透视德国工业4.0战略

　　何谓工业4.0？

　　工业4.0的概念最早由德国政府在2011年汉诺威工博会上提出，旨在利用自动化、智能化、网络化、定制化和节能化的举措，基于信息物理系统（CPS）实现工业生产的纵向、横向和端到端的集成。其中，纵向集成通过生产制造过程的数字化和可视化提升生产效率；横向集成要求产业链上下游各相关环节实现实时交流与沟通；端到端集成旨在经济可行的条件下，为客户提供大规模定制化的产品和服务。换言之，工业4.0意味着通过人、物体和系统的紧密结合，在不同的企业之间建立起动态、实时以及能够自我管理的价值创造网络，实现对成本、效率和资源消耗等多个维度的系统优化。在这一体系下，工作分工能够很好地满足人口结构变化带来的劳动力供需和能力要求，企业竞争力随着效率的提升和浪费的减少而显著提升。

　　工业4.0概念出现的背景，是信息技术革命的影响正从消费和服务领域逐步拓展到生产和制造领域。工业4.0将在原有现实世界生产方式的基础上，配备最新信息技术系统及先进软件算法的成套解决方案，实现现实世界和虚拟世界的深度互联。

　　工业4.0相关的一系列技术创新将对企业现有商业和运营模式产生深远影响，改变利益相关者的竞争条件。未来，工业4.0将形成全新的生态体系，变革甚至彻底颠覆现有的商业模式。

　　德国提出工业4.0的目的，是希望基于其全球领先的工业制造水平和自动化控制技术，利用信息技术弥补制造成本劣势，成为全球领先的工业制造商和工业4.0解决方案提供商。在德国提出工业4.0的同时，全球主要的制造业大国美国和中国也都基于自身的比较优势，提出各有侧重的工业升级发展概念。美国作为全球信息技术的引领者，基于其自身强大的创新能力和页岩气带来的能源优势，提出强调通信技术主导地位的“第三次工业革命”的理念，希望利用信息和数据技术打造能源和工业互联网，继续保持全球引领者的地位。中国提出并逐步深化完善“两化融合”的发展思路，希望在已有全球最大制造业规模的基础上，利用信息化和工业化的深度融合，实现产业升级，应对劳动力成本上升的不利影响，并持续提高全球竞争力。

　　工业4.0的概念得到了中国政府的高度认可，被认为是两化深入融合的高级阶段，迅速成为业界的关注重点。中国已经拥有全球最大的制造业规模，但面临着大量行业产能过剩、高端产品竞争力不足、劳动力成本上升以及资源消耗不可持续等一系列亟待解决的问题。工业4.0的概念为中国政府和企业解决上述问题提供了宝贵的思路。在2014年10月中德双方合作发表的《中德合作行动纲要》中，专门就工业4.0的合作内容进行了阐述，中德双方希望共同为两国企业参与工业4.0进程提供信息交流、标准制定、行业企业合作等方面的政策支持。中国工程院院长周济也多次在公开场合表示，中国应充分利用工业4.0的机会，利用后发优势加速工业化进程，实现并联式的跨越发展。

　　展望工业4.0

　　目前，工业4.0解决方案还处于实验性阶段的发展初期。当前市场中，工业4.0解决方案仅为展示方案或仍在进行的实验性方案。预计到2020年，市场上将出现一些具有影响力的试点单位，重点发展以技术为导向的单独/嵌入式解决方案。届时，随着不同单项解决方案的市场应用范围日益扩大，多个解决方案将逐步实现互联。一旦多数机器和员工做好准备，在新的市场需求和技术标准的支持下，工业4.0就将真正实现并进入全面综合发展时代。

　　罗兰贝格从国家、行业、企业、竞争格局、解决方案以及商业模式六个方面，对工业4.0的发展前景提出假设与展望。

　　国家层面：德国蓄势待发

　　罗兰贝格从“工业卓越”和“价值网络”两大维度建立工业4.0成熟度指数，用以衡量一个国家发展工业4.0的经济基础。其中，“工业卓越”维度主要涉及生产工业成熟度、自动化程度、劳动力熟练度和创新强度等领域，“价值网络”维度主要涉及附加值水平、工业开放度、生态系统成熟度和互联网成熟度等领域。

