基于技術-組織雙重創新的智能制造生產方式研究

王媛媛

(福建社會科學院 亞太經濟研究所，福建 福州 350001)

當前移動互聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息通信技術蓬勃發展，并加速向制造業滲透，制造業領域將迎來一場智能化革命，進而引發新一輪的工業革命。智能制造是新工業革命的核心和主導力量，代表著制造業未來的發展方向。美歐日等發達國家和地區積極搶占國際競爭的制高點，紛紛將智能制造作為引領經濟發展的第一動力。例如，美國出臺了先進制造業和工業互聯網發展戰略，德國則出臺高技術創新戰略和工業4.0發展戰略，日本也出臺了新機器人戰略和互聯工業倡議等等，這些戰略的核心就是發展智能制造。2015年我國出臺了《中國制造2025》發展戰略，提出以智能制造作為兩化融合的主攻方向，推動產業技術變革和優化升級，建設制造強國。2016年出臺了智能制造發展十三五規劃，明確了我國智能制造發展的重點任務和方向。2020年兩會政府工作報告進一步提出要推動制造業升級和新興產業發展，發展工業互聯網，推進智能制造，培育新興產業集群。此外，從工業革命發展歷史來看，歷次工業革命都有國家抓住主導產業發展機遇，實現技術突破、組織變遷以及經濟社會的大發展，進而實現國家實力的趕超。習近平在2018年兩院院士大會上的講話中指出，“我們迎來了世界新一輪科技革命和產業變革同我國轉變發展方式的歷史性交匯期。我們必須清醒認識到，有的歷史交匯期可能產生同頻共振，有的歷史交匯期也可能擦肩而過(1)習近平：《在中國科學院第十九次院士大會、中國工程院第十四次院士大會上的講話》，《人民日報》2018年5月29日第2版。”。因此，我們要借由此次工業革命發展的契機，轉變經濟發展方式，進行技術追趕，進而實現國家實力的躍升。研究作為主導力量和主攻方向的智能制造生產方式發展演化規律，包括其產生機理、組織模式創新、發展趨勢及影響等，具有重要的理論和現實意義。

一、理論基礎

所謂智能制造，是指信息通信及自動化技術對制造業全面、深度滲透，進而提高制造業生產效率的一種先進制造模式。它包含智能產品、智能生產、智能服務和智能系統等，具有個性化、靈活性、低能耗、服務化等特點。智能制造不僅表現在制造技術的創新和生產力的巨大發展，從更深層次看也表現為生產組織方式的進步，即智能制造技術創新正在加速與之相適應的制造業生產方式的變革。因此，只有在技術和生產組織方式不斷創新的基礎上，智能制造才能成為繼自動化制造之后的主導生產方式。

馬克思最早從唯物史觀的方法論視角，對生產力發展及其相適應的生產關系變革理論進行了深刻的分析。在《德意志意識形態》一書中，馬克思闡述道：“一定的生產方式或一定的工業階段始終是與一定的共同活動方式或一定的社會階段聯系著的，而這種共同活動方式本身就是‘生產力’；由此可見，人們所達到的生產力的總和決定著社會狀況，因而，始終必須把‘人類的歷史’同工業和交換的歷史聯系起來研究和探討。”(2)馬克思、恩格斯：《德意志意識形態：節選本》，人民出版社2003年版，第24頁。在這里馬克思闡述了生產力和生產方式的直接關系，即一定的生產方式與生產力相聯系，必須將生產方式和生產力聯系起來研究和探討。此后，馬克思又在《哲學的貧困》中表述了這一觀點，“社會關系和生產力密切相連。隨著生產力的獲得，人們改變自己的生產方式，隨著生產方式即保證自己生活的方式的改變，人們也就會改變自己的一切社會關系。手工磨產生的是封建主為首的社會，蒸汽磨產生的是工業資本家為首的社會。”(3)《馬克思恩格斯全集》第4卷，人民出版社1958年版，第143頁。這里馬克思除了表述生產力發展推動生產方式的變革外，更進一步說明由此帶來更深層次的生產關系變革。馬克思關于“生產力-生產方式-生產關系”(4)這里不是“生產力-生產關系”的直接相互作用，而是將生產方式作為中介的三者的關系。參見孟捷、楊志：《技術創新與政治經濟學的研究對象》，《政治經濟學評論》2004年第2期。變革的歷史唯物主義方法論深刻影響了其后的經濟學研究，尤其作為創新經濟學代表人物的熊彼特以及新熊彼特學派(又稱演化經濟學派)，其在技術創新、經濟周期以及技術-經濟范式等理論中都透露出馬克思唯物史觀的分析方法。

