制造業需要創新生態系統的建設

◆宋華振/文

一、制造業創新生態系統研究的迫切性

當前，制造業正在推進智能制造，而智能制造最為顯著的特征是集成，即三大集成：從底層傳感器到云端數據的垂直集成、機器與機器之間的橫向集成（M2M），以及端到端（設計、制造、供應鏈、用戶、財務等）的集成。這些集成意味著更多的連接。通常人們將目光聚焦于技術集成上，包括通信的規范與標準／軟件的接口連接，然而更為重要的，是我們需要一種制造業創新的生態。因為如果沒有良好的頂層設計，這種推進將會非常低效、混亂，就像多年來不斷推進的計算機集成制造（CIMS）、工業互聯網等一樣，不斷地追逐歐美先進國家建立在堅實產業基礎之上的規劃、愿景，最終淪為“概念炒作”、“造詞”，真正做事的企業卻又不愿意參與其中——因為真正需要的投資這點補貼又太少，還有太多的流程和監管—流于形式，沒有真正發揮其高效的運行機制，推進產業真正的升級，使得我國制造業日益變強的今天卻沒有真正掌握其核心技術，如高端機床、工業軟件、芯片等。

先拋開生態系統理論，從產業的實際來看一看生態系統建設的必要性。

1.智能集成是一種跨界的集成：智能集成涵蓋了數字化設計，既包括建模仿真過程CAD/CAE/CAPP，也包括生產運營管理的ERP、MoM、PLM等IT架構軟件，還包括MES系統以及OT端（Operational Technology，在OT端包含具體的機械、電氣、工藝的技術集成，當然也包括運營管理）。如果說軟件是工業知識的載體，也是競爭力塑造的關鍵，那么這些集成就是在軟件之間的集成，于是統一的規范就變得至關重要。在歐洲，各家仿真軟件基于FMU／FMI（功能模型單元Functional Mockup Unit，而其接口稱為Functional Mock-Up Interface）實現集成。在現場端的集成，IIC、LNI 4.0等定義了將OPC UA規范實現信息建模與語義互操作的連接實現。

一方面，在企業內部，這種技術變革對企業的組織架構產生影響，我們不能用集中式架構的組織架構來匹配“分布式計算”的運營系統（圖1）；另一面，在企業外部，一家企業無法應對一個“集團軍”的挑戰，企業必須打破原有的壁壘與其它企業聯合才能贏得市場。

圖1 數字化變革從金字塔到分布式對等架構

2.智能時代的利益再分配問題：所謂的革命如果沒有影響利益格局就不能稱之為“革命”。在歷史上，技術變革帶來的質變往往伴隨著生產關系的變革，跨界是希望借助其他領域的成功分一杯羹以擴張自己的商業版圖，因為原有市場已經飽和，而既有的制造業則希望通過采用新技術鞏固原有的競爭壁壘。盡管從技術視角上看，這是一種合作，但從商業視角上看卻是一種競爭?？缃缬袆撔?，但同樣需要冒險——不僅可能導致自己轉型失敗，還可能被降維打擊而失去既有陣地。但對于一個國家而言，必須去擁抱這種變化，才能讓整體產業在融合中合并同類項，降低產業整體成本，進軍國際市場，而非僅僅在內部搏殺。

3.數字時代的生存戰略：不確定性、干擾對于企業永遠存在，而且在加劇。原有的通過行業特殊工藝（Know How）的獨特核心競爭力模式難以應對“集團軍”作戰的競爭對手。比如，單機生產無法應對連線的整機廠商的競爭，傳統的單個企業掌握某項核心技術的競爭優勢被打破。再比如，機器視覺、機器學習、數字孿生等專業性很強的跨界領域，它與傳統制造的現場融合意味著企業自建一個研發隊伍顯然無法與專業的、來自IT巨頭的競爭。邁克爾?波特說，戰略就是選擇不做什么。那么，那些你不做的，就交給合作伙伴做，交給生態系統里的其他企業或組織來配合。

