德国“工业4.0”及其影响

      1、德国工业4.0的内涵
　　德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一,其装备制造行业全球领先。这是由于德国在创新制造技术方面的研究、开发和生产,以及在复杂工业过程管理方面高度专业化使然。德国拥有强大的机械和装备制造业、占据全球信息技术能力的显著地位,在嵌入式系统和自动化工程领域具有很高的技术水平,这些都意味着德国确立了其在制造工程行业中的领导地位。因此,德国以其独特的优势开拓新型工业化的潜力——工业4.0(Industry 4.0),并开始推进这个产官学一体项目的新一代工业升级计划。作为全球工业实力最为强劲的国家之一,德国在新时代发展压力下,为进一步增强国际竞争力,从而提出了该概念。
　　制造业的数字化、虚拟化正在彻底改变人们制造产品的方式。为此,以德国为代表的欧洲,以及美国都打算大幅提升工业产值。美国的通用电气(GE)于2012年秋季提出了“工业互联网”(Industrial Internet)概念,这是一个将产业设备与IT融合的概念,目标是通过高功能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合,大幅提高现有产业的效率并创造新产业。而日本的各企业也在推进M2M和大数据应用。
　　德国“工业4.0”的大体概念是在2011年于德国举行的“汉诺威工业博览会”(Hannover Messe 2011)上提出的。当时,德国人工智能研究中心董事兼行政总裁沃尔夫冈·瓦尔斯特尔教授在开幕式中提到,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。在德国政府推出的《高技术战略2020》中,工业4.0作为十大未来项目之一,联盟政府投入2亿欧元,其目的在于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。2年后,在2013年4月举办的“Hannover Messe 2013”上,由产官学专家组成的德国“工业4.0工作组”发表了最终报告——《保障德国制造业的未来:关于实施“工业4.0”战略的建议》(包括德语版和英文版)。与美国流行的第三次工业革命的说法不同,德国将18世纪引入机械制造设备定义为工业1.0,20世纪初的电气化为2.0,始于20世纪70年代的信息化定义为3.0,而物联网和制造业服务化宣告着第四次工业革命到来。
　　“工业4.0”概念中的关键是将软件、传感器和通信系统集成于所谓的物理网络系统。在这个虚拟世界与现实世界的交汇之处,人们越来越多地构思、优化、测试和设计产品。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中,传统的行业界限将消失,并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变,产业链分工将被重组。
　　“工业4.0”的关键技术是信息通信技术(ICT),具体包括联网设备之间自动协调工作的M2M(Machine to Machine)、通过网络获得的大数据的运用、与生产系统以外的开发/销售/ERP(企业资源计划)/PLM(产品生命周期管理)/SCM(供应链管理)等业务系统联动等等。而第三次工业革命的自动化只是在生产工艺中运用ICT,“工业4.0”将大幅扩大应用对象。
　　“工业4.0”项目主要分为两大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别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。
　　德国“工业4.0”计划强调,未来工业生产形式的主要内容包括:在生产要素高度灵活配置条件下大规模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广泛参与,以及生产和高质量服务的集成等。物联网、服务网以及数据网将取代传统封闭性的制造系统成为未来工业的基础。
　　德国电气电子和信息技术协会表示,在计划框架下,规划生产要素、技术和产业互联集成的关键前提是,各参与方需要就“工业4.0”涉及的技术标准和规格取得一致。该协会称,由其下属的德国电工委员会编纂的全球首个“工业4.0”标准化路线图正是向这一目标迈出的重要一步,为所有参与方就“工业4.0”涉及的现有相关标准和规格提供一个概览和规划基础。
　　2、德国工业4.0是不是新的工业革命?
