互联网时代制造业转型升级的新模式现状与制约因素

李 君，成 雨，窦克勤，邱君降

(国家工业信息安全发展研究中心，北京 100040)

随着新一代信息技术的高速发展及与制造业的持续融合，多元化的用户要求、瞬息万变的全球市场竞争和社会可持续发展需求正在引发传统制造业生产方式、组织结构、业务流程、服务要素配置等的深刻变革，催生出一批包括网络化协同研制、服务型制造、个性化定制、平台化运营以及智能制造在内的新模式，为制造业转型升级不断注入新动能[1-4]。但当前制造业转型升级新模式的理论研究远落后于产业实践，关于新模式制约因素的文献大都采用定性论述的形式，为数不多的实证研究基于区域抽样的小样本数据展开论述，以此得出的结论无法系统、准确地反映制造业新模式发展情况，且未系统阐述各类新模式发展的制约因素及应对策略。鉴于此，本文在现有理论基础上提出制约新模式发展因素的假设，依托两化融合服务联盟的两化融合评估系统的全国工业企业大样本调查，全面展现企业制造新模式发展的整体现状和关键特征，通过实证分析剖析企业开展各类新模式的制约因素及其影响机理，以期对推动新模式发展提出理论帮助和实践建议。

1 理论背景与研究假设

国家新出台的 《关于深化 “互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》及系列解读文件多次提及智能化生产、个性化定制、网络化协同、服务化延伸[5-6]，因此，本文将互联网时代制造业转型升级新模式研究的对象聚焦于网络化协同研制、服务型制造、个性化定制、平台化运营和智能制造五种类型。

学者们针对影响我国制造企业新模式发展的制约因素展开了一系列研究，胡春燕从信息技术与制造业的融合视角分析得出，产业方式变革能够通过改变企业内外部组织结构而催生出大量新业态和新模式[7]。张亚斌等认为，传统企业在转型升级过程中所面临的异质性需求与网络化供给等核心问题是企业逐步实现智慧型网络组织模式的推动力[8]。任宗强等通过案例分析提出，动态知识管理能够提升企业生产技术的柔性水平，进而助力个性化定制发展[9]。黄宏彬以中国船舶制造业为例，提出制约行业自主创新和协同创新新模式的主要因素，即技术创新、管理机制创新和跨产业生产创新[10]。尹君等提出智能生产与服务网络体系的关键因素，即科技支撑、组织体系、感知与信息传输、基础设施等[11]。姚锡凡认为，智慧制造的发展有赖于云计算、物联网等相关技术的高度发展，且应在搭建平台的基础上逐步成熟[12]。

本文通过文献梳理和理论研究，剖析制约新模式的关键因素和机理(见图1)，并针对各制约因素与新模式发展之间的相关性提出研究假设。

图1 制造业转型升级新模式制约因素及逻辑图

1.1 网络化协同研制的制约因素和机理

开展网络化协同研制的企业能够基于互联网分布式协同环境，优化配置研发、生产资源，驱动研发模式和生产方式变革，带动研制效率的提升。随着互联网由以人为中心的消费互联网向以企业和组织为中心的产业互联网演进，用户与产业链上下游合作伙伴逐步融入企业的研发生产业务活动中，基于互联网分布式环境的协同研制模式逐步成熟。

技术基础层面，平台逐渐成为要素汇聚、资源整合、能力开发、创业孵化的重要载体[13]，开放的研发社区或协同生产平台可根据企业研发、生产活动的特点及需求，整合相关工业软件工具，形成网络化、分布式的协同研发、生产环境，推动数据交互和业务互联，有效支撑企业开展企业级、跨企业乃至全球化的通信、合作及协同。李伯虎等认为企业能够通过云制造平台对制造资源进行有序组织，并向用户提供制造服务，从而有效支撑新型网络化制造模式[14]。由此本研究提出假设1a：实现开放平台建设的样本与未实现的样本相比，实现开放平台建设有利于推动企业实现网络化协同研制。

