工業4.0浪潮下中國制造業轉型策略研究

趙福全，劉宗巍

(清華大學汽車產業與技術戰略研究院、汽車安全與節能國家重點實驗室，北京　100084)

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工業4.0浪潮下中國制造業轉型策略研究

趙福全，劉宗巍

(清華大學汽車產業與技術戰略研究院、汽車安全與節能國家重點實驗室，北京100084)

摘要：本文深入解讀了德國工業4.0的內涵，分析了工業4.0浪潮將給中國制造業特別是具有代表性的汽車產業所帶來的深遠影響，指出了當前業界對工業4.0的理解普遍存在的偏頗之處，明確建議應更多地從生產角度而非銷售、服務角度來思考工業4.0。在此基礎上，重點強調必須站在國家戰略高度充分認識工業4.0，闡明了國家頂層設計的重要性，并提出了各方共同努力、合力推進中國“智造”早日成為現實的具體建議。

關鍵詞：工業4.0；國家戰略；制造業；轉型升級

1引言

當前中國經濟正在步入增長速度趨于平緩的“新常態”，國內市場競爭日益激烈，而由于自主研發能力薄弱、核心技術缺失、勞動力成本上漲以及人民幣總體逐步升值等原因，中國制造業出口盈利的空間正在減小[1-2]。不僅一大批原本依賴低成本優勢、粗放經營的中小企業遭遇入不敷出的困難局面，而且一些大型企業也面臨著嚴峻的生存挑戰。要在這場大浪淘沙的競賽中最終勝出，中國制造業必須加快轉型升級，真正實現“提質增效”。

與此同時，以互聯網、大數據、云技術、3D打印等新技術為代表的新一輪科技革命方興正艾[3]，極有可能帶來全球經濟形態和競爭格局的巨大變化。在此背景下，世界各傳統工業強國無不高度重視全面信息化對制造業已有和潛在的影響，思考及采取對策加速自身制造業的轉型升級，以期占領未來國際較量的戰略制高點[4]。這其中尤以德國提出的“工業4.0”概念最為引人矚目，被認為是德國吹響了新一輪工業革命的前進號角。

對于中國而言，制造業轉型升級的最終目標同樣指向智能制造。唯有如此才能通過“智慧”地調配、整合及利用資源，以更經濟、便捷的生產方式，提供更多樣、個性的產品與服務，從而在未來制造業的激烈競爭中贏得優勢。但是，中國與德國的工業基礎和發展階段并不相同，中國自身的特點和優勢也與德國差異明顯。究竟應該如何看待德國工業4.0，如何借鑒其精髓，又應該怎樣把握其中的機遇與挑戰，加快中國制造業轉型升級的進程，這些都是具有現實緊迫感和戰略意義的重要話題。

2德國工業4.0的內涵及理解

2.1　德國工業4.0的內涵

“工業4.0”是德國針對制造業發展進程的不同階段給出的定義。在2013年德國聯邦教育研究部發布的《工業4.0戰略計劃實施建議》中，定義了不同的工業階段不同的內涵：工業1.0是機械化，其標志為機械裝備在生產制造中得到廣泛應用，人類告別了手工制作時代；工業2.0是電氣化，電力驅動的機械使生產制造的規模化得到空前發展；工業3.0是自動化，主要是工廠大量應用電子信息技術，不斷提升生產環節的自動化水平；而工業4.0的本質特征則是智能化，即以智能工廠為核心，建立起一整套規模化、定制化的產品設計、生產及服務模式，真正實現工業由制造向“智造”的轉型升級[5]。

與工業3.0僅僅以電子信息手段自動控制生產工藝及過程不同，工業4.0充分考慮了互聯網巨大的現實和潛在影響，強調在網絡條件下實現更高智能程度的生產，以及不同生產單元、環節之間的高效協作，以快速、高效地響應客戶的需求[6](在這里客戶不只是最終的市場消費者，而是把產業鏈上下序的各制造企業都彼此視為客戶)。由此可見，如果說從工業1.0到3.0都是生產方式的變革，那么工業4.0則不僅僅是生產變革，更是從設計開發、生產制造到市場銷售、售后服務以及需求反饋整個價值鏈條和產業生態的全面升級。概括而言，德國的工業4.0將體現在：以充分互聯的智能工廠為核心的“智能制造”；集中式控制向分散式控制的商業模式轉變；生產過程直接與消費者相互連接；信息系統技術與工業生產技術的高度融合、合為一體的信息物理系統(CPS)[5]。

