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中国工业4.0处在什么位置?

摘要: 钱德勒在《信息改变美国:驱动国家转型的力量》一书中提出信息技术的应用是第三次工业革命的论断来看,德国人把网络化在工业领域的应用称为第四次工业革命也没有什么不妥。按照马克思的论断,只有生产力的提升,而没 ...

钱德勒在《信息改变美国:驱动国家转型的力量》一书中提出信息技术的应用是第三次工业革命的论断来看,德国人把网络化在工业领域的应用称为第四次工业革命也没有什么不妥。

按照马克思的论断,只有生产力的提升,而没有生产关系的改变,不是工业革命,第四次工业革命是技术创新发展到一定阶段,对传统的生产制造价值创造体系将产生颠覆性的改变,因此,第四次工业革命值得我们关注和学习。

德国对工业4.0的定义

德国工业4.0平台明确指出,发生在英国的第一次工业革命是工业1.0,其主要技术特征是机械化,以电气化和自动化为特征的第二次工业革命就是工业2.0,接着以PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)广泛应用为特征的第三次工业革命就是工业3.0,当然,未来的以信息物理融合系统(CPS,Cyber-Physical Systems)技术为特征的制造业,可以称为工业4.0。

▲图1德国工业4.0概念的阶段性定义

在2015年4月德国工业4.0平台发布的《工业4.0实施战略计划》报告中,对工业4.0进行了较为严格的定义:

“工业4.0概念表示第四次工业革命,它意味著在产品生命周期内对整个价值创造链的组织和控制迈上新台阶,意味着从创意、订单,到研发、生产、终端客户产品交付,再到废物循环利用,包括与之紧密联系的各服务行业,在各个阶段都能更好满足日益个性化的客户需求。”

更进一步,德国工业4.0平台阐释了工业4.0概念的价值,它指出:

“所有参与价值创造的相关实体形成网络,获得随时从数据中创造最大价值流的能力,从而实现所有相关信息的实时共享。以此为基础,通过人、物和系统的连接,实现企业价值网络的动态建立、实时优化和自组织,根据不同的标准对成本、效率和能耗进行优化。”

由此可见,德国对工业4.0的定义是比较清晰的,对工业4.0在工业革命史中的阶段有比较明确的划分,同时也对工业4.0阶段的价值创造过程有了较为深入的分析,因此,工业4.0概念是一个较为完备的体系。

未来制造的网络化趋势

作为新一轮的工业革命,工业4.0时代跟前三次工业革命不同的地方是网络化,由于在生产制造核心价值创造环节大量采用了网络化技术,原有的价值创造体系将发生革命性的改变,从而促使整个社会技术体系产生变革,这是第四次工业革命存在的证据和理由。

大家知道,互联网技术在人们消费领域的应用,导致了人们的生活发生了翻天覆地的变化,特别是在中国,大量的用户使用电子商务、即时通信和移动应用等互联网产品及服务,大大改变了人们的传统生活形态。可以预想,如果互联网技术在生产制造领域得到充分利用,将对人们的生活产生巨大的改变。

人口仅为8500万,面积仅为两个广东一样大的德国,缺乏中国这样的一体化大规模市场,难以推动互联网技术在德国人生活中深度应用,但由于德国的制造业非常发达,具有很好的应用新技术的环境,因此,德国工业4.0概念提出之后,得到了德国制造业的大量响应,纷纷加入德国工业4.0平台,共同推动德国的工业4.0的应用。

从未来制造业发展的趋势来讲,利用CPS技术,把物理世界虚拟化,是降低创新成本的最佳途径。例如,传统汽车的制造过程需要先设计出图纸,制作出模型汽车,然后用模型汽车进行碰撞等试验,检验设计的效果,这样的流程花费的成本比较高,但利用CPS技术,新设计的汽车可以在模拟的测试环境中进行多次试验,而不用担心汽车碰撞实验中的损坏,这样可以大大降低成本。