　　罗兰贝格工业4.0成熟度指数分析结果显示，在欧洲范围内，德国是已准备好从工业4.0获益的少数国家之一，其他国家还需要更多投入。和德国同样处于领跑者位置的欧洲国家还包括爱尔兰、瑞典和奥地利，这些国家都同时拥有较高的制造业份额（占GDP的百分比）和较成熟的工业发展水平。相比而言，芬兰、比利时、丹麦、荷兰、英国和法国虽然制造业份额相对较低，但其拥有较为成熟的工业发展水平，因此被视为拥有发展工业4.0的巨大潜力。捷克、斯洛伐克、斯洛文尼亚、立陶宛和匈牙利则拥有较高的制造业份额，但其工业发展水平相对较低，在工业4.0的发展中处于相对保守的位置。此外，意大利、西班牙、波兰等国因在制造业份额和工业发展水平两方面都处于相对较差位置，因此尚徘徊在工业4.0大门之外。

　　行业层面：机械行业首当其冲

　　在工业4.0相关的行业层面，罗兰贝格采用工作流程的虚拟化程度、附加值高低及价值链的复杂程度、颠覆性技术、核心流程的资源效率以及管理运营的前瞻性五个主要指标，来衡量工业4.0对具体行业的影响程度。

　　其中，工作流程的虚拟化程度主要指利用信息物理系统和虚拟设备等方式使信息高度自动化的程度、机器之间的信息交换的成熟度以及在软件标准和数据安全方面的投资力度等方面。附加值高低及价值链的复杂程度主要指利用智能化和数字化重置全球价值链中的某些环节，使附加值创造更为简便灵活的可能性。颠覆性技术主要指是否存在或快速涌现将改变既定商业模式的新技术。核心流程的资源效率主要指能源和原材料占生产成本的比重。对于机械制造等行业而言，能源和原料成本可能占到整个制造成本的80%以上，企业可能迫于成本上升或监管的压力加快创新步伐。管理运营的前瞻性，指该行业是否开始积极利用新的生产技术和创新解决方案挖掘新的细分需求，提升规模效应。

　　分析结果显示，工业4.0对不同行业的影响程度显著不同，其中对机械行业影响最大，其次是印刷和电子等行业。

　　企业层面：机遇挑战并存

　　从此前数次工业革命的发展历程来看，每一次工业革命都极大地提高了生产力。在变革过程中，企业既拥有巨大的机会，也面临着不容忽视的风险。

　　工业4.0也不例外。迄今为止，在工业领域的数字化进程仅实现了10%。因此，对于企业而言，工业4.0意味着巨大的效率和效能提升的潜力。在工业4.0的环境下，企业能够进行更灵活的生产，缩短交货时间，提供更高的定制化服务，采用更加便捷可靠的方式追踪生产过程和客户信息，并能够更加自由地根据比较优势的变化在全球范围内调整产能。这些机会都将极大地帮助企业更好地满足客户需求，并提升自身的运营效率和盈利能力。

　　但与此同时，工业4.0也蕴含着竞争环境和商业模式剧烈变革所带来的风险，企业组织形式、生产流程和能力要求都将改变，跨界竞争将带来更多更强的竞争者，传统商业模式可能被彻底颠覆，整个商业社会甚至出现彻底转型。如果不能在工业4.0带来的转型大潮中做好准备，施乐和诺基亚商业王国一夜之间坍塌的故事将再次上演。

　　竞争格局：“软硬”对决

　　未来工业4.0环境下的竞争格局将出现两种可能的情景。情景一是新兴的信息服务企业引领新市场，情景二是传统的工业设备和技术供应商保持现有的主导地位。

　　在情景一中，信息服务企业进入产业化生产领域并占据主导地位。在该竞争情境下，工业用户对工业4.0产品与服务的需求快速增长，整合通用平台和标准化接口的解决方案成为成功的关键因素。IT/软件公司，如谷歌、思科、苹果，将获取行业用户或在合作中成为主要合作伙伴，而生产技术的传统（主要是欧洲）供应商将两手空空。

