“工業(yè)4.0”——德國制造業(yè)的發(fā)展之路

1.德國制造業(yè)體系的發(fā)展

德國政府部門和制造業(yè)領域的專家普遍將制造業(yè)領域技術的漸進性進步描述為工業(yè)革命的四個階段。

“工業(yè)1.0”。18世紀60年代至19世紀中期，通過水力和蒸汽機實現的工廠機械化可稱為“工業(yè)1.0”。這次工業(yè)革命的結果是機械生產代替了手工勞動，經濟社會從以農業(yè)、手工業(yè)為基礎轉型到了以工業(yè)以及機械制造帶動經濟發(fā)展的模式。

“工業(yè)2.0”。19世紀后半期至20世紀初，在勞動分工的基礎上采用電力驅動產品的大規(guī)模生產可稱為“工業(yè)2.0”。這次工業(yè)革命，通過零部件生產與產品裝配的成功分離，開創(chuàng)了產品批量生產的新模式。

“工業(yè)3.0”。始于20世紀70年代并一直延續(xù)到現在，電子與信息技術的廣泛應用，使得制造過程不斷實現自動化，可稱為“工業(yè)3.0”。自此，機器能夠逐步替代人類作業(yè)，不僅接管了相當比例的“體力勞動”，還接管了一些“腦力勞動”。

“工業(yè)4.0”。德國學術界和產業(yè)界認為，未來10年，基于信息物理系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem，CPS)的智能化，將使人類步入以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命。產品全生命周期和全制造流程的數字化以及基于信息通信技術的模塊集成，將形成一個高度靈活、個性化、數字化的產品與服務的生產模式。

由于政治不統(tǒng)一等多種因素的影響，德國在第一次工業(yè)革命中進展不大，1820年-1870年間人均國內生產總值的年增長率為1.09%，低于英國的1.26%。不過，邁向統(tǒng)一的德國卻是第二次工業(yè)革命的領軍者，新科技與新發(fā)明層出不窮，德國經濟也因此在1870年-1913年間以1.63%的年均增速超過了英國的1.01%。

雖然第三次工業(yè)革命領航者的接力棒傳到了美國手中，但德國在傳統(tǒng)的機械制造、化工化學、電力電氣等行業(yè)依然通過不斷的技術進步保持住了在全球競爭中的優(yōu)勢地位。特別是在“北落”（指以魯爾區(qū)為代表的煤鋼等傳統(tǒng)產業(yè)衰弱）的大背景下，形成“南起”（巴伐利亞等南部地區(qū)興起了電子、生物技術等新興產業(yè)），讓德國制造業(yè)煥發(fā)出新的活力。

1990年兩德統(tǒng)一后，德國經濟經過短暫的統(tǒng)一景氣后陷入長期停滯，然而在10年不到的時間內，德國經濟重現活力。即便是席卷歐盟的歐債危機對德國造成重大影響，以制成品出口拉動的德國經濟依然能做到在歐洲“鶴立雞群”。制造業(yè)在德國國內生產總值中的占比近20年來幾乎保持恒定，1994年為23%，而2014年為22.3%。和歐盟平均水平以及歐盟其他國家相比，德國制造業(yè)的強勢則更為突出：2014年，歐盟國家制造業(yè)平均占比為15.3%，法國為11.4%、英國則僅為9.4%。如果按一個品牌來衡量，“德國制造”大約價值45820億美元，相當于德國國內生產總值的167%，位居世界第三。

不過，在后危機時代，德國也日益感受到一些隱憂，從而提出“工業(yè)4.0”方案來加以應對。一是短期內面臨出口下滑，德國聯(lián)邦統(tǒng)計局的數據指出，2013年德國出口同比下降了0.2%，進入2014年，德國出口形勢也未見大的改觀。二是中期感受到產業(yè)升級壓力，自本世紀頭一個十年的最后幾年起，科學應用技術上又一次出現了較大進步，包括無線電通訊技術、3D打印技術、物聯(lián)網等。據預計，2020年全球物聯(lián)網行業(yè)的終端設備銷售額預計為1.9萬億美元，產生的利潤（包括服務費）將達3000億美元。三是長期面對歐盟內部和新興經濟體的雙重競爭壓力，歐盟2012年10月發(fā)布的《指向增長與經濟復蘇的更強大的歐洲工業(yè)》，明確設定了2020年將工業(yè)占歐盟國內生產總值的比重由當時的15.6%提高到20%的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略的目標；新興經濟體中，印度倚仗計算機和軟件業(yè)等高端制造業(yè)成為“世界辦公室”，中國更是于2010年超過美國成為世界第一制造大國，被稱為“世界工廠”，其結果就是發(fā)達國家的貿易優(yōu)勢日漸喪失。