熊彼特在其《經濟發展理論》一書中將“發展”定義為“執行新的組合”，也就是指創新的五種方式——產品創新、技術創新、市場創新、原材料供應源創新以及組織創新。熊彼特還指出“新組合意味著對舊組合通過競爭而加以消滅”(5)[美]約瑟夫·熊彼特：《經濟發展理論》，何畏、易家詳等譯，商務印書館1990年版，第76頁。，即所謂“創造性破壞”的概念。這與馬克思認為的生產力發展將不斷破壞舊的生產方式，而逐漸建立與之相適應的新生產方式的觀點相一致。弗里曼(Christopher Freeman)是新熊彼特學派的代表人物，是繼熊彼特之后較早將技術創新要素置于經濟發展核心位置的學者。弗里曼認為，經濟增長是呈周期性的，而每個周期都以一種技術集群為標志，這些技術集群的進步和發展推動經濟增長。并且在技術擴散中，組織結構的創新必須提供有力的支撐，即包括科技、政治、經濟、文化的整體系統。在這里，弗里曼就強調了組織結構隨著技術創新而不斷進步的重要性。同樣作為演化經濟學代表人物的佩雷斯(Carlota Perez)提出了更為清晰的解釋技術變遷和經濟周期演化的理論。她指出，重大的技術變革不僅意味著一批新產業的迅速發展，而且意味著許多“老”產業在新產業的影響下，找到了利用新技術的方法，并伴隨著組織和管理上的變革。她將生產系統中的各種新思維方式，包括組織、技術及其相互依賴結合起來，稱之為“技術-經濟范式”(Techno-economic Paradigm)。佩雷斯還指出所謂“技術決定論”的謬誤，認為任何技術變革都只能發生在社會變革與組織管理變革的互動與合作中，這表明范式的變化不僅影響企業層面的管理和組織，而且影響整個社會規制體系。由此可見，佩雷斯將技術創新、生產組織和管理變革乃至整個社會規制和體系的變革統一在其“技術-經濟范式”的概念中，這與馬克思“生產力-生產方式-生產關系”變遷理論相一致。

總之，從馬克思、熊彼特和新熊彼特學派的理論體系可以窺見技術和生產組織雙重創新共同推進經濟社會發展的邏輯方法，進而從更深層次上理解智能制造作為一種新制造技術的發展及其作為一種新的生產組織模式的演化特征。

二、智能制造生產方式產生的動力機制

從產生動力看，智能制造一方面源于信息通信技術和制造技術的進步，另一方面則源于舊有大規模生產方式帶來的平均利潤率下降、進而引發的經濟危機中。通過發展智能制造，各廠商運用差別化、個性化的生產手段謀求超額利潤，從而在競爭中取勝。

1.技術進步是智能制造產生的根本動力。智能制造是信息通信技術對制造業滲透和融合的產物，因此信息通信技術和制造技術高度發展是智能制造產生的內在推動力。進入21世紀以來，大數據、云計算、物聯網、人工智能等新一代信息通信技術不斷涌現并快速發展，新的技術、產業、業態和模式不斷涌現。其中新一代信息通信技術與制造業的深度融合正全面改變制造業生產的各個環節，大大提升了制造業的生產效率，為制造業全面向智能制造轉型提供了基礎和保障。

