董小英 胡燕妮 戴亦舒 葉麗莎

摘 要：在全球再工業(yè)化的背景下，網(wǎng)絡實體系統(tǒng)（CPS）成為各國制造業(yè)發(fā)展的制高點。文章以服務主導邏輯為理論視角，基于CPS技術架構與功能，解讀其數(shù)字映射能力、資源集成能力與價值共創(chuàng)能力三層戰(zhàn)略能力，并針對能力構建過程中的管理挑戰(zhàn)對德國政府與制造企業(yè)的工業(yè)4.0管理體系進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，中德制造業(yè)數(shù)字化轉型的能力構建重點不同，中國關注數(shù)字映射能力和資源集成能力，德國則重點部署資源集成能力。兩國政府在工業(yè)4.0的推進上均發(fā)揮了戰(zhàn)略引導作用，德國在發(fā)揮創(chuàng)新平臺戰(zhàn)略價值和相關標準制定上的經驗值得借鑒。

關鍵詞：網(wǎng)絡實體系統(tǒng);服務主導邏輯;工業(yè)4.0;制造業(yè)轉型;數(shù)字化戰(zhàn)略能力

中圖分類號：F414

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8268（2019）05-0085-14

以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的新一代信息技術正在以前所未有的速度轉化為實際生產力，驅動互聯(lián)網(wǎng)與經濟社會各領域深度融合，互聯(lián)網(wǎng)已從重塑服務模式的工具轉化為變革生產方式的創(chuàng)新要素。2008年金融危機過后，全球新一輪產業(yè)變革方興未艾，制造業(yè)重新成為全球經濟競爭制高點。發(fā)達國家政府高度重視這一趨勢，加快布局新型網(wǎng)絡化智能制造的發(fā)展，如德國推出“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”、美國制定“制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡計劃”、日本發(fā)布“科技工業(yè)聯(lián)盟”等，其目的都是加強對先進制造業(yè)前瞻布局，吸引中高端制造業(yè)回流本土，構建制造強國新優(yōu)勢。

德國作為傳統(tǒng)工業(yè)強國，也是新一輪制造業(yè)革命的翹楚，自2006年起，德國將加強制造業(yè)競爭優(yōu)勢上升到國家戰(zhàn)略層面德國“工業(yè)4.0”國家戰(zhàn)略的制定可追溯到2006年發(fā)布的《德國高科技戰(zhàn)略》，該報告是為了解決德國高成本背景下維持競爭優(yōu)勢的問題。2010年，德國發(fā)布《德國高科技戰(zhàn)略2020》報告，提出利用高科技戰(zhàn)略加強德國制造的競爭優(yōu)勢，將工業(yè)4.0列為十大未來項目之一。。2013年4月，德國工業(yè)4.0平臺在漢諾威工業(yè)博覽會上正式發(fā)布《德國工業(yè)4.0未來項目實施建議》[1]，提出德國要成為智能制造技術的主要供應商和CPS （cyber-physical systems，即網(wǎng)絡實體系統(tǒng)，又譯作信息物理系統(tǒng)）對這一概念有不同的翻譯，比較主流的譯法是“信息物理系統(tǒng)”或“信息物理融合系統(tǒng)”。筆者對美國和德國的CPS研究后發(fā)現(xiàn)，“信息物理系統(tǒng)”會限制人們對這一領域戰(zhàn)略意義的理解，cyber具有網(wǎng)絡空間的內涵，它對實體的管理與控制是跨組織、區(qū)域和行業(yè)邊界的，是在萬物互聯(lián)的基礎上對設備、人、流程、服務的整體管理、控制和優(yōu)化指導。因此，其應用范圍已跨出技術體系，涉及政策、戰(zhàn)略、生態(tài)、管理與機制等相關問題。技術及產品的領先市場。為了進一步落實工業(yè)4.0戰(zhàn)略，德國相繼出臺《德國智能服務世界——未來項目實施建議》《德國工業(yè)4.0實施戰(zhàn)略報告》《數(shù)字化戰(zhàn)略2025》等多份政策報告，較為具體地指出了未來發(fā)展的路徑和方法。

CPS作為德國工業(yè)4.0的關鍵框架技術，是實體資產與計算能力之間互聯(lián)管理的轉型技術（transformative technologies），是“計算過程與物理過程的集成，利用嵌入式計算機和網(wǎng)絡實現(xiàn)對物理流程的監(jiān)控，通過反饋回路相互影響的整合體系”[2]。德國國家科學與工程院（acatech）認為CPS是使用傳感器直接獲取物理數(shù)據(jù)和執(zhí)行器作用物理過程的嵌入式系統(tǒng)、物流、協(xié)調與管理過程及在線服務[3]。以往學者們對CPS的討論主要集中在技術層面，包括：CPS在技術系統(tǒng)工程領域的挑戰(zhàn)[4-8]、CPS系統(tǒng)架構與支撐技術體系[9-12]、CPS建模方法[13]、安全分析與評估[14-17]等。相關研究關鍵詞按出現(xiàn)頻率降序排列如下：信息技術集成、ICT系統(tǒng)組件、智能制動器、智能傳感技術、嵌入式系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、系統(tǒng)的高可擴展性、實時系統(tǒng)、智慧或智能，以及并發(fā)性等。已有文獻僅從技術視角研究CPS不足以闡釋其對構建制造業(yè)競爭力的戰(zhàn)略價值。

