智能制造與創新的耦合關系：基于扎根理論的探索性研究

韋 影，趙樂樂

（1.浙江工商大學工商管理學院，浙江 杭州 310018；2.浙江工商大學浙商研究院，浙江 杭州 310018；3.暨南大學管理學院，廣東 廣州 510632）

1 引言

我國制造業發展正處于轉型升級的關鍵時期，亟須實施創新驅動發展以支撐新舊動能轉換。隨著以新一代信息通信技術為核心特征的新一輪科技革命的到來，智能制造正推動制造業進入新的發展階段[1-2]，我國適時提出將智能制造作為制造業轉型升級的主攻方向和突破口。制造業智能化轉型是實現經濟高質量發展的必然選擇與重要途徑[3]。智能制造是一個系統工程，其與創新存在天然的聯系。制造業本身是技術創新最活躍的部門，它不僅是技術創新的主要來源，也是技術創新的使用者和傳播者[4]。創新是產業升級的動力，產業升級反過來又推動了創新的發展[5]。

探明智能制造與創新之間的相互作用與影響，將有助于推動我國制造業高質量發展。智能制造的研究多見于工業工程和機械工程等領域，關于智能制造與創新關系的研究較為匱乏。目前鮮有研究對智能制造與創新的耦合關系展開系統分析。智能制造對創新有哪些影響？創新對智能制造又有哪些作用？本文圍繞以上兩個研究問題，在雙環傳動與海爾集團案例資料的基礎上，采用扎根理論方法，構建智能制造與創新的耦合關系模型，以期為智能化轉型背景下制造業實現高質量發展提供理論指導。

2 文獻回顧

2.1 智能制造的概念及其維度

智能制造是先進制造技術與新一代信息通信技術的深度融合，有效貫穿于產品設計、制造、服務全生命周期的各個環節，實現制造的數字化、網絡化、智能化，推動制造業創新、綠色、協調、開放、共享發展[6-8]。智能制造是以數字制造為基礎實現發展的智能化系統[9-10]，其發展主要包括自動化軟件、硬件以及系統三個方面[11]，通過人工智能技術與制造技術的有效融合，達到生產等各環節的智能化[12]，旨在實現知識和裝備的高度銜接[13]，從而促進制造業的高質量發展。

智能制造是一個系統工程[14]，主要包括智能產品、智能生產、基礎設施建設以及智能制造模式四個維度[8]。其中智能產品是主體，智能生產是主線，基礎設施建設是基礎，智能制造模式是主題。每個維度包含了智能化的不同內容，智能產品主要體現為應用數控化和智能化等技術的產品，智能生產主要體現在生產過程的自動化和數字化，基礎設施建設主要包括CPS（Cyber Physi?cal System，即信息物理系統）、工業互聯網基礎設施和智能制造網絡信息平臺等的建設，智能制造模式主要體現為大規模定制和服務型制造模式[8]。

2.2 智能制造與創新的相關研究

智能制造與創新關系的研究較為少見。Yang、Ying和 Gao[15]實證了實施智能制造對制造企業創新績效的顯著正向影響。孟凡生和趙剛[16]則認為，技術創新在創新柔性對制造企業智能化轉型的影響中承擔中介作用。呂文晶、陳勁和劉進[17]在探討工業互聯網的智能制造模式時，基于海爾的案例研究指出，海爾COSMO平臺可提高創新能力與創新效率。智能生產不僅影響了智能產品的生產質量與開發速度，而且促進了產業形態和商業模式的變革與創新[18-19]。Kahle等[20]通過案例研究構建了智能產品開發的早期階段所需配置的創新生態系統。湯臨佳、鄭偉偉和池仁勇[21]分析了智能制造創新生態系統的功能評價體系及治理機制。熊英子、張冰倩和唐炎釗[22]實證檢驗了以推進智能制造為主攻方向的“中國制造2025”產業政策對被支持企業技術創新存在顯著的促進作用。張樹山、胡化廣和孫磊[23]聚焦智能制造試點政策，證實了智能制造顯著影響企業技術創新投入。史永樂和嚴良[24]指出，美國和德國政府通過創新驅動智能制造發展，我國需要加大政策支持力度，強化智能制造創新體系。

