工業互聯網推動我國中小企業實現跨越式發展

吳曉波 張武杰 余璐

工業互聯網究竟是一張什么“網”

隨著新一輪工業革命的興起，眾說紛紜的新詞匯層出不窮，這既體現出新制造范式的研究熱度劇增，也反映出這種新制造范式還處于發展初期、充滿不確定性。準確辨別各個新詞匯的概念和內涵是相關方追究根本、打破混沌、指導實踐的前提和基礎。

圖1展示了新一輪工業革命背景下眾多核心詞匯的相互關系，這也一定程度上結構化地剖析了這些詞匯間的邏輯關系。首先，當前所處的制造范式確定了這些詞匯的使用語境。從十八世紀后期到如今，全球制造業從第一次工業革命走向第四次工業革命，即從機械化、電氣化、信息化走到如今的智能化。因此，當下熱門的詞匯也多為對制造業智能化情境下的技術、理念等的描述。其次，第四次工業革命還處發展初期，世界各國正在加緊制定新的制造業發展戰略，以提高核心競爭力、贏得全球制造業的競爭新優勢。可以看到，以美歐為主的多個制造大國、強國率先發布新的制造業發展戰略，這也催生了諸多熱門詞匯的誕生，更代表了這些國家對于新制造范式的路徑判斷。以德國“工業4.0”戰略為例，其實質上僅是德國情境下的制造業發展戰略，但其精準的路徑判斷也得到了較多國家的認可，這也是“工業4.0”不再是德國“一家之言”的重要原因。第三，以數字化、網絡化和智能化為典型特征的新制造范式實現的主要手段便是新一代信息技術與制造技術的深度融合。與前三次工業革命顯著不同的是，當前的新制造范式強調新一代信息技術應用于生產經營活動的全場景、全價值鏈，這不僅會給生產方式帶來顛覆性變革，也會給相關方的分工和協作帶來顯著的變化。其中，工業互聯網是利用新一代信息技術將整個生產經營系統的人、機、物等互聯互通的基礎設施，也是支持實現數字孿生、信息物理系統（本文認為這兩個概念基本相同）等的前提。第四，智能制造是第四次工業革命的主方向，生產經營活動、產品、設備、生產系統等的智能化是此次工業革命的最終愿景。簡單而言，智能制造就是相關要素具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。它是先進制造過程、系統與模式的總稱，而非狹義的智能制造技術。最后，隨著科學、技術、產業革命的不斷交融演變，在傳統制造業的基礎上也衍生了諸多高新產業、催生了數字經濟新業態。這一方面也成為世界各國構建搶奪的新市場、構建的新經濟模式，另一方面也與新制造范式建立了密切的相互支撐關系。

圖1 新一輪工業革命背景下核心詞匯的相互關系

從圖1中可知，工業互聯網是實現智能制造的關鍵基礎設施，那么其究竟是一張什么“網”？盡管當前還沒有統一、標準的定義，但是從以下三方面可以一定程度地認識工業互聯網。第一，它姓“工”不姓“互”。工業互聯網是指特定工業系統所構建的一張“網”，而并不屬于因特網這類全球的信息基礎設施。第二，它是一張按需構建、按需服務的“網”。廣義上，工業互聯網旨在實現制造系統的人、機、物等的互聯互通，并在此基礎上能夠支持智能化設計、生產、服務等，但并沒有規定哪些人、什么機器以及何種物必須上“網”，這一切取決于利益相關方的構建目標和運作方式，因此這張“網”在實施層面不會有標準化的架構、技術體系等。第三，它是一張實體“網”，更是一張數據“網”。表面上，工業互聯網將人、機、物等連接起來形成一張覆蓋全系統、全價值鏈的實體網絡，但真正發揮作用的是其中無形的數據流，正是通過大量人、機、物等數據的不斷采集、分析和反饋才得以實現智能化的生產經營活動。

圖2 工業互聯網通過“三化”賦能智能制造的“四重目標”