　　在情景二中，工业与生产技术专家将获得主导地位。在该竞争情境下，现有制造商努力提升自身的软件和数据竞争力，工业和生产专业技术依旧是成功的关键因素，软件与IT供应商成为被整合的一方，制造商而非集成商或供应商赚取最大的利润。为了在工业4.0时代继续保持在工业市场的领先地位，西门子已经意识到提升软件和信息服务能力的必要性，并将数字化业务（包括数据分析、软件和IT解决方案等）作为未来战略发展的重心。

　　解决方案：逐步探索创新融合

　　工业4.0将实现虚拟世界和现实世界的深度融合，涉及到人、机器和生产物资之间的互联和沟通，因此需要计算机、自动化设备、软件、网络通信、控制系统、感知等各个领域创新技术之间的交叉和融合。例如，未来的自主学习机器人解决方案需要在人工智能、流程模拟软件、工业机器人、驱动系统等技术领域取得突破和集成。

　　目前工业4.0相关的技术和解决方案还在研发和探索之中，包括西门子、博世等工业4.0的先行者均表示，工业4.0所需要的解决方案将涉及硬件、软件和网络技术等多个领域，成熟的工业4.0解决方案还需要时间。

　　终极目标：满足大规模定制化需求

　　未来，工业4.0将通过纵向集成、横向集成和端到端集成，在经济可行的同时满足大规模定制化需求。工业企业将首先在内部完成以柔性和效率为主的纵向集成，随后在价值链上下游甚至跨价值链间实现以互联与协作为主的横向集成，最终在纵向和横向集成的基础上实现以大规模定制化为主要特征的端到端集成。

　　纵向集成强调通过生产制造过程的自动化、信息化和网络化提升生产柔性和效率。纵向集成主要依靠企业自身的意愿和努力便能够实现，目前纵向集成领域已经出现了较为成熟的应用。例如哈雷摩托的费斯托智慧工厂实现了高度网络化和数据驱动的柔性生产流程，能够将生产命令进行自动排序，并及时、自动地按照定制化需求控制设备对产品进行改装。

　　横向集成要求产业链上下游各相关环节甚至跨产业链之间实现实时交流与沟通，目前出现了价值链主导企业和第三方服务企业两类推动者。第一类横向集成的推动者为原有价值链上处于主要位置，对其上下游具有较大影响力和掌控力的主导企业。Elemica是第一类推动者的代表，其创立者为包括BASF在内的全球22个领先的化工企业。第二类横向集成的推动者为价值链之外的第三方企业，多为信息服务企业。这类企业提供IT基础设施、交易信息、库存管理等服务，为价值链上下游的企业提供沟通和协作的平台。例如阿里巴巴在已有交易平台的基础上，引入供应链管理等全套管理软件，并结合大数据和金融服务，帮助其客户进行价值链资源和效率的整合。

　　在纵向和横向集成的基础上，工业4.0将最终实现端到端集成，届时需求将呈现大规模的高度定制化，并得到经济可行的满足。目前端到端集成还处于概念构想阶段。未来，端到端集成将使得更多的用户需求得到满足。例如，目前消费者对出行、通信娱乐和信息服务三方面的需求是相互独立的，分别由汽车、手机和搜索引擎三类产品或服务进行满足。在端到端集成的环境下，消费者上述三类需求将由带有通信、娱乐、联网并能够进行无人驾驶的智能汽车进行集成满足。

　　结语

　　工业4.0虽然是一个由德国提出的带有浓厚欧洲色彩的工业发展理念，但是其思路对于各国的政府和企业都具有很强的借鉴意义。未来工业4.0的发展和实现涉及到技术标准、管理系统、基础设施、安全防护、组织流程、人力资源、监管和资源利用等各个领域，需要政府、企业、学界、协会以及基础设施提供方等几乎所有部门的共同参与和努力。

　　文/刘文波 高波