實際上，CPS不僅是一個技術系統(tǒng)，更是技術驅動的社會系統(tǒng)綜合體[18]?；谝延醒芯浚覀兲釤挸鯟PS的四大特點。第一，CPS具有開放性。CPS不是自給自足的獨立實體，而是物理、社會和虛擬世界廣泛聯(lián)網(wǎng)以及智能使用信息通信技術形成的開放社會技術系統(tǒng)，具備超越現(xiàn)有嚴格控制行為下的封閉式嵌入系統(tǒng)所具有的功能、服務以及特性。其中，個體或群體會被動或主動地融入CPS，人類是聯(lián)網(wǎng)的重要組件和應用系統(tǒng)內部的行動者，與CPS共同協(xié)調、控制和管理其他組件。第二，CPS具有交互性。這種交互性一方面體現(xiàn)在橫向交互上，如在CPS在連接層包含了感知、通信、計算、控制與物理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)內的不同組件（如傳感器、控制器、服務器和終端設備）將計算、網(wǎng)絡和物理進程相結合，實現(xiàn)物與物之間、人與物之間、系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通和互操作[19-20];另一方面是縱向交互，即CPS系統(tǒng)各層之間的相互依存、相互支持的邏輯關系，如在物與物、人與物、系統(tǒng)之間連接的基礎上，資源被數(shù)字化后實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值和網(wǎng)絡空間的集成，實現(xiàn)對實體環(huán)境的自主感知、智能分析、反饋控制和深度融合，進一步達到提高資源優(yōu)化配置的深度和廣度的目的[19-20]。第三，CPS具有動態(tài)性。CPS不是靜態(tài)和局部的技術解決方案，而是對分布在各地的硬件設備、服務、人和過程進行連接、整合分析和調整的動態(tài)解決方案。根據(jù)應用情境、環(huán)境條件以及任務需要，CPS能夠訪問其他子系統(tǒng)搜索相應數(shù)據(jù)、功能和服務，將其動態(tài)地融合到系統(tǒng)中。它與市場環(huán)境具有密切的互動關系，從而建立高度互聯(lián)的環(huán)境適應性系統(tǒng)，其應用和發(fā)展跨越企業(yè)、產業(yè)甚至國家邊界。第四，CPS具有復雜性。CPS具有在空間和時間范圍內感知和處理外部環(huán)境巨大復雜性的能力，構建能力的過程涉及政策、制度、經濟要素、產業(yè)競爭力、商業(yè)生態(tài)、平臺、商業(yè)模式創(chuàng)新等一系列問題。它的空間“連接”和智能化能力將會對全球未來再工業(yè)化競爭路線、模式、管理和運營產生長遠而深刻的影響[19]。

從CPS的特點可以看出，未來制造業(yè)的發(fā)展不再局限于技術架構本身，而是與人、實體環(huán)境和產業(yè)生態(tài)密切關聯(lián)，從以制造為中心的產品化向以用戶為中心的服務化轉型[20]。而已有研究僅從技術視角出發(fā)，難以闡釋CPS在未來制造業(yè)中的戰(zhàn)略價值和關鍵地位。服務主導邏輯是一種以用戶為導向、注重服務價值的理論。區(qū)別于傳統(tǒng)產品主導邏輯，服務主導邏輯理論注重生產者與消費者之間、其他供應和價值鏈協(xié)作方之間的互動，以提供滿足用戶需求的服務為價值導向[20-21]。在該理論視角下，未來制造業(yè)的發(fā)展需要著重構建基于CPS的服務化能力。因此，本研究引入服務主導邏輯理論，以CPS的技術結構為基礎，關注CPS如何作用于其他技術和社會資源，構建制造業(yè)戰(zhàn)略優(yōu)勢，重點研究以下問題：（1）探索CPS的戰(zhàn)略價值是什么;（2）德國作為制造業(yè)強國，在推動工業(yè)4.0轉型中的路徑和方法;（3）對中國企業(yè)的啟示。

一、CPS的理論解讀與戰(zhàn)略價值

德國“工業(yè)4.0”帶來的新型商業(yè)模式以數(shù)據(jù)為驅動、以用戶為中心，是服務主導邏輯的重要體現(xiàn)[1]。CPS從系統(tǒng)中的所有端口收集數(shù)據(jù)并進行整合優(yōu)化，為市場和生態(tài)系統(tǒng)搭建技術基礎，不同供應商根據(jù)用戶需求在數(shù)字化平臺上與個性化產品和服務相捆綁。智能服務世界中以用戶為中心的商業(yè)模式取代了傳統(tǒng)工業(yè)制造中以產品為中心的商業(yè)模式，其本質是產品主導邏輯向服務主導邏輯的轉變。

服務主導邏輯理論由Vargo和Lush首次提出，認為服務是市場交易的本質對象，企業(yè)只有提供滿足用戶需求的服務才能實現(xiàn)價值[20-21]。該理論根植于核心競爭力理論[22]和資源優(yōu)勢理論[23]，將資源分為對象型資源（operand resource）和操縱型資源（operant resource）[24]。對象型資源是指能被開發(fā)利用產生價值的資源（如土地、植物、礦產等自然資源），具有有形、靜態(tài)、有限的特征[25]。操縱型資源指作用于對象型資源且使其產生效用的資源，包括人才、技術、知識、機制四個要素，具有無形、動態(tài)、無限的特征[21，24]。在操縱性資源的四要素中，人才是指具有研發(fā)數(shù)字化技術、并具有將數(shù)字化技術與業(yè)務深度融合和創(chuàng)新性應用的復合型人才，如數(shù)字化領軍人才、數(shù)字化項目推進與管理人才、數(shù)據(jù)科學家、人工智能專家、物聯(lián)網(wǎng)專家、區(qū)塊鏈專家、算法專家等;技術涵蓋了以5G技術、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、深度學習、區(qū)塊鏈等已經比較成熟的可以商用的技術;知識則是人們用操縱性資源有效開發(fā)對象型資源，特別是將數(shù)字技術用來解決社會、經濟、交通、醫(yī)療、教育等現(xiàn)實問題所進行的探索、實踐、經驗、教訓和成效，以及所構建的戰(zhàn)略、政策、標準和路徑;機制是指在構建CPS體系建設過程中，對所有參與的利益群體的治理機制和運營機制，治理機制涉及相關利益者共同參與的決策模式、利益訴求和安全可靠和知識產權保護;運營機制涉及到激勵機制的制定、整體運營的公平、公正和效率能夠激發(fā)企業(yè)的活力與創(chuàng)造力。

服務主導邏輯強調在全球化的網(wǎng)絡經濟中，企業(yè)的主導邏輯從傳統(tǒng)有形商品的生產轉變?yōu)闊o形服務的提供，“操縱型資源代替對象型資源成為戰(zhàn)略性收益的基礎來源”[26]，是服務提供和價值創(chuàng)造過程的關鍵要素[27]。在營銷實踐中，消費者被視為操縱型資源受到企業(yè)的高度重視，企業(yè)注重消費者對服務體驗的反饋以進行持續(xù)學習和改善，企業(yè)與消費者通過交互活動共同創(chuàng)造價值[26]。服務主導邏輯還主張，在服務提供的過程中，企業(yè)合作伙伴之間、企業(yè)與消費者之間形成大量松耦合的價值網(wǎng)絡，所有交易環(huán)節(jié)信息透明和對稱，各主體可以獲得和整合來自縱向或橫向的資源（特別是知識和信息）來共創(chuàng)價值[27]。

CPS帶來的戰(zhàn)略競爭優(yōu)勢由技術創(chuàng)新驅動，通過CPS的技術架構連接服務主導邏輯的資源觀和戰(zhàn)略能力非常重要。在服務主導邏輯的理論視角下，筆者基于Lee等人提出的CPS核心技術架構[28]，解讀工業(yè)4.0時代服務主導邏輯視角下CPS的戰(zhàn)略能力，詳見圖1所示。