如前所述，鑒于受到可預計未來內外部的壓力，德國再次未雨綢繆，通過提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，來實現德國工業(yè)區(qū)位的升級，確保德國制造業(yè)未來的國際競爭力。德國“工業(yè)4.0”概念問世于2011年4月在德國舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會，成型于2013年4月德國“工業(yè)4.0”工作組發(fā)表的名為《保障德國制造業(yè)的未來：關于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》的報告，進而于2013年12月19日由德國電氣電子和信息技術協(xié)會細化為“工業(yè)4.0”標準化路線圖。目前，“工業(yè)4.0”已經上升為德國的國家戰(zhàn)略，是德國面向2020年高科技戰(zhàn)略行動計劃的十大未來項目之一。

2.“工業(yè)4.0”的核心內容

解剖德國政府的“工業(yè)4.0”規(guī)劃，簡單可以概括為“１個核心”、“２重戰(zhàn)略”、“３大集成”和“８項舉措”。

1個核心。“工業(yè)4.0”的核心是“智能+網絡化”，即通過虛擬實體系統(tǒng)（CPS），構建智能工廠，實現智能制造的目的。通過大量部署各類傳感元件實現信息的大量采集；將IT控件小型化與自主化，然后將其嵌入各類制造設備中，從而實現設備的智能化；依托通信技術達到數據的高速與無差錯傳輸；對控制設備、制造設備的數據云存儲和分析系統(tǒng)，從而達到生產過程的智能化以及方便人工實時控制的目的。

2重戰(zhàn)略。一是“領先的供應商戰(zhàn)略”，關注生產領域，要求德國的裝備制造商必須遵循“工業(yè)4.0”的理念，產出具備“智能”與樂于“交流”的生產設備。該戰(zhàn)略注重吸引中小企業(yè)的參與，希望它們不僅成為“智能生產”的使用者，也能化身為“智能生產”設備的供應者。二是“領先的市場戰(zhàn)略”，強調整個德國國內制造業(yè)市場的有效整合，構建遍布德國的高速互聯(lián)網絡是實現這一戰(zhàn)略的關鍵。通過這一網絡，德國的各類企業(yè)就能實現快速的信息共享、最終達成有效的分工合作。在此基礎上，生產工藝可以重新定義與進一步細化，從而實現更為專業(yè)化的生產，提高德國制造業(yè)的生產效率。除了生產以外，商業(yè)企業(yè)也能與生產單位無縫銜接，進一步拉近德國制造企業(yè)與國內市場以及世界市場之間的距離。

3大集成。一是關注產品的生產過程，力求在智能工廠內通過聯(lián)網建成生產的縱向集成；二是關注產品整個生命周期的不同階段，包括設計與開發(fā)、安排生產計劃、管控生產過程以及產品的售后維護等，實現各個不同階段之間的信息共享，從而達成工程數字化集成；三是關注全社會價值網絡的實現，從產品的研究、開發(fā)與應用拓展至建立標準化策略、提高社會分工合作的有效性、探索新的商業(yè)模式以及考慮社會的可持續(xù)發(fā)展等，從而達成德國制造業(yè)的橫向集成。

信息通信技術（ICT）是３大集成實現的保證，相關技術包括：機器對機器（M2M）技術，用于終端設備之間的數據交換；物聯(lián)網（IoT）技術，將整個社會的人與物連接成一個巨大的網絡；各類實現企業(yè)系統(tǒng)化管理的應用軟件，如企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、產品生命周期管理（PLM）、供應鏈管理（SCM）、系統(tǒng)生命周期管理（SysLM）等，這些系統(tǒng)進一步發(fā)揮協(xié)同的作用，成為企業(yè)進行智能化生產和管理的利器。

