李 君,成 雨,竇克勤,邱君降
(國家工業信息安全發展研究中心,北京 100040)
隨著新一代信息技術的高速發展及與制造業的持續融合,多元化的用戶要求、瞬息萬變的全球市場競爭和社會可持續發展需求正在引發傳統制造業生產方式、組織結構、業務流程、服務要素配置等的深刻變革,催生出一批包括網絡化協同研制、服務型制造、個性化定制、平臺化運營以及智能制造在內的新模式,為制造業轉型升級不斷注入新動能[1-4]。但當前制造業轉型升級新模式的理論研究遠落后于產業實踐,關于新模式制約因素的文獻大都采用定性論述的形式,為數不多的實證研究基于區域抽樣的小樣本數據展開論述,以此得出的結論無法系統、準確地反映制造業新模式發展情況,且未系統闡述各類新模式發展的制約因素及應對策略。鑒于此,本文在現有理論基礎上提出制約新模式發展因素的假設,依托兩化融合服務聯盟的兩化融合評估系統的全國工業企業大樣本調查,全面展現企業制造新模式發展的整體現狀和關鍵特征,通過實證分析剖析企業開展各類新模式的制約因素及其影響機理,以期對推動新模式發展提出理論幫助和實踐建議。
國家新出臺的 《關于深化 “互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》及系列解讀文件多次提及智能化生產、個性化定制、網絡化協同、服務化延伸[5-6],因此,本文將互聯網時代制造業轉型升級新模式研究的對象聚焦于網絡化協同研制、服務型制造、個性化定制、平臺化運營和智能制造五種類型。
學者們針對影響我國制造企業新模式發展的制約因素展開了一系列研究,胡春燕從信息技術與制造業的融合視角分析得出,產業方式變革能夠通過改變企業內外部組織結構而催生出大量新業態和新模式[7]。張亞斌等認為,傳統企業在轉型升級過程中所面臨的異質性需求與網絡化供給等核心問題是企業逐步實現智慧型網絡組織模式的推動力[8]。任宗強等通過案例分析提出,動態知識管理能夠提升企業生產技術的柔性水平,進而助力個性化定制發展[9]。黃宏彬以中國船舶制造業為例,提出制約行業自主創新和協同創新新模式的主要因素,即技術創新、管理機制創新和跨產業生產創新[10]。尹君等提出智能生產與服務網絡體系的關鍵因素,即科技支撐、組織體系、感知與信息傳輸、基礎設施等[11]。姚錫凡認為,智慧制造的發展有賴于云計算、物聯網等相關技術的高度發展,且應在搭建平臺的基礎上逐步成熟[12]。
本文通過文獻梳理和理論研究,剖析制約新模式的關鍵因素和機理(見圖1),并針對各制約因素與新模式發展之間的相關性提出研究假設。

圖1 制造業轉型升級新模式制約因素及邏輯圖
開展網絡化協同研制的企業能夠基于互聯網分布式協同環境,優化配置研發、生產資源,驅動研發模式和生產方式變革,帶動研制效率的提升。隨著互聯網由以人為中心的消費互聯網向以企業和組織為中心的產業互聯網演進,用戶與產業鏈上下游合作伙伴逐步融入企業的研發生產業務活動中,基于互聯網分布式環境的協同研制模式逐步成熟。
技術基礎層面,平臺逐漸成為要素匯聚、資源整合、能力開發、創業孵化的重要載體[13],開放的研發社區或協同生產平臺可根據企業研發、生產活動的特點及需求,整合相關工業軟件工具,形成網絡化、分布式的協同研發、生產環境,推動數據交互和業務互聯,有效支撐企業開展企業級、跨企業乃至全球化的通信、合作及協同。李伯虎等認為企業能夠通過云制造平臺對制造資源進行有序組織,并向用戶提供制造服務,從而有效支撐新型網絡化制造模式[14]。由此本研究提出假設1a:實現開放平臺建設的樣本與未實現的樣本相比,實現開放平臺建設有利于推動企業實現網絡化協同研制。
組織模式層面,開展高效的網絡化協同研制,需要探索形成新的分工協作方式,以用戶為中心建立組織功能單元虛擬化、組織要素分散化、組織形式彈性化的價值網絡,整合不同企業、組織的資源和能力,優化資源配置。由此本研究提出假設1b:實現網絡化組織模式的樣本與未實現的樣本相比,實現網絡化組織模式有利于推動企業提高實現網絡化協同研制。