（一）CPS的技術架構與功能

根據(jù)CPS的功能特征，Lee等人提出5C架構指導CPS實踐，包括：連接層（connection）、轉換層（conversion）、網(wǎng)絡層（cyber）、認知層（cognition）和配置層（configuration）。5C架構通過連續(xù)的工作流方式，清晰地定義了CPS如何從最初的數(shù)據(jù)獲取到分析到最終的價值共創(chuàng)過程（見圖1）。

連接層。連接層實現(xiàn)資源液化，是指將實體空間（P）的要素（如設備、工廠、流程、服務等供應鏈中的所有環(huán)節(jié)）數(shù)字化，驅動數(shù)字資源從實體空間映射到網(wǎng)絡空間，使其具備在互聯(lián)互通的網(wǎng)絡空間自由流動和交換的能力[20]。在這個過程中，需要考慮三個因素：一是數(shù)據(jù)類型的多樣化，需要特定的互聯(lián)通訊協(xié)議（如MTConnect）來有效管理無縫式和非接觸式（tether-free method）的數(shù)據(jù)獲取和傳遞方式;二是開發(fā)利用合適類型與規(guī)格的傳感器;三是安全保障體系，對于生產設施和產品包含的數(shù)據(jù)和信息需要加以保護，防止濫用和未經授權的獲取。

轉換層。轉換層實現(xiàn)數(shù)據(jù)增值，是指利用計算工具和算法，對連接層采集的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡空間（C）進行整合、處理、分析和挖掘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)向信息的轉換，為機器帶來自我感知（self-awareness）能力。比如，利用快照收集技術對脫離物質載體的數(shù)據(jù)進行管理，將信息以有效方式進行存儲，記錄機器的使用和維修歷史。近年來有大量研究關注數(shù)據(jù)挖掘算法，特別是對機器健康狀態(tài)的診斷和管理，通過計算健康值來估計剩余的有效使用時間等。

網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡層實現(xiàn)資源連接，指多種資源聚集交互，企業(yè)價值網(wǎng)絡中的信息在網(wǎng)絡空間大范圍聚合交換，局部物理對象之間的屏障被打破，企業(yè)內外的信息孤島被消除。網(wǎng)絡層是整個架構的信息中心，所有互聯(lián)機器的信息都被推送到此相互連接形成機器網(wǎng)絡。在連接海量信息的基礎上，既可以橫向對每臺機器的狀態(tài)進行比對和洞察，在更短的時間內捕捉故障模式;又可以通過相似性識別技術縱向回顧機器的歷史記錄，計算當前機器行為與以往資產利用率和健康狀況之間的相似性。在這個階段，分析處理海量信息的技術和算法是關鍵的操縱型資源。資源連接主體通過網(wǎng)絡層信息分析能力能夠實現(xiàn)對實體空間中對象型資源的管控。網(wǎng)絡層賦予了機器自我比較（self-comparison）能力。

認知層。認知層進行智能分析，是指利用人工智能等技術對網(wǎng)絡層匯集的海量、復雜、異構的數(shù)據(jù)進行處理，在連接網(wǎng)絡與實體空間的系統(tǒng)（S）中生成模型庫、經驗庫、方案庫、算法庫、工具庫等價值含量高的知識資源，為用戶提供高度個性化的服務[29]。這一層形成了關于整個監(jiān)管系統(tǒng)深入全面的知識庫，根據(jù)歷史健康狀態(tài)的適應性學習，系統(tǒng)可以通過算法進行模式匹配，更加準確地預測機器的潛在故障和剩余使用壽命，有助于生產車間的及時維護，并利用綜合優(yōu)化技術，根據(jù)當前機器狀態(tài)，基于任務的優(yōu)先級做出流程優(yōu)化的智能決策。此外，這個階段還結合數(shù)據(jù)可視化工具，通過多模式的人機交互界面，將獲取的知識圖像化呈現(xiàn)，為用戶提供決策支持，幫助實體空間的對象型資源做出準確、可靠的決策。

配置層。配置層實現(xiàn)資源調配，是指將網(wǎng)絡空間的信息反饋給實體空間并對系統(tǒng)進行指導性控制，與市場、客戶和現(xiàn)實情境進行雙向互動。配置層扮演了彈性控制系統(tǒng)的角色，利用預設規(guī)則和語義規(guī)范等控制技術，將認知層做出的修正性和預防性決策應用到所監(jiān)管的系統(tǒng)中，驅動知識資源靈活、動態(tài)地調配和操控底層的工業(yè)設備和機器組件，使機器具有自適應（self-adaptive）和自配置（self-configure）能力。

服務主導邏輯對于理解再工業(yè)化過程中CPS的戰(zhàn)略價值具有重要意義。第一，連接層通過傳感技術將實體資源進行數(shù)字映射，雖然這個過程將經歷較長時間，不會一蹴而就，但資源液化的規(guī)模和速度是提高資源密度、構建資源集成能力的基礎。第二，通過信息技術與網(wǎng)絡通信技術實現(xiàn)萬物互聯(lián)后，轉換層通過數(shù)據(jù)挖掘和分析技術等操縱型資源從中提煉出更具價值的信息。網(wǎng)絡層利用操縱型資源在網(wǎng)絡空間整合對象型資源和其他操縱型資源，其速度、廣度和深度都是以前難以想象的。在網(wǎng)絡空間創(chuàng)造和掌控領先的操縱型資源的主體，其資源密度最大，將成為實體空間和網(wǎng)絡空間的整合者和領導者，擁有超越企業(yè)、區(qū)域甚至國家邊界的能力。第三，認知層智能系統(tǒng)作為重要的操縱型資源，為資源的配置與優(yōu)化提供了智能分析、預測調整、動態(tài)創(chuàng)新的能力，驅動實體與網(wǎng)絡空間的實時交互和價值共創(chuàng)，迭代產生適應各種情境的操縱型資源與服務。配置層人工智能、機器學習及相關技術算法構造的“深腦”等操縱型資源將為智能驅動的資源配置和優(yōu)化提供前所未有的潛能。

（二）CPS與三層戰(zhàn)略能力建設

數(shù)字映射能力。CPS通過先進的傳感器技術、嵌入式系統(tǒng)等從機器和零部件上獲取準確可靠的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源液化驅動數(shù)字資源從實體空間映射到網(wǎng)絡空間，使信息脫離物理載體，以數(shù)字化形態(tài)像液體一般流動在網(wǎng)絡空間[30]，是實現(xiàn)智能制造的基礎，如智能工廠。通過數(shù)字映射到網(wǎng)絡空間，能夠記錄實體空間隨時間的變化，并對實體空間的生產活動等進行模擬和監(jiān)測，支持和推動實體空間活動的分解和重組。資源密度用來描述某一時間或情境下主體獲得資源的總量[31]。資源密度最大化指在恰當?shù)臅r間和地點最有效地配置合適的資源，這種狀態(tài)是理論中的最優(yōu)狀態(tài)，在現(xiàn)實中還難以實現(xiàn)。當數(shù)字化基礎設施配置在適合的時空位置時，信息就可以傳輸?shù)骄W(wǎng)絡空間并即時傳播。

