邱新平

摘 要：歷經(jīng)20余年發(fā)展，中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已由“消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)”階段邁向“產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”階段，而制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，必將是“互聯(lián)網(wǎng)+”的重點(diǎn)方向。工業(yè)4.0通過(guò)信息物理系統(tǒng)（CPS）將資源、信息、物品及人進(jìn)行互聯(lián)，提升制造業(yè)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)高度自動(dòng)化，具有劃時(shí)代的意義。企業(yè)通過(guò)實(shí)施工業(yè)4.0改造，不僅可以創(chuàng)造更高生產(chǎn)效能，還將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化定制、提升協(xié)同制造能力并創(chuàng)新服務(wù)模式，最終完成商業(yè)價(jià)值再創(chuàng)造。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；信息物理系統(tǒng)；價(jià)值創(chuàng)造

中圖分類號(hào)：F49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：文章編號(hào)：2095-7866 （2017） 05-014-005工業(yè)經(jīng)濟(jì)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(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，世界互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要以滿足消費(fèi)者需求為核心，即消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，但目前這種形勢(shì)正在發(fā)生改變。隨著物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)逐漸從改變消費(fèi)者個(gè)體行為習(xí)慣，發(fā)展到改變企業(yè)的運(yùn)作管理方式與服務(wù)模式。以提升產(chǎn)業(yè)價(jià)值為主要模式的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正逐漸興起，互聯(lián)網(wǎng)也正從消費(fèi)性階段步入產(chǎn)業(yè)化階段[1]?？梢詳喽ǖ氖牵袊?guó)經(jīng)濟(jì)的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型終將幫助中國(guó)建立起更可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式。

一、“產(chǎn)業(yè)公地”概念下的制造業(yè)

美國(guó)學(xué)者加里·皮薩諾和威利·史在《制造繁榮：美國(guó)為什么需要制造業(yè)復(fù)興》一書中首次提出了“產(chǎn)業(yè)公地”（Industrial Commons）的概念，并據(jù)此論證了發(fā)展制造業(yè)的重要性[2]。產(chǎn)業(yè)公地的現(xiàn)實(shí)形態(tài)類似國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)集群（或產(chǎn)業(yè)園區(qū)），是能夠?qū)Χ鄠€(gè)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供支持的技術(shù)或服務(wù)等相關(guān)能力的集合。與自然界生態(tài)系統(tǒng)類似，產(chǎn)業(yè)公地上的每一“物種”（包括競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、供應(yīng)商、消費(fèi)者、工人和諸如大學(xué)之類的機(jī)構(gòu)）都必須維持各自的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)以保持競(jìng)爭(zhēng)位置，并間接地使彼此從關(guān)聯(lián)中獲益。例如，精密工具制造者群體開(kāi)發(fā)了一種金屬加工工具，這種金屬加工工具對(duì)于制造復(fù)雜紡織機(jī)械非常關(guān)鍵（魯淑，2015）。但是，如果生態(tài)系統(tǒng)中某一成員（如一組重要的供應(yīng)商）數(shù)量減少或能力削弱，那么這些資源的退出將導(dǎo)致其它成員生存能力面臨降低或減弱。

以美國(guó)消費(fèi)電子制造企業(yè)外遷為例，由于追求勞動(dòng)力低成本，電子企業(yè)決定將生產(chǎn)成熟產(chǎn)品的制造工廠遷往亞洲。伴隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)外遷，產(chǎn)業(yè)鏈上的研發(fā)環(huán)節(jié)，特別是鋰電池的研發(fā)力量也遷往日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)。隨著市場(chǎng)需求轉(zhuǎn)向小巧、輕便和更強(qiáng)大功能的便攜式計(jì)算機(jī)和個(gè)人終端，亞洲順其自然地成為該領(lǐng)域的創(chuàng)新中心。因此，固然鋰電池技術(shù)發(fā)源于美國(guó)，但由于產(chǎn)業(yè)遷入，亞洲在可充電鋰電池研制和生產(chǎn)上逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位，亞洲企業(yè)已成為了電動(dòng)汽車可充電電池的主要供應(yīng)商。

二戰(zhàn)結(jié)束以來(lái)，全球分工體系和貿(mào)易格局發(fā)生了深刻變革。從產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈看，一個(gè)重要的趨勢(shì)是：美國(guó)等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體逐漸向具有高附加值的價(jià)值鏈兩端延伸（主要指市場(chǎng)與研發(fā)），而將處于中間環(huán)節(jié)、附加值較低的制造業(yè)向中國(guó)等新興經(jīng)濟(jì)體轉(zhuǎn)移。這一分工的結(jié)果，使得自上世紀(jì)70年代起，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的制造業(yè)普遍經(jīng)歷了趨勢(shì)性萎縮。例如，20世紀(jì)50年代初，美國(guó)制造業(yè)增加值占世界總和的近40%，到2002年這一占比降至30%，2012年進(jìn)一步跌落至17.4%。