8項舉措。一是實現技術標準化和開放標準的參考體系。這主要是出于聯(lián)網和集成的需要，沒有標準顯然無法達成信息的互換，而開放標準的參考體系，包括公開完整的技術說明等資料，有助于促進網絡的迅速普及與社會各方的參與。二是建立模型來管理復雜的系統(tǒng)。由于“工業(yè)4.0”的跨學科、多企協(xié)同和異地合作等特性，必然對整個系統(tǒng)的管理提出了很高的要求。只有事先建立并不斷完善管理模型，才能充分發(fā)揮功效。三是提供一套綜合的工業(yè)寬帶基礎設施。這是實施聯(lián)網的基礎，以保證數據傳輸的高速、穩(wěn)定與可靠。四是建立安全保障機制。包括安全生產必須予以保障；在傳輸與儲存過程中需要維護信息安全；整個系統(tǒng)應具有健全的容錯機制以確保人為失誤不會釀成災難等。五是創(chuàng)新工作的組織和設計方式。由于“工業(yè)4.0”的高度自動化和分散協(xié)同性，對社會生產的組織和設計方式提出了新的要求，需要探索與建立新的生產協(xié)作方式，讓員工能高效、愉快、安全地進行生產活動。六是注重培訓和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展。在“工業(yè)4.0”中，員工需要面對的生產設備和協(xié)作伙伴的范圍遠遠超過了目前生產方式的要求，而且工作環(huán)境的變化速度也顯著加快。面對上述兩方面的挑戰(zhàn)，員工的持續(xù)學習就變得尤為重要。只有全社會擁有大量的合格員工，“工業(yè)4.0”的威力才能真正得以體現。七是健全規(guī)章制度。涉及企業(yè)如何進行數據保護、數據交換過程中安全性、保護個人隱私、協(xié)調各國的不同貿易規(guī)則等。八是提升資源效率。“工業(yè)4.0”所說的資源，不僅包括原材料與能源，也涉及人力資源和財務資源。

以不來梅奔馳汽車組裝廠為例，對“工業(yè)4.0”下的生產方式進行說明。該工廠在2014年生產了34萬輛汽車，是全球第二大梅賽德斯奔馳工廠。其銷售模式是先定制再生產，通過電子訂單到從經銷商發(fā)到工廠。團隊工作人員會創(chuàng)建一個含有生產日期的條形碼，包括車輛識別碼（VIN）和精確的配置規(guī)格以及激活代碼，這將作為可交付的訂單。在裝配車間中數百個德國KUKA公司制造的焊接機器人一起加入組件工作，車身組裝后還要接受工人檢查，以驗證關鍵部位焊接的精度和尺寸。當所有的焊接完成后，再次檢查，確保車身是否可以進行下一道工序的組裝。在經過噴漆工序后，車輛會返回到安裝內部部件和發(fā)動機裝配車間，機器人和工人運用自己的各種技能，相互配合工作，用不了多久，一輛組裝好的車輛就出現在我們的面前。2015年，戴姆勒集團將投資7.5億歐元，來更新其位于德國北部不萊梅的工廠，為兩款新車型的制造做準備。此次投資將包括所有生產流程的完整網絡化和數字化，以提升工人和機器人之間的合作效率。在奔馳不萊梅工廠“信息物理系統(tǒng)”的模塊化生產下，正在進行裝配的汽車能夠自律地在生產模塊間穿梭，接受所需的裝配作業(yè)。其中，如果生產、零部件供給環(huán)節(jié)出現瓶頸，能夠及時調度其他車型的生產資源或者零部件，繼續(xù)進行生產。在這種動態(tài)配置的生產方式下，可以發(fā)揮出生產管理軟件原本的綜合管理功能，能夠動態(tài)管理設計、裝配、測試等整個生產流程，既保證了生產設備的運轉效率，又可以使生產種類實現多樣化。正是高度的自動化和信息化的完美融合，奔馳不萊梅工廠具備單一生產線生產多款車型的能力，包括C-ClassSaloon、C-ClassEstate與GLK都可以在這家工廠的同一生產線進行組裝。

工業(yè)4.0下的智能工廠

3.“工業(yè)4.0”的前景與預期

思略特咨詢公司和普華永道（PwC）聯(lián)合市場研究機構TNSEmnid最近針對“工業(yè)4.0”這一行業(yè)關注熱點進行了一項調研，面向235家德國工業(yè)企業(yè)和員工，涉及制造和工程、電子和電氣系統(tǒng)、信息與通信、汽車與流程等多個行業(yè)。研究顯示，“工業(yè)4.0”將極大地革新和顛覆企業(yè)產品和服務組合，進而提升客戶滿意度；“工業(yè)4.0”實現了產品、商業(yè)模式以及價值鏈的數字化和互聯(lián)互通；要實現“工業(yè)4.0”，需要大量的投資，投資規(guī)模不可低估。未來5年，企業(yè)在“工業(yè)4.0”解決方案上的投資將占其所有資本投資的50%以上。其中，預計到2020年，德國公司每年的投資將高達400億歐元（即428.9億美元），而放大到整個歐洲工業(yè)領域，類似投資每年可能會達到1400億歐元（即1500億美元）。在所有調查的產業(yè)企業(yè)中，僅有1/5的企業(yè)已經實現了產業(yè)鏈上關鍵流程的數字化。

