智能制造与创新的耦合关系：基于扎根理论的探索性研究

韦 影，赵乐乐

（1.浙江工商大学工商管理学院，浙江 杭州 310018；2.浙江工商大学浙商研究院，浙江 杭州 310018；3.暨南大学管理学院，广东 广州 510632）

1 引言

我国制造业发展正处于转型升级的关键时期，亟须实施创新驱动发展以支撑新旧动能转换。随着以新一代信息通信技术为核心特征的新一轮科技革命的到来，智能制造正推动制造业进入新的发展阶段[1-2]，我国适时提出将智能制造作为制造业转型升级的主攻方向和突破口。制造业智能化转型是实现经济高质量发展的必然选择与重要途径[3]。智能制造是一个系统工程，其与创新存在天然的联系。制造业本身是技术创新最活跃的部门，它不仅是技术创新的主要来源，也是技术创新的使用者和传播者[4]。创新是产业升级的动力，产业升级反过来又推动了创新的发展[5]。

探明智能制造与创新之间的相互作用与影响，将有助于推动我国制造业高质量发展。智能制造的研究多见于工业工程和机械工程等领域，关于智能制造与创新关系的研究较为匮乏。目前鲜有研究对智能制造与创新的耦合关系展开系统分析。智能制造对创新有哪些影响？创新对智能制造又有哪些作用？本文围绕以上两个研究问题，在双环传动与海尔集团案例资料的基础上，采用扎根理论方法，构建智能制造与创新的耦合关系模型，以期为智能化转型背景下制造业实现高质量发展提供理论指导。

2 文献回顾

2.1 智能制造的概念及其维度

智能制造是先进制造技术与新一代信息通信技术的深度融合，有效贯穿于产品设计、制造、服务全生命周期的各个环节，实现制造的数字化、网络化、智能化，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展[6-8]。智能制造是以数字制造为基础实现发展的智能化系统[9-10]，其发展主要包括自动化软件、硬件以及系统三个方面[11]，通过人工智能技术与制造技术的有效融合，达到生产等各环节的智能化[12]，旨在实现知识和装备的高度衔接[13]，从而促进制造业的高质量发展。

智能制造是一个系统工程[14]，主要包括智能产品、智能生产、基础设施建设以及智能制造模式四个维度[8]。其中智能产品是主体，智能生产是主线，基础设施建设是基础，智能制造模式是主题。每个维度包含了智能化的不同内容，智能产品主要体现为应用数控化和智能化等技术的产品，智能生产主要体现在生产过程的自动化和数字化，基础设施建设主要包括CPS（Cyber Physi⁃cal System，即信息物理系统）、工业互联网基础设施和智能制造网络信息平台等的建设，智能制造模式主要体现为大规模定制和服务型制造模式[8]。

2.2 智能制造与创新的相关研究

智能制造与创新关系的研究较为少见。Yang、Ying和 Gao[15]实证了实施智能制造对制造企业创新绩效的显著正向影响。孟凡生和赵刚[16]则认为，技术创新在创新柔性对制造企业智能化转型的影响中承担中介作用。吕文晶、陈劲和刘进[17]在探讨工业互联网的智能制造模式时，基于海尔的案例研究指出，海尔COSMO平台可提高创新能力与创新效率。智能生产不仅影响了智能产品的生产质量与开发速度，而且促进了产业形态和商业模式的变革与创新[18-19]。Kahle等[20]通过案例研究构建了智能产品开发的早期阶段所需配置的创新生态系统。汤临佳、郑伟伟和池仁勇[21]分析了智能制造创新生态系统的功能评价体系及治理机制。熊英子、张冰倩和唐炎钊[22]实证检验了以推进智能制造为主攻方向的“中国制造2025”产业政策对被支持企业技术创新存在显著的促进作用。张树山、胡化广和孙磊[23]聚焦智能制造试点政策，证实了智能制造显著影响企业技术创新投入。史永乐和严良[24]指出，美国和德国政府通过创新驱动智能制造发展，我国需要加大政策支持力度，强化智能制造创新体系。