2.2　德國工業4.0戰略意圖及影響解析

作為傳統的制造強國，德國充分認識到以互聯網為代表的新一輪科技革命將對制造業產生重大影響，而自身在信息產業方面卻沒有明顯優勢[7]。因此，德國提出工業4.0的概念，既是以工業3.0已經實現、制造業自動化程度極高的優勢為基礎和條件，更是德國對制造業未來轉型升級的戰略預判及方向明確[8]。德國寄希望于通過實現工業4.0，為包括世界級大企業和眾多優秀中小企業在內的德國制造業插上互聯與智能的騰飛之翼，從而繼續保持自己稱霸國際制造業的競爭優勢[9]。

由此可見，一方面，德國提出工業4.0的戰略意圖十分清晰：即通過構建智能生產網絡，把德國強大的制造業單元連接起來，構成一個信息和物理的網絡系統，最終推動制造業由自動化進一步向智能化和網絡化方向升級；另一方面，工業4.0對德國而言也還只是一個戰略目標，德國計劃到2030年最終實現工業4.0。顯然在實踐過程中，工業4.0的內涵還將繼續逐漸豐富和明晰。

從上述分析中我們不難理解：工業4.0必然是整個國家整體工業水平的體現，而不是某一個產業或某一個企業的升級，更不是建設幾個先進的工廠，即沒有所謂的局部工業4.0。實際上，只有圍繞工業產品的全生命周期，包含設計、生產、采購、銷售、服務，以及消費者之間、消費者和廠商之間、廠商之間的互動等諸多環節在內的全面同步提升，才能真正構建起工業4.0。無疑，工業4.0的影響將波及一國制造業的方方面面，歸納起來主要有：單個企業生產過程和模式的縱向整合；同一產業不同企業間不同生產過程的橫向整合；不同產業上下游企業之間的交叉整合。最終將實現制造業端口的全面標準化、聯通化，徹底打通設計、生產、銷售以及服務的全產業鏈和各個環節。

3工業4.0對于中國的機遇與挑戰

3.1　中國制造業水平現狀

如前所述，德國的工業4.0是建立在其全球制造業的優勢基礎上的產業持續優化戰略，目的在于發展基于互聯網技術的制造業實體經濟，保持其在全球制造業的領先地位。相比德國制造業，中國制造業目前總體上還處在工業2.0與3.0之間的水平，以汽車制造為例，不少本土企業的焊接、沖壓車間還遠未實現自動化。這不只是資金和設備投入方面的差距，更是生產管理、工藝技術以及上下游相關企業水平的差距，也可以說是中國制造業的整體差距。中國制造業總體的能耗、效率、質量、技術含量以及成本控制的人力依賴程度等，與德國的差距都非常明顯，很難設想能將這樣水平的制造業單元充分連接起來，并滿足大批量和個性化的優質制造。

在這種情況下，工業4.0給中國制造業的轉型升級提出了全新的、更為艱難的要求，使正在努力向工業3.0追趕進軍的中國，面臨更為嚴峻的挑戰。一方面，工業4.0對制造業提出了更高的標準，中國制造業如果選擇“跨越式”地迅速跟上，以現有水平來看難度很大；另一方面，如果選擇暫時不跟進，未來則可能要面對更大的落后，處在一個兩難的尷尬境地。

尤其需要注意的是，以智能制造為主要標志的工業4.0，將使“中國制造”低成本的傳統優勢喪失殆盡。未來的智能工廠，是一個人工智能管理的、具有自我完善能力的制造體系，傳統制造工人發揮作用的空間所剩無幾。同時工業4.0還將帶來商業模式的創新和變革，通過充分的物聯網平臺，消費者可以直接向工廠表達需求，智能工廠則經過大數據分析和云端處理后，及時組織各相關要素，按照消費者的需要進行產品的設計、生產及服務。因此不僅生產環節，而且銷售和流通環節的人力成本所占比重都將顯著降低。這些變化對中國制造業而言，將會產生巨大沖擊。