可見，德國“工業(yè)4.0”尚需多年的投資、開發(fā)、實施才能完全轉變?yōu)楝F實。不過，這一理念在德國已經得到廣泛傳播，形成了一定的共識。只是各類企業(yè)對這一概念的接受程度存在差異，規(guī)模越大或技術含量越高的企業(yè)越容易接受“工業(yè)4.0”的理念，雇員人數在500-999人之間的大企業(yè)以35%的接受度高于小企業(yè)（20-99人）的21%；高技術企業(yè)以47%大幅領先一般企業(yè)的22%。德國政府更是積極推進，2014年8月提出了“數字化議程”，希望通過促進先進信息技術的廣泛應用，為“工業(yè)4.0”的發(fā)展提速。展望未來，“工業(yè)4.0”的成效依然值得期待。德意志銀行的一份研究報告引用德國科學與工程院的結論，樂觀估計，“工業(yè)4.0”可幫助德國企業(yè)提高30%的勞動生產率。此外，德國信息技術、電信和新媒體協(xié)會與弗勞恩霍夫協(xié)會共同進行了一項研究，認為“工業(yè)4.0”除了可以顯著提升德國制造業(yè)的水平外，也將使六大行業(yè)受益匪淺：至2025年，六大行業(yè)將多創(chuàng)造787.7億歐元的產值，每年增速上升1.7個百分點。

貫穿于德國企業(yè)的產品創(chuàng)新

1.產品服務體系與“工業(yè)4.0”

20世紀最偉大的經濟學家之一熊彼特認為，經濟發(fā)展源于創(chuàng)新，所謂創(chuàng)新，是建立一種新的生產函數，是把一種從來沒有過的關于生產要素和生產條件的新組合引入生產體系，可以簡單描述為資源的重新組合。在德國大型企業(yè)中，這種綜合性的創(chuàng)新以產品服務體系的形式得到了廣泛的采用，其整體目標關注商業(yè)策略的創(chuàng)新。以西門子公司的研發(fā)與業(yè)務部門共同實現產品創(chuàng)新為例，西門子中央研究院著力于實施“技術地圖”技術，做出未來20年的技術規(guī)劃，側重于技術創(chuàng)新；業(yè)務部門實施“多代產品規(guī)劃”技術，事先確定未來幾年內特定產品產銷計劃所需要的技術，側重于市場需要。中央研究院實施“技術地圖”技術，比業(yè)務部門的“多代產品規(guī)劃”技術有更長遠的眼光，而“多代產品規(guī)劃”更適應市場實際需求。在雙方的計劃做出后，中央研究院就與業(yè)務部門開始討論規(guī)劃，進行有建設性的爭論，使規(guī)劃得以改進。聯(lián)合規(guī)劃活動使中央研究院和業(yè)務部門形成共同語言，提高了工作效率和效果。簡言之，德國企業(yè)的創(chuàng)新不是孤立的圍繞技術展開，而是圍繞著產品服務對象的需要展開，這個過程中需要企業(yè)內外部在各個環(huán)節(jié)中的參與、溝通、反饋，屬于全流程的創(chuàng)新。同時，德國的技術創(chuàng)新始終關注市場的需要，即使前瞻性的技術研發(fā)也是為了滿足市場潛在的需求。

本質上看，“工業(yè)4.0”是傳統(tǒng)的產品服務體系在信息化、模塊化下的延續(xù)，采用“工業(yè)4.0”能夠對產品服務體系的提升有顯著改善作用，實現產品服務體系的高效運轉，至少能夠在以下幾個方面起到作用：一是增強信息的傳遞。這包括企業(yè)內部各個部門之間，也包括與企業(yè)外部的上下游、咨詢公司、高校和科研院所。相比于小企業(yè)，大企業(yè)信息的傳遞更加復雜，因此如前所述對“工業(yè)4.0”的接受程度更高；二是縮短了與產品服務對象，即用戶進行溝通的時間和空間，能夠快速掌握用戶需求的變化；三是提升服務的質量、多樣性和靈活性，“工業(yè)4.0”的出現使“個性化定制”的工業(yè)化生產成為現實，并根據市場、訂單變化靈活安排采購、生產。以西門子公司為例，其位于德國安貝格市的電子制造廠經過改造，已建成為全歐洲最先進的數字化工廠，制造印刷電路板等電子產品時出錯率僅為百萬分之十二。

