工业4.0视域下制造业商业价值再创造研究

邱新平

摘 要：历经20余年发展，中国的互联网产业已由“消费互联网”阶段迈向“产业互联网”阶段，而制造业作为国民经济的支柱产业，必将是“互联网+”的重点方向。工业4.0通过信息物理系统（CPS）将资源、信息、物品及人进行互联，提升制造业的智能化水平，实现了生产高度自动化，具有划时代的意义。企业通过实施工业4.0改造，不仅可以创造更高生产效能，还将实现大规模个性化定制、提升协同制造能力并创新服务模式，最终完成商业价值再创造。

关键词：工业4.0；信息物理系统；价值创造

中图分类号：F49 文献标识码：A 文章编号：文章编号：2095-7866 （2017） 05-014-005工业经济论坛 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

相當长一段时间内，世界互联网发展主要以满足消费者需求为核心，即消费互联网，但目前这种形势正在发生改变。随着物联网等新一代信息技术的飞速发展，互联网逐渐从改变消费者个体行为习惯，发展到改变企业的运作管理方式与服务模式。以提升产业价值为主要模式的产业互联网正逐渐兴起，互联网也正从消费性阶段步入产业化阶段[1]。可以断定的是，中国经济的互联网转型终将帮助中国建立起更可持续的经济增长模式。

一、“产业公地”概念下的制造业

美国学者加里·皮萨诺和威利·史在《制造繁荣：美国为什么需要制造业复兴》一书中首次提出了“产业公地”（Industrial Commons）的概念，并据此论证了发展制造业的重要性[2]。产业公地的现实形态类似国内的产业集群（或产业园区），是能够对多个关联产业的创新提供支持的技术或服务等相关能力的集合。与自然界生态系统类似，产业公地上的每一“物种”（包括竞争对手、供应商、消费者、工人和诸如大学之类的机构）都必须维持各自的独特优势以保持竞争位置，并间接地使彼此从关联中获益。例如，精密工具制造者群体开发了一种金属加工工具，这种金属加工工具对于制造复杂纺织机械非常关键（鲁淑，2015）。但是，如果生态系统中某一成员（如一组重要的供应商）数量减少或能力削弱，那么这些资源的退出将导致其它成员生存能力面临降低或减弱。

以美国消费电子制造企业外迁为例，由于追求劳动力低成本，电子企业决定将生产成熟产品的制造工厂迁往亚洲。伴随着消费电子产品制造环节外迁，产业链上的研发环节，特别是锂电池的研发力量也迁往日本、韩国和中国台湾等国家和地区。随着市场需求转向小巧、轻便和更强大功能的便携式计算机和个人终端，亚洲顺其自然地成为该领域的创新中心。因此，固然锂电池技术发源于美国，但由于产业迁入，亚洲在可充电锂电池研制和生产上逐渐占据了主导地位，亚洲企业已成为了电动汽车可充电电池的主要供应商。

二战结束以来，全球分工体系和贸易格局发生了深刻变革。从产业价值链看，一个重要的趋势是：美国等发达经济体逐渐向具有高附加值的价值链两端延伸（主要指市场与研发），而将处于中间环节、附加值较低的制造业向中国等新兴经济体转移。这一分工的结果，使得自上世纪70年代起，发达经济体的制造业普遍经历了趋势性萎缩。例如，20世纪50年代初，美国制造业增加值占世界总和的近40%，到2002年这一占比降至30%，2012年进一步跌落至17.4%。

由于制造业在国民经济中的支柱地位，20世纪初出现的制造业趋势性萎缩态势迫使美国政商界同时呼吁制造业的“回归”。奥巴马上台执政后提出“制造业回归”，先后颁布了《美国创新战略：促进可持续增长和提供优良的工作机会》、《重整美国制造业框架》等战略或计划，明确将清洁能源、医疗健康、生物工程、纳米、先进汽车、航空等作为未来20年的重点发展领域，其中涉及制造业的7个重点领域。为积极吸引制造业企业回流，2009年12月公布的《制造业促进法案》暂时取消或削减制造业企业在进口部分原材料时需支付的关税；2010年8月出台振兴制造业法案，用暂停或减少美国工厂需要的一些进口元件的关税来降低美国公司的成本。美国充分认识到机器人技术的重要性，2011年6月奥巴马在卡内基·梅隆大学宣布启动了新的7000万美元机器人计划。2012年，美国国家科学基金会、国家卫生研究院、国家航空航天局和农业部联合出台了国家机器人技术研究计划，并共同投入5000万美元征集机器人研究项目。2013年3月，美国发布《机器人技术路线图》，描绘了机器人技术在美国制造业的重要作用和发展路径。