组织模式层面，开展高效的网络化协同研制，需要探索形成新的分工协作方式，以用户为中心建立组织功能单元虚拟化、组织要素分散化、组织形式弹性化的价值网络，整合不同企业、组织的资源和能力，优化资源配置。由此本研究提出假设1b：实现网络化组织模式的样本与未实现的样本相比，实现网络化组织模式有利于推动企业提高实现网络化协同研制。

1.2 服务型制造的制约因素和机理

开展服务型制造的企业通过互联网创新优化生产组织形式、运营管理方式和商业发展模式，推动传统基于产品的服务转变成以数据为核心的制造服务，实现制造价值链中各利益相关者的价值增值。服务型制造助力企业以信息技术推动边界融合，以业务集成实现服务闭环。

技术基础层面，企业能够通过提升售后服务环节信息化水平，建立以用户为中心的平台化、网络化、智能化备件体系和用户服务体系，推动服务价值的有效挖掘。顾新建等认为信息技术在制造业服务化中起非常重要的作用，有效支持了服务专业化和制造、服务一体化的有机结合[15]。王玉辉等提出应增进信息技术与高端服务环节的融合，从而提升服务型制造对技术创新和区域性产业升级的带动作用[16]。由此提出假设2a：实现售后服务信息化的样本与未实现的样本相比，实现售后服务信息化有利于推动企业实现服务型制造。

业务集成层面，发展服务型制造要注重制造与服务的相互渗透与融合，通过服务使制造增值，通过制造为服务提供基础和技术保障[17]，而产品正是上述过程的媒介。因此，企业应通过实现产品全生命周期各环节的数据互通与业务集成，开展信息化环境下产品设计、工艺设计、生产制造、售后服务的一体化关联管控和协同优化，提升产品全生命周期一体化管控能力，实现以产品为核心的具有针对性的差异化服务[13]。由此提出假设2b：实现产品全生命周期集成的样本与未实现的样本相比，实现产品全生命周期集成有利于推动企业实现服务型制造。

1.3 个性化定制的制约因素和机理

开展个性化定制的企业能够实现以用户为中心的个性定制和按需生产，从而有效满足市场多样化需求。提高数据流动的自动化水平，实现用户需求的精准获取与定义、提升生产柔性，是企业开展个性化定制发展的技术和机制保障。

数据应用层面，数据流动的自动化水平决定企业资源优化配置的效率，决定企业的生产方式。没有数据流动的自动化，就难以实现个性化定制。企业内部建立起数据自动流动的生产体系，是解决定制化过程中的不确定性、多样性和复杂性的核心。由此提出假设3a：实现数据流动自动化的样本与未实现的样本相比，实现数据流动自动化有利于推动企业实现个性化定制。

业务集成层面，产供销集成能够优化业务流程和组织架构，形成满足客户多品种、小批量个性化需求的生产系统。因此，企业应加强用户需求管理，精准感知、快速获取用户的实际需求，并按照用户需求实现自动排产和动态调度、产品和服务精准配送，以产供销集成为手段提升生产能力的柔性水平，从而确保以用户为中心个性化定制的高效开展。由此提出假设3b：实现产供销集成的样本与未实现的样本相比，实现产供销集成有利于推动企业实现个性化定制。

1.4 平台化运营的制约因素和机理

开展平台化运营的企业以公共服务平台为载体，以网络化制造服务模式实现制造需求和社会化制造资源的高质高效对接。加强数据采集与集成能力，构建平台运营新机制为构建平台生态夯实数据管理和组织基础。

数据应用层面，数据的全面感知、在线汇聚、智能分析是平台的核心功能，底层设备数字化、网络化水平的提升，能够促进研发、生产、经营、销售等各环节数据的自动采集、传送、集成、分析，是成功搭建设备泛在互联、数据自动流转、人员灵活协作的开放式平台，从而实现制造资源线上线下互动共享的重要基础性条件。由此提出假设4a：实现底层数据采集与集成的样本与未实现的样本相比，实现底层数据采集与集成有利于推动企业实现平台化运营。

组织模式层面，由于组织刚性强、具有鲜明的封闭属性，传统的科层制企业无法切实有效利用互联网平台，推动企业资源的协同共享。因而，需要构建平台运营新机制，推动企业管理模式从科层制向流程化、网络化转变，探索发展小型化、自主化的新型决策组织单元，构建灵活的新型组织管理模式，从而基于平台推动人才、技术、数据等要素资源开放共享与优化配置，形成资源富集、良性互动的制造业新生态。由此提出假设4b：与未实现网络化组织模式的样本相比，实现网络化组织模式有利于推动企业实现平台化运营。

