德国工业4.0战略对中国制造业转型升级的借鉴，本文主要内容关键词为：德国论文,中国论文,制造业论文,战略论文,工业论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F414 文献标识码：A 文章编号：1000-7636(2015)07-0082-06 德国自2013年正式提出“工业4.0”战略以来，加紧将信息通信技术应用到工业生产中，建立信息物理系统，通过智能工厂和智能生产，对制造业产品制造、物流管理等各个环节进行智能化全程控制，以促进制造业的智能化、数字化、网络化和服务化发展，并催生出新型商业模式和生产方式。目前，中国制造业存在要素成本上升迅速、产能过剩矛盾突出、国际产业链低端锁定等诸多难题[1]，有必要借鉴德国工业4.0战略的基本思路和实施机制，借助于正在迅速发展的新产业革命的技术成果，加快推进制造业生产制造方式、产业组织和商业模式等方面的创新，加快促进制造业的全面转型升级。 一、德国工业4.0战略的基本内容和目标导向 (一)德国工业4.0战略的基本内容 长期以来，德国在制造业发展过程中十分重视制造技术的研发及应用，同时强调高度专业化管理在复杂工业生产系统中的应用，这是德国制造业在世界上颇具竞争力的一个重要原因。沃道里斯等(Voudouris et al.，2012)[2]指出，在新一轮产业革命和信息技术得到迅速发展及广泛应用的新条件下，德国积极将先进适用的信息技术应用于机械和装备制造业，在嵌入式系统和自动化工程领域获得了显著成效。伴随着新一代信息网络技术和数字化、智能化技术的发展及应用，德国基于其制造业的独特优势和发展基础，提出了“工业4.0”这一新的制造业发展战略，以求实现制造业新的转型升级和国际竞争力不断提升，继续保持德国作为世界制造业强国的地位。 德国学术界和产业界普遍认为，“工业4.0”概念是以智能制造为主导的第四次工业革命，或者说革命性的生产方法，旨在通过充分利用信息通讯技术和网络物理系统等手段，将制造业向智能化转型。拉西等(Lasi et al.，2014)[3]指出该战略是在德国学术界和产业界的积极建议和共同推动下形成的，为政府接受并迅速上升为国家战略。格鲁伯(Gruber，2013)[4]指出工业4.0是工业生产方式的新一轮革新，是继第一个自动纺织机、第一条流水线和第一个可编程逻辑控制器(PLC)诞生之后，互联网、大数据、云计算、物联网等新技术给工业生产带来的革命性变化。学界将前几次重大发明依次定义为工业1.0、工业2.0、工业3.0，那么这次重大工业变革即为工业4.0。 德国工业4.0战略提出后，在中国国内也引起了很大反响和热烈讨论。张其仔(2014)[5]认为，所谓工业4.0是指以全方位的网络化、智能化、绿色化代表的新工业革命，是继机械化、电气化、信息化之后第四次工业革命；李杰(2014)[6]认为德国4.0战略包含“5C”结构，分别是正在积极做试点的网络化，由数据到信息化的转变，虚拟网络化管理，问题识别和决策和装备重组，它们共同构成德国工业4.0战略的基本内容；徐莉(2014)[6]认为，德国工业4.0主要具有三个层次：一是垂直一体化，通过物联网、信息物理系统，把设备和生产系统及业务系统打开；二是网络技术的全程化应用，将网络技术应用到产品的全部生命周期中，包括设计、生产、运营及服务等各个环节；三是实现互联网经济和合作伙伴的“全维度”融合，企业要同供应商、客户及合作伙伴实现融合。 综合有关研究，本文认为，德国工业4.0主要包含以下几方面的涵义。首先，它是第三次工业革命的重要组成部分。信息技术的广泛应用作为第三次工业革命的核心内容，使得工业生产进一步趋向智能化、个性化、数字化，而德国工业4.0的关键技术是信息通信技术(ICT)，包括联网设备自动协调技术M2M(machine to machine)、企业资源计划、产品生命周期管理与供应链管理的大数据联动系统等。