由于制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱地位，20世紀(jì)初出現(xiàn)的制造業(yè)趨勢(shì)性萎縮態(tài)勢(shì)迫使美國(guó)政商界同時(shí)呼吁制造業(yè)的“回歸”。奧巴馬上臺(tái)執(zhí)政后提出“制造業(yè)回歸”，先后頒布了《美國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略：促進(jìn)可持續(xù)增長(zhǎng)和提供優(yōu)良的工作機(jī)會(huì)》、《重整美國(guó)制造業(yè)框架》等戰(zhàn)略或計(jì)劃，明確將清潔能源、醫(yī)療健康、生物工程、納米、先進(jìn)汽車、航空等作為未來(lái)20年的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，其中涉及制造業(yè)的7個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。為積極吸引制造業(yè)企業(yè)回流，2009年12月公布的《制造業(yè)促進(jìn)法案》暫時(shí)取消或削減制造業(yè)企業(yè)在進(jìn)口部分原材料時(shí)需支付的關(guān)稅；2010年8月出臺(tái)振興制造業(yè)法案，用暫停或減少美國(guó)工廠需要的一些進(jìn)口元件的關(guān)稅來(lái)降低美國(guó)公司的成本。美國(guó)充分認(rèn)識(shí)到機(jī)器人技術(shù)的重要性，2011年6月奧巴馬在卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)宣布啟動(dòng)了新的7000萬(wàn)美元機(jī)器人計(jì)劃。2012年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、國(guó)家衛(wèi)生研究院、國(guó)家航空航天局和農(nóng)業(yè)部聯(lián)合出臺(tái)了國(guó)家機(jī)器人技術(shù)研究計(jì)劃，并共同投入5000萬(wàn)美元征集機(jī)器人研究項(xiàng)目。2013年3月，美國(guó)發(fā)布《機(jī)器人技術(shù)路線圖》，描繪了機(jī)器人技術(shù)在美國(guó)制造業(yè)的重要作用和發(fā)展路徑。

與發(fā)達(dá)國(guó)家類似，我國(guó)制造業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)也有著舉足輕重的意義。唐曉華（2010）測(cè)算2007年我國(guó)裝備制造業(yè)對(duì)工業(yè)增長(zhǎng)的直接貢獻(xiàn)率達(dá)38.8%，對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的直接貢獻(xiàn)率達(dá)18.3%[3]。郭慶然（2013）測(cè)算制造業(yè)增加值每提高1%，GDP增加值平均增加0.41%[4]。史修松（2014）發(fā)現(xiàn)制造業(yè)500強(qiáng)對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有明顯的規(guī)模效應(yīng)，大型企業(yè)在經(jīng)濟(jì)資源上具備集聚效應(yīng)，通過(guò)要素的集聚產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，相關(guān)地區(qū)通過(guò)企業(yè)間關(guān)聯(lián)與聚集產(chǎn)生外部經(jīng)濟(jì)性[5]。因此，聚焦發(fā)展制造業(yè)不動(dòng)搖，增強(qiáng)我國(guó)制造業(yè)在國(guó)際間競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步提升我國(guó)綜合國(guó)力將是長(zhǎng)期而關(guān)鍵性的任務(wù)。

二、工業(yè)4.0及核心技術(shù)

18世紀(jì)60年代至19世紀(jì)中期共計(jì)發(fā)生了三次工業(yè)革命，蒸汽機(jī)、電力及以原子能、電子計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志的信息控制技術(shù)革命等三次工業(yè)革命逐步解放了人力，并使得企業(yè)生產(chǎn)效率得到空前提升。但隨著市場(chǎng)趨勢(shì)的快速切換和個(gè)性化消費(fèi)需求的不斷涌現(xiàn)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)時(shí)間及柔性化生產(chǎn)能力提出了更高要求。在全球空前的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革大背景下，第四次工業(yè)革命就應(yīng)運(yùn)而生了。

第四次工業(yè)革命是指在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)及人工智能、3D打印技術(shù)推動(dòng)下，開(kāi)始的生產(chǎn)與服務(wù)智能化、生活信息化及智能化的全新革命。德國(guó)“工業(yè)4.0”普遍地被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命的先行者?！肮I(yè)4.0”的前提是在工業(yè)自動(dòng)化基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從機(jī)器傳感器再到互聯(lián)網(wǎng)通信的無(wú)縫對(duì)接。生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)將通過(guò)自我診斷、自我修正和功能最大化程序達(dá)到更加智能，以更好地輔助工人完成生產(chǎn)。