1.5 智能制造的制约因素和机理

实现智能制造的企业能够将新一代信息技术与各制造环节融合应用，支持研发、制造、服务、管理全过程的精确感知、自动控制、自主分析和综合决策，且展现出高度感知化、物联化和智能化特征[18]。企业要系统、有效地推进智能制造，基础条件是具备较高的装备数控化程度，且基本实现综合集成。

技术基础层面，智能制造作为第四次工业革命的核心技术，需要相应的技术基础设施提供产业化发展的前提[19]。作为智能制造发展的重要新型基础设施，自动控制与感知、工业软件、工业网络、工业云平台等由于关键器件长期依赖进口，核心技术受制于人，对新型基础设施产业体系的建立尚未起到支撑作用，关键技术装备和软件系统应用成本居高不下，企业推动智能制造的技术基础相对薄弱。由此提出假设5a：新型基础设施完备程度较高的样本与较低的样本相比，建立完备的新型基础设施有利于推动企业实现智能制造。

业务集成层面，企业通过实现内部底层装备、过程控制、制造执行、生产经营管理等环节间纵向集成，以及跨领域、跨企业的横向集成，将助力制造资源的开放共享与优化配置，以及制造过程关键环节的协同优化，从而形成和提升智能制造能力。任磊和任明伦提出，企业通过集成社会化制造资源构建完整的制造价值链，并逐步实现跨价值链的制造资源集成和按需配置，是智能制造的基本模式[20]。由此提出假设5b：企业内外部集成水平较高的样本与较低的样本相比，实现企业内外部集成有利于推动企业实现智能制造。

2 研究基础及总体样本描述

2.1 研究基础

本文以国家标准 《工业企业信息化和工业化融合评估规范》 (GBT/23020—2013)为基础，将工业企业两化融合评估框架作为互联网时代制造业转型升级新模式研究的理论基础和数据采集依据[21]。两化融合评估框架将评估内容界定为两个方面，一是从两化融合基础建设、单项应用、综合集成、协同与创新四个层面评估两化融合水平与能力，二是从企业自身竞争力、经济和社会效益两个层面评估两化融合效能与效益。以上述评估框架为基础，形成工业企业两化融合评估指标体系，包括6项一级指标、30项二级指标、近80项三级指标以及近160项采集项(见图2)。

图2 工业企业两化融合评估指标体系

在国家标准GBT/23020—2013的基础上，根据企业所属行业和生产类型的不同共形成9套两化融合评估指标体系及对应的评估调查问卷，覆盖采矿业、冶金、石化、建材、机械、交通设备制造、轻工、纺织、医药、烟草、电子、包装、废弃资源综合利用、电力、服务业15个行业大类的60个细分行业，可服务于流程、混合、离散(大批量、多品种中小批量、复杂单件)、采掘、电力(发电、电网)、服务业等多种生产类型。截至2017年10月，全国80000余家工业企业依托两化融合评估系统(www.cspiii.com/pg/)开展两化融合评估的应用实践，为本研究积累了详实的大样本数据。

2.2 总体样本描述

上述样本企业分布在15大行业中，其中，机械、轻工、食品等行业样本企业数量较多，占比分别为20.6%、12.1%、11.3%，其次是电子、纺织、建材、石化、交通设备制造、冶金行业，占比均超过5%。与 《中国统计年鉴2017》中统计的全国规模以上工业企业行业分布情况相比，行业分布大致吻合，样本企业具有良好的行业代表性，可以客观反映全国水平。在全国规模以上离散型制造企业中，实现网络化协同研制、服务型制造、个性化定制的企业比例分别为31.0%、24.3%、7.3%。在全国规模以上制造企业中，工业云平台应用率、 “双创”平台普及率分别为38.3%、60.0%，智能制造就绪率达到5.6%。不同行业实现各类制造业新模式的企业占比情况见表1，由于不同类型行业在产品结构、工艺流程、自动化水平等方面存在显著差异，其在采用新模式的过程中各有侧重，因此，本文面向流程型、离散型、混合型行业企业统计其采用平台化运营、智能制造新模式的情况，而仅针对离散型行业工业企业统计其采用网络化协同研制、服务型制造、个性化定制新模式的情况。