資源集成能力。服務主導邏輯指出，服務的關鍵是資源集成[32]。資源集成即多種資源的聚集交互[33]，以信息通信技術為代表的操縱型資源是驅動資源集成的關鍵要素[34]。資源集成與資源液化和資源密度高度相關。信息技術的發(fā)展顯著提升了資源液化能力，更新和提升了資源密度，使得資源集成的成本減低、速度加快、范圍擴大[31，35-36]。CPS在轉換層實現(xiàn)數(shù)據(jù)向信息的轉換，進而在網(wǎng)絡層進行資源的廣泛連接交互，構建資源集成能力，包括企業(yè)內部所有生產和運營環(huán)節(jié)信息的縱向集成、企業(yè)之間通過價值鏈和價值網(wǎng)絡的資源橫向集成，以及圍繞產品全生命周期的價值鏈的端到端集成。資源集成能力是構筑制造網(wǎng)絡和創(chuàng)新生態(tài)的關鍵。

價值共創(chuàng)能力。傳統(tǒng)產品主導邏輯中，企業(yè)通過一系列生產活動將價值嵌入商品，然后投入市場與消費者進行交易，最終實現(xiàn)價值創(chuàng)造。制造商與消費者之間存在嚴重的信息不對稱，需要構建多級供應鏈橋梁應對二者之間的信息鴻溝，這種結構具有強關聯(lián)特征[36]。在工業(yè)4.0時代的服務主導邏輯視角下，價值共創(chuàng)往往區(qū)別于以往明確規(guī)定的工業(yè)流程，從產品設計到市場交易的各項職責都跨越企業(yè)界限，企業(yè)之間以及企業(yè)與消費者間的關系呈現(xiàn)為網(wǎng)絡結構。CPS的資源液化和資源集成能力使得制造商、中間商、消費者之間可以實時共享信息，信息的對稱流動性增強，對供應鏈傳遞信息的依賴度降低[37]，網(wǎng)絡中的所有主體都可以獲得和整合資源（特別是操縱型資源），即時動態(tài)滿足特定情境下的用戶需求[30]。價值創(chuàng)造不是廠商單向發(fā)起的線性過程，而是在與客戶和消費者雙向動態(tài)交互過程中共同實現(xiàn)，各個主體通過大量松耦合結構快速形成價值共創(chuàng)網(wǎng)絡[36]。在工業(yè)4.0時代，企業(yè)能夠跨越組織邊界以開放的戰(zhàn)略構建生態(tài)體系，實現(xiàn)價值共創(chuàng)[38]。

CPS的三層戰(zhàn)略能力具有內在關聯(lián)和深入遞進特性，數(shù)字映射能力將數(shù)字資源從實體空間映射到網(wǎng)絡空間，實現(xiàn)物理對象的數(shù)字化;資源集成能力在網(wǎng)絡空間進行大范圍的資源集成和交互，打通企業(yè)內部所有節(jié)點、產業(yè)鏈上企業(yè)之間的組織邊界，乃至價值網(wǎng)絡中的各個環(huán)節(jié);價值共創(chuàng)能力加強企業(yè)與供應商、客戶之間的連接和協(xié)作，催生新興商業(yè)機會和模式。這三種能力展現(xiàn)了制造業(yè)未來發(fā)展的格局與路線圖，需在短期、中期和長期發(fā)展中依次進行重點戰(zhàn)略部署（見圖1），但在構建過程中面臨著諸多管理挑戰(zhàn)。

二、CPS與德國工業(yè)4.0的管理體系

（一）德國政府的對策

德國政府在構建CPS三層戰(zhàn)略能力的過程中，針對這些管理挑戰(zhàn)提出了相應的政策措施，具體包括：基礎設施與標準化架構、管理復雜系統(tǒng)、平臺與網(wǎng)絡生態(tài)建設、知識開發(fā)、服務創(chuàng)新等（見表1），這些因素對CPS的成功都發(fā)揮了重要作用。

1.基礎設施與標準化架構

在連接層實現(xiàn)萬物互聯(lián)互通，首先需要完備的基礎設施實現(xiàn)對異構數(shù)據(jù)敏捷、高效、即插即用的采集和實時、高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。工業(yè)4.0的價值網(wǎng)絡中涉及各類不同企業(yè)，須開發(fā)出一套單一的共同標準推動伙伴關系的形成。為了提高合作有效性，還需要參考架構為標準提供詳細的技術說明，并有效推動在實踐中的落實。在標準和參考架構的指導下，實體空間的單元和系統(tǒng)逐步實現(xiàn)互聯(lián)互通，支持彼此的互操作，為資源液化奠定基礎。CPS對大范圍的分布式組件進行聯(lián)網(wǎng)，通常涉及大量敏感數(shù)據(jù)的交換，因此安全保障體系對CPS也十分重要，需要加強對數(shù)據(jù)和信息的保護，盡可能防止濫用以及未經授權的獲取。

在基礎設施方面，德國要求在國內和與伙伴國家之間大幅擴建寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎設施，提供可靠、全面、高質量的通信網(wǎng)絡，德國計劃在“2018年保證50兆比特每秒的網(wǎng)絡的廣泛覆蓋”[1]。在標準化架構上，德國建議工業(yè)4.0平臺下成立相關工作組專門處理標準化和參考架構問題，使得各合作伙伴在基本結構原理、接口和數(shù)據(jù)等方面達成一致，基于一套標準化體系進行數(shù)據(jù)信息交換、識別、處理、維護等。2013年12月，德國電氣電子和信息技術協(xié)會（DKE）發(fā)布《德國工業(yè)4.0標準化路線圖》，對工業(yè)4.0標準化工作進行頂層設計，就工業(yè)4.0涉及的技術標準和規(guī)格取得一致意見，為所有參與方提供一個概覽和規(guī)劃基礎。2015年，德國電氣電子行業(yè)協(xié)會（ZWEI）確定工業(yè)4.0參考架構模型（RAMI 4.0），從產品生命周期、價值鏈、層級和架構等級三個維度定義工業(yè)4.0組件。借助參考架構模型，可以對任務和流程進行具體清晰的分解，更直觀地呈現(xiàn)真實情況。2016年，德國工業(yè)界與標準化領域權威機構設立“工業(yè)4.0標準化理事會”，以提出工業(yè)4.0數(shù)字化產品的相關標準，并形成“工業(yè)4.0平臺”“工業(yè)4.0實驗室網(wǎng)絡”和“工業(yè)4.0標準化理事會”三大平臺，共同推進工業(yè)4.0在全球范圍內落地。