先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)展加劇了當(dāng)前全球范圍內(nèi)制造產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，而這種競(jìng)爭(zhēng)主要發(fā)生在德國(guó)與美國(guó)之間。2013年4月，德國(guó)機(jī)械及制造商協(xié)會(huì)、德國(guó)信息技術(shù)、通訊與新媒體協(xié)會(huì)、德國(guó)電子電氣制造商協(xié)會(huì)合作設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺(tái)”，并向德國(guó)政府提交了最終報(bào)告——《保障德國(guó)制造業(yè)的未來(lái)——關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》。德國(guó)工業(yè)4.0的本質(zhì)是基于信息物理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CPS，Cyber-Physical Systems）實(shí)現(xiàn)智能工廠，戰(zhàn)略核心是通過(guò)CPS使得人、設(shè)備及產(chǎn)品完成實(shí)時(shí)連接、相互間識(shí)別并有效交流，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)高度靈活的智能制造模式。2012年美國(guó)通用電氣提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，隨后IBM、思科、英特爾和AT&T等五家行業(yè)龍頭企業(yè)聯(lián)手組建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟采用開(kāi)放成員制，致力于發(fā)展一個(gè)“通用藍(lán)圖”，使各個(gè)廠商設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。其目的在于通過(guò)制定通用標(biāo)準(zhǔn)，打破技術(shù)壁壘，利用互聯(lián)網(wǎng)激活傳統(tǒng)工業(yè)過(guò)程，更好地促進(jìn)物理世界和數(shù)字世界的融合。

可分別從系統(tǒng)視角和功能視角理解CPS工作機(jī)制。從系統(tǒng)視角看，CPS的計(jì)算系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算進(jìn)程與物理進(jìn)程進(jìn)行交互，對(duì)感知到的物理信息做出恰當(dāng)?shù)奶幚砗头治龊?，再透過(guò)通信系統(tǒng)與控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳輸，接收和執(zhí)行控制系統(tǒng)做出的相應(yīng)控制執(zhí)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(shè)備間的通信提供通信信道，最終通過(guò)控制層的控制指令對(duì)執(zhí)行器單元進(jìn)行控制。在具體實(shí)現(xiàn)上，CPS具備自治、交互、精準(zhǔn)、抗毀、協(xié)同、高效的特性， 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息層與物理層的大規(guī)模、動(dòng)態(tài)及異構(gòu)資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。

三、工業(yè)4.0視域下商業(yè)價(jià)值的再創(chuàng)造

毋庸諱言，一切的技術(shù)或是產(chǎn)品都只是手段，其核心目標(biāo)是在使用中產(chǎn)生價(jià)值。工業(yè)4.0的革命性突出表現(xiàn)在：不再以制造端的生產(chǎn)力提升為需求起點(diǎn)，而是將用戶端的價(jià)值創(chuàng)造作為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的出發(fā)點(diǎn)，改變以往大工業(yè)時(shí)代價(jià)值鏈從生產(chǎn)端向消費(fèi)端、上游向下游推進(jìn)的傳統(tǒng)模式，而是從客戶端價(jià)值需求出發(fā)提供定制化的產(chǎn)品和服務(wù)，并以此作為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的共同目標(biāo)，使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)充分協(xié)同[6]。因此，我們也就方便理解工業(yè)4.0即將為制造業(yè)帶來(lái)在以下4方面的價(jià)值提升。

（一）創(chuàng)造更高生產(chǎn)效能

在工業(yè)4.0時(shí)代，CPS將提供各種可能方案，再依照預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化準(zhǔn)則，進(jìn)行比對(duì)和評(píng)估，最終選出最佳方案，使得生產(chǎn)更具效率、更環(huán)保及更人性化，也提高了生產(chǎn)過(guò)程的透明度。2012年11月，GE公司發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：打破智慧與機(jī)器的邊界》提出工業(yè)領(lǐng)域1%的成本或資本節(jié)約將帶來(lái)巨大的進(jìn)步成果。例如電力行業(yè)節(jié)約1%的燃料就意味著節(jié)約660億美元。

（二）實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化定制

大規(guī)模個(gè)性化定制是運(yùn)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)、新材料技術(shù)、柔性制造技術(shù)等一系列技術(shù)，把產(chǎn)品定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)的生產(chǎn)方式。在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里，制造型企業(yè)都在追求這種以大批量生產(chǎn)的低成本、高質(zhì)量和效率來(lái)提供定制產(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)方式。隨著體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)的到來(lái)，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的需求越來(lái)越多樣化，這意味著制造型企業(yè)在大規(guī)模定制的基礎(chǔ)上，還必須考慮日趨復(fù)雜的產(chǎn)品個(gè)性化需求。在工業(yè)4.0時(shí)代，智能工廠包括人機(jī)整合、內(nèi)外機(jī)器整合、生產(chǎn)流程與外部合作伙伴間整合等整個(gè)生產(chǎn)流程都是由軟件實(shí)現(xiàn)控制，作為加工產(chǎn)品的本質(zhì)將是加工信息，在軟件驅(qū)動(dòng)下個(gè)性化需求將轉(zhuǎn)化為個(gè)性化產(chǎn)品。