表1 各行业实现典型制造业新模式的企业比例 单位：%

3 研究设计

3.1 研究方法

本文采用配对样本T检验的方法，对研究假设1a～5b进行检验。配对T检验是单因素分析中常用的假设检验方法，以重要特征相近的原则将观测对象配成样本对，通过对每对样本值之差值变量求平均，进而以T统计量检验上述两总体均值是否具有显著差异。

3.2 样本选取

针对图1所示的各项新模式的制约因素，本文分别选取观察样本和对照样本，以 “开放平台建设”制约因素为例，以表2所示的测度方式首先筛选出已实现开放平台建设的企业，并进一步按照同细分行业且规模相似的原则对企业进行分类，将同一类别的企业所构成的企业集作为单个样本，构成检验研究假设1a的观察样本，同时对未实现开放平台建设的企业进行类似操作，作为检验研究假设1b的对照样本，按照同细分行业、规模的标准对观察样本和对照样本进行排序和比对，将不匹配的企业集删除。其中，企业规模按总人数划分为五个类别，即300人以下、300～1000人、1000～5000人、5000～10000人、10000人以上。

本文以截至2017年10月的样本数据库为基础，在样本选取的过程中，针对假设1a～4b，仅选取离散型企业为观测对象，涉及轻工、电子、交通设备制造等7个行业大类的日用杂品、电子元器件制造、船舶制造等29个细分行业，企业总量为33199；针对假设5a和5b，选取流程型企业、离散型企业和混合型企业为观测对象，其中，流程型行业涉及石化、建材、医药等7个行业大类的石油加工、水泥、医药制造等15个细分行业，混合型行业涉及冶金、包装等4个行业大类的有色金属、塑料包装等7个细分行业，企业总量为65246。

表2 观察样本获取规则

注：*依据文献21，基于两化融合评估框架，企业两化融合发展水平可划分为起步建设、单项覆盖、集成提升和创新突破四个阶段。

3.3 变量定义及模型建立

(1)因变量。本文研究的核心问题是制造企业实现典型转型升级新模式的情况，因此分别将实现各类新模式的企业比例作为因变量，设计了实现网络化协同研制的企业比例(Networked Collaborative Development，NCD)、实现服务型制造的企业比例(Service-Oriented Manufacturing，SOM)、实现个性化定制的企业比例(Personalized Customization，PCM)、实现平台化运营的企业比例(Platform-Based Operation，PBO)、实现智能制造的企业比例(Intelligent Manufacturing，IM)5个因变量。

以两化融合评估系统的评估数据为基础，针对网络化协同研制，重点测算实现跨企业的网络化产品协同设计、跨企业的网络化生产制造的企业比例；针对服务型制造，重点测算实现远程在线服务、网络化精准营销、基于智能终端提供创新服务的企业比例；针对个性化定制，重点测算实现产品全生命周期打通以及产供销集成的企业比例；针对平台化运营，重点测算应用工业云平台和 “双创”平台的企业比例；针对智能制造，重点测算关键工序数控化、管控集成、产供销集成等方面的水平，以智能制造就绪率间接表征初步具备探索智能制造条件的企业比例，数据测算说明如图3所示。

图3 智能制造就绪率测算说明

(2)自变量。本文研究技术基础、数据应用、组织模式、业务集成等方面的因素对新模式在制造企业中实现水平的影响，将图1所示制约因素，即开放平台建设(Open Platform Construction，OPC)、网络化组织管理模式(Networked Organizational Management Model，NOMM)、售后服务信息化(After-sale Service Informatization，ASSI)、产品全生命周期集成(Product Life Cycle Integration，PLCI)、数据流动自动化(Automation of Data Flow，ADF)、产供销集成(Integration of Production，Supply and Sales，IPSS)、数据采集与集成(Data Collection and Integration，DCI)、新型基础设施建设(New Infrastructure Construction，NIC)、企业内外部集成作为自变量(Integration Of Enterprises，IOE)，以两化融合评估系统的数据为基础对自变量进行合理测度，如表2所示。