開展服務型制造的企業通過互聯網創新優化生產組織形式、運營管理方式和商業發展模式,推動傳統基于產品的服務轉變成以數據為核心的制造服務,實現制造價值鏈中各利益相關者的價值增值。服務型制造助力企業以信息技術推動邊界融合,以業務集成實現服務閉環。
技術基礎層面,企業能夠通過提升售后服務環節信息化水平,建立以用戶為中心的平臺化、網絡化、智能化備件體系和用戶服務體系,推動服務價值的有效挖掘。顧新建等認為信息技術在制造業服務化中起非常重要的作用,有效支持了服務專業化和制造、服務一體化的有機結合[15]。王玉輝等提出應增進信息技術與高端服務環節的融合,從而提升服務型制造對技術創新和區域性產業升級的帶動作用[16]。由此提出假設2a:實現售后服務信息化的樣本與未實現的樣本相比,實現售后服務信息化有利于推動企業實現服務型制造。
業務集成層面,發展服務型制造要注重制造與服務的相互滲透與融合,通過服務使制造增值,通過制造為服務提供基礎和技術保障[17],而產品正是上述過程的媒介。因此,企業應通過實現產品全生命周期各環節的數據互通與業務集成,開展信息化環境下產品設計、工藝設計、生產制造、售后服務的一體化關聯管控和協同優化,提升產品全生命周期一體化管控能力,實現以產品為核心的具有針對性的差異化服務[13]。由此提出假設2b:實現產品全生命周期集成的樣本與未實現的樣本相比,實現產品全生命周期集成有利于推動企業實現服務型制造。
開展個性化定制的企業能夠實現以用戶為中心的個性定制和按需生產,從而有效滿足市場多樣化需求。提高數據流動的自動化水平,實現用戶需求的精準獲取與定義、提升生產柔性,是企業開展個性化定制發展的技術和機制保障。
數據應用層面,數據流動的自動化水平決定企業資源優化配置的效率,決定企業的生產方式。沒有數據流動的自動化,就難以實現個性化定制。企業內部建立起數據自動流動的生產體系,是解決定制化過程中的不確定性、多樣性和復雜性的核心。由此提出假設3a:實現數據流動自動化的樣本與未實現的樣本相比,實現數據流動自動化有利于推動企業實現個性化定制。
業務集成層面,產供銷集成能夠優化業務流程和組織架構,形成滿足客戶多品種、小批量個性化需求的生產系統。因此,企業應加強用戶需求管理,精準感知、快速獲取用戶的實際需求,并按照用戶需求實現自動排產和動態調度、產品和服務精準配送,以產供銷集成為手段提升生產能力的柔性水平,從而確保以用戶為中心個性化定制的高效開展。由此提出假設3b:實現產供銷集成的樣本與未實現的樣本相比,實現產供銷集成有利于推動企業實現個性化定制。
開展平臺化運營的企業以公共服務平臺為載體,以網絡化制造服務模式實現制造需求和社會化制造資源的高質高效對接。加強數據采集與集成能力,構建平臺運營新機制為構建平臺生態夯實數據管理和組織基礎。
數據應用層面,數據的全面感知、在線匯聚、智能分析是平臺的核心功能,底層設備數字化、網絡化水平的提升,能夠促進研發、生產、經營、銷售等各環節數據的自動采集、傳送、集成、分析,是成功搭建設備泛在互聯、數據自動流轉、人員靈活協作的開放式平臺,從而實現制造資源線上線下互動共享的重要基礎性條件。由此提出假設4a:實現底層數據采集與集成的樣本與未實現的樣本相比,實現底層數據采集與集成有利于推動企業實現平臺化運營。
組織模式層面,由于組織剛性強、具有鮮明的封閉屬性,傳統的科層制企業無法切實有效利用互聯網平臺,推動企業資源的協同共享。因而,需要構建平臺運營新機制,推動企業管理模式從科層制向流程化、網絡化轉變,探索發展小型化、自主化的新型決策組織單元,構建靈活的新型組織管理模式,從而基于平臺推動人才、技術、數據等要素資源開放共享與優化配置,形成資源富集、良性互動的制造業新生態。由此提出假設4b:與未實現網絡化組織模式的樣本相比,實現網絡化組織模式有利于推動企業實現平臺化運營。