理解未来制造业,需要考虑网络化技术给原有的制造过程带来的变革,高度网络化在多个层面发生作用,它可以在产业链环节、车间之间、生产线之间、流水线各环节以及任何物体之间发生,而达到物与物的连接,则是CPS技术发展的最高境界,那就是物联网。

总而言之,工业4.0时代就是第四次工业革命,它的核心技术CPS带来的大量连接,形成了各种层级的网络化,这将大大改变现有的生产制造流程,从而影响制造业的价值创造体系,这就是第四次工业革命最大的趋势和特征。

解构中国制造的困境

经工业4.0研究院考证,中国在1850年左右丧失了全球制造业大国的地位,经过160年的时间,在2010年,我国经过三十年左右的工业化努力,再次夺回世界制造业大国的地位。虽然从制造业产值上讲,中国现在是全球排名第一,但从制造业的国家竞争力来讲,我们远远落后于全球制造业强国。

正是基于这样的背景,《中国制造2025》提出,“实施制造强国战略,加强统筹规划和前瞻部署,力争通过三个十年的努力,到新中国成立一百年时,把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国,为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。”

中国制造低端产能过剩

在中国制造过去三十年的发展期,中国人口红利带来的低成本,一直是中国制造走向全球的法宝,据美国知名媒体记者查访,几乎没有哪个美国人可以离开中国制造的产品而正常生活,可见中国制造在全球人类的生活中扮演了多么重要的角色。

▲ 图2 BCG对全球前25位经济体的对比

注:该指数只反映四类直接生产生产成本。原材料投入和机器工具折旧等其他成本不另作区分。成本结构在根据所有产业加权平均计算。已根据生产率作相应调整。

但是,随着中国的发展,人口红利已经逐步丧失,制造业的平均成本增长非常迅速,相比之下,东南亚更低的人工成本更具有吸引力。美国波士顿咨询公司(BCG,Boston Consulting Group)曾经做了一项对比研究(该报告中文版全文可在工业4.0研究院官方网站下载),提出中国制造的成本指数为96,而美国制造的成本指数为100,如果以这样的对比方式来看,中国制造几乎跟美国制造的成本相当。虽然这样的对比模型包含了一些诸如环境成本以及其他估算成本,并不具有很强的对比性,但中国制造成本上升的结论是肯定的。

这还不是最糟糕的,虽然传统制造产品的需求已经大幅下降,但各地政府依然考虑就业等因素,继续通过财政支持等手段维持原有的生产能力,或者继续上马原有规划的工厂,这导致全国不少地方的制造能力过剩。

过剩的产能不能退出市场,影响了整个行业的盈利能力,同时也导致拥有丰富制造业经验的人才不能流动,这使得中国制造的各种资源不能实现高效配置,反而阻碍了中国制造的转型升级过程的推进。更为可惜的是,过剩产能不退出,企业也难以转向技术创新要出路,长期以往会影响中国跟进第四次工业革命的发展机会。

核心技术缺乏问题严重

由于中国工业化进程不过三十多年,大部分中国制造企业缺乏核心技术,它们主要通过引进来自美国、德国和日本等制造强国的装备,加工好产品销售给消费者,由于中国还缺乏成熟的高端装备产业,在相当长一段时间内无法改变继续引进制造强国装备的现状。

在2015年8月的工信部人才交流中心举办的“德国工业4.0战略解读”会议上,来自德国电气电子制造协会(ZVEI,Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.)的Klaus Mittelbach明确指出,德国就是要利用“工业4.0”去制造“中国制造”(”Made in China 2025” made by “Industrie 4.0”),可见德国意图继续做中国制造的装备设备提供商的目的很明确。

从《中国制造2025》提及的十个领域来看,大部分是中国企业不具有核心技术的,国内大部分产业企业是通过集成等方式提供相关产品及服务。值得我们警惕的是,这些产业涉及到大量的核心技术研发,国内高校和研究机构相关基础研究也不到位,在相当长一段时间,国内是缺乏相关技术获取可能的。