凯耐特和克雷奇默(Keinert & Kretschmer，2015)[7]认为德国工业4.0在很大程度上是信息技术在工业上的更深层次的应用，是第三次工业革命的重要组成部分。 其次，德国工业4.0战略的核心是构建信息物理系统(CPS)。信息物理系统是集网络、计算和物理环境于一体的多维复杂系统，通过三者有机融合与深度协作，实现制造工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。赛勒(Sailer，2014)[8]指出，德国工业4.0战略的信息物理系统包括智能机器、存储系统和生产设施等，它们自动交换信息、触发动作和控制，从入厂物流到生产、销售、出厂物流和服务等各个环节，实现数字化和端到端集成。信息物理系统从根本上改善了工业制造过程，不仅可整合制造过程以灵活配置资源，还可提供更加差异化管理以不断拓展机会。 再次，德国工业4.0的两大主题是“智能工厂”和“智能生产”。前者主要涉及智能化生产系统、过程以及网络化分布式生产设施的实现；后者主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动及3D技术在工业生产过程中的应用等[9]。德国工业4.0战略十分注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。[11][12] 最后，德国工业4.0战略将实现制造业全方位的系统整合。工业4.0战略作为一项整体优化战略，将通过充分利用德国技术和知识方面的优势，最大限度地发掘现有技术和经济的潜能[12]。工业4.0战略的实施涉及三个方面的内容，即通过价值网实现横向整合，实现生产网络与社会网络、城市基础网络等的完全无缝连接；将端对端的数字一体化工程贯穿于整个价值链；实现垂直整合和建立网络化制造系统。 (二)德国工业4.0战略的基本目标导向 德国工业4.0战略，是在近年来一系列相关研究探索和实践基础上，根据德国工业发展现状及未来发展要求提出的重要产业发展战略，具有清晰的发展脉络。2010年，在国际金融危机爆发、全球经济出现衰退的背景下，德国为恢复自身工业发展，提出《德国高技术创新战略2020》，重点发展五大工业领域，包括气候变化与能源、健康与营养、移动、安全和通信，它可以说是工业4.0战略的雏形。2011年，在汉诺威工业博览会(Hannover Messe)开幕式上，德国人工智能研究中心董事兼行政总裁沃尔夫冈·瓦尔斯特尔提到，要通过物联网等媒介来推动第四次工业革命，提高制造业水平，奠定德国在关键技术上的国际领先地位，夯实德国作为技术经济强国的核心竞争力。2013年，德国正式提出了工业4.0战略，并由来自产、官、学多个领域的专家组成的德国“工业4.0工作组”，发表了《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》，明确提出：德国经历了18世纪引入机械制造设备的“工业1.0”，20世纪初的电气化的“工业2.0”，始于20世纪70年代信息化的“工业3.0”的发展历程，目前物联网和制造业服务化，标志着第四次工业革命的到来，即“工业4.0”，是德国工业进一步发展的方向。随后，德国电气电子和信息技术协会发布了德国“工业4.0”战略标准化路线图，标志着该战略即将进入正式实施阶段。 德国工业4.0战略充分考虑了新一轮产业革命孕育发生的时代特征和新一轮产业变革的基本趋势，考虑到未来国际产业特别是制造业竞争的特点及要求，强调从德国工业发展的现实基础和优势条件出发，充分利用正在迅速发展的先进信息网络技术和智能化、数字化设备，对制造业生产方式、产业组织、生产流程等进行系统性改造和升级，抢占未来世界制造业竞争的制高点。 二、德国工业4.0战略的内在实施机制分析 2013年，德国颁布《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》，标志着工业4.0战略正式成为德国工业发展的国家战略。