這也正是今天各種聯盟越來越多、各種論壇越來越多的原因。在制造業里，各個企業加入各種由政府、協會、媒體、技術組織、超大企業等各種力量建立的聯盟中，試圖建立一個生態系統，以便資源互補互用。然而在很多時候，這種聯盟更像是一個開會的組織、社交的組織，并不能真正產生有意義的合作。因此，非常有必要對這些聯盟進行梳理和思考，如何更為有效地構建制造業創新的生態系統。創新來自于跨界，這種生態系統應在初創階段就擁有“創新基因”。

二、當前創新生態建設存在的問題

當前的各種產業聯盟生態系統組織存在的一些問題，需要進行改善，包括幾個方面。

1.缺乏有需求的大型企業的參與：大企業通常在知識產權保護、技術泄密等方面存在較多的桎梏。嘗試新技術需要較大的投入，而這種做“小白鼠”的工作與其自身存在的壓力不相符，因此大企業參與的積極性并不高。如何激發其愿意領導產業發展，是需要充分考慮的。

2.缺乏實際內容的研究：目前很多聯盟會形成一些白皮書，而這些白皮書，通常僅在描繪一個愿景，需求的提出也通常沒有經過前期嚴格的調研、用事實說話，主要停留在定性說明，并且對問題的解構也不專業。而撰寫的作者通常是一些建制派“專家”，通常喜歡大學與研究機構。事實上，真正的制造專家往往是在現場做大量實踐、掌握“實踐出真知”的人。很多時候，教授不一定比高級技師更懂現場。脫離現場實際的專家視角和觀點，往往缺乏邏輯與事實的說服力，指導意義不大。

生態系統必須是一種具體的利益驅動型的發展性組織，而不是聯盟、市場、信息平臺的角色，否則，這種沒有實質性內容的組織，就會缺乏真正的影響力。

3.體制性的約束：目前仍有所謂的聯盟實際上處于“非法”狀態，未經民政部注冊或沒有管理部門，因此在財務、法律上都存在潛在問題，導致其業務運營受到限制，無法真正發揮其產業聚集和協同的能力。

4.缺乏專業的組織設計：聯盟也應該有專業的機構為其進行規劃設計，但現狀是不愿花錢請專業人士來進行規劃設計，通常由幾個發起人或公司靠著情懷做事。單獨看，他們在其領域都很專業，但對于如何運行一個非盈利組織，并不具備專業的能力。當然，這是一個普遍存在的問題，并非制造業獨有。

三、制造業生態建設也同樣需要專業

制造業從業人員大多擁有“工程”背景，即工科出身，如機械工程、材料工程、電氣工程、通信工程等。來自這些“硬學科”的人通常會對“虛”的軟科學（如管理科學與工程、組織架構、戰略、人力資源等）少一些認同，覺得“硬”的科學技術才是“真本事”，可以驗證，可以精確測量與控制。這是一種硬朗的制造業文化，一個比較顯著的現象，就是工科的人可以轉行從事管理工作，而鮮有管理專業的人轉向工程技術領域。

在國內，從事管理科學的人通常并不來自工程領域，而工程領域又有顯著的門檻，這使得外行很難管理內行。另一方面，國內的管理科學專業通常講授的是一些國外知名學府和專家的理論，不像哈佛、耶魯的管理學教授那樣擁有深厚的產業功底，這使得國內的管理學在面對工業企業時，很難有說服力，并贏得信任。

戰略管理領域自James F.Moore的《競爭的衰亡》一書出版后，也逐漸轉向了生態系統建設，而不是原有的核心競爭力塑造問題。這是一個大的趨勢，顯然也符合今天產業的發展。構建制造業生態系統，必須相信“術業有專攻”，而非是一種“人脈”、“信息獲取”平臺，否則生態系統將無法真正運行，取得良好效果。