工業4.0又是中國制造業未來發展的必然方向，因為互聯網技術充分普及及其與制造業的深度交融乃大勢所趨，中國沒有可能避開工業4.0、另辟蹊徑來實現制造強國，而是必須基于現有水平，努力填平補齊，傾全國之力爭取迎頭趕上。

同時，中國在信息產業方面具有一定比較優勢，全球頂級互聯網企業基本都分布在美國和中國，這又是德國所不具備的，必須高度重視、充分利用這一條件。當前國家提出的“互聯網+”恰恰指向了這一戰略方向——如果說此前提出的“兩化融合”代表著中國向工業3.0快速邁進的努力[10]，那么剛剛發布的“中國制造2025”戰略規劃，則以“互聯網+”為基礎，明確提出了與工業4.0同等境界的中國制造業未來發展目標：中國最終要躋身于世界制造強國前列。因此，對于中國制造業而言，工業4.0不僅意味著空前嚴峻的挑戰，也將帶來歷史性的戰略機遇。

3.2　對于工業4.0的理解不宜偏頗

當前中國工業界對于德國工業4.0的理解，表現出一些偏頗，主要表現有：

其一、概念廣受關注，理解千差萬別，行動較為有限。德國提出的工業4.0概念，目前還只是制造業轉型升級的一種趨勢性理念，也是根據其現有制造業水平和新技術發展態勢提出的一種前瞻性戰略思想，對此大可不必神話。實際上工業4.0的概念在德國受關注的程度遠沒有在中國高。但是，德國的確在為此做著國家指引、標準設計、企業嘗試等多方面的切實工作。反觀中國，工業4.0目前更多的還只是一個不斷熱議的概念，缺乏系統深入的研究，更缺乏國家頂層設計和企業實際行動，甚至有些理解得并不充分的觀點在廣為流傳、混淆概念。

其二、中德兩國工業界對工業4.0的關注點迥異，這非常值得深思。以汽車產業為例，德國更多的是從制造實現智能化的角度來看待，關注制造端的變革與升級。而中國企業則更多是從汽車銷售、車載互聯的角度思考工業4.0，更關注銷售服務端。銷售和服務當然也很重要，但這不是中國制造業的主要癥結所在。對于中國這樣的大國，特別是在傳統制造業先進程度不足的情況下，尤其要以制造業這樣的實體經濟為主導和依托。否則即使解決了怎樣賣東西的問題，還是要面對怎樣造出好東西的挑戰。

以上這些認識將在實踐中產生極其不利的影響：一是可能導致中國學習借鑒工業4.0趨于表面化、形式化、運動化。二是可能導致努力的重點傾向于營銷和服務端，這對于現階段的企業來說是比較易于實現并且能夠短期見效的，因此容易形成跟風現象，造成全行業只顧眼前利益，只關注營銷和服務，而較少考慮彼此合作，更忽視制造業本身的實質性升級，始終拿不出更優秀的產品(這些恰恰才是工業4.0的核心)，卻又自以為這就是在推行工業4.0了。長此以往，中國的互聯網經濟就將成為“無本之木”，網店銷售的商品再多、再便宜，也只能是低價劣質的產品，這對于中國長期競爭力的形成后患無窮。

總的來說，中國必須站在國家高度充分認識工業4.0的全局性和戰略性，認真研究理解工業4.0的核心內容，關注如何讓互聯技術在制造業全產業鏈上都發揮作用，尤其要借鑒德國的發展思路和戰略舉措，重點關注和全面建設制造過程的系統化和標準化。中國的互聯網產業體系完整，從業人員數量多，具備一定有利條件。這種優勢不能只限于銷售和服務領域應用，更要引入到制造領域，推動生產要素的互聯，使之向“智能制造”的方向快速前進，這對于中國制造業的提升與趕超將是一個絕佳的機會。

3.3　工業4.0對于傳統制造業的影響

以充分互聯和充分智能為基礎的工業4.0將給傳統制造業帶來戰略性的重大變革，并孕育空前的挑戰與機遇，這一趨勢已逐漸為業界公認。而以產業鏈條長，涉及面廣，資金、技術和人才高度密集著稱的汽車產業，作為民用工業中最為復雜者，在傳統制造業中具有代表性。下面就以汽車產業為例，分析工業4.0對傳統制造業的影響。