目前国内一些制造大省在大张旗鼓进行机器换人,但涉及到机器换人的一些自动化设备,中国是没有能力提供关键部件的,几乎所有的关键部件都是采购国外企业的,在这样的格局下,中国制造缺乏核心技术的困境是无法通过机器换人获得缓解的,相反,大量采用国外的自动化设备,反而让中国制造业在相当长一段时间难以投入资源去解决核心技术缺乏的问题。

除此之外,中国高校和研究机构对工业4.0相关的基础科学和技术缺乏深入研究,《中国制造2025》要实现十年的计划周期获得技术的提升,可能会比较困难。例如,机器人所需要的基础学科涉及到计算机视觉,国内大部分就是采用英特尔提供的开源平台OpenCV;对于大家热衷的3D打印,其操作系统也是欧洲提供的开源平台Arduino。

因此,对于中国制造目前的现状,低端产能过剩和核心技术缺乏是两个突出的问题,而中国制造企业经营理念陈旧,缺乏对未来制造业制高点的深刻认识,将阻碍中国制造的转型升级顺利进行,而要改变这样的困境,中国制造企业必须认识到创新的重要意义,并切实通过创新来形成新的发展动力。

创新驱动中国制造业

实事求是的讲,中国制造业是一个缺乏创新的领域,由于中国改革开放初期落后西方工业化进程几百年,直接模仿西方工业化是一个较为经济的选择。经过三十年的高速发展之后,中国进入了简单模仿成效不佳的状况,这迫使中国制造选择创新的道路。

按照创新的通常定义,可以把创新分为技术创新、模式创新和管理创新。中国制造企业可以根据实际情况,通过多方位的创新努力,实现中国制造转型升级的宏伟目标。

从产业链考虑技术创新

技术创新主要以核心技术创造发明或者工程技术应用来体现,这是人类工业革命以来的最基本约束条件,也是人类社会生产力的直接体现。在过去三十多年期间,中国制造成为了全球的工厂,可是,美国、德国和日本等装备制造强国却成为了工厂的工厂(Factory of Factories),也就是中国制造企业的工厂使用的装备设备,大都是国外企业提供的。虽然中国一直不遗余力的发展装备制造业,甚至于工信部装备司多年前就提出了“智能制造”的概念,并成为《中国制造2025》文件中的关键词之一,但中国装备制造业不强是不争的事实。

中国装备制造业不强,与以产业链创新布局的方式不足有很大关系。因为目前全球的工业产业大都以复杂的产业链形式存在,如果不从完整的产业链角度去考虑,是无法避免掌握的技术竞争优势不强的困境,也就不能持续的进行技术革新。中国高铁之所以可以称为中国制造的名片,当初引入国外技术的时候,从整个产业链考虑创新,是当时最为正确的决策;而与之相反的是中国汽车业,由于各地政府忙于引进汽车企业提升GDP,而忽略了全产业链的技术创新布局,即便中国汽车业增长迅速,但中国自主的汽车业几乎没有发展起来。

在工业4.0时代,由于高度网络化在生产制造核心价值链上的实现,那么相关核心技术的创新将更少由简单的单个技术创新来实现,这也许是为什么德国工业4.0平台把领先的市场纳入到其双领先战略中的根本原因,因为如果没有完整的技术供应链,是不太可能实现面向解决方案级别的技术创新的。

在数控机床领域,PLC是一个常用的核心器件,但超过95%以上的市场份额都是由国外企业占有,例如西门子、三菱、欧姆龙、施耐德等,它们利用自身工业自动化整体解决方案能力,各自在细分的PLC市场占据垄断地位,而国内企业要打破这个格局,需要从产业链的技术创新入手,这样的难度是比较高的。如果不是从产业链的技术创新介入,单一的技术点很容易被领先的国外企业通过各种方式扼杀。

因此,中国制造在进行技术创新的时候,需要从整个产业链或产业生态去考虑,这样才可能发挥技术创新带来的优势。

工业4.0模式创新变革

在工业4.0时代,由于技术约束条件发生了改变,企业经营的商业模式也有机会发生变化。通常来讲,商业模式是利益相关者的交易结构,也就是需要考虑与价值创造体系有关的主要利益相关者,这样才可能真正创造并获取价值。