4 研究结果

4.1 制造业转型升级的新模式发展现状

(1)网络化协同研制发展现状。在离散型制造企业中，实现网络化协同研制的企业比例达到31.0%，各行业发展水平如图4所示。不同行业均将基于开发平台的协同创新作为开展网络化协同研制的重要着力点，但路径各有不同。纺织行业侧重于推动面向客户需求的协同设计与制造，依托互联网平台及时响应用户需求，共享制造资源，协同开展小样设计与制造，形成面向订单的灵活性协作关系；交通设备制造行业侧重于推动多研发主体间的在线异地协同研发，依托平台整合和共享研发资源，统一研发管理策略和研发流程，建立多研发主体间全流程交互协同的新型研发体系。针对假设1a和假设1b的统计分析显示，我国离散型制造企业中，仅有43.4%的企业构建了开放研发社区或协同生产平台，8.7%的企业实现了网络化组织模式。

图4 重点行业实现网络化协同研制的企业比例

(2)服务型制造发展现状。在离散型制造企业中，开展服务型制造的企业比例达24.3%，各行业发展水平如图5所示。不同行业开展服务型制造的路径各有不同，电子行业聚焦于价值链前端的研发设计等环节，以面向客户需求的个性化服务为主旨，提供产品功能和外观设计服务，在价值链各环节为消费者提供符合其个性化需要的 “产品系统”，充分实现消费者价值；交通设备制造行业聚焦于价值链后端的售后服务等环节，通过物联网和大数据分析等信息技术的应用，及时响应用户服务请求，开展装备产品全生命周期追溯与服务，对产品各项运行参数和故障信息进行远程实时的监控、诊断、预警和维护，并通过监测数据的深入挖掘和分析为用户提供增值服务。针对假设2a和假设2b的统计分析显示，在离散型企业中，仅有7.9%的离散型制造企业能够实现产品全生命周期业务集成，60%左右的企业实现售后服务信息化，但这些企业主要开展维修服务和配件管理等初级应用，尚未建立以用户为中心的平台化、网络化、智能化备件和用户服务体系。

图5 重点行业开展服务型制造的企业比例

(3)个性化定制发展现状。在离散型制造业企业中，开展个性化定制的比例为7.3%。个性化定制正在从服装、家具行业向家电、汽车领域扩散，不同行业的发展重点各有不同，服装、家电、家居等消费品行业重点通过建立客户体验中心、在线设计平台、电子商务平台，形成动态感知、实时响应消费需求的大规模个性化定制模式；飞机、船舶、汽车等装备行业重点通过建立基于网络的开放式个性化定制平台，提升高端产品和装备模块化设计、柔性化制造、定制化服务能力。针对假设3a和假设3b的统计分析显示，在离散型企业中，基于信息系统实现客户需求管理、实现自动排产和动态调度、实现精准配送的企业比例仅分别为24.2%、9.9%、16.5%，实现统一数字化产品定义在产品生命周期各阶段应用和关联维护的企业比例仅为33.0%。

(4)平台化运营发展现状。在我国规模以上工业企业中，工业云平台应用率达到38.3%。电子、轻工等领先行业分别以工业云平台、 “双创”平台建设为着力点，加快开展平台化运营，先进电子信息行业企业率先布局工业云平台，推动研发设计、仿真系统、模型库等应用软件及数据存储、治理、挖掘、分析向云端迁移，突破地域、组织、机制的界限，高效整合人才、技术、资金等资源要素，面向众多制造企业提供集制造资源、计算资源、软件资源、技术资源、人力资源一体化的平台化服务新模式；先进轻工行业企业着力开展 “双创”平台建设，构建新型研发、生产、管理和服务模式，推动技术攻关、创业孵化、投融资和人才培养，充分利用互联网技术，更高效地汇聚创业创新资源，更便捷地开放创业创新资源，更有效地配置创业创新资源。针对假设4a和假设4b的统计分析显示，在离散型企业中，生产设备数字化率和联网率仅分别为44.8%、39.0%，仅有8.8%的企业构建了网络化组织管理模式。

