工业4.0时代中国制造业新出路——《精益智能制造》推荐阅读

欧阳生 孔德洋

1.领革智能技术（上海）有限公司，上海，200233 2.同济大学汽车学院，上海，201804

1 中国智能制造实践的三个阶段和三大误区

自从2013年德国提出工业4.0战略以来，中国社会各界都在探讨制造业升级转型的话题，过去几年大概可以分成以下三个阶段：

第一阶段：2013～2015年概念植入阶段。社会各界都在学习美国工业互联网和德国工业4.0，学者专家们将国外经验与国内同行及企业家们分享。

第二阶段：2015～2017年上半年摸索试点阶段。在掌握了相关的知识和信息后，一些试点企业开始实践智能制造（下文中将工业4.0、工业互联网统称为智能制造），这个阶段以政府主导和推动为主，另外也有部分企业自行实践并取得了不错的成果。

第三阶段：2017年下半年开始进入全面爆发阶段。在政府的支持下，各行各业都开始实施智能制造。不过，不同的企业做法不完全一样，有的直接新建智能工厂，有的进行现有工厂智能化改造，有的进行智能化生产线升级，还有的进行数字化车间建设……

当前中国智能制造处于第三阶段，呈现出一幅热火朝天的景象，但是在这个过程中也有以下三大误区值得关注：

误区一：为了赚吆喝而上智能制造项目。企业在还不了解智能制造是什么，也没有仔细评估该如何去进行智能化升级转型的情况下，就开始向政府申报智能制造项目，结果政府专项支持资金拨下来了，被迫匆匆忙忙上项目。例如国内某寝具企业，现状是工业1.0和工业2.0的水平，投资20亿元新建了一个产业园，向政府申报了智能工厂项目，政府很快批准了该项目并给予专项资金支持。然后该企业匆忙找了德国一家知名公司来协助进行智能工厂规划，结果花了近亿元服务费用，除了一堆文件外，没有任何能够落地的东西，该寝具公司非常不满意，暂停了合同。于是该公司又去找西门子、ABB等公司求助，结果这些公司评估后认为该公司目前并不适合做智能工厂，导致该公司的智能工厂项目陷入了进退两难的境地。

误区二：将自动化或者信息化建设等同于智能制造。由于中国企业现状普遍是工业2.0水平，部分企业还处于工业1.0阶段，少数企业达到了工业3.0，自动化和信息化的普及率还非常低，故在智能制造升级转型的过程中，部分企业认为进行自动化升级改造或者工厂信息化建设就是智能制造。例如无锡一家涡轮增压企业，声称在做智能制造，但是当笔者走进工厂时发现，它们只是在几年前上了一套简单的MES报工系统，现在基本上已经停用了。自动化和信息化是智能制造必不可少的两个环节，但是不能以偏概全，否则将失去发展的机会。

误区三：基础不好，却直接实战智能制造。这是企业实战智能制造最常犯的错误，实施智能制造需要具备两个方面的基础条件，一个是硬条件，另一个是软条件。

硬条件是指公司的设备需要具备信息化联网条件，而且要稳定。纵观国内很多制造企业设备水平，没有具备硬条件恐怕就注定走不了智能制造之路。但是随着智能传感器、控制器、仪表仪器的发展和成本下降，设备的硬性制约会越来越小。即使现有设备不具备信息化联网条件，通过简单的改造，加装一些小的智能硬件，也可以解决设备信息化联网的硬性制约问题。设备不仅要具备信息化联网的条件，而且需要稳定，这是更高的要求。另外，设备稳定也是智能制造“黑灯工厂”的前提条件之一。

软条件是指公司需要好的管理基础。“不能在管理不好的基础上实施信息化，不能在落后的产品上搞智能化”，这是笔者辅导的国内某智能制造示范企业的实战经验总结。好的管理基础是成功实施信息化的前提条件，若一家公司没有好的管理基础，那么实施了信息化后，信息化就会将公司的一些实际问题屏蔽掉，这样建立在不好的管理基础上的信息化就会是一种低效率的信息化，或者说一种带着肿瘤的信息化，这样的信息化不太可能提高组织的管理效率。国内很多民营企业都犯过类似的错误，当采用信息化系统后，发现公司的效率不但没有提高，反而会下降，公司的管理成本也是节节攀升，归根结底，原因就在于管理基础不好。