工业4.0研究院根据德国工业4.0体系,梳理了三种基本的商业模式,它们分别是企业边界内的纵向集成、产业链范围的端到端集成和跨产业链的横向集成,这三种基本的工业4.0模式,可以给企业具体经营管理提供创新方向。

从工业革命发展史来看,企业大部分的创新发生在车间,例如汽车的大发展,是福特在车间完成的,这是流水线作业的最经典应用案例,也促使了汽车真正走向大众市场。在工业4.0时代,制造企业仍然难以避免在车间进行创新,纵向集成就是车间创新的工业4.0版本,通过对车间现场流水线的改造,可以向智能工厂演进,从而为诸如大规模个性化定制奠定基础。

除了企业边界内的纵向集成,还有产业链范围的端到端集成,通常是后向整合供应链,前向推出电子商务平台,通过这样的方式,企业可以提供个性化的产品及服务给客户,同时,企业还可以获得较强的竞争优势。

海尔就是按照端到端集成的思路来改造其商业模式的,它首先做完了工厂内部的纵向集成改造,形成了“互联工厂”,初步具有较强的柔性生产能力,同时,海尔还整合了大量的供应链企业,以保证来自前端的消费者个性化定制需求。虽然目前还看不出海尔的端到端集成的效率和效果,但如果可以持续改进,将来可能形成有别于竞争对手的差异化优势。

当然,真正具有工业4.0特征的应该是横向集成的商业模式,由于跨产业链的企业实现了高度网络化,它们之间可以进行统一的数据交互,相互之间的协同创新能力将大大提升,这样会产生大量的创新商业模式。例如,新型的车联网就是利用了跨产业链的信息共享,实现了横向集成,可以向客户提供创新的解决产品和解决方案。

管理理念及方法创新

从第一次工业革命以来,管理理念和方法都在进行变化。在第一次工业革命时期,由于机械化的使用,要求工人拥有较熟练的使用机器,出现了公司的实体,这导致了公司的概念出现;在第二次工业革命阶段,由于电气化的应用,生产制造的自动化程度大大提升,导致了专业化分工的出现,流水线开始成为标准配置,这个时候专业管理层也出现了;在第三次工业革命发生的时候,技术创新和模式变革要求大量的资本投入,因此风险投资开始发展起来。

工业4.0研究院认为,在工业4.0时代,将出现新的企业家、新的管理者和新的工作者,这需要我们更新管理理念和方法,真正把创新放到价值创造过程的核心位置。

在工业4.0时代,激发工作者的创新能力,是一个关键的问题。传统的流水线和科层制管理方法,是不能满足高度网络化条件下的创新需要的,这需要突破传统的管理方法和理念,才可能实现管理跟新价值创造方式的匹配。

海尔等传统制造企业也在探索诸如谷歌的新型管理模式,不再通过制度约束工人来实现价值创造,而是把时间交给工人,让工人自行决定如何安排工作,从而激发工人的创造力。对于德国企业来讲,它们也在探索新型的管理模式,例如,它们借助新兴技术,提供机器与人共同协作完成产品生产及服务交付,通过人机协作,可以大大提高生产效率,并达到较高的生产灵活性。

从目前研究及实践的情况来看,适合工业4.0时代的管理理念和方法还有待进一步发现,但这些理念和方法满足一定的条件倒是比较明确的,例如,更加符合人性需要,设备跟人的交互更加智能化,管理工作的可视化实现等等。

总结

总而言之,工业4.0时代是以网络化渗透为特征的第四次工业革命,传统的生产制造价值创造体系将发生革命性的改变。中国制造面临低端产能过剩和核心技术缺乏等挑战,但如果中国企业家深刻理解创新的意义,通过技术创新、模式创新和管理创新,实现自身的转型升级,成为工业4.0时代的领先者和赢家。


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本文作者
2018-3-13 11:08
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