(5)智能制造发展现状。智能制造是两化深度融合的产物，随着智能制造水平的不断提升，其对我国制造业所面临的资源和环境约束的缓解作用逐步显现[18]。数据显示，当前我国初步具备探索智能制造基础条件的企业比例为5.6%，从整体看，近三年呈现8.0%的平均增长率，具备智能制造基础和经验的企业数量逐步增加，但智能制造基础尚显薄弱。从行业层面来看，电子行业在集聚创新资源和要素方面具有显著优势，其底层装备的数控化水平、管控集成水平、产供销集成水平以及产业链协同水平均处于各行业前列；交通设备制造等装备行业围绕 “设备互联、数据互换、过程互动、产业互融”等方面加快发展智能制造，致力于开展研发、生产、经营、服务等业务环节数据的采集与利用；石化等原材料行业围绕提质增效，加强数据分析在设备预防性管理、能源综合管理、供应链管理等方面的应用。针对假设5a和假设5b的统计分析显示，在包括离散型、流程型、混合型在内的企业中，两化融合发展水平处于集成提升及以上阶段的企业比例仅为19.3%，同时，数字化生产设备联网率为39.0%，个性化需求高的生产控制类工业软件普及率不足五分之一。

4.2 假设检验结果

(1)描述性统计分析。在各自变量实现和未实现的情况下，分别对采用新模式的企业比例进行描述性统计分析，结果如表3所示。以自变量OPC为例，在实现开放平台建设的企业中，实现网络化协同研制的企业占比平均为54.88%，标准差为0.2358；而在未实现开放平台建设的企业中，实现网络化协同研制的企业占比平均为30.77%，标准差为0.1982。这一结果说明，实现开放平台建设的企业在实现网络化协同研制的比例上高于未实现开放平台建设的企业。从以其他9项自变量为依据的观察样本和对照样本的新模式实现比例的均值和标准差值对比情况来看，都可以得出类似的结果。因此，描述性统计分析表明，企业若实现各项自变量所界定的能力，将可以在一定程度上提升实现相应新模式的概率，这种提升程度是否显著，需要进一步检验。

表3 各类新模式制约因素分析样本的描述性统计分析

(2)配对样本T检验。本文分别以10项自变量的实现和未实现作为标准，将总体样本划分为观察样本和对照样本，以同细分行业、相近规模的原则对实现各类新模式的企业占比分别进行配对样本T检验(见表4)。结果显示，各项配对样本T检验均在1%的水平下呈双尾检验显著状态，因此，对于各类型新模式来说，企业若实现图1所示的任一制约因素所界定的能力，则都能够显著提升企业实现相应新模式的，即研究假设1a～5b均通过了检验。

表4 实现各类新模式企业占比的配对样本T检验

注：*表示在10%的水平下双尾检验显著；**表示在5%的水平下双尾检验显著；***表示在1%的水平下双尾检验显著。

5 研究启示与局限

本文运用统计分析和配对样本T检验的方法，从技术基础、数据应用、组织模式、业务集成四个维度剖析我国企业发展新模式的制约因素和机理。结合研究结论可以看出，需从以下几方面采取有效措施：①推动信息化技术在产品全生命周期各环节的深度应用，加强开放平台建设，加快发展自动控制与感知、工业软件、工业网络、工业云平台等智能制造基础设施，是提升新模式发展技术基础的当务之急；②以数据流动自动化为基础，充分挖掘数据创新驱动潜能，不断提高数据开发利用的深度和广度，推动新模式蓬勃发展；③推动组织模式创新，建立网络化组织体系，构建开放协同的研制生产合作关系将为新模式发展奠定坚实的组织基础；④着力提升企业跨部门、跨业务环节的集成运作能力，将加快推动新模式在企业转型升级中效能效益的充分显现。

本文在一定程度上推进了新模式制约因素的研究，但也存在一些局限。在样本方面，受两化融合评估调查问卷题目设置所限，仅能够反映企业是否实现新模式，但难以反映其新模式实现的水平；在制约机理方面，本文在现有研究成果的基础上结合企业实践提出一系列研究假设，但其对应的深层次理论研究还有待进一步明确。