工業互聯網如何賦能新制造范式

如前所述，智能制造成為此次工業革命的主方向，也代表了當前全球制造業的新制造范式。作為智能制造的關鍵基礎設施，工業互聯網又是如何賦能制造系統走向智能化的呢？如圖2所示，工業互聯網主要通過“三化”來支持實現智能制造的“四重目標”。其中，工業互聯網“三化”的涵義分別是：標準化，即通過全流程的數據收集、分析、反饋形成一個標準化閉環，使得能夠通過數據驅動的方式來實現各種業務活動嚴密但靈活的運行（例如，生產系統可以批量化的方式實現個性化生產）；協同化，即將傳統的生產關系打破，價值鏈網絡的節點及相互關系會發生顛覆性變化，其外部表現便是更多的相關方以更靈活的方式參與在價值創造的各環節中；知識化，即改變傳統生產活動中按照經驗、遵循固有知識來指導實踐的方式，通過大量、多維度、長時間的數據分析來形成能夠支持決策的實時知識，使得通過科學、自動化的方式進行智能生產、運營等。

基于工業互聯網標準化、協同化、知識化的三大功能特征，智能制造的“四重目標”便得以實現。第一，改進生產能力與質量。對于任何制造系統，不斷提高其生產能力與質量（這包括生產效率、產品質量、能效、交付期、生產成本、庫存等一般的評價要素）是贏得競爭優勢的基礎手段，也是很多中小企業從粗放型走向高質量發展的核心路徑（例如，當前先進的制造技術通過新一代信息技術的賦能可以實現制造工藝仿真優化、數字化控制、狀態信息實時監測和自適應控制等）。第二，創新價值創造的方式。隨著新一代信息技術的成熟和廣泛應用，企業、行業、國家等的邊界被打破，逐漸形成一個開放的網絡化環境。這使得信息不對稱性大大降低，也使得不同相關方的聲音被放大。在這種環境下，更加容易出現新的商業可能（這包括數字產業化和產業數字化），也給相關方價值訴求的實現提供了諸多路徑（例如，網絡協同制造、眾包眾創共享、開放式協同創新等）。第三，創造智能產品與服務。隨著諸多行業產能的飽和，僅滿足用戶的基本功能需求已很難形成制造企業的核心競爭力。智能制造會更加聚焦用戶的個性化需求和終極需求，需要能夠在恰當的時間、以恰當的方式滿足用戶的價值訴求（例如，產品智能化、制造服務化）。第四，改變人與系統的關系。隨著新一代信息技術的深刻賦能，人在制造系統中扮演的角色也不斷更新。一方面，大量重復、簡單的工作會被自動化機器所取代，這也即如今逐漸增多的“黑燈工廠”帶來的顯著變化。另一方面，員工不再是產品生產的主要參與者，而是機器設備運行的監督者和突發問題的處理者，他們更多地從事高價值創造的工作，更便于自我價值實現、工作和生活平衡。

推動中小企業跨越式發展成為我國工業互聯網統籌推進的重心

建國七十年來，我國制造業探索出一條從引進、消化吸收、二次創新到原始創新的成長之路。可以看到，越來越多的中國制造企業走到了“世界第一”，但我國制造業大而不強的局面還未全面改變。當前，我國正面臨世界經濟復蘇乏力、局部沖突和動蕩頻發、全球疫情依然嚴峻等一系列外部環境的深刻變化。與此同時，我國經濟發展進入新常態，正在向形態更高級、分工更優化、結構更合理的方向轉變。作為國民經濟的支柱產業，這種內外部環境變化共同促使我國制造業需要加快轉型升級步伐、切實實現高質量發展。