　　德国学术界和产业界普遍认为,“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命,或革命性的生产方法,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。　2013年12月19日,德国电气电子和信息技术协会发布德国“工业4.0”标准化路线图。德国“工业4.0”是德国政府确定的面向2020年的国家战略,在2013年4月的汉诺威工业博览会上首次发布《实施“工业4.0”战略建议书》(以下简称“建议书”)。与美国流行的第三次工业革命的说法不同,建议书将18世纪引入机械制造设备定义为工业1.0,20世纪初的电气化为2.0,始于20世纪70年代的信息化定义为3.0。鉴于技术正将实体物理世界和虚拟网络世界融合,建议书称,在制造领域,这种资源、信息、物品和人相互关联的“虚拟网络——实体物理系统(Cyber-Physical System,CPS)”可以被定义为工业4.0。CPS包括智能机器、存储系统和生产设施,从入厂到出厂,整合整个制造和物流过程,实现数字化和基于信息技术的端对端集成。
　　不过,对于这个“第四次工业革命”的提法,世界范围内的认识并不一致。回忆起来,现在市面上还有人在说着“第三次工业革命”,也有人提出了“第六次工业革命”。段心鑫在《21世纪经济报道》发文认为,工业革命之所以配得上“革命”一词,并不是说其能对生产效率有多大的提高,而在于其通过对生产方式的颠覆性变革实现了人的解放,从而推动了人类社会的巨大变革。从这个标准来看,蒸汽机、电与内燃机、信息技术的出现都做到了这一点。而原子能技术、航天技术、生物科学以及五花八门的新能源技术,至少现在还没有。
　　那么,如果把信息技术列为第三次工业革命的核心内容,德国的“工业4.0”实际上还未能跳脱出这个范畴。因为,通过信息技术使得工业生产智能化、个性化只是信息技术在工业上的发展和延续,而算不上是革命。人类先是用互联网连接起电子产品,接着就想把更多东西联网,比如IBM公司在2008年提出的“智慧地球”。
　　“工业4.0”想连接的是生产设备。这就是生产的“一体化”。把不同的设备通过数据交互连接到一起,让工厂内部,甚至工厂之间都能成为一个整体。这种工业设备生产数据的交互在德国正在变为现实。蔡司集团2013年在欧洲机床展上展出的一套名为PiWeb的系统,通过PiWeb能够把跨国公司分布在不同地区工厂的测量数据进行网络共享,生产经理在办公室里即可看到每一个工厂的数据,实现全球数据的同步监测。德国的奔驰公司和大众汽车已经开始使用了这套系统。
　　“一体化”其实是为了“分散化”。也就是“工业4.0”提出的工业生产“由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变”,这与“Web2.0”时代的“去中心化”殊途同归。“分散化”后的生产将变得更加灵活。这样,不同的生产设备既能够协作生产,又可以各自快速地对外部变化做出反应。这完全是信息时代产生的大量个性化需求反映到生产端的结果,它要求工业生产告别上一个时代的标准化。而由此产生的庞大数据流必然也要求各个生产设备实现一定的智能化,即智能的控制系统。
　　西门子驱动技术集团机床事业部主管Joachim Zoll认为,这种“智能化”要求数控系统做到操作简单、功能多样、让设备与工厂结合、出色地完成数据的采集和分析。在汉诺威欧洲机床展上,西门子与库卡机器人公司签订了排他性的合作协议,旨在通过智能数控系统实现机器人自动化,使机器人与生产线无缝集成,其中数据交互也是重要的前提条件。
　　凯文·凯利在他的著作《失控》中提出的“涌现”:大量遵循简单规则的个体的交互会导致整体出现复杂度极高的状态。而这种复杂的程度是任何单独个体都不具备的。比如,由神经元构成大脑。这个概念也可以用来理解“工业4.0”中提出的“智能工厂”。分散的、具备一定智能化的生产设备,在实现了数据交互之后,就形成了高度智能化的有机体。
　　3、发达国家的“再工业化”浪潮
　　虽然对于现在处于第几次产业革命,以及德国工业4.0算不算工业革命存在不同的理解,但是各个发达国家开始重新重视先进制造业的发展确实是个不争的事实。美国也在通过各种计划,促进先进制造业发展,有人称之为“再工业化”。据《经济参考报》报道,美国波士顿咨询公司不久前一份研究报告说,由于竞争力上升,美国在未来六年内每年将从欧洲、日本和中国等出口大国夺取700亿到1150亿美元的制造业出口额。最近,中国美国经济学会在复旦大学举行“美国经济发展问题”研讨会,美国“再工业化”成为与会教授和专家热门议题之一。
