節擴展”。知識處理是一件要應對細分領域知識動態變化的非常專業的工作，現在還不知道有沒有相應的AI工具能夠代替在細分領域獲取這些知識的人來進行這項工作。設計師并不滿足只供給知識條，他們希望得到經過封裝的滿足不同需要的知識集合。這種對知識集合的需求可以分為3類：第一類是關于某對象系統以及它前世今生知識的集合，用于可根據功能和結構將其集成為更大的系統以實現某特定的功能，如某組件或零部件的功能和結構知識的集合；第二類是將對象知識集成起來的知識集合，用于根據功能需求找到相關的對象并集成為一個系統以滿足功能需求和約束條件，即將組件或零部件知識集成為終端產品的知識集合；第三類是從結構獲取行為知識的集合，從行為獲取功能知識的集合，用于檢驗集成結果是否滿意，如結構強度分析，表面磨損分析，“缺陷分析、生命時間分析”，成本和利潤分析等的知識集合。對知識進行處理并封裝成滿足不同設計需求的知識集是優化知識供給使能高效運用的重要步驟。《歐制2030》中，“加強基礎研究和應用研究的合作”，“多學科的系統能力是必要條件”，“低技術產品領域需要背后基礎研究的推動”，“許多制造業部門因為低估基礎技術的潛力…而失去市場”等，講的都是知識供給問題。不過此書中除提出“知識…在仿真系統(虛擬產品)中進行計算”，“通過技術智能的應用使批量生產重返歐洲”，呼吁解決“技能與教育戰略”，“信息通信技術支持供應鏈中顯性知識交流”和“基礎設施的發展”問題，以及抱怨“沒有能為工程師制造最好的(基于知識的)機械”外，并沒有明確提出知識供給這個問題和討論解決方案。

將知識封裝起來(成為“基于知識的機械”)，通過信息網絡傳遞實現軟件服務(本質上就是知識服務)，也許是隱含在歐洲的“可持續增長的行動領域”中，國內關于工程軟件開發也有很高的呼聲。不過在由什么人來積累知識、處理知識和維護知識積淀，怎么把封裝好的知識集提供(供給和取得是一個問題的兩個方面)給設計師以及設計師如何高效運用這些知識集合等問題上，還存在不同的觀點。《歐制2030》雖然也提出“數字產品”、“數字工廠”這些概念，但是非常強調“以人為中心”、“以人為本”，“人是未來制造系統的支柱”，“人的能力是產品生命周期里所有操作中最關鍵的成功因素”，“工程師驅動的生產系統”等，其反對排斥“人”的觀點十分明確。無可爭辯的事實是：知識積累要靠在細分領域研究的研究人員和實踐的工程師，知識處理也只能靠在細分領域研究的研究人員和實踐的工程師，特別是第一類知識集合，涉及的范圍廣，且不斷有新的發展。隔行如隔山，《歐制2030》說“從業人員…必須在實踐中跨越機械學、電子學、計算機科學、經濟學和社會科學等學科界限”，然而，即使在宏觀認知上能夠跨越上述界限，在知識條尺度上卻是根本做不到的，這是PAHL & BEITZ 40多年前的老調重彈[3]。事實證明不管什么“制造教育”、“雙軌制教育”或者其他教學體制，都不可能使工程師們無所不知，人的學習能力不可能逾越生理和年齡的限制。所以，對象知識的積累、處理只能由在各細分領域實際研究和實踐的人來做，包括此后的維護，這就是知識積淀要由工業人而不是IT人來做的道理[5]。《歐制2030》說的“企業…，必須具備整合不同技術(機電一體化)的能力以及應對最高水平的系統復雜度的能力。能力的深度和廣度，對…獲得成功很重要”，那是另一個問題。也就是說企業(包括企業里承擔設計任務，即做知識集成的工程師)要擁有和善于運用第二類知識集合。“超越現有邊界的解決方案”是設計知識集成的任務而不是知識積淀的任務。第二類知識集是集成對象知識的知識集合，并不包含所有構成對象的知識條尺度的知識，知識集成(特別是功能架構時的功能分配)是以對象的功能知識為索引，以對象與環境關系的知識為依據，不需要對象的其他知識[6]，當然這必須是在有充分的封裝好的對象知識供給的前提下。第三類知識集合來自不同學科行為的研究成果，在工程應用中類別和變化相對有限，目前已有大量商品軟件，不過其中許多參數和邊界條件等方面的知識仍與細分應用領域有密切關系，而不是一成不變或可以由非專業人員簡單處理的。

