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德国“工业4.0”的战略意义与主要启示

时间:2015-04-24 作者:吕铁 来源:《中国党政干部论坛》

摘  要:
德国“工业4.0”的概念最早提出于2011年。此后,由德国相关行业协会牵头,来自行业协会、企业、政府和研究机构等产官学专家组成“工业4.0”工作组,进一步开展了对“工业4.0”的研究。

关键词: 工业4.0 

  一、什么是德国“工业4.0”

  德国“工业4.0”的概念最早提出于2011年。此后,由德国相关行业协会牵头,来自行业协会、企业、政府和研究机构等产官学专家组成“工业4.0”工作组,进一步开展了对“工业4.0”的研究。2013年4月,该工作组向德国联邦政府提交了最终报告《保障德国制造业的未来:关于实施“工业4.0”战略的建议》,得到联邦政府的高度认可。在德国联邦政府推出的《高技术战略2020》中,“工业4.0”被列为十大未来项目之一,表明“工业4.0”已经成为德国国家战略的重要组成部分。

  概括地说,“工业4.0”是基于对整个工业发展过程重新划分而提出的一个新颖概念。提出这个概念的德国产业界和学术界人士认为,随着技术的不断演进,迄今工业发展已经历了机械化、电气化和自动化三个阶段,可以将其分别对应于“工业1.0”“工业2.0”和“工业3.0”时代,而未来技术的创新和进步必然推动工业发展进入智能化阶段,亦即“工业4.0”时代。智能化阶段的核心技术特征是“虚拟—实体系统”(CyberPhysical Systems,或称为信息—物理系统)。“虚拟—实体系统”是指,在传统的互联网、信息系统基础上,加入物联网、服务网,使现实世界与信息网络紧密衔接、融为一体。在工业领域,“虚拟—实体系统”的具体表现形式是“智能工厂”,主要包括智能机器、数据存储系统,以及能够实时传输信息、进行交互控制的生产设施。“智能工厂”的控制系统连接了原料、制造、物流和消费等各个环节,可以收集各环节传来的信息,以人工智能加以分析判断,决定具体的生产方案,并自动完成加工制造。这样,就形成了精准按需生产、高度个性化制造的模式,达到降低成本、提高附加值的目的。

  着眼于推动“工业4.0”战略的有效实施,上述报告提出了八个领域的重点任务。

  建立标准化的技术体系。在同一价值链(价值网)的不同企业,应当加强合作,制定一套公开的技术标准,而后进行智能化软硬件的建设。

  掌握复杂系统的管理技术。企业需要建立一套从研发设计一直到客户服务的“全覆盖式”系统,并同时管理大量的产品条线。

  建设工业宽带网络基础设施。企业必须拥有传输能力强大、满足各类通信需求的宽带网络,还要能与德国以外的地区高速连通。

  确保生产安全与信息安全。需要建立整体化的安全保障体系,防止网络入侵、信息盗用,保证自动化生产设施的安全稳健运行。

  重新设计工作岗位与内容。机器替代部分人工劳动后,需要对企业的岗位职责进行重新设计,提升劳动的层次,确保员工工作与生活之间的平衡,产生社会效益。

  持续进行专业技能培训。由于工作内容的转变,需要加强在岗培训,使员工适应以信息技术为操作手段,完成生产制造任务。

  建立相应的法规和监管机制。在新的生产方式下,需要加强对企业数据、个人数据的保护,并与其他国家协商产品(文件)加密的机制。

  提高各类资源的运用效率。“工业4.0”的最终目的是提高全要素生产率,节约原材料、能源、人力资源,减少对资金的占用。

  二、德国为什么将“工业4.0”提升到国家战略高度

  从德国工业乃至整个经济体所面临的形势看,布局“工业4.0”的意义包括以下三个方面。

  较高的人力成本,要求德国工业寻找运用智能技术的新方向,提高生产制造相关环节的自动化程度。以信息技术取代中低端劳动,是提高制造业劳动层次和收入水平的重要手段。德国工业生产的自动化程度相对较高,装备制造业能够达到或接近“无人工厂”的状态,生产一线劳动力的替代空间已经十分有限。要在较高的起点上继续增加人均收入,就必须将劳动力替代的重点转向生产加工过程之外。例如,在能源管理、运输物流、产品测试、市场分析、营销服务等环节上,还存在劳动力替代的空间。在企业层面,“工业4.0”的主要任务就是在这些领域部署信息系统,运用智能技术,形成一整套解决方案,使企业从“自动生产”逐步过渡到“自动运营”。