以上是三个最为常见的智能制造误区。在过去几年的实践中，笔者将智能制造误区总结成6大方面，共33个误区（目前为止遇到和经历的误区数量，将持续更新），并以沙龙的形式和社会各界朋友进行了分享。未来计划将这方面的经验写成《走出智造误区》一书，届时再和读者朋友们分享。

企业在实战智能制造的过程中，如何才能脚踏实地，不陷入误区，少走弯路呢？根据笔者的经验，要把握以下“24字原则”：基于现状，紧盯目标；系统规划，逐步实施；人才培养，升级转型。

“基于现状，紧盯目标”是指在实战智能制造项目前，一定要对自身有清晰的认识和评估，另外也要设定通过智能制造要实现的具体目标。现状评估可以识别自身的优势和不足，目标设定可以少走弯路。

“系统规划，逐步实施”是指在实战智能制造项目前，要先进行系统构架规划，再将其转换成项目路线图。合理清晰的系统构架规划能够将目标和现状联系起来，是项目成功的保证，能够以最小的成本和最快的速度实现项目目标。逐步实施是结合企业的人财物现状，合理实现项目目标的过程。任何一个好的方案都需要和企业的资源匹配起来，只有能和实际资源完全匹配的方案才具备可执行性。

“人才培养，升级转型”是指在实战智能制造项目的过程中，一定要注重和及时培养智能制造相关人才，清晰地定义企业需要什么样的智能制造人才，以及如何培养需要的人才。企业实战智能制造项目的过程，也是培养人才最好的时机，如果错失这个时机，人才培养将会事倍功半；升级转型是执行智能制造项目的结果，在目标设定的过程中基本会定义升级转型的目标，项目完成后，通过验证目标是否达成来确定是否升级转型成功。由于智能制造项目周期一般较长，往往会存在项目初期的目标达成但是升级转型不一定成功的可能，这就需要在项目的执行过程中持续关注内外部环境的变化来及时修正目标。

2 中国智能制造三痛

笔者过去15年一直在实践精益管理，为100多家企业提供了精益项目服务，得以深入了解中国企业的实际需求。2013年在博世公司开始实践智能制造，2015年系统提出精益智能制造理论体系。在践行精益智能制造的过程中，总结了企业的三个痛点：认知之痛、无奈之痛和迷茫之痛。

认知之痛是指企业在发展的过程中，埋头苦干，看不清形势，不知如何实现快速发展，从而错失了很多发展和提升自己的机会。就如图1这张漫画（该图片来源于网络，未知出处，笔者对原创图片做了部分修改，原创作者看到后可以第一时间和我们联系）所描述的，一个人在拉车，两个人在推车，由于车子没有轮子，前行非常吃力。这时有一个人拿来两个轮子想让他们装上，拉车人说我们太忙了，根本没有时间来装车轮子；而推车人说他们不需要车轮子。

图1 漫画

我们也许感觉到漫画中拉车人和推车人有些不可理喻，倘若花一点时间把车轮子装上，车子不就能跑得更快也更轻松吗？然而身为拉车人和推车人，往往看不到这一点。现实中很多企业的掌舵者就如漫画中的拉车人和推车人一样，整天都在思考如何让企业发展得更快更好，然而在机会面前，却看不见也抓不住。当有人提醒他们时，他们表现得非常自负，如推车人一样说不需要。如今在工业4.0时代刚刚来临之际，能够帮助企业升级转型的两个轮子就是“精益管理”和“智能制造”，将两者合二为一就是“精益智能制造”，这是经过实践验证的符合中国制造业降本增效升级转型的有效路径。