實現智能制造的企業能夠將新一代信息技術與各制造環節融合應用,支持研發、制造、服務、管理全過程的精確感知、自動控制、自主分析和綜合決策,且展現出高度感知化、物聯化和智能化特征[18]。企業要系統、有效地推進智能制造,基礎條件是具備較高的裝備數控化程度,且基本實現綜合集成。
技術基礎層面,智能制造作為第四次工業革命的核心技術,需要相應的技術基礎設施提供產業化發展的前提[19]。作為智能制造發展的重要新型基礎設施,自動控制與感知、工業軟件、工業網絡、工業云平臺等由于關鍵器件長期依賴進口,核心技術受制于人,對新型基礎設施產業體系的建立尚未起到支撐作用,關鍵技術裝備和軟件系統應用成本居高不下,企業推動智能制造的技術基礎相對薄弱。由此提出假設5a:新型基礎設施完備程度較高的樣本與較低的樣本相比,建立完備的新型基礎設施有利于推動企業實現智能制造。
業務集成層面,企業通過實現內部底層裝備、過程控制、制造執行、生產經營管理等環節間縱向集成,以及跨領域、跨企業的橫向集成,將助力制造資源的開放共享與優化配置,以及制造過程關鍵環節的協同優化,從而形成和提升智能制造能力。任磊和任明倫提出,企業通過集成社會化制造資源構建完整的制造價值鏈,并逐步實現跨價值鏈的制造資源集成和按需配置,是智能制造的基本模式[20]。由此提出假設5b:企業內外部集成水平較高的樣本與較低的樣本相比,實現企業內外部集成有利于推動企業實現智能制造。
本文以國家標準 《工業企業信息化和工業化融合評估規范》 (GBT/23020—2013)為基礎,將工業企業兩化融合評估框架作為互聯網時代制造業轉型升級新模式研究的理論基礎和數據采集依據[21]。兩化融合評估框架將評估內容界定為兩個方面,一是從兩化融合基礎建設、單項應用、綜合集成、協同與創新四個層面評估兩化融合水平與能力,二是從企業自身競爭力、經濟和社會效益兩個層面評估兩化融合效能與效益。以上述評估框架為基礎,形成工業企業兩化融合評估指標體系,包括6項一級指標、30項二級指標、近80項三級指標以及近160項采集項(見圖2)。

圖2 工業企業兩化融合評估指標體系
在國家標準GBT/23020—2013的基礎上,根據企業所屬行業和生產類型的不同共形成9套兩化融合評估指標體系及對應的評估調查問卷,覆蓋采礦業、冶金、石化、建材、機械、交通設備制造、輕工、紡織、醫藥、煙草、電子、包裝、廢棄資源綜合利用、電力、服務業15個行業大類的60個細分行業,可服務于流程、混合、離散(大批量、多品種中小批量、復雜單件)、采掘、電力(發電、電網)、服務業等多種生產類型。截至2017年10月,全國80000余家工業企業依托兩化融合評估系統(www.cspiii.com/pg/)開展兩化融合評估的應用實踐,為本研究積累了詳實的大樣本數據。
上述樣本企業分布在15大行業中,其中,機械、輕工、食品等行業樣本企業數量較多,占比分別為20.6%、12.1%、11.3%,其次是電子、紡織、建材、石化、交通設備制造、冶金行業,占比均超過5%。與 《中國統計年鑒2017》中統計的全國規模以上工業企業行業分布情況相比,行業分布大致吻合,樣本企業具有良好的行業代表性,可以客觀反映全國水平。在全國規模以上離散型制造企業中,實現網絡化協同研制、服務型制造、個性化定制的企業比例分別為31.0%、24.3%、7.3%。在全國規模以上制造企業中,工業云平臺應用率、 “雙創”平臺普及率分別為38.3%、60.0%,智能制造就緒率達到5.6%。不同行業實現各類制造業新模式的企業占比情況見表1,由于不同類型行業在產品結構、工藝流程、自動化水平等方面存在顯著差異,其在采用新模式的過程中各有側重,因此,本文面向流程型、離散型、混合型行業企業統計其采用平臺化運營、智能制造新模式的情況,而僅針對離散型行業工業企業統計其采用網絡化協同研制、服務型制造、個性化定制新模式的情況。

表1 各行業實現典型制造業新模式的企業比例 單位:%