尽管智能制造的概念尚未统一，但大多研究围绕智能制造的四个维度——产品、生产、基础设施、制造模式展开。智能制造与创新之间存在天然的联系，两者都是促进我国制造业高质量发展的关键因素，但现有研究缺乏对两者之间关系的系统分析。因此，本文基于扎根理论方法，以双环传动和海尔集团为研究对象，探究智能制造与创新之间的耦合关系，为制造业智能化转型升级提供理论指导，以期推进制造业高质量发展。

3 研究设计

3.1 研究方法

智能制造与创新的相关研究较少，目前两者之间的关系尚欠清晰明确。因此，本文采用扎根理论方法，分析样本资料的情景脉络，提炼智能制造与创新之间关系的理论模型。扎根理论适合在没有理论假设的前提下，从观察入手，从原始数据中归纳出经验，然后上升到理论，是沟通丰富质性数据与主流演绎研究之间的最佳桥梁之一[25]。

扎根理论是由美国学者Strauss与Glasser于1967年首次提出的一种质性研究方法，这种方法强调在大量收集资料并且对其进行提炼的基础上逐渐形成新的范畴与概念，然后发现范畴之间的内在关系从而形成新的理论[26]。由于没有预先的理论假设，所以需要在资料收集与分析的过程中，持续比较与理论抽样。本研究遵循经典扎根理论编码过程[27]，操作步骤主要包括：开放性编码、主轴性编码、选择性编码以及理论饱和度检验。

3.2 案例选择

本文选择了双环传动与海尔集团两家企业作为研究对象。双环传动是我国齿轮配件生产规模大、实力强的齿轮生产企业之一，它不仅积极推进智能制造的发展，其生产的产品对机器人行业的发展亦具有重要作用。海尔集团是我国家电行业中产品种类最多、规格最全、技术最高、出口量最大的大型企业集团，经过多年的发展，海尔的智能制造形成了互联工厂模式，自主研发了面向制造业的COSMO平台，实现了家电产品的研发过程、制造流程和营销方式的颠覆式创新。两家企业都获批了国家工信部智能制造示范试点项目，在智能制造方面积累了较为丰富的经验（具体如表1所示）。

表1 样本企业特征

3.3 数据收集

本研究的数据收集途径如下：①访谈及实地观察。本研究所收集的一手数据主要是对双环传动的访谈及实地观察。我们对双环传动常务副总进行了时长为30分钟的电话访谈，还对双环传动机械研究院研发中心主任和参与智能制造实施的工程师开展了时长为140分钟的实地访谈，并进行了实地观察。两次访谈均进行录音，然后转换成共计4万多字的文字资料。②二手资料搜集。考虑到海尔集团的二手资料较为丰富且全面，因而海尔集团的资料主要为二手数据，包括公开发表论著、新闻报道、企业官网等，所搜集的二手资料共计6万多字。关于双环传动，我们还通过企业官网、公司年报和新闻报道等渠道搜集二手数据，共计4万多字。本研究通过深入访谈、实地观察和二手资料搜集等多种方式进行数据搜集，采用三角测量法有助于提高研究的信度与效度。

4 智能制造与创新的耦合关系模型构建

4.1 开放性编码

开放性编码是将原始资料中所记录的材料分解、比较后重新组合，归纳出经验，上升到理论，进行概念化的过程[28]。由于初始概念的层次较低，所以需要进一步提炼相关概念，实现概念范畴化。在这一过程中要摆脱理论偏见，实事求是地进行概念与范畴的提取。本研究通过对双环传动和海尔集团的相关资料进行整理与分析，通过逐字逐句编码的方式实现概念化，然后将相同或者类似的概念进行组合，实现范畴化，具体步骤为：资料分析、发现概念、提炼范畴。本研究通过开放性编码，多次整理分析数据资料，共得到15个初始概念、6个范畴。开放性编码示例如表2所示。

表2 开放性编码示例

4.2 主轴性编码

开放性编码是独立和分散的，目的是为了挖掘范畴，但范畴之间关系不明确。主轴性编码可以进一步对其进行重新归类与融合，提取出主范畴与副范畴，建立范畴之间的内在联系与逻辑关系，更好地描述概念间的相互关系。本文将15个开放性编码进行归类、合并，建立范畴之间的相互关系，最终得到2个主要范畴：创新和智能制造；6个副范畴：产品创新、流程创新、智能产品、智能生产、基础设施建设、智能制造模式。这为进一步明确数据资料间的内在联系奠定了基础。主轴性编码示例如表3所示。