写作《精益智能制造》这本书的一个主要目的就是消除认知之痛，希望现实中没有如漫画中拉车人和推车人一样的企业家。

无奈之痛是企业开始践行智能制造时，在实际推进过程中遇到各种问题，没有资源或者方法来解决问题而感到很无奈。无奈之痛的形成通常有两个原因：一是没有遇到对的人；二是解决问题的技术和方法还不成熟。信息不对称是当今社会的一个普遍现象，遇不到对的人来做对的事情也很常见。另外，由于智能制造才刚开始起步，很多技术还不成熟，比如云计算、机器深度学习等，故有些问题目前没有解决方案也很正常，正是由于这些原因带来了无奈之痛。《精益智能制造》不能帮助解决企业升级转型道路上的所有无奈之痛，但是希望能够给深陷无奈之中的企业带来一些启示，从而根据实际条件来进行升级转型。

迷茫之痛是企业升级转型过程中另一个非常普遍的问题。德国在倡导工业4.0，美国在倡导工业互联网，然而这两个国家都有一个共同特点，那就是德国和美国的企业普遍都实现了工业3.0，它们是在工业3.0的基础上来实践工业4.0和工业互联网的。而中国的实际状况是，工业1.0、工业2.0和工业3.0并存，部分行业的龙头企业实现了工业3.0，但是不到整体数量的5%，大部分企业仍处于工业2.0的水平，部分企业还是工业1.0水平，那么工业1.0和工业2.0水平的企业该如何践行工业4.0呢？这是德国工业4.0和美国工业互联网所不能回答的问题，这也决定了中国开启工业4.0时代的道路与德国以及美国不同，中国需要走自己的道路，这条道路就是“精益智能制造”。

3 精益智能制造理论架构

中国制造业要降本增效升级转型，必须基于当前中国制造业工业1.0、工业2.0、工业3.0并存这个基本国情。

过去15年间，笔者先是从事制造业的精益管理工作，从富士康到江森自控，再到博世，经历了当今世界三种最有代表性的企业文化：富士康是典型的台日文化，江森自控是美国文化，博世是典型的德国文化。在这三家企业工作期间，得以深刻体会精益管理是如何在不同文化的企业中落地生根的。特别是在博世工作时，运用精益管理的知识和经验帮助供应链上的核心供应商提升企业整体水平，从企业战略、运营管理一直到日常工作，共为100多家供应商提供了项目落地辅导，在此过程中得以深刻了解中国制造业的现状、问题和需求。另外，从2013年博世引领德国工业4.0革命开始，笔者有机会系统了解博世工业4.0是如何在公司内部落地实施的，也开始将博世的工业4.0实践应用到供应商，帮助供应商升级换型。在这个过程中，笔者发现中国制造业需要的是用精益管理来降本增效，以及用工业4.0技术来升级转型，于是将精益管理和工业4.0（智能制造）创造性地结合起来，提出了“精益智能制造”理论体系，用以帮助中国制造业实现“降本增效、升级转型”的目标。精益管理是对管理流程和制造流程进行整体优化，是软的方面，可以称之为“神”；智能制造是对生产要素和信息系统的智能化改造，是硬的方面，可以称之为“形”。在此轮制造业升级转型的大潮中，软硬结合，有神有形，才能事半功倍，以上是《精益智能制造》的实践来源。

另外，在写作《精益智能制造》的过程中，笔者将过去实践精益管理和智能制造项目的具体心得和最佳实践提炼成一些简单易懂的原创理论和模型：如苹果理论、精益管理“大四元”模型、三次元创新理论、精益人才“修己五式”、精益智能制造理论、纵横向端到端数字网络模型、升级转型“五支柱模型”等，这些构成了《精益智能制造》的理论基础。特别是精益智能制造理论，也是本书的书名，共有六大要素：“精益化、创新化、自动化、数字化、智能化、互联化”，企业在实战智能制造的过程中应系统地分步实施。