本文采用配對樣本T檢驗的方法,對研究假設1a~5b進行檢驗。配對T檢驗是單因素分析中常用的假設檢驗方法,以重要特征相近的原則將觀測對象配成樣本對,通過對每對樣本值之差值變量求平均,進而以T統計量檢驗上述兩總體均值是否具有顯著差異。
針對圖1所示的各項新模式的制約因素,本文分別選取觀察樣本和對照樣本,以 “開放平臺建設”制約因素為例,以表2所示的測度方式首先篩選出已實現開放平臺建設的企業,并進一步按照同細分行業且規模相似的原則對企業進行分類,將同一類別的企業所構成的企業集作為單個樣本,構成檢驗研究假設1a的觀察樣本,同時對未實現開放平臺建設的企業進行類似操作,作為檢驗研究假設1b的對照樣本,按照同細分行業、規模的標準對觀察樣本和對照樣本進行排序和比對,將不匹配的企業集刪除。其中,企業規模按總人數劃分為五個類別,即300人以下、300~1000人、1000~5000人、5000~10000人、10000人以上。
本文以截至2017年10月的樣本數據庫為基礎,在樣本選取的過程中,針對假設1a~4b,僅選取離散型企業為觀測對象,涉及輕工、電子、交通設備制造等7個行業大類的日用雜品、電子元器件制造、船舶制造等29個細分行業,企業總量為33199;針對假設5a和5b,選取流程型企業、離散型企業和混合型企業為觀測對象,其中,流程型行業涉及石化、建材、醫藥等7個行業大類的石油加工、水泥、醫藥制造等15個細分行業,混合型行業涉及冶金、包裝等4個行業大類的有色金屬、塑料包裝等7個細分行業,企業總量為65246。

表2 觀察樣本獲取規則
注:*依據文獻21,基于兩化融合評估框架,企業兩化融合發展水平可劃分為起步建設、單項覆蓋、集成提升和創新突破四個階段。
(1)因變量。本文研究的核心問題是制造企業實現典型轉型升級新模式的情況,因此分別將實現各類新模式的企業比例作為因變量,設計了實現網絡化協同研制的企業比例(Networked Collaborative Development,NCD)、實現服務型制造的企業比例(Service-Oriented Manufacturing,SOM)、實現個性化定制的企業比例(Personalized Customization,PCM)、實現平臺化運營的企業比例(Platform-Based Operation,PBO)、實現智能制造的企業比例(Intelligent Manufacturing,IM)5個因變量。
以兩化融合評估系統的評估數據為基礎,針對網絡化協同研制,重點測算實現跨企業的網絡化產品協同設計、跨企業的網絡化生產制造的企業比例;針對服務型制造,重點測算實現遠程在線服務、網絡化精準營銷、基于智能終端提供創新服務的企業比例;針對個性化定制,重點測算實現產品全生命周期打通以及產供銷集成的企業比例;針對平臺化運營,重點測算應用工業云平臺和 “雙創”平臺的企業比例;針對智能制造,重點測算關鍵工序數控化、管控集成、產供銷集成等方面的水平,以智能制造就緒率間接表征初步具備探索智能制造條件的企業比例,數據測算說明如圖3所示。

圖3 智能制造就緒率測算說明
(2)自變量。本文研究技術基礎、數據應用、組織模式、業務集成等方面的因素對新模式在制造企業中實現水平的影響,將圖1所示制約因素,即開放平臺建設(Open Platform Construction,OPC)、網絡化組織管理模式(Networked Organizational Management Model,NOMM)、售后服務信息化(After-sale Service Informatization,ASSI)、產品全生命周期集成(Product Life Cycle Integration,PLCI)、數據流動自動化(Automation of Data Flow,ADF)、產供銷集成(Integration of Production,Supply and Sales,IPSS)、數據采集與集成(Data Collection and Integration,DCI)、新型基礎設施建設(New Infrastructure Construction,NIC)、企業內外部集成作為自變量(Integration Of Enterprises,IOE),以兩化融合評估系統的數據為基礎對自變量進行合理測度,如表2所示。