  受制于经济规模,德国在互联网商业化进程中明显落后于美国,必须以新技术、新业态,争夺“互联网经济”的话语权。20世纪90年代以来,搜索引擎、电子商务、互联网金融、社交网络与社会化媒体等一系列完全基于互联网的商业模式创新,都在美国首先取得成功。“互联网经济”的规模效应强、壁垒作用弱,造成“大国通吃,先者恒强”的局面,致使德国屈居从属地位。德国要扭转这种局面,唯有另辟蹊径,发挥德国制造业的技术优势,加强智能装备的研发和运用,重点发展工业互联网、家居物联网等“线上离不开线下”的信息技术;在消费品的生产和销售上,则力图跨越电子商务第三方平台,形成“工厂直接面对客户”的大批量定制生产方式。这样,德国将有可能找到“互联网经济”的新突破口,重新站在全球信息技术创新、互联网商业模式创新的前沿。

  在制造业整体供过于求的环境下,仅依靠核心技术优势,难以主导整个产业链。这要求德国加快制造业的“升级换代”,增强全球影响力。2008年金融危机以来,全球制造业整体上供过于求。在需求侧,发达国家的市场需求受到抑制,而欧洲市场的形势尤为困难,只有“金砖国家”还有大量的基础设施建设需求,工业产品需求在全球所占份额不断提升;在供给侧,中国等新兴经济体的制造业产能充足,技术也在进步,占据产业链的环节不断增加。一些中国企业凭借靠近主要市场、生产能力完备的优势,可以与掌握少数核心技术的德国企业平等对话,甚至可以依靠规模优势进行并购。在这样的情况下,德国企业要保持对产业链的主导权,就需要依靠智能化技术,形成新的研发设计平台、质量管理体系,将“德国制造”的“内核”升级换代。在此基础上,积极对外输出,帮助国外合作伙伴建设“德国式工厂”,增强德国品牌的全球影响力。
三、德国“工业4.0”的全球影响和前景展望

  德国“工业4.0”计划提出以来,引起了全球的广泛关注。从德国的技术条件、经济形势、政策环境等方面综合判断,推动实施“工业4.0”的基本条件已具备,未来发展路径明确,可以产生经济效益,形成市场化的自我驱动机制。但从欧洲、全球的角度看,德国能否借助“工业4.0”实现既定的战略目标,也存在诸多不确定因素。

  就德国而言,以“工业智能化”带动“社会智能化”,是“工业4.0”最重要的经济效益。德国已经进入“后工业化”阶段,经济发展的主要目标是“提质”而非“增量”。在未来相当长一段时间,德国国民劳动层次和生活质量的提升,主要依靠服务业的智能化,特别是社会公共服务的智能化。例如,在交通运输、资源循环利用、医疗保健、城市和社区公共管理服务等领域,德国有望率先普及智能化技术。因此,即使“工业4.0”无法改变制造业向低成本国家转移的大趋势,德国也能在“社会智能化”方面取得显着收益。“工业4.0”将为“社会智能化”提供新一代网络基础设施、先进通信技术、智能控制系统设计、“大数据”分析方法等各类软硬件支持。成熟的“工业解决方案”,可能很快迁移转化为“社会服务解决方案”,在不同的地区、不同的领域得到应用,产生难以估量的经济价值。

  在欧洲大陆,“工业4.0”需要在企业自发联合的基础上,逐步扩大版图,形成规模效应。2008年金融危机后,欧洲经济复苏的整体形势不容乐观。欧洲南部国家经济低迷,甚至反覆陷入衰退。东欧国家在技术水平、管理理念上还达不到“工业4.0”的要求。北欧国家尽管有较好的创新环境,但经济体量难以支撑一个完整产业体系的技术研发。总之,在“工业4.0”领域有可能与德国相呼应的,只剩下法国、瑞士、荷兰、奥地利等几个国家。如不能形成欧洲共识,则难以获得各国政府在产业、科技政策上的协调配合。因此,“工业4.0”要走出德国、辐射欧洲,就只有依靠企业之间的自发联合。在西门子等德国企业推进“工业4.0”之时,ABB、施耐德、飞利浦等企业需要着眼欧洲全局、摒弃国家界限、主动谋求联合,在工业解决方案领域打造“空中客车模式”,才能在全球竞争中立于不败之地。