精益智能制造理论体系共有三个阶段六大要素，每个阶段两个要素，见图2。

图2 精益智能制造理论体系

第一阶段精益化+创新化；第二阶段自动化+信息化；第三阶段智能化+互联化。

当前，很多专家学者都在呼吁中国制造业搞智能制造要“补课”和“赶超”并举，然而并没有说明“补课”要补什么内容，“赶超”要如何赶超。

由于中国制造业普遍落后德美，故笔者也非常认同中国制造业搞智能制造要“补课”和“赶超”并举。在精益智能制造理论体系中，明确指出了“补课”的具体内容，那就是“精益化+创新化+自动化”；“赶超”是在“数字化+智能化+互联化”这个三个方面赶超。

4 精益智能制造第一阶段：精益化

企业实战智能制造时，精益化有三个作用：一是强健体质；二是模式规划；三是顶层设计。

强健体质是指帮助企业降本增效，提升盈利能力。企业要发展和在市场上有竞争力，必须具有较强的盈利能力，具备自我造血功能。中国企业目前的现状是盈利能力普遍不强，例如很多行业只有十几个点的毛利。造成盈利能力不强主要有两个原因，一是在分工价值链上处于中间环节，分得的利润少；二是企业的整体效率不高。在价值链中的位置短时间内无法改变，这必须靠中国崛起后才能改变整个格局，但是企业的整体效率则是可以迅速提升的。企业效率提升主要路径是精益管理，在《精益智能制造》第三章中有详细介绍。《中国制造2025》将“质量为先”定为一个指导方针，将“强化制造基础，提升产品质量”定为其中的两大战略，精益管理也是迅速提升产品质量的有力武器，这也决定了精益管理必须当好智能制造的排头兵，要打响《中国制造2025》的第一枪。当企业有了较强的盈利能力和稳定的质量后，才会更积极地去全面实践智能制造。

5 精益智能制造第一阶段：创新化

中国企业普遍有两大软肋：一是盈利能力低，需要精益管理；二是附加值不高，需要创新。例如，中国企业人均产值大多数不超过100万，普遍在30～50万；而外资企业，大部分人均产值在100～200万，高的可达500万。中国企业和外资企业人均产值差异非常大，部分原因是自动化水平有差异，但是更多的还是产品附加值不一样。中国企业要提高产品附加值，必须走创新之路。《中国制造2025》将“创新驱动”列为5大方针之首，8大战略里面也有两项是关于创新的：提高创新设计能力、完善技术创新体系。由此可见创新对中国企业的重要性。

那么要如何创新呢？2016年笔者和创新专家M r.Roy对此展开了研究。Roy擅长用创新的思维和方法构建新商业模式，开发新产品；笔者擅长用创新的思维和方法解决企业的实际问题，两人一拍即合，决定共同完善创新体系。随后两人从研究人类创新的发展规律开始，总结了过去的创新脉络，提出了创新4.0概念以及“三次元创新”理论。

从人类创新的发展过程来看，整个创新史可以分为四个阶段，每个阶段都有鲜明的特点。目前正处于第四阶段，故命名为创新4.0，见图3。

图3 创新4.0

创新4.0即三次元创新理论，主要从产品创新、制造创新和商业模式创新这三个维度来阐述每个产业是如何被这三种创新推动不断向前发展的。企业需要结合其所在行业所处的不同阶段来选择不同的创新战略。

6 精益智能制造第二阶段：自动化

中国目前的国情是人口众多，工业基础薄弱，需要解决人们的就业问题，于是劳动密集型企业如雨后春笋一样发展起来，中国也因劳动力成本的比较优势而成为世界工厂。近年来，中国开始步入老龄化社会，再加上年轻人在工厂工作的意愿下降，各地开始出现招工难的现象。为了应对招工难的现象，企业纷纷开始进行自动化升级改造。例如2014年富士康提出百万机器人计划，要实施100万台机器手臂，并在5～10年内完成首批自动化工厂。