经过一年多的实践，现已基本形成了在现有工业结构与技术条件下的基本工作机制，具体包括：第一，通过信息物理系统彻底改变制造业生产过程，增强生产过程的灵活性。德国工业4.0将物联网和服务网应用到制造业，企业将其生产过程中涉及的机器、存储系统、生产设施等都融入到信息物理系统之中。通过该系统的智能机器、存储系统和生产设施的处理，从入厂物流到生产、销售、出厂物流和服务，实现数字化和基于信息通信技术的端到端的集成，并实现相互独立的自动信息交换、动作触发和动作控制，从根本上改善包括制造、工程、材料、供应链、生命周期管理等在内的生产制造过程。基于信息物理系统的自组织网络，根据业务过程的不同方面，如质量、时间、风险、价格和生态友好性等，对生产过程进行动态配置。原料和供应链可以实现连续“微调”，制造流程更加灵活，工艺结构和供应结构更加优化。在即将生产前或在生产过程中，若发生临时需求变化，生产过程可及时作出调整，实现定制化、个性化生产。 第二，通过智能工厂和智能产品同时实现横向集成和纵向集成，实现制造业生产过程的全程智能控制。智能工厂是德国工业4.0的关键特征，它能够更有效地制造产品，实现生产的横向集成和纵向集成。横向集成要求将各种使用不同制造阶段和商业计划的IT系统集成在一起，包括公司内部材料、能源和信息的配置(例如，入厂物流、生产过程、产品外出物流、市场营销等)，也包括不同公司间的配置(价值网络)。纵向集成则要求为了提供一种端到端的解决方案，将各种不同层面的IT系统集成在一起(例如，执行器和传感器、控制、生产管理、制造和执行及企业计划等各种不同层面)。德国工业4.0战略要求的智能产品具有独特的可识别性，即使在被制造时也可被随时分辨出来。智能产品能确保各要素在工作范围内发挥最佳作用，并在整个生命周期内随时确认自身的损耗程度，将有关信息汇集起来供智能工厂参考，以保障在物流、装配和保养等环节达到最佳状态。 第三，催生出新型的商业机会和模式，更加充分、合理地发挥人力资源的作用。德国工业4.0将发展出全新的商业模式，这些模式可有效满足客户的个性化需求，有利于促使中小企业应用在当今商业模式下无力负担的服务与软件系统。全新的商业模式为动态定价和合作伙伴的连接和协作提供有效解决方案，有利于企业充分考虑顾客和竞争对手情况，加强与供应商和客户之间的连接和协作。新的商业模式将力争确保潜在的商业利润在整个价值链的所有利益相关者之间公平地共享，包括那些新进入的利益相关者。德国工业4.0战略将使企业员工根据生产实际需求和环境敏感程度来控制、调节和配置智能制造资源网络和生产步骤，将工人从执行例行任务中解放出来，更专注于从事创新和增值的活动。工业4.0战略允许员工延长工龄，保持更长时间的生产力，有效应对工人短缺问题，以更加灵活的工作组织使得工人能够将其工作和个人生活相结合，并进行更加高效的职业活动。 第四，从根本上创新制造业工作方式，并显著提升制造设备和制造产品的安全性。德国工业4.0提出的全新协作工作方式使得工作可以脱离工厂，通过虚拟的、移动的工作方式开展。员工将被鼓励在工作中通过智能辅助系统，使用多种形式、友好的用户界面。除了全面培训和持续职业发展外，工作组织和设计模型将使员工拥有更多的自我管理自主权。工业4.0的社会技术方法使得员工释放出更大的潜力，提高创新活动的数量和效率。工业4.0制造系统涉及人员、IT系统、自动化元件和机器等诸多方面，因而对制造设备和制造产品安全性要求更高。目前，德国通过安保战略，确定其制造产品、工艺和机器身份识别的独特性和安全性，以用户友好的安全解决方案和商业管理模式，为其制造业产品提供安全保护，严厉打击盗版产品；同时重视员工培训和持续职业发展，提高员工的安全生产意识和能力。 三、德国工业4.0战略对中国制造业转型升级的借鉴价值 中国虽已是制造业大国，但远不是制造业强国，处于产业价值链低端，面临要素成本上涨、产能过剩矛盾突出、市场竞争加剧、环境污染严重、转型升级步伐缓慢等诸多矛盾和难题。