2.經濟危機是智能制造產生的催化劑。如果信息通信技術和制造技術的高度發展及融合是智能制造產生的內在動力，那么經濟危機則是智能制造產生的外部動力和催化劑。技術創新和經濟危機是互為動力、相互牽引地推進經濟發展的。一方面，為了獲取超額利潤，作為創新主體的企業家不斷從現有的技術和生產系統中創造出新的技術，推動生產的進步。但隨著新技術的普及及生產的擴張，企業家利潤率逐漸下降，進而引起生產和資本過剩的危機，經濟危機被喚醒；另一方面，經濟危機的爆發及恢復過程中，企業家為生存和發展，也在不斷探索新的生產技術和方法，進而推動了技術創新。這樣，一個推動經濟周期性發展的閉環形成。2008年全球金融危機恰似新技術革命乃至工業革命的“助產士”，它的爆發一方面體現為虛擬經濟過度擴張帶來的危害，更深層次上則表明自20世紀30年代開始的大規模生產方式已不適應新的智能制造生產技術，亟需生產方式領域的變革。金融危機后，無論美國提出的工業互聯網戰略還是德國提出的工業4.0戰略，本質上都是因應制造領域技術變革而制定的生產方式變革計劃。

總之，智能制造首先產生于技術領域，信息通信技術和制造技術不斷取得進步和融合，催生了大批新技術、新產品和新產業。新技術不斷擴散并與舊的生產技術和組織方式發生沖突，發生“創造性破壞”，一定程度上表現為大規模生產組織方式的危機，進而催生了新的與智能化技術相適應的生產組織方式，即智能制造生產模式。隨著智能制造技術和生產模式向更廣闊的生產、生活領域擴散，智能制造的技術-經濟范式形成(見圖1)。

圖1 智能制造產生的動力機制

三、智能制造生產方式的創新特征

制造業生產方式自20世紀以來經歷了三個階段的發展，即大規模標準化模式、大規模定制模式以及智能制造模式(見表1)。

表1 三種典型生產方式的組織模式比較

隨著消費者對產品的個性化需求越來越多，以及網絡化制造、3D打印等先進制造技術的發展，使得基于客戶需求的、小批量、個性化的智能制造模式成為發展的新趨勢。與傳統制造模式相比，智能制造在生產特點、主導力量、產品特點、企業組織模式、勞動者技能、產業組織模式等方面具有諸多優點，更能適應當下及未來一段時間的發展需求。具體地，智能制造生產方式具有滿足用戶個性化需求、靈活、決策優化、高生產率和資源利用率、服務性等優勢特點。

1.小批量、個性化制造。與傳統的大規模制造相比，智能制造能夠通過個性化功能和組件的混合、重置，在產品設計、制造、運作等環節滿足客戶的個性化需求，可以讓客戶隨時參與到制造流程中，不再被動接受“千篇一律”的產品，即所謂的定制化生產。另外，通過智能制造裝備，如智能柔性生產線、機器人、3D打印設備來提高生產的柔性，從而適應小批量甚至單件也可以盈利的生產模式。德國工業4.0小組在報告中列舉汽車生產線的例子，認為今天汽車行業是靜態生產線，很難對新的變異產品進行重新配置，在這種環境下也不鼓勵員工個性化創新，難以滿足客戶的個性化需求。而在未來的工業4.0動態價值鏈下，客戶和特定產品的設計、配置、訂貨、計劃、生產和物流可以相統一協調，且能夠及時響應客戶哪怕最后一分鐘的需求變更。(6)Industry 4.0 Working Group.Securing the future of German manufacturing industry:Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0,2014:76.

2.靈活、透明及決策優化制造。傳統的制造生產線往往是整體的、不可隨意拆分組合的，因此一旦遇到供應鏈或市場波動的影響，往往難以快速轉換，導致虧損或直接倒閉。未來組成智能制造的是模塊化、可以獨立拆分、重組的智能單元，這有利于企業根據原料、需求、供應鏈和市場的變化進行動態配置和自我調適，提高了生產的靈活性。此外，傳統制造企業在進行決策時往往還面臨內外信息不對稱或信息短缺的問題，不確定性仍是重要影響因素。而在智能制造的體系下，設備端到端之間的信息是透明和實時可見的，可以隨時采集數據進行分析優化；且在大系統下，各個企業和產業鏈條的供求關系清晰可見，使企業能夠針對各種變化因素做出快速反應和決策，且決策往往是最優化的。