在精益智能制造理论体系中，自动化有两个目标，一是机器换人，二是制造升级。这两个概念不能混淆，机器换人不等于制造升级，两者有本质的区别。

机器换人是中国企业不得不走的道路。最直接的原因就是招工难，迫使企业要去使用机器人；另一个原因是随着人工成本的不断提升，以及机器人价格的不断降低，机器换人在成本上开始展现出优势。

以前机器换人主要集中在高危岗位，例如喷涂等在工作过程中对劳动者有严重职业危害的岗位，这些岗位不得不使用机器人；现在针对很多简单重复的作业进行机器换人，如设备上下料等，这些岗位用机器人效率更高，相对于人来说有成本优势；未来随着招工越来越难，很多企业也开始考虑全面进行机器换人，即使是在人工有成本优势的岗位。

在机器换人的过程中有一个严重的误区，就是很多公司把机器换人当成是制造升级。机器换人只是完成了自动化改造，减少了劳动力的使用量，但是要说到制造升级，还得看机器换人的效果如何。如果机器换人后，公司的生产效率提升、制造成本下降、产品质量提升，这样的机器换人是制造升级。如果机器换人后，这些指标没有变化或者还出现下降，那么就不能叫作制造升级，只能叫机器换人。

在自动化改造的过程中如何才能做到不仅是机器换人，还要达到制造升级的目的呢？这就需要系统的自动化解决方案。系统的解决方案需要考虑在自动化改造完成后，如何让生产效率更高，产品质量更好，以及尽可能短的投资回报周期。

在第四次工业革命开始之际，中国大部分企业处于工业2.0水平，小部分企业达到了工业3.0水平，还有一些企业处于工业1.0阶段，因此，自动化变成了很多企业的硬性需求，这也是工业1.0和工业2.0要补课的重要内容。

7 精益智能制造第二阶段：数字化

数字化和自动化一样，是《中国制造2025》的热点。有两方面的原因：一是数字化建设，大部分企业需要补课；二是第四次工业革命以数据为中心，没有数据就谈不上智能制造。因此，企业在实战智能制造时，都是从数据采集开始的，数据采集也是数字化的核心内容。

在精益智能制造理论体系里，数字化建设需要构建两个端到端的数据网络：一个是横向物料流端到端；另一个是纵向信息流端到端，见图4。

图4 端到端的数字化网络

在建成了横纵向端到端的数字化网络后，一个数字化工厂基本就成型了。随着数字化的不断深入，未来供应链间的协作会越来越紧密，数字化势必会向供应链延伸，比如面向供应链的ERP，见图5。

图5 面向供应链的ERP

以上企业数字化建设包含了诸多内容，企业在执行的过程中要有计划地逐步实施。数字化会让过程更透明，让管理更简单。

8 精益智能制造第三阶段：智能化

智能化是第四次工业革命的主旋律。关于智能化，不同的人可能有不同的见解，例如在德国，关于工业4.0的说法就有140多种。但是不管见解的差异有多大，如果求同存异地去看，有一点是明确的：那就是智能化是通过制造升级和管理升级来满足客户的个性化需求的。智能化的本质还是制造升级和管理升级。

前文提到精益化、创新化和自动化都能够让企业制造升级，只不过方法不一样。那么智能化是如何让企业制造升级和管理升级呢？制造升级主要通过智能硬件和软件，管理升级主要通过智能软件和智能解决方案。

企业升级到智能化阶段，基本就变成了智能工厂。现今世界是一个相互关联相互协作的世界，单个企业的智能化不能算是智能化时代的到来，还需要将千千万万的智能工厂相互连接起来，发挥协同效应，才是走进智能化时代，这就需要互联化。

9 精益智能制造第三阶段：互联化

互联化有两个层面：一是企业层面，实现物理层面和信息层面的互联互通；二是社会层面，实现万物互联。本文所说的互联化内涵是指社会层面，所以包括企业层面互联化的内容。

就制造业而言，互联化首先就需要建立工业互联网。目前GE是工业互联网的领跑者，GE认为工业互联网是全球工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。工业互联网连接的对象有三大要素：设备、数据和人。