關于知識積淀、供給、取得和高效運用的問題，特別是推動與第一類知識集合相關的工程軟件建設，當前的首要任務是發動細分領域中的研究人員和實踐人員認識知識積累和知識處理的意義并實際投入力量來做，這是一個復雜且艱巨的過程，不是簡單鼓吹大數據、IT、AI所能夠推動的。沒有知識來源，工程軟件只能是水中撈月，《歐制2030》也認為“如果某種單一技術或關鍵使能技術無法反映包括基礎技術在內的技術全貌，那么集中于這些技術是不夠的”。軟件行業應該研究和開發封裝對象知識的空白框架，支持不同細分領域的研究人員和實踐人員填入知識完成封裝和維護封裝后的知識集合。

第二類知識集合還很少被重視。如前所述，《歐制2030》除強調“多學科的系統能力是必要條件”，“對技術要素進行創新的能力，也被看作是…進行集成的能力(系統集成能力)，它是未來制造系統成功的關鍵因素”外，并沒有提到利用數字技術和互聯網技術前瞻性的具體建議。從文中可以看出，《歐制2030》仍舊認為這些只能由人來做，如“工程師和技術人員推動解決方案在學科的邊緣地帶形成”，“工程師的角色是將知識從研究轉移到應用，并結合自己的創造性(發明)發現可靠的解決方案”。其實，對于做工程軟件的企業，這是一個還沒有被認識的十分重要的機會。當然做起來是艱難的，不能依靠短期利潤驅動，需要工程軟件開發商、設計科學研究人員和在細分領域做設計實踐的工程師三方面的合作。

對于第三類知識集合，開發這些商品軟件的企業應該對不同應用持開放態度，提供用戶自己改變輸入參數和邊界條件等方面的便利，而不是滿足于自己包打天下。另外，對于特定對象的從結構到行為到功能的分析軟件，也有廣闊的開發空間，不過這只能是特定對象的生產企業和相關研究單位合作才能夠有成功的競爭力，這就是《歐制2030》說的“知識可以在方法或模型中形式化，并在仿真系統(虛擬產品)中進行計算”，“必須通過系統合作加速創新進程”和“加強面向應用的研究和貼近現實的開發”。

上述這些，與我們一貫主張的分布式資源環境中設計知識服務的概念相關，設計知識服務是《歐制2030》中“隨時隨地以信息供應的方式提供基于信息通信技術的服務”思想的進一步發展和具體實現。《歐制2030》期望有一種“工程平臺”，即“包含了各種方法和工具的工程環境”，國內也有這類呼聲，一些人對做平臺特別有興趣。如果把各種方法和工具理解為各種知識，那么基于“創新通常來源于跨學科的合作開發”的認知，這種期望和興趣顯然是不可能實現的。除了分布式的設計知識資源環境，沒有一個平臺能夠包含所有跨學科知識。

3 結束語

中國的制造業正在經歷又一次轉型發展。怎么轉？借鑒工業發達國家的經驗不可或缺，因此應深入研究和學習歐洲的“歐洲制造2030”、德國的“工業4.0”、美國的“先進制造領先戰略”、英國的“建設適應未來的英國”等。然而，學習不等于照搬，研究制造業的發展，我們面對的是一個物理—心理—社會系統而不僅僅是一個信息—物理系統。學習的目的是為了趕超，如果一味照搬，則不僅能否趕上是個問題，一個半世紀的經驗和教訓告訴我們超越是不可能的。中國有中國的弱勢，但也有獨有的強項，中國的社會和國外不同，中國的企業包括中小企業也和國外不同。如何以強補弱，要從問題的本質而不是表象入手。制造業競爭的本質是提供不斷創新的產品，創新的基礎在于產品設計中知識的供給和知識的運用，而不僅僅是機器人、AGV、3D打印、工業互聯網等。如何將大數據、IT、AI和互聯網技術與設計競爭中的知識供給和知識運用結合是中國制造業面對轉型必須解決的問題，特別是中小企業，因為創新總是發生在點上，他們既是創新的源泉，又更為依賴外界的知識供給。有充分的知識供給，中小企業具有絕對優勢在他們所從事的細分領域中做出更迭性創新。教育界也需要以這種思維來培養一代又一代年輕的制造人，讓他們能夠在正確的軌道上堅持奮斗。當前的轉型是中國制造業彎道超車的機會，機不可失，時不再來。