在以往的工業革命中，汽車業都是技術進步的重要應用載體。一方面有大量先進的生產技術和模式在汽車制造中首創或得到廣泛應用(如流水線、精益生產等)，另一方面汽車產品本身也一直采用新技術、新材料、新工藝而不斷進步，汽車制造和汽車產品的改進又彼此影響、互為因果。在工業4.0時代，汽車將按照“智能制造”的模式，大規模個性化地定制生產出來，從而節能、高效、優質地滿足消費者的不同需求。同時，汽車產品本身也將發生巨大變化。預計未來的汽車將從“配備電子的機械產品”向“配備機械的電子產品”轉變，成為可以安全、舒適、便捷移動的智能互聯終端，充分融入通信、辦公、娛樂等功能和更多其他的應用可能。這一轉變既需要車載設備和技術的全面智能化、網聯化，更需要汽車“智能制造”的有效支持。而汽車產業龐大的用戶群體、多種多樣的使用環境，也將衍生出自己的具有重要商業價值的大數據，從而影響產業鏈條的重組、價值實現方式的轉變和商業模式的創新。由此整個汽車產業也將發生空前深度和廣度的變化：傳統的汽車使用、設計、制造、銷售、售后、維護和管理模式將被徹底顛覆；汽車的制造者、擁有者、銷售者、使用者、維護者和管理者都可能與當前截然不同。從這個意義上講，工業4.0將對汽車產業產生深遠而廣泛的影響。

我們認為，新能源和網聯智能化將成為中國汽車產業未來發展的兩大戰略機遇。并且與只涉及動力問題的新能源汽車相比，網聯智能汽車是工業4.0的產物，代表著充分互聯模式下，汽車設計開發、生產制造、銷售及服務等各個環節的根本性變革，這將帶來更大的機遇。而兩者的有效結合，或將支撐中國汽車產業實現由大到強的轉變[11]。當前，新能源可能帶來的機遇已受到較為充分的認識，但整個社會尤其是汽車制造業，更應重視、研究并努力實現互聯技術(也包括大數據、云計算等)在實體制造業轉型升級中的重大價值。我們必須站在國家制造業轉型升級的高度看待工業4.0，看待工業4.0進程中汽車產業的歷史機遇，致力于打造設計、生產、銷售及服務各環節一體化的汽車“智造”全新業態。

3.4　工業4.0對于高端制造業及能源產業的影響

“中國制造2025”已明確指出中國制造業轉型升級的戰略目標和前進方向，而制造業的轉型升級，一方面在于傳統制造業向產業鏈高端的延伸和轉移，另一方面則必須努力發展和做強技術含量高、基礎作用大的高端制造業。例如大規模集成電路，作為現代工業的基礎元器件之一，不僅對于整個信息產業具有明顯的支撐作用，而且在互聯網和智能化時代將處于更加核心的重要地位。

當前中國集成電路產業在自主設計及產業化方面與國際先進水平相比，仍有一定差距，使未來向“智慧”制造的轉型升級面臨制約。與此同時，全球制造業與信息業的交融還處于加速發展的起始階段，預計在這一過程中一方面對集成電路的需求將增長、要求將提高，另一方面也將孕育更多不同的應用可能，規模化與定制化的趨勢將日趨明顯，適應工業4.0標準和要求的集成電路將取得優勢地位。而擁有龐大市場規模(即特殊的應用需求)的中國，具有先天的響應速度優勢，并有足夠的體量足以自定標準、自成體系，從而完全有可能借此契機后來居上，搶占未來產業競爭的制高點，這是中國高端制造業在工業4.0時代的重大機遇。

實際上，工業4.0的影響范圍不僅限于制造業本身，按照“互聯網+”的構想，這更是一次涉及基礎建設、信息通信、能源、環保、材料、醫療、教育以及消費模式等領域的全方位革命，而這些領域的變革也將深刻影響制造業的發展。以能源產業為例，“能源互聯網”將使能源革命與互聯網技術結合起來，各類能源生產和消費的終端真正聯接而成為一個網絡整體，形成信息采集、數據生成、智能處理、合理調配的分布式、自組織、自適應體系，以“智慧”的方式最合理地調配分散的能源供“智能制造”使用，從而為中國構建安全、清潔、高效、持續的全新能源結構奠定基礎。這也將為中國化解能源問題挑戰、實現制造業的可持續發展創造全新的可能。