（1）设备。将现实世界中的机器通过先进的传感器、控制器和软件应用程序连接起来。针对目前机器的不同状态，有的完全没有通信能力，有的通信接口封锁等状况，首先要解决的就是让不同设备都能够自由通信。只有解决了设备的通信问题后，工业互联网才有实施基础。

（2）数据。把各种不同的数据以及各地的数据连接起来，使用基于物理的分析法、神经网络算法、遗传算法等去理解机器与大型系统的运作方式。

（3）人员。建立人员之间的实时连接，连接各种工作场所的人员，以支持更为智能的设计、操作、维护以及高质量的服务与安全保障。

在笔者看来，按照工业互联网的落地路径，可以分为5个层面进行，见图6。

图6 工业互联网五层次模型

在工业互联网这五个层次实现后，将其镜像到云端，一个互联互通的虚拟世界就能够建成，到时就能真正实现实虚协同，通过信息世界来指导物理世界，这也是第四次工业革命的终极目标。

10 精益智能制造未来展望

在展望精益智能制造的未来之前，先和读者们分享近期的两个案例。

2018年5月底，无锡一家民营企业董事长告诉笔者：他们计划2020年建立一个工业4.0工厂，想请我帮助他们先在现有的4个工厂做试点。在签订合同后，经过半个月的调研和规划，基于该公司所处的市场环境和自身优劣势，笔者为该公司制定了未来升级转型的“三新战略”——新产品+新市场+新制造，见图7。

图7 升级转型“三新战略”

2018年6月底，笔者和深圳一家民营上市企业董事长聊天，她给我分享她们公司目前和未来的战略规划，听完后觉得和笔者的“三新战略”有些相似，随后笔者给她分享了“三新战略”，她说这就是她们公司想要的。

基于这两个案例，笔者仔细一想，“三新战略”不就具有普遍性吗？新产品新市场解决了企业发展的问题，新制造解决了企业的盈利和发展问题，而企业最重要的使命就是盈利和发展。

本文重点提一下新制造。新制造是一个比较宽的概念，比如当前流行的智能制造、工业互联网、精益生产都属于新制造的范畴；“三新战略”中的新制造主要指精益智能制造，因为精益智能制造是创造性地将精益管理和智能制造相结合的产物，相对于单一的精益管理和智能制造（工业4.0、工业互联网）来说，更贴近企业的实际需求。

目前第四次工业革命刚刚开启，未来将进入智能化时代，在这次社会变革中，中国有机会换道超车。过去西门子们构建的传统工业世界将不能满足智能时代的需求，整个工业将要被重新定义，中国有机会引领此次社会变革。近期轰轰烈烈的中美贸易战，在笔者看来是美国政府为了打击中国制造2025战略。当前美国工业互联网领头羊GE的工业互联网战略举步维艰，而中国制造2025却是一片火热的景象。2008年经济危机之后，全世界都知道制造业是一个国家真正强大的基础，中美贸易战可以延缓中国制造的崛起，但是却阻止不了。

2017年中共十九大报告中，关于未来经济发展方向，习总书记指出：

中国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。必须坚持质量第一、效益优先，以供给侧结构性改革为主线，推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革，提高全要素生产率，着力加快建设实体经济、科技创新。

必须把发展经济的着力点放在实体经济上，把提高供给体系质量作为主攻方向，显著增强我国经济质量优势。加快建设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。

加快建设创新型国家。要瞄准世界科技前沿，强化基础研究；加强应用基础研究；加强国家创新体系建设；深化科技体制改革；倡导创新文化，强化知识产权创造、保护、运用。

十九大关于中国经济未来的发展阐述，概括起来就是精益智能制造的核心内容“精益化、创新化、自动化、数字化、智能化、互联化”。精益智能制造是被实践证实的符合中国企业升级转型的有效路径，在精益智能制造理论体系的引导下，希望越来越多的企业尽快升级转型成功，中国制造强国的目标早日实现，中华民族伟大复兴早日到来。*