　　1900年,美国实现工业化,20世纪80年代完成现代化进程。但从20世纪80年代初起,由于放松了对金融市场的宏观监管,虚拟经济恶性膨胀,2007年爆发次贷危机。2009年初,美国开始调整经济发展战略,同年12月,公布《重振美国制造业框架》,2011年6月和2012年2月,相继启动《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》,实施“再工业化”。
　　中国现代国际关系研究院副研究员张茂荣等认为,美国政府提出“再工业化”旨在达到“一石数鸟”效果:短期刺激经济复苏、缓解严重失业缓和社会矛盾;中期结构调整,培育新的增长动力,促进经济再平衡;长期目标是抓住新一轮产业革命之机,谋划战略主导权,重塑国家竞争优势。中国社会科学院荣誉学部委员陈宝森认为,美国“再工业化”与“制造业回归”是奥巴马上台以来大力推动并已初见成效的一项经济战略,跨国公司海外制造业已出现回归美国的初步迹象。
　　中国社科院亚太研究院院长李向阳认为,美国经济最困难时期已经度过。不过,不少教授和专家指出,美国经济仍存在诸多制约因素。比如债务问题积重难返;财富分配不公,失业率仍高,贫富差距拉大;金钱深刻影响政治进程。国际货币基金组织预测,2013年美国经济增长率将从上年的2.8%降至1.6%。清华大学高级研究员周世俭预测,美国经济将继续温和增长。
　　美国“再工业化”,包括调整、提升传统制造业结构及竞争力和发展高新技术产业两条主线。陈宝森的观点是,美国制造业并没有衰落,2010年美国制造业产出近1.8万亿美元,稍稍领先于中国,比日本制造业产出高2/3,是德国制造业产出的三倍,仍是世界最大的。2011年,美国制造业产量创历史纪录,比1990年高六倍。美国制造业的主要问题是就业岗位在减少,成因主要是国内生产自动化和劳动成本过高,迫使美国大公司将产业转移到国外。1970年,在美国全部7000万就业岗位中,在制造业就业者近1700万,占25%。到2012年,在美国13370万就业岗位中,在制造业就业者只有1190万,仅占9%。美国政府鼓励“制造业回归”以来,已出现某些制造业回归美国迹象。但专家们一致认为,美国“再工业化”主要目标是调整产业结构,转变发展方式,发展先进制造业。比如3D打印技术产业已成为美国“十大增长最快的工业”之一。有专家认为,3D打印技术或许具有蒸汽机或电话相似的时代意义,很可能预示新的工业革命正在到来。
　　日本政府也极端重视高端制造业的发展,大规模编制技术战略图。首先,政府加大了开发企业3D打印机等尖端技术的财政投入。2014年,经济产业省继续把3D打印机列为优先政策扶持对象,计划当年投资45亿日元,实施名为“以3D造型技术为核心的产品制造革命”的大规模研究开发项目,开发世界最高水平的金属粉末造型用3D打印机。其次,快速更新制造技术,提高产品制造竞争力。近年日本制造业出现了三个新现象。一是采用“小生产线”的企业增多:本田公司通过采取新技术减少喷漆次数、减少热处理工序等措施把生产线缩短了40%,并通过改变车身结构设计把焊接生产线由18道工序减少为9道,建成了世界最短的高端车型生产线;二是采用小型设备的企业增多:日本电装公司对铝压铸件的生产设备、工艺进行改革,使得铸造线生产成本降低了30%,设备面积减少80%,能源消费量降低50%;三是通过机器人、无人搬运机、无人工厂、“细胞生产方式”等突破成本瓶颈:佳能公司从“细胞生产方式”到“机械细胞方式”,再到世界首个数码照相机无人工厂,大幅度地提高了成本竞争力。
　　无论是从工业增加值指标,还是从经常贸易账户余额来看,美欧发达国家在全球金融危机以来推行的“再工业化”发展战略已取得了初步成效。根据美国波士顿咨询公司的一份研究报告,未来六年美国工业竞争力将持续上升,每年将从其他出口大国“夺取”700亿到1150亿美元的制造业出口额。与此同时,我国制造业发展的前景却出现令人忧虑的迹象。根据最新公布的数据,1月份汇丰中国制造业PMI降至荣枯分界线之下,而产能过剩问题在近些年更是一直困扰着我国制造业的发展。
　　4、发达国家再工业化下中国制造业的反思
　　在发达国家“再工业化”如火如荼之际,中国制造业将面临怎样的挑战,出路何在?