2.德國企業(yè)的創(chuàng)新體系建設

企業(yè)的創(chuàng)新體系是伴隨著企業(yè)的發(fā)展壯大而建立起來的，對于初創(chuàng)公司，公司的創(chuàng)新全部來自于個別人的發(fā)明，只要不斷有新發(fā)明出現，公司就不斷獲得高速成長。但隨著公司規(guī)模擴大，企業(yè)面臨著如何把少數人的創(chuàng)新能力變成集體創(chuàng)新能力的問題。企業(yè)發(fā)展壯大的關鍵，是要把個人的創(chuàng)造才能變成組織的創(chuàng)造才能。

創(chuàng)新戰(zhàn)略。創(chuàng)立一種市場上必不可少的新技術，從而獲得髙額利潤的戰(zhàn)略。要依靠強大的技術力量作為后盾。特別是對那些關鍵技術，以及那些會對市場產生破壞性或革命性影響的技術進行掌握，并獲得專利。此外，創(chuàng)新戰(zhàn)略還必須與公司的業(yè)務戰(zhàn)略緊密結合。

創(chuàng)新戰(zhàn)術。聚焦于更好地提高研發(fā)的效率和效果，同時持續(xù)開發(fā)產生協(xié)同的潛力，運用很多方法來達到這樣的效果，包括：設定指標、最佳實踐共享、全公司范圍內的專利管理、聯(lián)合開發(fā)，以及平臺戰(zhàn)略等。比如設計一個軟件模塊可以同時應用于多個系統(tǒng)中，又比如安全技術、聲音識別、圖像處理，以及控制技術等都可以同時被用在工業(yè)領域以及能源領域。

創(chuàng)新流程。為達成創(chuàng)新戰(zhàn)略，通過系統(tǒng)的流程不斷地在從事以下的創(chuàng)新循環(huán)：識別具有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g；辨認技術突破；預測未來顧客的需求以及新的商業(yè)機會；將公司塑造成在該領域中的領導者。

創(chuàng)新規(guī)劃。為發(fā)展出一個系統(tǒng)的、持續(xù)的、強有力的研發(fā)體系，由相關部門與咨詢公司、研究機構、專家合作創(chuàng)造了一種用“創(chuàng)造未來”代替“預測未來”的“未來圖景”創(chuàng)新規(guī)劃，成為實現其研發(fā)戰(zhàn)略的最有用的工具。這不但為公司創(chuàng)造了新的產品、系統(tǒng)和服務的業(yè)務機會，更使其研發(fā)與其他部門最終融為一個整體。出于對創(chuàng)新規(guī)劃的重視，大眾汽車公司的長期規(guī)劃已經做到2037年。

創(chuàng)新人才。通過選聘、培訓、激勵三個環(huán)節(jié)來保障人的創(chuàng)新。在選聘環(huán)節(jié)，除了應聘者本身的專業(yè)技能以外，對個人品質或特質方面的要求是：“有廣泛的興趣"、“有好奇心”、“無論在何種困難情況下都能保持強烈的創(chuàng)新愿望”。在培訓環(huán)節(jié)，除了“雙員制教育”，還有始終一貫的在職終身教育，西門子公司在每年投入的培訓費中，有60%用于員工在職培訓。在激勵環(huán)節(jié)，在興趣激勵、發(fā)展激勵、物質激勵、文化激勵四個方面，通過工作輪崗、目標管理等手段，上級主管和人力資源部門一同參與，激勵員工的創(chuàng)新活動。

創(chuàng)新制度。一是研發(fā)資金制度。以西門子公司為例，研究機構的資金由三方面提供，其中總公司提供35%的資金、業(yè)務部門提供50%、政府資助占15%，這就要求，研究部門必須要完成業(yè)務部門要求的特定研究工作，才能得到50%經費，達到了圍繞市場需要創(chuàng)新的目的。二是創(chuàng)新項目管理制度。通過創(chuàng)新規(guī)劃找出有必要實行的遠、中、近期項目。同時，在全球范圍內尋找其需要技術的來源，通過購買、合作、培育等方法來獲得。三是技術孵化制度。對其希望獲得的任何外部技術進行風險投資，成立“種子企業(yè)”，并為其提供創(chuàng)新所需的資金和技術資源。西門子風險基金計劃迄今為止已向全球100多個中小創(chuàng)新企業(yè)注入了5億歐元的種子資金。

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