从外部竞争环境看，一场影响深远的新产业革命正在孕育发生之中，新一轮全球产业深刻变革正在加速推进；与此同时，发达国家纷纷实施“再工业化”战略，重点发展高端制造业，以期在未来国际经济竞争中占据有利地位。面对国内外产业发展条件和竞争环境的变化，借鉴德国工业4.0战略，加快推进中国制造业转型升级步伐，显得尤为必要和迫切。具体来说，德国工业4.0战略对中国制造业转型升级的借鉴主要表现在以下几个方面： 第一，将智能化、数字化和服务化作为制造业发展的基本方向。德国工业4.0战略是在先进制造业发展的基础上，通过将物联网和服务网应用于制造业生产的全过程，构建起智能化、数字化的信息物理系统，加强制造业与服务业的有效融合，从而实现制造业的高端化发展。可以说，制造业的智能化、数字化和服务化代表了世界制造业发展的方向和潮流。中国制造业大多还停留在机械生产阶段，即“工业2.0”阶段，信息化对制造业的作用水平总体不高，特别是在作为工业4.0战略基本内容的智能化、数字化和服务化方面，中国制造业发展相对更为落后。然而，它们是新产业革命条件下制造业的发展方向，是由制造大国发展为制造强国的必由之路。因此，中国必须借鉴德国工业4.0战略，把智能化、数字化和服务化作为制造业发展的重要方向。中国制造业数字化、智能化改造应以信息化与制造业深度融合为抓手，因为中国两化深度融合战略与德国工业4.0战略在核心理念、主要内容和具体做法等诸多方面基本相同[13]。为此，应建立类似于德国“工业4.0平台”的制造业发展综合平台，集合诸多领域的相关专家，从多层面推进两化深度融合。绘制工业互联网发展路线图，实施物联网发展专项行动计划；研究制订鼓励“车联网”、“机联网”与“厂联网”等新型信息化发展方式的具体政策措施，加强对两化融合的财税支持与金融支撑，提供有针对性的特殊政策和急需标准。 第二，基于系统、关联、集成、协同与融合的视角，重构中国新型制造业产业体系。德国工业4.0为德国提供了由区域产业集聚与布局、产业组织结构、产业链构成、企业协同网络以及企业内部系统集成共同构成的多层次、多结构、相互关联和影响的科学产业体系，为其制造业竞争力进一步提升奠定了良好的基础。目前，中国虽然也建立起相对完整的工业体系，但主要产业的产业链不完整，智能化、数字化应用水平偏低。应借鉴德国工业4.0战略的思路，在区域层面，打造具有较强竞争力和影响力的工业产业集群，特别注重对智能产业集群的培育；在产业层面，打造网络型、智能化、数字化生产制造方式与产业运行新模式；在产业链层面，继续强化企业创新和竞争力提升，加快从现有产业链低端向中高端跃升，同时把握全球产业分工和价值链重组的新趋势，扬长补短，深度嵌入，向国际产业链中高端跃升[14]。 第三，充分发挥中小制造业企业的作用，构建大中小企业协同发展的新型产业组织。德国工业4.0战略使其制造业生产能够以个体需求为目标，由此为中小企业提供了巨大发展空间。中小企业能够针对不同客户的个性化需求，生产不同类型的制造产品，使得单独生产、销售和管理成为可能，重新分配产业价值链和商业利润，中小企业易形成自身核心竞争力，深度参与到市场竞争中。目前，中国中小企业数量众多，规模较小，市场支配能力差，在资金、人才、技术等方面都处于明显劣势地位，市场竞争力不高，制约着产业组织的合理化。应借鉴德国工业4.0战略，以新技术装备中小企业，支持面向中小企业的工业云服务平台建设，推进软件服务、制造资源、标准知识的开放共享，培育社会化、共享式制造新模式；构建新型网络型、集成式的市场、生产和经营关系，发挥制造企业的科技创新优势，通过制度创新、结构重组、信息化改造、智能化升级、创新力增强等途径，大力发挥中小企业在个性化生产方式中的作用与功能，体现其独有的竞争优势，形成大中小型企业协同发展的新型产业组织。 第四，适时发展大规模、个性化、定制化制造业生产方式。