四、參考NNMI和IVI建設產業生態系統

下面以制造業美國（Manufacturing USA）和日本的工業價值鏈促進會（IVI）為例，為產業生態建設提供一些借鑒。

1.美國國家制造創新網絡研究院（NNMI）

制造業領域的生態系統建設，我們可以參考美國的Manufacturing USA。最初，它被稱為美國國家制造創新網絡（NNMI），由14個制造業創新中心構成。圖2顯示了其在生態中的構建。NNMI設定了明確的體系目標、架構、階段性目標（里程碑）、關鍵技術難題、資金分配、會員等級、專利轉讓與優先權、勞動力培養計劃等一系列相應的匹配政策，使其技術能夠在全球市場獲得競爭。其聚焦于技術成熟度等級TRL3-7和制造成熟度等級MRL3-7，即在實驗室已經有了概念、小型測試，但由于成本、技術成熟度等問題而無法大量推廣的技術或“產品”，試圖通過政府引導的技術投資，通過杠桿作用撬動10倍的研發投入，再撬動數倍的產業市場發展。

在NNMI的前期，咨詢公司Nexight策劃了早期的文獻綜述、產業調研、專家訪談、目標設定等，并組織了中立大學擔任領導者，由終端用戶、機械制造商、材料供應商、技術提供商等產業鏈上下游共同應對產業難題，制定Project Call計劃，再通過各個企業或研究機構提交提案來確定其項目計劃，以及分享計劃，從而推動整個產業鏈上的企業之間進行合作。通常由波音、洛克希德?馬丁、雷神等終端企業提出需求，然后通過政府和企業各自籌50%的方式而不是大量的資金補貼方式實現“補給”，這樣企業自身有付出，就會更加重視，尤其是產業協同里的合作。

圖2 NNMI的生態系統戰略

在NNMI的生態中包含柔性混合電子（NextFlex），這是面向可穿戴設備、柔性電子產品等領域開發的技術；針對碳纖維增強復合材料（IACMI），面向的領域包括汽車減重設計、氫燃料電池儲罐、風力發電葉片等重要市場；Power America（PA）；增材制造（AM）；革命性纖維（AFFOA）等共計14個領域。這個生態圍繞制造的材料與能源，以創新（包括機械、仿真、自動化、材料、工藝等領域）企業共同解決產業實際問題，并擬定和發布關鍵技術的攻關課題?？偟膩碚f，這是一種圍繞制造的協同，而非僅以“本位主義”主導的工業互聯網、人工智能驅動制造業的邏輯。

關鍵在于，制造業創新的本質是“尋求經濟性”，通過工藝、流程、質量方面的不斷提升和不斷完善使得新興技術具有經濟性，從而獲得產業大規模應用。最終目的，在于通過產業協同降低自身整體成本，進而在全球市場上獲得領導地位。

當然，特朗普的上臺，使得很多人擔心NNMI能否繼續，但到目前為止，這些組織仍然在運行。

關于美國制造創新網絡研究院的機制架構很好，但美國屬于“弱政府，強企業”，因此未必能夠很好的執行，而中國的執行效率更高，因此可能需要一種更科學的方法體系來構建生態，從而發揮出更大的作用。

2.日本工業價值鏈促進會（IVI）

日本的工業價值鏈促進會（IVI）構建的制造業生態系統，也是以應對智能制造時代的企業協同問題為主，具有顯著的三個特征。

（1）工業互聯網技術是為精益制造服務的：這里明確了工業互聯網的角色扮演——并非主導力量，而是以“互聯網+”的形式來融入制造業。在日本制造業以精益為顯著特色的情況下，互聯網技術只是一種工具。這個定位非常明確。

（2）致力于共同構建連接的規范：IVI首先對制造場景進行了梳理，然后聚焦共性問題，定義了針對各種設備、軟件之間協同連接的“松散型”規范。大家共同制定各自行業的規范、信息模型，使得各個軟件之間可以進行協同，達到語義互操作。在中國，這樣的聯盟似乎也未能成型。標準與規范通常建立在較高的生產管理水準之上，它并非技術，而是一種管理理念的落實，即規范與標準是產業能力的一種外在表現形式，而其內核則在產業的制造運營能力。