与发达国家类似，我国制造业对经济增长也有着举足轻重的意义。唐晓华（2010）测算2007年我国装备制造业对工业增长的直接贡献率达38.8%，对经济增长的直接贡献率达18.3%[3]。郭庆然（2013）测算制造业增加值每提高1%，GDP增加值平均增加0.41%[4]。史修松（2014）发现制造业500强对地区经济发展与经济增长具有明显的规模效应，大型企业在经济资源上具备集聚效应，通过要素的集聚产生规模经济性，相关地区通过企业间关联与聚集产生外部经济性[5]。因此，聚焦发展制造业不动摇，增强我国制造业在国际间竞争力，进一步提升我国综合国力将是长期而关键性的任务。

二、工业4.0及核心技术

18世纪60年代至19世纪中期共计发生了三次工业革命，蒸汽机、电力及以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志的信息控制技术革命等三次工业革命逐步解放了人力，并使得企业生产效率得到空前提升。但随着市场趋势的快速切换和个性化消费需求的不断涌现，对企业生产的反应时间及柔性化生产能力提出了更高要求。在全球空前的科技创新和产业变革大背景下，第四次工业革命就应运而生了。

第四次工业革命是指在物联网、大数据、云计算技术及人工智能、3D打印技术推动下，开始的生产与服务智能化、生活信息化及智能化的全新革命。德国“工业4.0”普遍地被认为是第四次工业革命的先行者。“工业4.0”的前提是在工业自动化基础上，实现从机器传感器再到互联网通信的无缝对接。生产自动化技术将通过自我诊断、自我修正和功能最大化程序达到更加智能，以更好地辅助工人完成生产。

先进制造技术的进展加剧了当前全球范围内制造产业的竞争，而这种竞争主要发生在德国与美国之间。2013年4月，德国机械及制造商协会、德国信息技术、通讯与新媒体协会、德国电子电气制造商协会合作设立了“工业4.0平台”，并向德国政府提交了最终报告——《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》。德国工业4.0的本质是基于信息物理系统（简称CPS，Cyber-Physical Systems）实现智能工厂，战略核心是通过CPS使得人、设备及产品完成实时连接、相互间识别并有效交流，进而构建一个高度灵活的智能制造模式。2012年美国通用电气提出“工业互联网”，随后IBM、思科、英特尔和AT&T等五家行业龙头企业联手组建了工业互联网联盟（IIC）。工业互联网联盟采用开放成员制，致力于发展一个“通用蓝图”，使各个厂商设备之间可以实现数据共享。其目的在于通过制定通用标准，打破技术壁垒，利用互联网激活传统工业过程，更好地促进物理世界和数字世界的融合。

可分别从系统视角和功能视角理解CPS工作机制。从系统视角看，CPS的计算系统通过计算进程与物理进程进行交互，对感知到的物理信息做出恰当的处理和分析后，再透过通信系统与控制系统进行数据交换和传输，接收和执行控制系统做出的相应控制执行策略。从功能视角看，CPS的感知层将物理世界中的物理属性接入信息世界，借助通信层为各层设备间的通信提供通信信道，最终通过控制层的控制指令对执行器单元进行控制。在具体实现上，CPS具备自治、交互、精准、抗毁、协同、高效的特性， 能够实现对信息层与物理层的大规模、动态及异构资源的实时监控管理。

三、工业4.0视域下商业价值的再创造

毋庸讳言，一切的技术或是产品都只是手段，其核心目标是在使用中产生价值。工业4.0的革命性突出表现在：不再以制造端的生产力提升为需求起点，而是将用户端的价值创造作为整个产业链的出发点，改变以往大工业时代价值链从生产端向消费端、上游向下游推进的传统模式，而是从客户端价值需求出发提供定制化的产品和服务，并以此作为整个产业链的共同目标，使得整个产业链的各个环节实现充分协同[6]。因此，我们也就方便理解工业4.0即将为制造业带来在以下4方面的价值提升。