德国工业4.0战略的重要导向是，在生产要素高度灵活配置条件下，大规模地生产高度个性化产品，顾客与业务伙伴对业务过程和价值创造过程实现广泛参与，物联网、服务网以及数据网将取代传统封闭性制造系统，成为未来工业增长与发展的基础。由于构建了产品与机器之间的对话、反馈系统，整个生产过程实现了IT控制，不仅能够较好地满足不同客户的个性化需求，而且在大规模、个性化生产条件下继续保持规模经济优势。据统计，西门子安贝格电子制造厂的产能较数字化之前提高了8倍，且次品率大大降低[15]。中国制造业要实现系统性结构优化和升级，必须针对新产业革命条件下技术创新和产业变革的趋势，重点发展大规模、个性化、定制化生产方式。充分利用模块化生产方式，通过模块的不同选择和组合满足客户的个性化需求；对于个别特殊需求，成立单独的工作小组进行设计，定制个性化的产品。模块化生产方式仅仅是中国向德国大规模、个性化生产方式的过渡，最终将通过技术创新和科学管理，将自动控制与产品需求全面对接，按照数字描写产品进行制造，实现小批量、多品种的个性化生产。 第五，强化技术创新平台建设，促进工业制造业标准统一。新产业革命条件下，制造业的转型升级必须强化技术平台建设。目前，为有效推进工业4.0战略，德国建立起个人、政府、企业“三位一体”的合作型研发体系。在该体系中，政府提供三分之一的经费，企业提供三分之二的经费，个人提供知识与劳动，不同研发机构之间互动配合，协同研发。长期以来，研发水平低、效率差一直是制约中国产业，特别是制造业转型升级的主要障碍，一个重要原因是产学研协同创新的高效创新平台没有建立起来。在这方面，德国的政府、企业和个人“三位一体”的合作型研发体系值得中国借鉴。从工业标准看，德国工业4.0对制造业设备及其特征有独特、详细的分类，且要求所有制造商须按照此分类使用同一种语言进行生产。这种完善的工业标准，从一开始就避免了工业制造企业在跨系统、跨平台生产时的不兼容问题，有效提高了工业生产效率。目前，中国的工业标准主要是借鉴德、美、日等国家的标准，由于各国的工业标准本身存在较大差异，中国既没结合自身情况加以整合，也没有统一规定使用某一标准，工业企业生产标准较为混乱。为此，应借鉴德国工业4.0战略对制造业设备及工业标准的规定，力求建立起中国完善的工业标准体系。应加强与德国等制造业强国的合作，加快与国际制造标准对接，积极引进、学习德国、美国等制造业相关标准，结合自身制造业发展水平及特点，对不同国家的工业标准进行整合、统一，遵循制造业自身发展的一般规律，加快制定中国制造综合标准化体系。 第六，在制造业转型升级过程中进一步提高中国劳动生产率。德国工业4.0战略十分注重员工需求，赋予员工自主控制、调节和配置智能制造资源网络和生产步骤的权力，同时辅之以智能辅助系统降低劳动强度，节约劳动时间；鼓励员工采用虚拟的、移动的工作方式，设立灵活的工作组织，通过高度的自我管理，更好地集中精力和时间从事质量控制、技术创新等重要环节。目前，中国劳动生产率相对较低，且面临劳动力价格上升压力。在借鉴德国工业4.0，促进制造业转型升级过程中，更进一步发挥人力资源效能，提高劳动生产率，是中国制造业面临的重要任务。应加强与德国相关高校、科研机构的交流与学习，主动学习先进的技术与经验；鼓励国内科研单位、高等院校等研究机构参与到制造业技术开发、标准制定、人才培养中；鼓励并支持校企合作，共同培养具备高端文化水平和丰富实践经验的制造业相关人才。进一步提高员工的自主权，发挥其主观能动性，让员工将更多的精力和时间投入到技术创新等关键环节中；逐步试行移动工作方式，通过灵活的工作组织和工作方式，提高员工的工作效率和质量；配合国家延长退休年龄的政策，适度地延长制造业员工的退休年龄，充分利用临退休员工在技术研发、生产操作、工作流程、人员组织等方面的丰富经验。标签：中国制造业论文; 智能工厂论文; 工业生产论文; 信息物理系统论文; 企业转型升级论文; 制造业服务化论文; 生产系统论文; 信息发展论文; 智能化技术论文; 信息集成论文; 数字化时代论文;