3.高生產率、低能耗的綠色可持續制造。智能制造一個顯著特點是能夠提高生產率以及降低能耗。從提高生產率看，給予一定的資源能夠得到更多的產出，或使用較少的資源能夠產生給定的產出。因為信息物理系統(CPS)貫穿整個價值鏈網絡的各個環節，對制造過程進行優化，進而提高了生產率。通用電器公司(GE)發布的工業互聯網報告指出，智能設備使每個機器性能都得以優化，使運行和維護成本最小化，對全球工業體系的影響是巨大的，即使是產業層面很小的進步，如提升1%的效率，放大后也會對整個經濟系統產生極大益處。從節約能耗看，當前全球面臨著資源短缺、環境污染等問題，制造業能耗占全球能耗的三成，降低能耗、獲得可持續發展是當務之急。智能制造明顯的益處是可以降低能耗，它通過傳感器能實時掌握能源利用情況，通過能耗和效率的智能優化提高能源利用率。同時還可以通過智能控制系統對生產間歇進行能耗控制，關掉那些不工作的程序可以減少能源消耗。

4.服務型制造。智能制造時代產品不再代表其核心價值，而服務用戶成為最重要的價值鏈環節，服務可以創造更多新的價值，制造業將實現從以產品為中心向以用戶為中心的根本性轉變。將來一個企業很難用制造企業還是服務型企業來加以區分和定位，服務甚至可以貫穿制造業全部流程。制造業服務化正成為全球許多制造企業的戰略選擇，例如，通用電氣公司運用傳感器、大數據等開展對發動機的實時監控，發展了“健康保障系統”、“小時付費”等商業服務模式，大大增加了飛機發動機的年營業收入。福特銷售的不僅僅是汽車，而是包括消費信貸服務的產品集合；勞斯萊斯的主要產品已經從單純的航空發動機發展到發動機的飛行時間(飛行過程中的實時監測和服務)；蘋果銷售的產品集智能移動終端和數字內容服務于一體，等等。當前，服務的功能、質量、效率和網絡等越來越成為全球制造業產品價值實現的重要來源。(7)安筱鵬：《制造業服務化路線圖：機理、模式與選擇》，商務印書館2012年版，序V。

5.網絡化制造。從企業內部和企業之間的產業組織模式看，智能制造具備網絡化生產的組織優勢。在傳統的大規模、機械化、流水線生產模式中，由于信息難以順暢、有效地在企業內部流動，使得處于上層的管理人員掌握更多信息，并獲得更多管理權力。他們通過等級制的管理層次將信息一層層傳遞下去，信息交換變得低效，往往出現信息斷層，導致企業管理和生產效率較低。而在智能化生產系統中，信息在各個部門和環節之間順暢地流動，每個原材料、機器、設備單元、產品、員工等都在共同的網絡平臺上，通過數據交換彼此的信息，層級制被打破，每個單元都得以活躍起來。從企業間的關系看，傳統制造模式下，企業為了獲得穩定的供應鏈渠道，減少生產的不確定性和交易成本，而采取縱向的垂直一體化整合策略，但這種方式一定程度上也增加了企業的管理成本。而在智能制造模式下，企業共處于網絡化平臺上，彼此分享信息，生產過程可以分成若干模塊，如設計、生產和服務等環節都可以分離在不同的企業中進行。一些“無工廠”制造商，如耐克等，只保留設計、銷售等工作，而把制造環節外包給其他制造廠商，這樣企業能夠專業化地從事自身的優勢領域業務。同時從整個產業鏈看，信息自由流動使得企業之間的交易成本沒有顯著上升。因此可以說，智能制造很好地化解了制造業中由高度分工所帶來的生產效率提升與信息成本上升之間的矛盾。