4中國如何加快推進工業4.0

全面推行工業4.0、加速制造業轉型升級是一項復雜的系統工程，需要國家、產業、企業與科研機構的共同努力、通力協作。這其中，國家具有前瞻性的“頂層設計”和發展規劃至關重要[12]。新一輪科技革命正在到來，中國制造業現有水平不高，轉型升級壓力很大，更需要高瞻遠矚的戰略構思指引方向，力爭少走彎路。工業4.0不是某個行業的事情，更不是某個企業的事情，而是整個國家制造業及相關領域共同的任務，因此必須在國家高度上制定清晰的發展戰略，在全社會范圍內加深理解、凝聚共識，在全產業鏈上綜合布局、構建平臺，在各個行業、企業分解細化、激勵實施。在這方面德國政府與產業界分工明確、真抓實干的態度及工作，非常值得中國學習和借鑒。

在推行中國版工業4.0的過程中，國家應率先培育一批示范性的重點產業和企業，而具有巨大產業關聯度和帶動性的汽車產業完全有條件也理應成為嘗試工業4.0的先導陣地。以車聯網的發展為例，目前尚處于“人—車”互動這一比較初級的階段，要實現“車—車”、“車—路”的全面互聯還有很長的路要走。主要的瓶頸并不是技術滯后，也不是企業沒有動力，而是國家缺乏頂層設計和有效引導，政府在總體規劃、統一標準和激勵實施等方面力度不夠。如“車—車”互聯需要車企間的協同，“車—路”互聯更需要城市的交通管理系統的接納，另外包括信號形式、傳輸標準、基礎硬件設施建設等問題，如果政府不出手，都遠非車企或者汽車行業自身力所能及。

在國家戰略的指引下，工業4.0的各方參與者都需要各司其職、互相支持。從行業層面，應牽頭成立相關領域的跨產業、跨企業聯盟，組織研討互動，搭建充分合作的有效平臺；對企業而言，一是要圍繞自身產品全生命周期的角度考慮和切實推進各環節的升級，二是要與上下序其他企業乃至跨行業企業尋求全新合作關系和模式，三是更要以變革性的創新思維，認識和迎接互聯網時代和工業4.0背景下的產業變革；對于高等院校而言，既要與國家、行業和企業等一起肩負起培育適合新時代創新人才的重任，更要與科研院所、“智庫”單位等，攜手為國家理清發展戰略、制定產業規劃、形成統一標準獻計獻策，為企業加速提升制造水平和“互聯”合作程度，提供技術和智力支持。最終通過全社會的共同努力，加速工業4.0所代表的先進制造業狀態在中國早日成為現實。

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(責任編輯沈蓉)

Industrial Transformation Strategy for the Manufacturing Sector of China in the Tide of Industry 4.0

Zhao Fuquan,Liu Zongwei

(Tsinghua Automotive Strategy Research Institute,State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy,Beijing 100084,China)

Abstract：The paper carries out an in-depth interpretation of the connotations of Industry 4.0,analyzes the far-reaching implications that the tide of Industry 4.0 will bring to China’s manufacturing sector,in particular the automotive industry,points out the universal misunderstandings of the Industry 4.0,and suggests clearly that we should think on Industry 4.0 more from the perspective of production rather than sales or service.On this basis,it stresses the necessity to thoroughly understand the notion from the national strategic height and expounds the importance of national top-level design.Finally,the paper puts forward concrete suggestions for all parties concerned to make joint efforts in a bid to promote the realization of“wisdom in China”at an early date.

Key words:Industry 4.0;National strategy;The manufacturing sector;Transformation and upgrading

中圖分類號:T-9

文獻標識碼:A

作者簡介：趙福全(1963-)，男，遼寧鐵嶺人，清華大學汽車工程系教授，博士；研究方向：汽車產業發展、企業運營與管理、技術發展路線。

收稿日期：2015-04-28

基金項目：中國工程院“制造強國戰略研究”(2013-ZD-4)。