4.3 选择性编码

选择性编码是从主轴性编码中提炼出具有典型性的核心范畴，然后分析核心范畴与其他范畴的关系并且总结出理论模型，在这一过程中核心范畴要达到饱和[29]。在开放性编码和主轴性编码的基础上，本研究通过对15个概念、2个主范畴以及6个副范畴进行深入分析，加上对资料不断比较，发现大多数范畴和概念都与“创新”这个范畴有直接或者间接的关系。

一方面，智能制造促进了创新的发展，推动了生产的自动化与柔性化，促进了产品的个性化与定制化，从而推动了流程创新与产品创新；另一方面，创新作为动力促进了智能制造的进步，为智能制造提供了先进的设备与技术，促进了智能产品的产生和智能生产的发展，同时智能软硬件新产品的应用推动了工业互联网等智能制造基础设施的建设，促使制造模式从生产型制造向服务型制造转变。因此，从各范畴之间关系的分析结果出发，本研究确定了“创新”这一核心范畴，具体如表4所示；在此基础上，最终确定了智能制造与创新之间耦合关系的理论模型，得出本研究的主要结论。

表4 主范畴的关系结构

4.4 理论饱和度检验

理论饱和度是指新收集的资料不会再产生新的理论[30]。在理论模型构建后需要对理论是否饱和进行检验，如果未饱和则需要重新收集资料寻找新的概念与范畴。为了检验本研究结果的理论饱和度，我们对双环传动和海尔集团的资料进行了详细分析，通过对编码的随机抽取，并未发现新的范畴以及内在联系，结果也符合本文所确立的智能制造与创新之间耦合关系的理论模型。因此，本文的概念范畴与理论模型是饱和的。

基于扎根理论方法的分析，本研究可以得出智能制造与创新两个主范畴，最终确立了智能制造与创新之间的耦合关系：智能制造推动了产品创新与流程创新，促进了创新进一步发展；创新促进了智能产品、智能生产、基础设施建设、智能制造模式的实现，推动智能制造不断进步。智能制造与创新相互作用、相互促进，形成紧密的耦合关系，如图1所示。

图1 智能制造与创新的耦合关系模型

5 模型阐释

5.1 智能制造促进创新的发展

智能制造为产品的生产提供了新技术、新工艺以及新设备，改变了以往的产品制造模式，使产品的设计与生产更加多样化、个性化，推动了产品创新。同时，智能制造融合了大数据、云计算等信息技术[6，31-32]，通过网络系统与平台更全面、更准确地把握市场需求信息，具有很强的柔性与市场反应能力，能够实现自主学习与决策，并且能够不断优化[33]。通过情景感知和信息融合，智能制造实现市场需求的动态响应、新产品的快速制造及生产供应链的实时优化，提高产品的定制能力和服务创新能力[34]。通过网络信息系统或平台，顾客可以深度参与产品研发和制造环节，这极大地满足个性化需求，促进产品更新换代，推动产品创新。

智能制造促进制造过程的智能化和产品的智能化[35]。随着智能制造的不断发展，机器人、智能车间以及智能工厂的出现使制造企业的生产流程发生了重大变化。例如，很多汽车企业大量使用智能机械手代替人工，同时简单生产传送带被智能生产线代替，并逐步向工业机器人集成应用制造转变[36]。智能制造可通过制造执行系统（MES）等信息系统，实时采集、监控生产信息。基于智能工厂以及智能装备在生产过程中的应用，制造企业可实现制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制[37]。目前，部分先进装备制造企业正在探索智能工艺设计系统，充分快速地利用以往成功的工艺设计案例，借此提高工艺设计的效率、准确性和实用性[38]。

5.2 创新推动智能制造不断进步

创新促进智能产品的产生，主要体现在技术创新促进了智能化相关技术的发展，通过应用各种智能化技术，产品功能与性能得以优化，产品的智能化程度不断提高[8，38]。技术创新在技术上和经济上增加了开发智能产品的机会[20]。传统产品通过不断地应用智能化技术，赋予产品智慧，在一定程度上实现自感应、自适应、自学习和自决策[39]。例如，海尔智能家居产品采用有线与无线网络相结合的方式，通过应用物联网等技术推出了智能家居系统等智能产品。