2.管理復雜系統(tǒng)

在轉換層，制造業(yè)每年都存儲了最大的數(shù)據(jù)量[39]，工廠源源不斷產生的大量原始數(shù)據(jù)為生產過程的智能化提供了機遇。CPS不僅要分析產品全生命周期和供應鏈各環(huán)節(jié)如滾雪球般產生的數(shù)據(jù)，而且需要通過智能關聯(lián)海量數(shù)據(jù)來深度了解用戶的需求和偏好，并將這種洞察與生產活動相結合，進而轉化為高度個性化的產品和服務。這一階段，需要先進的大數(shù)據(jù)分析技術從海量、高速、多樣性的數(shù)據(jù)中提取高附加值的信息，用來控制、支撐與強化產品與服務，以提供優(yōu)化產品、服務和商業(yè)模式的基礎知識。同時，隨著產品功能的豐富、用戶個性化需求的增加、交付要求的頻繁變動和企業(yè)間合作形式的迅速變化，產品及其相關的制造系統(tǒng)都變得愈發(fā)復雜。

為了有效管理復雜系統(tǒng)，德國在工業(yè)4.0平臺下成立工作組專門處理與建模管理復雜系統(tǒng)有關的問題，特別是在制造工程領域。首先瞄準建模領域最迫切的需求進行有代表性的調查，將學科領域范圍縮小;并在從業(yè)者和決策者中宣傳建模的重要性，建立旗艦項目對現(xiàn)有的建模方法和工具進行測試，說明在不同情景下建模的價值，并在企業(yè)間進行最佳實踐的共享。除平臺活動外，在建模和系統(tǒng)工程方面提供有針對性的培訓和持續(xù)的職業(yè)指導。建模是復雜性管理的一種有效手段。因為模型通常有格式化的描述，這意味著可以通過計算機來完成計算和其他重復性工作，使之前用模具完成的工作可以通過數(shù)字仿真完成。因此，開發(fā)規(guī)劃和解釋性模型為管理復雜數(shù)據(jù)和復雜系統(tǒng)提供基礎。規(guī)劃模型把基于產品的設計、工藝、制造、維護的流程固化，使復雜系統(tǒng)建立成為可能;解釋模型通過更加智能的仿真等數(shù)據(jù)分析方法，優(yōu)化決策分析、有效管理能耗等。

3.平臺與網(wǎng)絡生態(tài)建設

網(wǎng)絡層提供了開放而靈活的環(huán)境，讓組織能打破傳統(tǒng)運營邊界，將之前分散的網(wǎng)絡組合起來，通過云計算和平臺創(chuàng)造新的客戶體驗、關系和組織形態(tài)[40-41]。這個過程要經歷從交易流程到知識網(wǎng)絡的重構，對商業(yè)范圍、商業(yè)邏輯和商業(yè)模式產生直接影響，也會產生新的分配方式。這個階段企業(yè)和產業(yè)的集成活動在三個維度逐步展開：第一，企業(yè)內部制造體系的縱向集成。縱向集成針對企業(yè)邊界內的各種IT系統(tǒng)集成而言，企業(yè)可以通過不同層次的IT系統(tǒng)集成實現(xiàn)內部效率的提升，提高企業(yè)生產的靈活性，提升競爭優(yōu)勢。在未來智能工廠中，生產流程不會預先限定或固定，而是根據(jù)個性化需求定制一組結構化模塊，并依據(jù)生產需要自動塑造涵蓋模型、數(shù)據(jù)、通信、算法在內的特定拓撲結構[42]，固定的生產線在這種集成方式下將陸續(xù)被淘汰。第二，實現(xiàn)從客戶到廠商的端到端數(shù)字化價值鏈集成。這是指在所有終端實現(xiàn)數(shù)字化，通過信息技術的廣泛應用打破企業(yè)邊界，加速產業(yè)鏈的信息流通。此時，顧客能在價值鏈環(huán)節(jié)上隨時參與選擇與決策。例如，蘋果通過端到端集成打通產業(yè)鏈實現(xiàn)對產品研發(fā)、設計、制造、銷售和服務各環(huán)節(jié)的有效控制，實現(xiàn)了最佳產品體驗。第三，實現(xiàn)不同企業(yè)間的橫向集成。這個維度是指價值鏈各參與主體利用智能化技術，打破原有企業(yè)邊界之間的屏障，實現(xiàn)相互之間的信息共享和生產協(xié)同，提供包括定制生產、維修養(yǎng)護在內的產品和服務[43]。這是智能化技術驅動的一種資源整合，關注價值鏈的某一環(huán)節(jié)，探討如何利用和組合企業(yè)間的互補性資源，如技術、品牌、流量、知識、資金和人才等，以降低供應鏈上下游成本和信息共享為主要目標[44]。在這種環(huán)境下，功能集成的方向在于依靠智能化網(wǎng)絡妥善處理企業(yè)間在產品研發(fā)、生產制造和經營管理等方面的信息傳送、生產柔性等一系列問題。需要注意的是，盡管不同企業(yè)存在橫向集成，但同時也存在分工，各企業(yè)專注于發(fā)展自身的核心技術和能力，因此，供應鏈橫向集成效率的提高和參與企業(yè)專業(yè)分工的深化有助于提升整體競爭力和產業(yè)生態(tài)的形成，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎。

德國制造企業(yè)存在于密集的企業(yè)合作網(wǎng)中，通過技術轉讓、工業(yè)擴展、技術范圍設定、標準設立以及技術培訓，各行業(yè)的企業(yè)間可進行水平與垂直化協(xié)同，德國實現(xiàn)高品質產品戰(zhàn)略依賴于在企業(yè)間（包括供應商、客戶、競爭對手）構建契約關系的能力，借由技術交流，實現(xiàn)對機械和生產流程的共同開發(fā)、改變及量身定制。這些活動涉及企業(yè)間商業(yè)信息的交換，為保證公平，對交換進行獨立監(jiān)管尤為重要。德國有一系列機構組織來保證項目的實施，包括銀行、專業(yè)工程聯(lián)盟、商會和德國工商聯(lián)合會（IHK）。