  在全球范围内,工业的智能化已成为主要工业国家的共识,谁将取得这一进程的主导权,取决于国际市场。在德国提出“工业4.0”的同时,美国积极推进“再制造化”,发展“工业互联网”。中国则坚持“两化融合”战略,稳步推进制造业信息化。日本也提出了类似的“工业智能化”战略,重点发展人工智能、服务机器人等产业。从概念上看,德国“工业4.0”的理论较为新颖,涵盖的范围更加广泛;其他国家的类似战略,也充分考虑了各自的发展现状、比较优势。可以预料,在相近的战略思维指导下,这一领域将酝酿激烈的国际竞争。各国将积极谋求对技术和产业的主导权,发展出不同的技术体系、网络平台,争取将其他国家的工业网络纳入其中。目前,全球主要的工业解决方案供应商,已开始在国外投资,率先建成符合智能化理念的“示范工程”,显示技术实力,并且改进已有的“工业3.0”服务,及早锁定未来的“工业4.0”客户群体。

  四、德国“工业4.0”对我国的主要启示

  面对“工业4.0”带来的工业新思维、新模式,我国应积极借鉴、冷静思考,坚持从我国工业发展的实际需要出发,走具有中国特色的工业信息化、智能化道路。

  在紧盯技术和产业前沿的同时,更加重视“工业2.0”“工业3.0”的广泛普及、巩固提高。在我国中西部地区,工业化进程的起步较晚,基础设施条件薄弱,很多企业还处于粗放生产的阶段,需要对“工业2.0”进行补课。在长三角、珠三角等工业发达地区,装备制造业较为密集,数控化加工已经成为主要的生产方式,但还未完全达到发达国家“工业3.0”的标准。主要表现为,企业生产管理体系的自我更新能力普遍较弱,国产数控化装备的加工精度、质量稳定性与国外先进水平仍有差距。未来,我国除了需要关注“工业4.0”的前沿、选准发展方向,还需要打好基础,完整走过“工业2.0”“工业3.0”的发展阶段,弥补一部分技术短板,争取尽快实现“工业3.0”的高水平全面普及。

  发挥我国比较优势,开展中德、中欧合作,促进“互联网经济”多极化。在“工业4.0”发展进程中,我国的比较优势是市场空间大,新技术、新产品容易较快产生经济回报;信息和制造技术人才充足,硬件加工制造和软件开发成本低。这些优势如能与德国先进的工业设计理念、严密的生产管理方式以及制造、传感、通信等领域的一些核心技术相结合,则有望形成一个具有国际竞争力的“工业4.0”解决方案产业链。面对美强欧弱的经济格局,我国应立足经济安全、信息安全的需要,加强与德国在工业信息化、智能化方面的合作。在我国能够独立自主研发并且取得市场竞争力的领域,坚持以我为主;在基础条件不足、发展相对滞后的领域,积极支持德国或欧洲的“第二套方案”,防止出现一家独大的局面。

  加快发展智能装备产业,牢固占据产业链的重要环节。智能装备是“工业4.0”的物理载体。工业的智能化、社会的智能化,都需要以相应的智能装备(元器件、设施)为基本单元。我国目前已在智能加工装备、智能工程机械、智能交通工具、智能家用电器、可穿戴医疗保健设备等领域,取得了丰富的产业化成果,但其中核心技术的自主研发比例仍然较低。为此,应将智能装备产业细分为若干环节,例如新材料、传感器芯片、人机交互界面、控制算法与系统、数据分析方法与专家知识库等。在其中的关键环节,尤其是我国的薄弱环节,加大自主研发的投入力度,争取在一部分环节有所突破,达到国际领先水平,从而在未来的国际竞争中占据一席之地。

  龙头企业和中小企业并重,形成良性互动的产业生态环境。我国发展“工业4.0”的应用,一方面需要大企业,特别是航天军工、电子电气设备领域的中央企业,坚持基础研发的大投入,攻克一批共性技术,引领行业标准的制定;另一方面又需要中小企业,发展生产性服务业,深入挖掘客户需求,在标准化产品基础上进行定制开发,为客户提供个性化的解决方案。各行业、不同规模的企业,在“工业4.0”的机遇面前,应找到各自在智能化领域中的合适定位,在细分环节上形成核心竞争力,谋求合作共赢。同时,地方政府应理性认识本地区的要素优势,遵循市场竞争规律,合理布局相关的产业园区、示范基地,制定可持续的、有利于企业创新的扶持政策,逐步形成特色鲜明的产业集群。

关键词:工业4.0 
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