圖3 IVI所設計的企業之間的連接規范方法

圖4 IVI的生態系統構建

圖3是IVI干的實際工作——構建一個企業之間信息交互的接口和規范，而且是以一種松散而非強制的方式。各家企業都可以建立自己的“本地字典（Local Dictionary）”，這些“字典”保存了企業自身的“Know How”，并映射到“通用字典（Common Dictionary）”中，用于連接、配置整個生產系統。而對于用戶，可根據選擇來配置“字典”，在整個聯盟的“字典庫”中查詢相對應的廠商的“字典”。

制造業的生態系統往往需要建立在技術規范與標準之上，因為制造業有一個基礎連接問題，包括物理連接、數據連接、物料流、價值流的連接。

（3）生態系統建設同樣是IVI的核心要義，來自各個領域的終端用戶、代工廠、自動化廠商、IT廠商均加入了IVI，共同發布各自的需求。圖4顯示了這個生態系統中各方的關系，而圖4右側的軟件則是由IVI開發的用于用戶與供應商對其數據、信息、流程、功能、場地等進行配置的軟件。

另外，IVI還有一個與歐美復雜架構不同的地方，它會用一種通俗易懂的卡通形式來傳播它的思想和行動，使得成員更易于理解。這與日本的動漫產業文化有一定的關系。

五、對于制造業創新生態系統建設的一些想法

對于制造業的生態系統建設，結合國外的一些經驗，提出以下一些建議。

（1）必須有明確的目標設定和頂層利益驅動力的設定：利益能驅動靈魂，產業生態建設就是如此。其核心是為企業謀取福利，并不僅僅是榮譽，更是實實在在的產業合作利益期望被滿足，需要有落地的項目和研究合作計劃。

圖5為美國先進復合材料制造創新協會(IACMI)制定的關于碳纖維在汽車減重設計中的階段性目標和具體的任務目標，具有清晰的數字量化其目標的達成。當然，IACMI本身有整體的目標，比如5年內將成本降低50%,可重復利用率達到95%。

（2）必須有中國自身獨特的文化背景下的設計，必須考慮到企業的層次、技術等級、各自狀況，由大型企業擔綱引領，設計一種利益出讓和互信機制，讓企業能夠在這個過程中在參與的項目收益（專利與成果）受到一定的保護。另外，可以考慮美國采用的優先6個月的機制，一方面使資源能夠被更多企業分享，另一方面保證研發組織機構的一部分利益，同時讓研發投入可以被整個產業鏈分享，降低該領域的技術研發整體成本。

圖5 IACMI的計劃與里程碑設定

圖6 IACMI進行的調研流程

（3）通過精準的產業調研、引入專業咨詢機構對整個產業的問題進行梳理調整，對核心關鍵技術進行可量化的目標設定，具體到參數、所需的技術標準與規范，而非籠統地列一個“包含各種術語”的詞匯筐裝下各種詞匯、概念的模式。

圖6是IACMI早期外部咨詢公司Nexight進行前期調研的過程，對產業的目標設定和關鍵技術挑戰等進行了梳理，具有非常強的針對性。

（4）必須確保中立組織對生態系統的領導。因為技術往往牽扯到利益，私有企業必然會有所保留，而中立組織的專家具有行業的大局觀及公益特性。

（5）公開與透明的機制。不能有暗箱操作的可能，對于每個參與招標的企業都是機會均等，且須有一定的法律保障，對于違反公開原則的各種操作必須有懲罰機制，否則就會成為一種內部人控制“圈子”分享資源的情況。

（6）教育機構應作為一個核心力量參與其中。不僅大學，也包括職業技術類院校必須有機會參與其中，有一定傾向性地配對企業，共同參與研發、人員培養。

（7）管理咨詢類專家也需要參與其中，對組織設計進行調研、觀察、分析，并形成逐步進化的“制造業生態系統”建設的理論與實踐融合的體系。通過對這樣的制造生態系統進行問題分析、數據統計、模式研究，形成具有中國特色的制造業創新網絡體系理論，而不能完全照搬國外的理論、方法與模式。

以上僅作為思考，希望更多的專家對于本文給予建議，包括深入研究的方向、方法等。