(1)網絡化協同研制發展現狀。在離散型制造企業中,實現網絡化協同研制的企業比例達到31.0%,各行業發展水平如圖4所示。不同行業均將基于開發平臺的協同創新作為開展網絡化協同研制的重要著力點,但路徑各有不同。紡織行業側重于推動面向客戶需求的協同設計與制造,依托互聯網平臺及時響應用戶需求,共享制造資源,協同開展小樣設計與制造,形成面向訂單的靈活性協作關系;交通設備制造行業側重于推動多研發主體間的在線異地協同研發,依托平臺整合和共享研發資源,統一研發管理策略和研發流程,建立多研發主體間全流程交互協同的新型研發體系。針對假設1a和假設1b的統計分析顯示,我國離散型制造企業中,僅有43.4%的企業構建了開放研發社區或協同生產平臺,8.7%的企業實現了網絡化組織模式。

圖4 重點行業實現網絡化協同研制的企業比例
(2)服務型制造發展現狀。在離散型制造企業中,開展服務型制造的企業比例達24.3%,各行業發展水平如圖5所示。不同行業開展服務型制造的路徑各有不同,電子行業聚焦于價值鏈前端的研發設計等環節,以面向客戶需求的個性化服務為主旨,提供產品功能和外觀設計服務,在價值鏈各環節為消費者提供符合其個性化需要的 “產品系統”,充分實現消費者價值;交通設備制造行業聚焦于價值鏈后端的售后服務等環節,通過物聯網和大數據分析等信息技術的應用,及時響應用戶服務請求,開展裝備產品全生命周期追溯與服務,對產品各項運行參數和故障信息進行遠程實時的監控、診斷、預警和維護,并通過監測數據的深入挖掘和分析為用戶提供增值服務。針對假設2a和假設2b的統計分析顯示,在離散型企業中,僅有7.9%的離散型制造企業能夠實現產品全生命周期業務集成,60%左右的企業實現售后服務信息化,但這些企業主要開展維修服務和配件管理等初級應用,尚未建立以用戶為中心的平臺化、網絡化、智能化備件和用戶服務體系。

圖5 重點行業開展服務型制造的企業比例
(3)個性化定制發展現狀。在離散型制造業企業中,開展個性化定制的比例為7.3%。個性化定制正在從服裝、家具行業向家電、汽車領域擴散,不同行業的發展重點各有不同,服裝、家電、家居等消費品行業重點通過建立客戶體驗中心、在線設計平臺、電子商務平臺,形成動態感知、實時響應消費需求的大規模個性化定制模式;飛機、船舶、汽車等裝備行業重點通過建立基于網絡的開放式個性化定制平臺,提升高端產品和裝備模塊化設計、柔性化制造、定制化服務能力。針對假設3a和假設3b的統計分析顯示,在離散型企業中,基于信息系統實現客戶需求管理、實現自動排產和動態調度、實現精準配送的企業比例僅分別為24.2%、9.9%、16.5%,實現統一數字化產品定義在產品生命周期各階段應用和關聯維護的企業比例僅為33.0%。
(4)平臺化運營發展現狀。在我國規模以上工業企業中,工業云平臺應用率達到38.3%。電子、輕工等領先行業分別以工業云平臺、 “雙創”平臺建設為著力點,加快開展平臺化運營,先進電子信息行業企業率先布局工業云平臺,推動研發設計、仿真系統、模型庫等應用軟件及數據存儲、治理、挖掘、分析向云端遷移,突破地域、組織、機制的界限,高效整合人才、技術、資金等資源要素,面向眾多制造企業提供集制造資源、計算資源、軟件資源、技術資源、人力資源一體化的平臺化服務新模式;先進輕工行業企業著力開展 “雙創”平臺建設,構建新型研發、生產、管理和服務模式,推動技術攻關、創業孵化、投融資和人才培養,充分利用互聯網技術,更高效地匯聚創業創新資源,更便捷地開放創業創新資源,更有效地配置創業創新資源。針對假設4a和假設4b的統計分析顯示,在離散型企業中,生產設備數字化率和聯網率僅分別為44.8%、39.0%,僅有8.8%的企業構建了網絡化組織管理模式。