四、智能制造生產方式引領新工業革命發展的趨勢及影響

從工業革命的歷史變遷來看，自18世紀后半葉以來，人類歷史共發生了三次工業革命，約每百年一次，分別是18世紀80年代至19世紀70年代以機械化生產為特征的第一次工業革命，19世紀70年代至20世紀70年代以大規模電氣化生產為特征的第二次工業革命，以及20世紀70年代開始的以信息化、智能化生產為特征的第三次革命。每次工業革命又可分為兩次(約每五十年一次)技術革命(康德拉基耶夫長波)時期(見表2)。第三次工業革命的技術創新始于第五次長波，即20世紀70年代微電子芯片的發明，可以視為第三次工業革命的先導期。但在20世紀后三十年中，以芯片為主導的信息技術革命發展及其影響還主要限于信息產業內部，以及有限的服務部門，如電子商務等。而尚未擴散到其他大部分產業，尤其是制造業等工業部門，因此還未引起真正意義上的工業革命爆發及經濟范式變革。正如佩雷斯所論述，只有當技術遠遠突破它所起源的產業或部門之界限，擴散到更為廣泛的領域，才算真正意義上的技術革命(8)[英]卡羅塔·佩雷斯：《技術革命與金融資本：泡沫與黃金時代的動力學》，田方萌等譯，中國人民大學出版社2007年版，第16頁。。因此，只有信息通信技術沖出產業內部，廣泛擴散到工業和制造業部門后，才使工業革命在真正意義上得以展開。當前，智能制造技術及其生產組織方式變革正領著新一輪工業革命的爆發，進而推動經濟社會的發展和進步。

表2 工業革命階段劃分

歷次工業革命在主導國家、重大技術創新標志、關鍵投入要素、主導的技術集群和產業部門、基礎設施、生產組織方式等方面都有顯著特征。以智能制造為引領的新一輪工業革命發展趨勢是：由美國、德國、日本和中國等幾個國家引領，以芯片和新能源為關鍵投入要素，以新一代信息通信技術產業等為主導，以網絡化、智能化生產方式為特征，最終能夠引起人類社會發展范式的變革。

從主導力量看，智能制造發展的主導國家將是美國、德國、日本和中國。原因在于：美國是新一代信息通信技術原始創新國家，在半導體硬件、軟件、互聯網等技術創新方面處于全球領先地位，擁有大量全球頂尖的互聯網企業，無論在創新引領還是市場份額等方面都首屈一指。同時美國還有全球頂尖的以基礎研發創新聞名的大學、院校，其與企業的聯合研發成為推動頂尖科技創新的重要動力和源泉。德國和日本的優勢則在于高端制造業，智能制造賴以發展的硬件基礎，如高檔數控機床、工業機器人等核心技術都掌握在這些國家的企業手里。面對新工業革命，德國和日本憑借雄厚的發展基礎而具備先發優勢。中國將被視為最具發展潛力的主導國家，有可能在第六次長波期間實現趕超而成為領頭羊。一方面，中國是新一代信息通信技術和智能制造的最大應用國，具備智能化發展的規模效應。另一方面，經過多年的發展，中國在科技研發投入和創新能力方面不斷提升，一些新興技術領域已達到領先水平，具備趕超的科技實力。

在核心投入要素方面，集成電路芯片和新能源是智能制造范式的核心要素。芯片是一切智能設備的“大腦”，缺少芯片便不能實現智能化和萬物互聯。隨著芯片設計和制造技術的發展，目前已實現10nm、7nm芯片技術量產，未來將繼續朝向5nm等更高集成技術發展。此外，在歷次工業革命中，能源是必不可少的要素投入，在前兩次工業革命中，煤炭和石油依次成為推動工業發展的絕對主導能源。但化石燃料屬于不可再生能源，面臨著枯竭的可能，同時化石能源燃燒帶來的環境污染問題日趨嚴重，因此逐步采用新的可再生能源是必然趨勢。

從技術創新集群和主導產業部門看，智能制造以物聯網、云計算、大數據、3D打印、人工智能、生物技術、新材料、新能源等技術創新集群和產業為主導。產業發展，標準先行，為搶占發展先機，迄今為止美國、德國、日本和中國等都已經布局智能制造，并提出各自的發展戰略和標準。美國GE公司2013年發布工業互聯網報告，2014年聯合其他主要互聯網和制造企業成立工業互聯網聯盟(IIC)，并在2015年6月發布美國版“工業互聯網參考架構體系”(IIRA)；德國在2013年9月發布了工業4.0報告，成立工業4.0平臺具體推動實施，2015年3月推出了德國版的“工業4.0參考架構體系”(RAMI4.0)；2015年5月中國發布《中國制造2025》，并在2015年12月發布《國家智能制造標準體系建設指南》，提出了中國版的“智能制造系統架構”(IMSF)；2013年后日本政府發布“日本振興戰略”、“第五期科學技術基本計劃”、“機器人新戰略”等，并在2016年12月發布了智能制造參考框架“工業價值鏈參考架構體系”(IVRA)。