同時，德國數(shù)字化平臺上進行的商務貿易都建立在堅實可靠的法律基礎上，自然人和法人的貿易規(guī)則都有明確規(guī)定。在智能服務世界中，人、機構和工件都具備可檢測、可認證的身份標識，并要提供由權威安全部門發(fā)出的類似銀行卡、準入卡、硬件模塊等物件。這些物件可以提高用戶對身份和交易的控制，以及獲取用戶的信任[1]。2017年4月，德國聯(lián)邦經濟與能源部推出第一版工業(yè)4.0法律架構“Ju-RAMI 4.0”[45]，為企業(yè)提供法律指引，促進新秩序的建立。這個法律框架在工業(yè)4.0參考架構模型（RAMI 4.0）基礎上增加法律維度構建而成，本質上是一款交互式在線法律指引工具，通過不斷完善互動網(wǎng)頁，讓用戶僅通過點擊鼠標就能輕易了解工業(yè)4.0技術和法律關系。德國將市場監(jiān)管政策作為法律框架的補充，主要手段是通過“試驗空間”對商業(yè)創(chuàng)新進行審查。這些試驗空間將創(chuàng)新測試和監(jiān)管工具相結合，基于真實的市場條件，在一個實驗性法律框架下進行，讓試驗空間成為創(chuàng)新和監(jiān)管的對接點，檢驗現(xiàn)有法規(guī)的適用性、探索新法規(guī)的改善方向，同時檢驗新實驗室和新技術的價值。德國還從數(shù)字化視角審查國家法律框架，建議制定數(shù)字化法，重點研究包含開放競爭、公平競爭、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)主權以及歐洲協(xié)調的五項原則[46]。

（1）數(shù)字映射能力。寶馬在每個流程都實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集來實現(xiàn)數(shù)字映射。從生產過程來看，在萊比錫工廠的裝配車間中，機器人數(shù)量達到700臺，幾乎看不到人工。工廠各處布滿物聯(lián)網(wǎng)傳感器，收集各種生產數(shù)據(jù)和參數(shù)。從配送過程來看，供應鏈采用智能物流，對貨物在全球物流鏈中的確切位置進行實時定位，提高供應網(wǎng)絡的透明度和靈活性，適應不斷變化的物流和生產需求。在工廠建設中，也使用特殊的三維掃描儀和高分辨率的照相機，快速完成對工廠的測量，便于日后進行生產設施調整時的規(guī)劃，無需再費力進行CAD建模和人工測量。

（2）資源集成能力。寶馬集成海量數(shù)據(jù)建立全生產周期的數(shù)據(jù)平臺進行資源集成。通過對零部件供給流程和元器件生產過程的自動化數(shù)據(jù)分析，幫助工廠監(jiān)控整個生產過程，保證生產效率和產品質量。例如，在分析標準工藝曲線時，會評估整個流程相關聯(lián)的螺絲釘數(shù)據(jù)，修正與標準值之間的偏差，防止加工誤操作等。寶馬對工廠進行模擬仿真，建立三維生產設備數(shù)據(jù)庫。數(shù)字化工廠可以為快速、靈活的調整生產提供精準、全面的實時數(shù)據(jù)庫。工廠的任何空間變動，都能在數(shù)字平臺進行直接模擬和評估。例如：勞斯萊斯工廠借助3D掃描儀和高精度的數(shù)碼相機，僅用一個周末就完成了準確到2毫米內的精密測量，這是全球第一個用于生產規(guī)劃的三維工廠模型。

（3）價值共創(chuàng)能力。寶馬利用CPS不僅能做到多種車型按訂單生產和混線生產，而且能在不損失生產節(jié)拍和品質的前提下，滿足每臺車型的定制化需求，實現(xiàn)與客戶的價值共創(chuàng)。寶馬基于智能儀表打造的智能化動力數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，能實時記錄生產設備和機器人的能耗，并將數(shù)據(jù)上傳到寶馬信息技術大數(shù)據(jù)中心進行記錄和分析，識別出過度消耗的偏差值，預防個別生產設備和機器人損毀，確保了車輛品質。同時，在生產中寶馬借助CPS簡化工序，輔助工人執(zhí)行任務。寶馬的智能手表可以預先提示工人流水帶上車輛的特殊需求。手表顯示屏亮起并發(fā)出振動預警，提醒工人下一道工序的注意事項，如安裝螺絲數(shù)量的差異。2013年寶馬開發(fā)了輕型機器人與工人協(xié)同工作（例如安裝車門內部的隔音材料、噴涂擋風玻璃粘合劑等），采用手勢控制機器人的測試工作，通過人性化交互方式實現(xiàn)工人對機器人的控制，創(chuàng)造更自然的人機工作環(huán)境。

2.西門子的數(shù)字化轉型實踐

作為德國工業(yè)4.0的主要提出者之一，西門子是目前唯一能夠運用技術將現(xiàn)實和虛擬生產過程相結合的企業(yè)，旗下的安貝格電子工廠是歐洲乃至全球最先進的數(shù)字化工廠，被認為是最接近工業(yè)4.0概念雛形的工廠。該工廠每年向全球250家供應商采購約1萬種原材料，生產約1 000個品種共計1 200萬件工業(yè)控制產品，平均每秒就能生產出一件產品。雖然整個生產流程的復雜性遠超出傳統(tǒng)工廠的能力范圍，但卻保證了生產線極高的可靠性，百萬件缺陷僅為15件（按百分比計算近乎于零），缺陷率僅為德國工人的4%[48]。西門子圍繞CPS實現(xiàn)數(shù)字化轉型的具體實踐如下。

（1）數(shù)字映射能力。在生產環(huán)節(jié)，安貝格工廠將傳感器、存儲裝置、微型化處理器和發(fā)送器幾乎嵌入所有原材料、半成品和機器，以及用于組織數(shù)據(jù)流的智能工具和新型軟件中。工廠的每件產品都有自己在研發(fā)、生產、物流等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，實時保存在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺中。這些基礎識別信息包括：哪條生產線生產的、生產材質、扭矩大小、螺絲釘型號等?；谶@一數(shù)據(jù)基礎實現(xiàn)信息無縫互聯(lián)[49]。

（2）資源集成能力。安貝格工廠通過構建虛擬工廠實現(xiàn)資源集成，將工藝規(guī)劃與工程化、生產系統(tǒng)的規(guī)劃與工程化、仿真優(yōu)化及驗證全部實現(xiàn)數(shù)字化，真實工廠生產的數(shù)據(jù)參數(shù)、生產環(huán)境等都會通過虛擬工廠反映出來，達到實體與數(shù)字信息同步，設計、制造、調試信息一體化聯(lián)動。例如，研發(fā)設計部門把虛擬的研發(fā)產品同步給生產部門來生產，并時刻保持著協(xié)調的一致性。從設計研發(fā)到生產制造的過程中，還借助CPS采集零部件與加工信息，并反饋給制造執(zhí)行系統(tǒng)，形成信息閉環(huán)。當產品出現(xiàn)問題或需要調整時，能夠實現(xiàn)設計與生產的同步更新。物流環(huán)節(jié)，安貝格工廠的生產系統(tǒng)與公司的ERP系統(tǒng)無縫對接，當某一訂單生產完最后一個產品時，該訂單將會在ERP系統(tǒng)中改變訂單狀態(tài)——生產完畢，成品就直接發(fā)貨運走，工廠里沒有成品倉庫。