（三）提升協(xié)同制造能力

協(xié)同制造意味著任何客戶需求變動(dòng)、設(shè)計(jì)變更和工藝變更能迅速在供應(yīng)鏈上快速響應(yīng)。以協(xié)同設(shè)計(jì)為例，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)需要協(xié)同工作平臺(tái)（Computer Supported Cooperative Works，CSCW）以支持企業(yè)聯(lián)盟內(nèi)分布于不同區(qū)域的多功能項(xiàng)目組成員開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作，用于選擇、評(píng)估、發(fā)送與接收產(chǎn)品數(shù)據(jù)，分析技術(shù)方案，快捷迅速地完成設(shè)計(jì)并投入生產(chǎn)。

（四）創(chuàng)新服務(wù)模式

在工業(yè)4.0時(shí)代，制造企業(yè)通過(guò)內(nèi)嵌在產(chǎn)品中的傳感器獲得數(shù)據(jù)，從發(fā)電設(shè)備到工程機(jī)械，一切都可以連接到互聯(lián)網(wǎng)上，為機(jī)器設(shè)備的作業(yè)監(jiān)控、性能維護(hù)和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提供狀態(tài)更新和性能數(shù)據(jù)。例如，實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)的出現(xiàn)已經(jīng)創(chuàng)造了一套全新的跟蹤服務(wù)體系，可以使飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)提供航空信息與服務(wù)管理。這不但可以使制造企業(yè)自身提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，更可以為其所服務(wù)的客戶創(chuàng)造新的價(jià)值。擁有100多年歷史的老牌工業(yè)企業(yè)英格索蘭（Ingersoll Rand）正將這一模式應(yīng)用到銷售空調(diào)壓縮機(jī)業(yè)務(wù)中，在商用市場(chǎng)上，英格索蘭引入類似“合同能源管理”模式，通過(guò)為客戶提供持續(xù)不斷的、滿足需求的服務(wù)而收取費(fèi)用。

四、研究結(jié)論與產(chǎn)業(yè)政策建議

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”階段，如餐飲、零售等各傳統(tǒng)行業(yè)均在嘗試與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合。制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱，插上互聯(lián)網(wǎng)的翅膀后勢(shì)必對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。工業(yè)4.0階段借助CPS幫助制造業(yè)實(shí)現(xiàn)了智能制造，信息世界與物理世界進(jìn)行了深度集成，信息之間高度交互協(xié)同。

正由于實(shí)現(xiàn)了充分協(xié)同，信息可以實(shí)時(shí)調(diào)整，從而可以創(chuàng)造更高生產(chǎn)效能。另外，生產(chǎn)流程由軟件實(shí)現(xiàn)控制，大規(guī)模個(gè)性化定制成為可能。CPS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步提升了企業(yè)間的協(xié)同制造能力。伴隨著人力等成本逐步上升和個(gè)性化需求不斷凸顯，制造業(yè)走向智能制造成為必然趨勢(shì)。要實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”發(fā)展目標(biāo)，需通過(guò)國(guó)家層面的政策引導(dǎo)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。啟動(dòng)國(guó)家智能制造重大專項(xiàng)工程，引領(lǐng)智能測(cè)控裝置、關(guān)鍵零部件、智能化高端裝備、集成智能裝備等領(lǐng)域企業(yè)在同一標(biāo)準(zhǔn)化體系內(nèi)快速發(fā)展并形成完備的產(chǎn)業(yè)體系。聯(lián)合企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、政府、協(xié)會(huì)、客戶形成多方參與的產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合戰(zhàn)略體系，集中力量助推制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造自動(dòng)化后，依次推進(jìn)流程管理數(shù)字化、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)化、智能制造云端化等內(nèi)容。

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[4] 郭慶然，改革開(kāi)放以來(lái)制造業(yè)變遷對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)影響的動(dòng)態(tài)效應(yīng)研究[J].工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2013，234（4）：93.

[5] 史修松，劉軍.大型制造企業(yè)規(guī)模、分布與地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)——基于中國(guó)制造業(yè)500強(qiáng)的研究[J].工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2014，251（9）：21.

[6] [美]李杰（Jay Lee），邱伯華等譯，工業(yè)大數(shù)據(jù)：工業(yè)4.0時(shí)代的工業(yè)轉(zhuǎn)型與價(jià)值創(chuàng)造[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2015：34-36.