　　罗宁博士在《第一财经日报》发文认为,应当看到,在现有国际产业分工格局中,发达国家主要占据产业链高端环节,中国制造业仍主要集中在中低端,目前的产业转移压力主要来自于其他劳动力成本更低的发展中国家,与发达国家的直接竞争关系不明显。因此,“再工业化”中出现的制造业回流发达市场,对中国虽会有一些影响,但总体冲击程度有限。此外,就中低端环节而言,中国除了人力成本较低以外,还在产品供应链等方面具有优势,国内市场未来的发展空间较大,对外资仍具有较强的吸引力。受到全球经济复苏疲软及欧债危机持续恶化等因素影响,2012年中国实际使用外资(FDI)金额同比下降3.7%,但2013年迅速扭转跌势实现了4.8%的增长,全球对华投资的总体趋势尚未扭转。
　　但需要警惕的是,发达国家可能将通过“再工业化”再次占领制高点,对中国提升产业竞争力形成挑战。在即将到来的第三次工业革命中谁为主导虽然尚未有定论,但“再工业化”与第三次工业革命的结合,将可能使发达国家在科技、信息、资本等方面长期积累的优势进一步强化,抢占全球产业链关键环节,主导新型装备、新材料的生产和供应,成为未来科技革新与产业革命红利的主要受益者,这将对中国提升产业竞争力形成挑战。
　　一方面,从盈利能力及品牌地位来看,中国制造业竞争力与发达国家存在较大差距。近30年来,中国制造业经历了追赶乃至在规模上超越主要发达国家的过程,2010年中国制造业增加值在全球占比超越美国,成为世界制造业第一大国。但从整体来看,我国制造业仍处于产业中低端水平,盈利能力及品牌地位有待提升。从国内来看,2012年入围中国500强的272家制造业企业利润占比仅为25.04%;从国际来看,我国制造业缺乏世界一流大型企业与知名品牌,在全球产业链中的高附加值环节份额相对较小。
　　另一方面,从研发投入比较来看,中国制造业竞争力提升亦面临较大挑战。近年来,我国对研发的重视程度不断加大,研发投入规模占GDP比重从1995年的0.6%逐步提升到2011年的1.6%,但与美欧发达国家仍有一定差距。目前在全球研发投入排名前50的企业中有18家为美国企业。预计美国2012年的工业研发经费将达2730亿美元,即使扣除美国企业在境外的相关投资,也将超过中国的研发总额。美欧发达国家长期以来积累的研发优势使其抢占了技术制高点,其借此在各种技术指标上设定的所谓“国际标准”,更是对我国制造业向高端发展形成较大挑战。
　　挑战与机遇往往是一个硬币的两面,发达国家“再工业化”也为中国实现跨越式发展带来机遇。
　　首先,发达国家“再工业化”与即将到来的第三次工业革命,向我们展现了不同于传统流水线、集中化机器大生产的全新生产方式,生产要素、组织模式乃至市场供给与需求都将出现重大变化。这对我国进一步推进增长方式转型、实现可持续发展给予了重要启示。未来在继续坚持增长方式由粗放式向集约式转变的同时,应将转型的对象从生产要素结构进一步扩展至供给结构、需求结构等领域,以经济结构战略调整为主攻方向,更强调协调经济发展与自然环境的关系,个人、城乡、区域间的利益关系,国民公平待遇关系,推动经济发展方式加快转变,实现经济长期可持续发展。
　　其次,“再工业化”是发达国家反思过度“去工业化”、推动回归实体经济的发展战略。“再工业化”并非简单的制造业回归,而是在发展先进制造业的基础上,加强制造业与服务业的融合,实现服务业高端化发展,优化产业结构。
　　在过去一段时期,我国产业结构虽然顺应需求变化,并支撑了经济高速增长,但产业过度集中于原材料及加工制造中低端环节等问题,也成为影响我国未来经济持续健康发展的重要因素。十八大报告明确指出,推进经济结构战略性调整是加快转变经济发展方式的主攻方向,优化产业结构是新时期加快转变经济发展方式的根本出路。在推动产业结构调整转型的进程中,应充分汲取发达国家过度“去工业化”及发展高风险、高杠杆的金融业务导致实体经济与虚拟经济脱节的经验教训,借鉴其“再工业化”发展战略中具有前瞻性、符合发展大势的政策措施,根据不同类型行业的特点,有重点、有差别地推进结构优化升级,重点通过突破研发、设计、营销网络、品牌和供应链管理等制约产业结构升级的关键环节,改造提升制造业,优化三大产业比例关系,建立完善现代产业体系。