（3）價值共創(chuàng)能力。安貝格工廠基于平臺的海量數(shù)據(jù)，利用智能技術進行解析和仿真，進而通過虛擬工廠對真實工廠進行把控。在這個過程中，員工最為重要的作用是提出改進意見，參與價值的共同創(chuàng)造。這些改進意見對工廠年生產力增長的貢獻率達40%，剩余60%源于基礎設施投資，包括購置新裝配線和用創(chuàng)新方法改造物流設備。借助大數(shù)據(jù)分析可以挖出生產環(huán)節(jié)中的短板，找到需要提高效率的區(qū)域。在生產控制和執(zhí)行環(huán)節(jié)，西門子通過機器人的仿真模擬就能完成測試任務，在投產前驗證整個生產系統(tǒng)，順利過渡到生產階段。根據(jù)生產工藝的實際情況，安貝格工廠也會投入人力資源進行支撐，主要參與確保物料、設備、產品檢驗等工作。例如，當生產需要某種原材料時，系統(tǒng)會發(fā)出提示，工人通過掃描原材料樣品將條碼信息傳輸?shù)阶詣踊瘋}庫，系統(tǒng)會發(fā)出指令讓自動化物流系統(tǒng)去倉庫的指定位置取件，然后通過自動升降機傳送至生產線。

三、德國經驗的啟示

在全球再工業(yè)化與制造業(yè)回歸的背景下，CPS正在成為各國搶占新一輪制造業(yè)國際競爭的制高點。中國作為世界制造大國，如何在未來的技術轉型中發(fā)展成為制造強國，是政府、學界和企業(yè)界都非常關注的問題。當前，中國制造業(yè)大而不強，面臨著核心技術缺乏、自主創(chuàng)新能力不足、產品質量低下、網(wǎng)絡基礎薄弱、產業(yè)協(xié)同不緊密等問題，在數(shù)字化、精密化和核心技術的掌控等方面與發(fā)達國家存在較大差距[20]。因此，在發(fā)展CPS架構中，中國制造業(yè)應針對性地集中力量在基礎設施的關鍵技術（如智能傳感技術、智能感知元器件、智能檢測裝備等）、精密化制造設備（如高端數(shù)控機床、增材制造裝備、工業(yè)機器人等）和搭建標準化的產業(yè)協(xié)同網(wǎng)絡（如工業(yè)云服務、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺）幾方面，以實現(xiàn)制造業(yè)在技術創(chuàng)新和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的突破[20]。

（一）中德制造業(yè)數(shù)字化轉型的能力構建重點不同

中國當前的能力構建集中在數(shù)字映射能力和資源集成能力上[50]。這與我國的制造業(yè)基礎相對薄弱、制造業(yè)規(guī)模巨大有關，只有將基礎建設好，才有制造業(yè)轉型升級的空間。數(shù)字映射能力是工業(yè)4.0的基礎能力，也是構建最漫長的階段。從生產端的機器裝備到用戶端的穿戴設備，制造業(yè)對實體空間對象的資源液化需要相當長的時間積累。德國的重點是資源集成能力[1]。資源集成能力是制造業(yè)轉型升級的關鍵，其不僅打破了各主體之間的時空界限和信息鴻溝，而且創(chuàng)造了生態(tài)中各種資源聚集交互協(xié)同的機會。通過網(wǎng)絡空間實現(xiàn)對操縱型資源與對象型資源的整合利用，驅動不同主體之間的信息共享與業(yè)務協(xié)同，才能促進企業(yè)之間、企業(yè)與消費者之間實現(xiàn)價值共創(chuàng)能力，滿足個性化的、多變的客戶需求。德國制造業(yè)有非常良好的工業(yè)基礎，企業(yè)信息化和數(shù)字化進程迅速。因此，它需要通過工業(yè)4.0戰(zhàn)略有效地實現(xiàn)服務于客戶的資源集成，支持德國工業(yè)高效服務于全球市場，確保德國制造業(yè)的核心競爭力。

（二）兩國政府發(fā)揮戰(zhàn)略引導作用

在推進工業(yè)4.0的過程中，中國和德國政府都發(fā)揮了戰(zhàn)略引領和推動轉型的關鍵作用。自2015年起，中國國務院、工信部、發(fā)改委等主要政府機構，圍繞“中國制造2025”戰(zhàn)略先后啟動了三批智能制造試點示范項目，發(fā)布了《智能制造發(fā)展規(guī)劃20162020年》和《中國制造2025》（“1+X”）規(guī)劃體系，“1”是指《中國制造2025》，“X”是指11個配套的實施指南、行動指南和發(fā)展規(guī)劃指南，為制造業(yè)整體轉型升級奠定了基礎。2017年11月，國務院啟動了“中國制造2025”國家級示范區(qū)創(chuàng)建工作。

德國政府自2009年起，依托傳統(tǒng)制造業(yè)優(yōu)勢，將傳統(tǒng)的生產技術與先進的技術、完善的解決方案相結合，將實體空間的優(yōu)勢拓展到網(wǎng)絡空間，確立工業(yè)4.0國家戰(zhàn)略。德國工業(yè)4.0工作組、國家科學與工程院、電氣電工信息技術委員會等政府機構，圍繞“工業(yè)4.0”發(fā)布12個主要的推進政策，涵蓋了CPS、智能服務、數(shù)字化發(fā)展等多個維度。德國政府在“工業(yè)4.0”的推進上，有兩方面最值得中國借鑒：

第一，創(chuàng)新平臺的戰(zhàn)略價值。德國政府采用平臺化機制自上而下推動“工業(yè)4.0平臺”作為德國工業(yè)4.0的中樞機構整體負責工業(yè)4.0的戰(zhàn)略研究、戰(zhàn)術發(fā)展和協(xié)調工作。2015年4月德國發(fā)布了《德國工業(yè)4.0實施戰(zhàn)略報告》，明確提出了未來的17項任務和工業(yè)4.0參考架構模型（RAMI 4.0）。2015年11月，正式推出“工業(yè)4.0平臺地圖”，在這份虛擬地圖上清晰地標注了遍布德國各地的250個應用實例和試驗點，展示了當下數(shù)字化生產帶來的可能性以及投資數(shù)字化改造的價值。此外，平臺還開設工業(yè)4.0在線圖書館，不斷更新包含工業(yè)4.0所有主題的數(shù)據(jù)庫，包含平臺五大工作組的研究成果、戰(zhàn)略文獻以及合作伙伴的案例學習。同時，設立工業(yè)4.0測試臺（Test Bed），將理論知識應用到實踐。測試平臺分布在德國各大高校與科研中心，通過聯(lián)網(wǎng)可以進行分布式生產和應用進程的模擬仿真。