工業互聯網是新一輪工業革命背景下制造業轉型升級的關鍵基礎設施。通常，工業互聯網由網絡、平臺、安全三大體系構成，網絡是基礎，平臺是核心，安全是保障，工業互聯網平臺便是其作為基礎設施的外在表現。結合圖3，新時期我國工業互聯網統籌推進的重心便是“我國各方協同推動中小企業工業互聯網平臺建設及應用，促進其實現跨越式發展”。這其中有著兩方面的客觀原因。一方面，我國已經有很多大型企業、龍頭企業做到了行業領先甚至國際領先，其自動化、信息化水平較高，有著實現智能制造的良好基礎，也即“不需要做太多補課工作”。加之其具有雄厚的經濟和人力實力，完全可以根據自身需求較快地建設并應用工業互聯網平臺。因此，對于我國大型企業、龍頭企業，由其自主推進工業互聯網平臺建設及應用即可。這在我國的諸多企業中也得到了很好的驗證，例如，海爾的COSMOPlat平臺、三一重工的樹根互聯云平臺、中國航天科工集團公司的航天云網、吉利汽車打造的智能工廠等。

另一方面，我國中小企業占我國企業總數的90%以上，其也為國家貢獻了較高比例的GDP、稅收、城鎮就業和技術創新等，中小企業可以說是我國經濟和社會發展的主力軍。然而，與大型企業、龍頭企業相比，我國中小企業還多處于價值鏈的下游，多從事勞動密集型和資源密集型的生產活動，多年來一直被詬病的“低小散”情況還是存在。隨著勞動力成本的上升、部分制造業向海外的轉移，我國中小企業面臨著實現持續成長的艱難困境。后疫情時代，我國中小企業自動化、信息化、數字化水平不足的短板也更加凸顯，這既制約了我國相關產業鏈從大到強的建設步伐，也給我國形成以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展思路帶來了挑戰。為此，無論基于國情還是中小企業的實情，促進我國中小企業的跨越式發展都是建設制造強國的關鍵一環，而我國政府、大學科研院所、平臺企業等協同推進中小企業工業互聯網平臺的建設及應用又是重中之重。

圖3 中國制造由大變強背景下工業互聯網統籌推進的優勢路徑

行業級工業互聯網平臺推動中小企業數字化改造的新昌模式

2017年11月，國務院發布了我國工業互聯網發展的頂層設計文件——《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》。經過近三年的快速發展，我國工業互聯網平臺建設及應用取得了顯著的成效，典型的跨行業級、行業級及企業級工業互聯網平臺不斷涌現，也給應用企業帶來了諸多方面的績效改善。然而，當前主流的工業互聯網平臺提供商很少有針對中小企業特別是特定行業的中小企業開展定制化的服務，多為從上至下、從理論到應用的運營模式。這一定程度上很難直接支持中小企業實現跨越式發展（因為大多數中小企業還沒有補上自動化、信息化、數字化的“功課”，很難直接采納主流工業互聯網平臺提供商“高大上”的解決方案）。盡管我國工業互聯網平臺建設及應用的光鮮場景多被前文所提到的主流工業互聯網平臺所占據，但在浙江省的新昌縣卻成功蹚出了一條行業級工業互聯網平臺推動中小企業數字化改造的創新之路（簡稱“新昌模式”，具體見圖4）。新昌模式的成功之處可以歸結為政府與平臺企業的協同推進，這使得中小企業敢用、愿意用行業級的工業互聯網平臺。

新昌政府在推動中小企業數字化改造過程中起到了關鍵的科學兜底作用。第一，新昌縣政府是推動中小企業轉型升級的“吹哨人”。新昌縣有著以軸承、膠囊、紡織、機械制造等為代表的優勢制造產業，但中小企業比重超過96%，相關產業長期處于生產管理粗放、技術水平薄弱、企業利潤較低的發展狀況。鑒于中小企業面臨的轉型升級的壓力和困局，新昌縣自2017年便先后出臺了百企提升行動、數字化改造活動、未來制造戰略等一系列政策措施，率先吹響了中小企業轉型升級的號角。第二，新昌縣政府是推動中小企業轉型升級的“牽線人”。新昌縣明確地將工業互聯網定位為推動中小企業轉型升級的重要抓手，這并非僅是口頭上的號召，而是積極為工業互聯網平臺企業與中小企業牽線搭橋。一方面，新昌縣采取培育本地工業互聯網平臺企業和引進工業互聯網服務企業的兩條腿走路方式，保證平臺企業的水平和質量。另一方面，新昌縣為每一行業僅科學選擇一家平臺企業，支持其在全縣范圍內逐一推廣，這也給平臺企業提供了較多的客戶和市場空間。第三，新昌縣政府是推動中小企業轉型升級的“出資人”。鑒于中小企業技術改造、平臺企業服務成本均比較高的現實情況，新昌縣采取直接出資設立工業互聯網平臺專項扶持基金、積極協調金融機構為中小企業提供專項信用貸款等多種方式，通過“平臺降一點、政府補一點、企業出一點”的成本分攤機制，有力推進工業互聯網平臺真正應用落地。