　　如今主要经济大国之间的竞争越来越集中于主导产业和战略性新兴产业的控制权方面,“再工业化”以及第三次工业革命使得中国取得先导性技术突破并将其产业化的需求日益迫切。《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》已明确将新一代信息技术、节能环保、新能源、生物产业、高端装备制造、新材料、新能源汽车等七大产业确立为发展重点。未来应以战略新兴产业的发展为契机,进一步加快提高自主创新能力,突破制造业数字化、智能化关键技术,在工业革命制高点与市场先机的争夺中占据有利地位,实现产业竞争力的持续提升。
　　5、中国必须积极应对
　　中国社会科学院工业经济研究所黄群慧等撰文认为,德国“工业4.0”仍然属于“第三次工业革命”中,我们必须积极应对新的工业革命。“第三次工业革命”可能会抑制后发国家的产业赶超。对我国来说,只要能形成独特的制造技术和制造业升级路径,完全可能成为赢家
　　“第三次工业革命”不仅会削弱发展中国家的低成本比较优势,而且有利于发达国家形成新的竞争优势。通过发展现代装备制造业控制产业制高点,发达国家可以运用现代制造技术和制造系统装备传统产业来提高传统产业的生产效率,通过装备新兴产业来强化新兴技术的工程化和产业化能力。同时,其在高端服务业的领先优势也可能被进一步强化。
　　因此,后发国家的产业赶超将面临来自发达国家的全方位抑制。如果后发国家不能充分利用现代制造技术创造的技术和市场机会,“第三次工业革命”将使不利于发展中国家的“中心—外围”世界分工体系被进一步固化。曾经为寻找更低成本要素而从发达国家转出的生产活动有可能向发达国家回溯,导致制造业重心再次向发达国家偏移。
　　“第三次工业革命”可能对中国制造业带来冲击,中国的比较成本优势可能会加速弱化。从综合竞争绩效角度看,“第三次工业革命”对中国工业可能产生的负面影响更在于国外企业可以通过利用先进制造技术在维持“可接受成本”的基础上,针对快速变化的市场需求,提供较中国产品种类更丰富、功能更齐全、性能更稳定、使用更人性化、环境更友好的产品。“第三次工业革命”本质是人机关系的深刻变化,这种变化大大增加了对知识和技能的需求。而与先进制造技术相适应的知识和技能的形成和积累,恰恰是中国这样的发展中国家遇到的最大挑战。
　　与此同时,中国工业也面临机会。首先,“第三次工业革命”为中国工业发展创造了新的增长机会。“第三次工业革命”不仅会导致工业机器人、3D打印机等新的制造系统和生产设备产业的发展,这些产业还会带动信息产业、新材料产业以及工业设计等生产性服务业的增长,即通过创造新的产业部门,为中国在全球进入新一轮经济衰退期时培育发展战略性新兴产业、寻找新的增长点提供方向和机会。其次,先进制造技术终归是在工厂和制造环节的应用,中国庞大的制造基础为先进制造技术和相关产业的发展提供了巨大的潜在市场和应用场所。只要有危机意识和战略认识,充分利用中国的制造基础优势,调动广大企业技术突破和应用的积极性,形成中国独特的制造技术和制造业升级路径,中国完全有可能成为“第三次工业革命”的赢家。
　　为全面迎接“第三次工业革命”,我国的产业政策思路和措施应当适时调整。首先,要充分调动科研结构和企业的积极性,特别是重视通过高技术人才创业,加快先进制造技术的突破。其次,要改变目前产业政策“重研发、轻工艺”“重实验室、轻车间”的做法,遴选设备先进、现场管理工作扎实的工厂进行重点建设和投资,将这些“现代工厂”建设成为中国先进制造技术突破、应用的场所,建设成为先进制造技术和先进现场管理方法持续改善的“现场实验室”,从而最终以点带面地推进中国制造水平的整体提升。最后,要加快针对“第三次工业革命”的高效能运算、工程数据库等科技基础设施的建设,加强对企业突破和应用现代制造技术的公共服务和保障能力。
　　事实上,全球已进入空前的创新密集和产业变革时代。对此,作为拥有中国绝大多数高端核心科技的中央企业更是快马加鞭。事实上,国资委一直在持续推行中央企业的科技创新能力。早在2011年,国资委就出台了《关于加强中央企业科技创新工作的意见》,对中央企业的科技创新工作做出了系统的安排和部署。随着新一轮科技和产业革命加快演进,特别是以互联网为核心的信息技术广泛应用,全球竞争态势明显加剧。市场竞争的制胜法宝已不再只是规模和价格,拥有差异化和高品质的品牌优势,日益成为企业赢得市场竞争的关键。2013年10月15日,国资委副主任黄淑和在中央企业品牌建设工作座谈会上说。“瞄准国际一流先进水平,通过引进消化吸收再创新,大力增强集成创新能力,培育原始创新能力,加快拥有一批核心关键技术,努力实现‘中国制造’向‘中国创造’的转变。”

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