德國的智能服務實施平臺和智能服務創(chuàng)新平臺直接服務于制造型企業(yè)的服務轉型，平臺對任何規(guī)模、行業(yè)和特定的國際企業(yè)保持開放，為其數(shù)字化平臺和組件提供跨企業(yè)的前期試驗和原型，一旦試驗成功，可以快速發(fā)展為不同行業(yè)、企業(yè)協(xié)作和分享的智能服務生態(tài)系統(tǒng)，成為制造業(yè)服務化轉型的孵化器。在這個過程中，政府與企業(yè)、研究團體、社會合作伙伴以及民間團體之間有機會保持密切交流與溝通，特別關注中小企業(yè)的發(fā)展，同時對政策調整和機制優(yōu)化創(chuàng)造條件。

第二，相關標準的制定。德國將標準化作為工業(yè)4.0戰(zhàn)略實施的第一優(yōu)先行動領域。2013年底，發(fā)布《德國工業(yè)4.0標準化路線圖》，為工業(yè)4.0標準制定提供了概覽和規(guī)劃基礎，在參考體系結構、用例、術語與模型、技術流程等12個領域提出具體建議[51]。2015年提出工業(yè)4.0參考架構模型（RAMI4.0），以分層結構的方式將生命周期和價值鏈結合來定義工業(yè)4.0組件，為描述和實施智能制造奠定基礎。德國通過建立“工業(yè)4.0標準化理事會”，旨在提出工業(yè)4.0數(shù)字化產品的相關標準，并協(xié)調其在德國和全球范圍內落地，希望通過主導標準化進程引領全球工業(yè)4.0發(fā)展。智能制造的標準體系是未來全球爭奪焦點，掌握引導行業(yè)發(fā)展標準就擁有了占據(jù)產業(yè)鏈高端的機會，中國必須加快行動。

隨著全球制造業(yè)發(fā)展格局的深刻變化，中國正面臨前所未有的挑戰(zhàn)，受到高端制造業(yè)向發(fā)達國家回流，低端制造業(yè)向低成本國家轉移的雙重擠壓。同時，中國工業(yè)自動化和數(shù)字化水平遠遠低于發(fā)達國家，制造業(yè)企業(yè)之間的發(fā)展水平參差不齊。在新一輪的國際競爭中，中國企業(yè)面臨的壓力與挑戰(zhàn)比德國企業(yè)更大：在實體層面，中國企業(yè)面臨著傳統(tǒng)制造業(yè)轉型升級的艱難挑戰(zhàn)，在產品質量、技術含量、運營體系和品牌建設上與德國企業(yè)有較大差距;在網(wǎng)絡層面，雖然我國的消費類互聯(lián)網(wǎng)近年來得到很大發(fā)展，但在企業(yè)、產業(yè)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域與德國仍有很大距離。但與此同時，目前工業(yè)生產的顛覆性革命對中國來說，也是一個在技術和經濟上追趕上發(fā)達國家的絕佳機遇。

四、研究局限與未來展望

本研究的局限性主要體現(xiàn)在，經過系統(tǒng)的文獻檢索，從理論上看，世界主要工業(yè)國家對數(shù)字化戰(zhàn)略能力的構建較多集中在政策層面和技術層面，學術層面的理論研究和分析框架相對不足，這給研究的理論體系梳理和構建帶來了一定的困難。但是，鑒于數(shù)字化戰(zhàn)略能力構建課題的重要性，本文試圖借助CPS架構的社會技術體系拓展，來分析德國政策的發(fā)展脈絡與管理舉措，這有一定的創(chuàng)新性，但同時又可能是不夠成熟和完整的。為了推進和深化這一領域的學術研究，我們愿意拋磚引玉，引發(fā)學者和政策制定者們深化和拓展對這一領域的研究。

從未來發(fā)展趨勢看，德國的經驗仍然值得我們高度關注。2019年，德國工業(yè)比重占GDP的23%，德國計劃到2030年，工業(yè)比重將增加到25%[52]。這意味著德國將在電子、汽車、機械領域進一步發(fā)展新一代數(shù)字化技術，特別是人工智能、云計算和移動技術的應用，以推進工業(yè)領域的工業(yè)4.0步伐。目前，德國對保有其傳統(tǒng)優(yōu)勢有著很大的危機感，特別是在顛覆式創(chuàng)新和創(chuàng)新速度方面擔憂落后于美國和中國。一方面，歐洲年輕的數(shù)字初創(chuàng)企業(yè)遷往美國尋求風險融資;另一方面，中國的智能制造（特別是電池行業(yè)）的發(fā)展，又影響著德國在全球價值鏈上的競爭地位和獲取高附加值的機會。為了形成更強有力的歐洲制造業(yè)競爭力，德國推動歐盟修訂政策，鼓勵企業(yè)之間的并購，通過政策、歐盟協(xié)調機制和管理體系的優(yōu)化和改善，進一步強化德國在全球工業(yè)競爭中的數(shù)字化能力建設。德國工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展與實踐，仍然值得我們高度學習和關注。

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German Industry 4.0 Management System and TransformationEnlightenment： The Construction of Strategic Capabilities Basedon CPS Architecture

DONG Xiaoying1， HU Yanni2， DAI Yishu3， YE Lisha1

（1.Guanghua School of Management， Peking University， Beijing 100871， China;

2.Digital Economy ResearchInstitute， China Academy of Information and Communications Technology， Beijing 100191， China;

3.School of Computer and Information Engineering， Beijing Technology and Business University， Beijing 100048， China）

Abstract：

In the context of global re-industrialization， cyber physical systems （CPS） has become the key to develop manufacturing industries. This paper takes the theoretical perspective of Service Dominant Logic to interpret the three-level strategic capabilities construction of CPS， which are digital mapping capability， resource integration capability and value creation capability， based on its technology architecture. Besides， this paper addresses the management challenges in the capability construction with German Industry 4.0 management system including government and manufacturing enterprises. The study finds that China and Germany have different emphasis on the capability construction. China is concerned with digital mapping capability and resource integration capability， while Germany is focusing on the deployment of resource integration capability. Both governments have played a strategic guiding role in the advancement of Industry 4.0. It is worth learning from Germany in the development of innovation platforms and related standards.

Keywords：

cyber physical systems; service dominant logic; Industry 4.0; manufacturing industry transformation; strategic capabilities