（一）创造更高生产效能

在工业4.0时代，CPS将提供各种可能方案，再依照预先设定的优化准则，进行比对和评估，最终选出最佳方案，使得生产更具效率、更环保及更人性化，也提高了生产过程的透明度。2012年11月，GE公司发布的《工业互联网：打破智慧与机器的边界》提出工业领域1%的成本或资本节约将带来巨大的进步成果。例如电力行业节约1%的燃料就意味着节约660亿美元。

（二）实现大规模个性化定制

大规模个性化定制是运用现代化的信息技术、新材料技术、柔性制造技术等一系列技术，把产品定制生产转化为批量生产的生产方式。在相当长时间里，制造型企业都在追求这种以大批量生产的低成本、高质量和效率来提供定制产品和服务的生产方式。随着体验经济的到来，消费者对产品的需求越来越多样化，这意味着制造型企业在大规模定制的基础上，还必须考虑日趋复杂的产品个性化需求。在工业4.0时代，智能工厂包括人机整合、内外机器整合、生产流程与外部合作伙伴间整合等整个生产流程都是由软件实现控制，作为加工产品的本质将是加工信息，在软件驱动下个性化需求将转化为个性化产品。

（三）提升协同制造能力

协同制造意味着任何客户需求变动、设计变更和工艺变更能迅速在供应链上快速响应。以协同设计为例，实现协同设计需要协同工作平台（Computer Supported Cooperative Works，CSCW）以支持企业联盟内分布于不同区域的多功能项目组成员开展基于网络的协同工作，用于选择、评估、发送与接收产品数据，分析技术方案，快捷迅速地完成设计并投入生产。

（四）创新服务模式

在工业4.0时代，制造企业通过内嵌在产品中的传感器获得数据，从发电设备到工程机械，一切都可以连接到互联网上，为机器设备的作业监控、性能维护和预防性养护提供状态更新和性能数据。例如，实时位置数据的出现已经创造了一套全新的跟踪服务体系，可以使飞机发动机制造企业提供航空信息与服务管理。这不但可以使制造企业自身提升生产效率和产业竞争力，更可以为其所服务的客户创造新的价值。拥有100多年历史的老牌工业企业英格索兰（Ingersoll Rand）正将这一模式应用到销售空调压缩机业务中，在商用市场上，英格索兰引入类似“合同能源管理”模式，通过为客户提供持续不断的、满足需求的服务而收取费用。

四、研究结论与产业政策建议

互联网发展进入“互联网+”阶段，如餐饮、零售等各传统行业均在尝试与互联网结合。制造业作为国民经济的支柱，插上互联网的翅膀后势必对国民经济的发展产生深远影响。工业4.0阶段借助CPS帮助制造业实现了智能制造，信息世界与物理世界进行了深度集成，信息之间高度交互协同。

正由于实现了充分协同，信息可以实时调整，从而可以创造更高生产效能。另外，生产流程由软件实现控制，大规模个性化定制成为可能。CPS网络进一步提升了企业间的协同制造能力。伴随着人力等成本逐步上升和个性化需求不断凸显，制造业走向智能制造成为必然趋势。要实现“工业4.0”发展目标，需通过国家层面的政策引导企业转型升级。启动国家智能制造重大专项工程，引领智能测控装置、关键零部件、智能化高端装备、集成智能装备等领域企业在同一标准化体系内快速发展并形成完备的产业体系。联合企业、科研机构、政府、协会、客户形成多方參与的产学研用联合战略体系，集中力量助推制造业智能化转型。实现生产制造自动化后，依次推进流程管理数字化、企业信息网络化、智能制造云端化等内容。

参考文献

[1] 李淼，从消费互联网到产业互联网[J].中国战略新兴产业，2015，（22）：18-19.

[2] 加里·皮萨诺，威利·史.制造繁荣：美国为什么需要制造业复兴[M].战略与规划研究所译.机械工业出版社，2014：56-58.

[3] 唐晓华，李绍东.中国装备制造业与经济增长实证研究[J].中国工业经济，2010，273（12）：34-35.

[4] 郭庆然，改革开放以来制造业变迁对我国经济增长影响的动态效应研究[J].工业技术经济，2013，234（4）：93.

[5] 史修松，刘军.大型制造企业规模、分布与地区经济增长——基于中国制造业500强的研究[J].工业技术经济，2014，251（9）：21.

[6] [美]李杰（Jay Lee），邱伯华等译，工业大数据：工业4.0时代的工业转型与价值创造[M].机械工业出版社，2015：34-36.