技術創新固然是新一輪工業革命的重要推動力，但同時也需要與其相適應的生產組織方式的變革。舊有的大規模生產方式已經不能很好地適應新技術的發展需求，亟需變革。智能制造生產方式可以實現個性化生產，讓消費者實時參與到產品的設計、生產等環節，并依據消費者的不同需求而不斷進行改進；智能化生產并不再受限于生產設備和生產線，制造千篇一律的產品，而是可以根據客戶需要改變計劃；在各個價值鏈環節分工方面，信息物理系統(CPS)技術使機器設備、人員、產品等要素處于同一個互動網絡中，基本消除了舊生產模式下橫亙于各個環節之間的信息傳遞障礙，大大降低由分工帶來的交易費用；在產業組織結構方面，網絡化協同制造模式使得企業不用通過縱向一體化的模式來實現產業鏈各環節的配合。而在同一行業中，通過精細化分工找到自身的利基領域，進而減少橫向一體化造成的壟斷，中小企業將有更多發揮的空間。

總之，智能制造生產方式將主導未來一段時間的經濟、產業乃至社會發展，至于能持續多少年仍是不可預測的。按照每50年發生一次康德拉基耶夫長波計算，第六次長波大概持續到本世紀中葉。

五、結論及政策建議

本文從技術-組織雙重創新的視角對智能制造生產方式演化的規律進行分析，重點探索了智能制造產生動力、生產組織模式創新以及由智能制造引領的新工業革命發展趨勢特征。認為智能制造是信息通信及自動化技術對制造業全面、深度滲透，提高制造業生產效率的一種先進制造模式。它包含智能產品、智能生產、智能服務和智能系統，具有個性化、靈活性、低能耗、服務化等特點。技術進步是智能制造產生的根本動力，而金融危機則是智能制造產生的催化劑。智能制造的發展趨勢是，以美國、德國、日本和中國為主導，以芯片和新能源為關鍵投入要素，以物聯網、云計算、大數據、3D打印、人工智能、生物技術、新材料、新能源等技術創新集群為主導，以小批量、個性化、定制化、網絡化為組織特征。智能制造將產生廣泛的影響，推動新工業革命以及經濟社會發展范式的變革。

當前我國處于新工業革命和轉變經濟發展方式的交匯時期，應抓住智能制造主導產業的發展機遇，早日實現制造強國的目標和國家實力的歷史性跨越。(1)創新引領。通過構建政府引領、產業界主導、研究機構和大學緊密合作的智能制造協同創新網絡體系，實現關鍵技術、人才以及產業標準等方面的突破；(2)結合自身的產業發展需求和優勢，實施差異化發展戰略。總體上，從制造業和新一代信息技術產業兩端入手，一齊補短板、創優勢，軟硬結合地推動。同時，基于不同產業、不同企業、不同區域的發展水平和需求，差異化地開展制造業的智能化改造。(3)充分發揮企業主體作用。企業一方面作為實施智能制造的主體，有著智能化改造的動力；另一方面企業也是為市場提供智能化產品的主體，能夠從市場的角度敏銳獲取創新機遇，推動智能制造技術的發展。因此培育有利于企業創新發展的環境非常重要，尤其是要助推中小企業的發展。(4)注重教育和人才培養。人才是新一輪工業革命的核心競爭力，智能制造的發展離不開創新人才的支撐。一方面敦促國家加強對相關技能人才的基礎教育投入，另一方面基于新工業革命所需要的新知識、新技能、新標準，建立相應的人才教育、培訓和考核機制，充實智能制造發展人才儲備。