生产装备的产品创新以及智能化技术的技术创新，为智能生产提供了重要支撑。在制造智能化背景下，智能装备产业的发展迎来了良好的发展机遇，适应不同需求的工业机器人、智能控制系统等不断涌现。工业机器人在工业生产过程中代替人工进行制造，在智能生产中发挥重要作用。云计算、物联网、互联网、大数据等新一代信息技术，将生产与网络连接起来，加强信息的收集与管理，使得生产全过程得以掌控[1]。

智能制造的发展离不开基础设施的支持，尤其是信息物理系统和工业互联网等[6，40]。信息物理系统（CPS）是实现智能制造的综合技术支撑体系。CPS强调计算资源与物理资源间的紧密结合与协调，提供将相关制造事物映射到计算空间的理论框架，从而实现制造系统的建模[41]。随着嵌入式计算、网络通信、网络控制和物联网等技术的不断创新与发展，制造企业纷纷探索建设智能工厂。智能制造未来的发展仍有赖于CPS等基础设施相关技术的进一步创新。

物联网、大数据、云计算等技术的创新与应用，推动制造模式从生产型制造向服务型制造转变。利用制造企业管理软件产生的数据、传感数据和社交媒体数据等多渠道的海量数据，建立分析模型，可以全方位多角度洞察用户行为、预测用户需求，主动配置和优化制造资源。例如，海尔沈阳冰箱工厂打造的“智能交互制造平台”，使用户在家中通过网络定制自己的冰箱成为可能。传统的数据处理技术难以满足种类繁多的非结构化数据分析需求，云计算等技术已成为大数据高效分析处理的重要手段，并不断创新发展[34]。

6 主要研究结论与启示

本文运用扎根理论方法对双环传动与海尔集团的智能制造与创新实践进行了系统研究，揭示了智能制造与创新之间的耦合关系。主要结论如下：①智能制造为产品创新创造机会，智能制造技术的发展促进了多样化产品的生产，融合大数据与云计算等技术推动了个性化产品的研发与制造；智能制造促进生产流程的改进，智能车间和智能工厂的搭建促使企业的生产流程优化创新。②创新推动智能制造不断进步，智能化技术的不断创新促进智能产品的产生，为智能生产提供重要支撑，促进智能制造基础设施发展，推动制造模式向服务型制造和大规模定制转变。③智能制造与创新之间存在相互作用、相互促进的耦合关系。本文构建的智能制造与创新之间的耦合关系模型，是对智能制造研究在管理学领域中的创新性拓展，也是对创新管理理论的补充和完善，为我国智能制造与创新的深入研究提供可借鉴的理论支撑。

本研究结论对我国制造业智能化转型具有一定的启示。①对政府的启示。第一，推进我国智能制造应注重从构建创新生态系统着手，制定推进制造业数字化、智能化转型相关政策时，应系统地看待智能制造与创新之间的耦合关系，不可将两者割裂开来。第二，注重补齐智能化技术短板，引导相关企业不断提升原始创新能力，强化本土智能化技术创新对智能制造的供给及促进作用。我国仍面临智能制造关键核心技术自主创新能力薄弱的问题，在当前逆全球化与中美贸易摩擦的形势下，亟须坚持本土智能化技术创新与制造业产业化应用协调推进。②对企业的启示。企业要全面地认识智能制造能够为企业带来的收益，积极开展数字化、智能化转型。近年来，我国部分企业开始步入智能制造的第一个阶段——数字化阶段，但不少企业对智能制造作用的认识仍停留在降低运营成本和提高生产效率的层面。实际上，智能制造可为企业（尤其是消费品制造企业）的产品创新创造机会，有望形成新的利润增长点，从而提升企业竞争力。系统地看，企业积极参与智能制造，亦有助于构建我国智能制造的内需体系，形成国内大循环，为本土智能化技术创新提供需求基础。

本研究也存在一定的局限性：一是本研究的样本量较小，未来可扩充研究样本量，强化研究结论的普适性；二是尚未深入开展智能制造对创新的影响机制研究以及创新对智能制造的影响机制研究，未来可综合运用案例研究和定量实证研究方法，推进智能制造与创新的理论研究，为我国制造企业的智能化转型与创新提供理论指导。