平臺企業在推動中小企業數字化改造過程中起到了切實的貼心服務作用。第一，推出工程總包來解決中小企業基礎條件差、能力弱的問題。通常，新昌縣培育或引進的平臺企業通過蹲點式服務的方式挖掘中小企業的實際問題、數字化改造的難點痛點，然后集中時間和精力為其制定可行的交鑰匙解決方案并快速交付。第二，引入小規模免費體驗的方法消除中小企業的顧慮。中小企業可以短期試用所開發工業互聯網平臺的部分功能，如果其能夠看到效果、嘗到甜頭，則可以繼續付費使用，否則可以選擇不使用。這一方面可以推動中小企業消除顧慮，實現從“要我改”向“我要改”轉變，另一方面可以激勵平臺企業“以客戶為中心”，倒逼平臺企業開發出高質量的工業互聯網平臺并提供好相關服務。第三，提供平臺化服務解決中小企業集群的共性難題。一方面，通過應用工業互聯網平臺，中小企業的業務流程、管理方式都會發生顯著變化，平臺企業通過提供可視化、透明化和自動化的軟件功能能夠解決中小企業無專業人員管理、日常運維管理和軟件升級等難題，讓企業可以輕松知道“有什么病、病因是什么以及怎么治療”。另一方面，傳統情境中，區域性的中小企業往往專注于內部生產，很難了解到行業的整體情況，也很難表現出整體的外部競爭力。通過引入工業互聯網平臺，新昌縣中小企業集群形成了一系列的創新應用（例如，發布行業指數來支持中小企業判斷自身所處的狀態，協同金融機構利用企業實際生產經營大數據建立企業的信用、風險評估模型以解決中小企業融資難、融資貴的問題，通過平臺原材料集中采購降低中小企業采購成本等）。

圖4 新昌模式的“政府科學兜底”與“平臺企業貼心服務”

工業互聯網推動我國中小企業實現跨越式發展的挑戰與建議

正如前文關于新昌模式的歸納總結，在政府和平臺企業的協同推進下，新昌縣軸承、膠囊、紡織、機械制造等諸多行業的中小企業較高效率地實現了產業數字化。以極具代表性的浙江陀曼智造科技有限公司為例，其開發的工業互聯網平臺及解決方案已經幫助新昌縣軸承行業有一定規模基礎的200多家企業進行了數字化改造（其中中小企業占96%），其較早探索出的“數字化制造、平臺化服務”的服務模式也得到浙江省政府的肯定并向全省推廣。

圖5 工業互聯網推動我國中小企業實現跨越式發展的建議路徑

然而，新昌縣目前也僅是在開展“產業數字化”的工作，還面臨著實現“數字產業化”的艱巨任務，這也是全球及我國工業互聯網發展中普遍面臨的現狀。結合圖5，新時期以工業互聯網為抓手推動我國中小企業實現跨越式發展的挑戰與建議總結如下。