(5)智能制造發展現狀。智能制造是兩化深度融合的產物,隨著智能制造水平的不斷提升,其對我國制造業所面臨的資源和環境約束的緩解作用逐步顯現[18]。數據顯示,當前我國初步具備探索智能制造基礎條件的企業比例為5.6%,從整體看,近三年呈現8.0%的平均增長率,具備智能制造基礎和經驗的企業數量逐步增加,但智能制造基礎尚顯薄弱。從行業層面來看,電子行業在集聚創新資源和要素方面具有顯著優勢,其底層裝備的數控化水平、管控集成水平、產供銷集成水平以及產業鏈協同水平均處于各行業前列;交通設備制造等裝備行業圍繞 “設備互聯、數據互換、過程互動、產業互融”等方面加快發展智能制造,致力于開展研發、生產、經營、服務等業務環節數據的采集與利用;石化等原材料行業圍繞提質增效,加強數據分析在設備預防性管理、能源綜合管理、供應鏈管理等方面的應用。針對假設5a和假設5b的統計分析顯示,在包括離散型、流程型、混合型在內的企業中,兩化融合發展水平處于集成提升及以上階段的企業比例僅為19.3%,同時,數字化生產設備聯網率為39.0%,個性化需求高的生產控制類工業軟件普及率不足五分之一。
(1)描述性統計分析。在各自變量實現和未實現的情況下,分別對采用新模式的企業比例進行描述性統計分析,結果如表3所示。以自變量OPC為例,在實現開放平臺建設的企業中,實現網絡化協同研制的企業占比平均為54.88%,標準差為0.2358;而在未實現開放平臺建設的企業中,實現網絡化協同研制的企業占比平均為30.77%,標準差為0.1982。這一結果說明,實現開放平臺建設的企業在實現網絡化協同研制的比例上高于未實現開放平臺建設的企業。從以其他9項自變量為依據的觀察樣本和對照樣本的新模式實現比例的均值和標準差值對比情況來看,都可以得出類似的結果。因此,描述性統計分析表明,企業若實現各項自變量所界定的能力,將可以在一定程度上提升實現相應新模式的概率,這種提升程度是否顯著,需要進一步檢驗。

表3 各類新模式制約因素分析樣本的描述性統計分析
(2)配對樣本T檢驗。本文分別以10項自變量的實現和未實現作為標準,將總體樣本劃分為觀察樣本和對照樣本,以同細分行業、相近規模的原則對實現各類新模式的企業占比分別進行配對樣本T檢驗(見表4)。結果顯示,各項配對樣本T檢驗均在1%的水平下呈雙尾檢驗顯著狀態,因此,對于各類型新模式來說,企業若實現圖1所示的任一制約因素所界定的能力,則都能夠顯著提升企業實現相應新模式的,即研究假設1a~5b均通過了檢驗。

表4 實現各類新模式企業占比的配對樣本T檢驗
注:*表示在10%的水平下雙尾檢驗顯著;**表示在5%的水平下雙尾檢驗顯著;***表示在1%的水平下雙尾檢驗顯著。
本文運用統計分析和配對樣本T檢驗的方法,從技術基礎、數據應用、組織模式、業務集成四個維度剖析我國企業發展新模式的制約因素和機理。結合研究結論可以看出,需從以下幾方面采取有效措施:①推動信息化技術在產品全生命周期各環節的深度應用,加強開放平臺建設,加快發展自動控制與感知、工業軟件、工業網絡、工業云平臺等智能制造基礎設施,是提升新模式發展技術基礎的當務之急;②以數據流動自動化為基礎,充分挖掘數據創新驅動潛能,不斷提高數據開發利用的深度和廣度,推動新模式蓬勃發展;③推動組織模式創新,建立網絡化組織體系,構建開放協同的研制生產合作關系將為新模式發展奠定堅實的組織基礎;④著力提升企業跨部門、跨業務環節的集成運作能力,將加快推動新模式在企業轉型升級中效能效益的充分顯現。
本文在一定程度上推進了新模式制約因素的研究,但也存在一些局限。在樣本方面,受兩化融合評估調查問卷題目設置所限,僅能夠反映企業是否實現新模式,但難以反映其新模式實現的水平;在制約機理方面,本文在現有研究成果的基礎上結合企業實踐提出一系列研究假設,但其對應的深層次理論研究還有待進一步明確。