第一，構建“政府-高校科研院所-企業”三螺旋，集中力量制定科學發展戰略。工業互聯網是新制造范式的關鍵基礎設施，經過政府倡導、企業積極參與的規模化擴張，當前工業互聯網平臺在建設數量上已經有了大幅提升，但從工業實際中來看，還面臨著缺乏戰略引領、發展模式混亂、難以為中小企業帶來顯著績效的問題。事實上，工業互聯網作為一種新興技術范式，發展還處初期，充滿不確定性，一般要經歷圖5所示的S型曲線所示意的發展路徑，這就需要社會各方的協同參與和推進。為此，我國應加快構建“政府-高校科研院所-企業”三螺旋，匯聚各類異質性組織資源，通過揚長補短、互惠共贏的模式集中力量制定科學發展戰略，從源頭推動我國中小企業科學地進行工業互聯網平臺建設與應用。其中，政府需要起到強有力的引導、組織和支持的兜底作用；高校科研院所需要為政府、平臺及應用企業提供科學的咨詢建議和技術服務；平臺企業需要以客戶為中心，做好具體的工業互聯網平臺建設及服務工作。

第二，積極借鑒新昌模式的成功經驗，加快推進我國中小企業的“補課工作”。如前所述，工業互聯網旨在推動制造業的數字化、網絡化和智能化，這是基于前三次工業革命中積累下的深厚的機械化、電氣化、信息化基礎。對于我國中小企業而言，由于沒有良好的兩化融合基礎，也導致沒法繞開這次“補課工作”。此外，如圖5所示，工業互聯網建設初期，既要承擔一定的成本投入，也要接受初期績效不明顯的困境。因此，為快速推動平臺企業及中小企業打破建設及應用工業互聯網平臺的初期混沌，我國地方政府必須加快體制機制創新、聯合平臺企業及高校科研院所引導中小企業認識到此次補課的重大意義，并借鑒新昌模式中“政府兜底、平臺企業讓利”的成功經驗，推動其抓住新一代新信息技術的應用優勢加快完成信息化、自動化、數字化的改造工程。

第三，前瞻性地研究工業智能化難題，加快推進我國中小企業的智能化改造。通常，中小企業的數字化改造很難帶來直觀的經濟效益，這只是走向智能制造的第一步，也造成諸多中小企業躊躇不前、積極性不高的問題。平臺企業往往擅長于新一代信息技術的推廣應用，卻缺乏深厚的制造業知識和經驗，在助推中小企業實現智能化改造方面會出現力不從心。為此，平臺企業亟需聯合相關科研院所、制造企業前瞻性地研究工業智能化的難題（也即深層次的工業和商業機理，例如，采集來的制造大數據怎么讓其發揮價值，發現問題的工藝、設備、流程等怎么進行自動優化改進，怎么通過流程再造支持中小企業加強創新能力、走向價值鏈上游），平臺企業只有這樣才能夠找到工業互聯網的準確發展路徑、獲得競爭的制高點，也才能切實贏得市場的認可、擺脫對政府的支持和依賴、推動中小企業的轉型升級。

第四，激活不同層級企業的競合關系，加快推進我國產業鏈的整合與升級。當前，我國正加大力度提升產業鏈供應鏈的穩定性和競爭力、暢通國內國際雙循環，這給處于轉型升級中的不同層級企業的競爭和合作帶來一定機遇。一方面，如前文所述，我國大型企業、龍頭企業具備自主建設及應用工業互聯網平臺的意識和能力，但目前的大平臺多為己用，雖向外部企業開放但準入門檻較高。這類大型企業、龍頭企業應承擔起引領和支持同產業鏈中的中小企業跨越式發展的責任，將同產業鏈的先進工業和商業機理通過工業互聯網平臺賦能給中小企業。這既可以打破其關鍵零部件、機器設備受制于國外壟斷的困境，也能夠推動我國產業鏈供應鏈的優化升級。另一方面，我國中小企業占比極高且水平參差不一，部分落后企業嚴重制約了我國制造業的整體質量和水平。工業互聯網是中小企業的“試金石”，通過集群內工業互聯網的自主發展，應能有效淘汰一批前瞻性不足、產能過于落后的中小企業，進而實現區域內資源的重新整合和轉型升級。

本研究受到國家自然科學基金重點項目（71832013）、中國博士后科學基金項目（2020M671775）和中央高校基本科研業務費專項資金的資助。