盡管智能制造的概念尚未統一，但大多研究圍繞智能制造的四個維度——產品、生產、基礎設施、制造模式展開。智能制造與創新之間存在天然的聯系，兩者都是促進我國制造業高質量發展的關鍵因素，但現有研究缺乏對兩者之間關系的系統分析。因此，本文基于扎根理論方法，以雙環傳動和海爾集團為研究對象，探究智能制造與創新之間的耦合關系，為制造業智能化轉型升級提供理論指導，以期推進制造業高質量發展。

3 研究設計

3.1 研究方法

智能制造與創新的相關研究較少，目前兩者之間的關系尚欠清晰明確。因此，本文采用扎根理論方法，分析樣本資料的情景脈絡，提煉智能制造與創新之間關系的理論模型。扎根理論適合在沒有理論假設的前提下，從觀察入手，從原始數據中歸納出經驗，然后上升到理論，是溝通豐富質性數據與主流演繹研究之間的最佳橋梁之一[25]。

扎根理論是由美國學者Strauss與Glasser于1967年首次提出的一種質性研究方法，這種方法強調在大量收集資料并且對其進行提煉的基礎上逐漸形成新的范疇與概念，然后發現范疇之間的內在關系從而形成新的理論[26]。由于沒有預先的理論假設，所以需要在資料收集與分析的過程中，持續比較與理論抽樣。本研究遵循經典扎根理論編碼過程[27]，操作步驟主要包括：開放性編碼、主軸性編碼、選擇性編碼以及理論飽和度檢驗。

3.2 案例選擇

本文選擇了雙環傳動與海爾集團兩家企業作為研究對象。雙環傳動是我國齒輪配件生產規模大、實力強的齒輪生產企業之一，它不僅積極推進智能制造的發展，其生產的產品對機器人行業的發展亦具有重要作用。海爾集團是我國家電行業中產品種類最多、規格最全、技術最高、出口量最大的大型企業集團，經過多年的發展，海爾的智能制造形成了互聯工廠模式，自主研發了面向制造業的COSMO平臺，實現了家電產品的研發過程、制造流程和營銷方式的顛覆式創新。兩家企業都獲批了國家工信部智能制造示范試點項目，在智能制造方面積累了較為豐富的經驗（具體如表1所示）。

表1 樣本企業特征

3.3 數據收集

本研究的數據收集途徑如下：①訪談及實地觀察。本研究所收集的一手數據主要是對雙環傳動的訪談及實地觀察。我們對雙環傳動常務副總進行了時長為30分鐘的電話訪談，還對雙環傳動機械研究院研發中心主任和參與智能制造實施的工程師開展了時長為140分鐘的實地訪談，并進行了實地觀察。兩次訪談均進行錄音，然后轉換成共計4萬多字的文字資料。②二手資料搜集?？紤]到海爾集團的二手資料較為豐富且全面，因而海爾集團的資料主要為二手數據，包括公開發表論著、新聞報道、企業官網等，所搜集的二手資料共計6萬多字。關于雙環傳動，我們還通過企業官網、公司年報和新聞報道等渠道搜集二手數據，共計4萬多字。本研究通過深入訪談、實地觀察和二手資料搜集等多種方式進行數據搜集，采用三角測量法有助于提高研究的信度與效度。

4 智能制造與創新的耦合關系模型構建

4.1 開放性編碼

開放性編碼是將原始資料中所記錄的材料分解、比較后重新組合，歸納出經驗，上升到理論，進行概念化的過程[28]。由于初始概念的層次較低，所以需要進一步提煉相關概念，實現概念范疇化。在這一過程中要擺脫理論偏見，實事求是地進行概念與范疇的提取。本研究通過對雙環傳動和海爾集團的相關資料進行整理與分析，通過逐字逐句編碼的方式實現概念化，然后將相同或者類似的概念進行組合，實現范疇化，具體步驟為：資料分析、發現概念、提煉范疇。本研究通過開放性編碼，多次整理分析數據資料，共得到15個初始概念、6個范疇。開放性編碼示例如表2所示。

表2 開放性編碼示例

4.2 主軸性編碼

開放性編碼是獨立和分散的，目的是為了挖掘范疇，但范疇之間關系不明確。主軸性編碼可以進一步對其進行重新歸類與融合，提取出主范疇與副范疇，建立范疇之間的內在聯系與邏輯關系，更好地描述概念間的相互關系。本文將15個開放性編碼進行歸類、合并，建立范疇之間的相互關系，最終得到2個主要范疇：創新和智能制造；6個副范疇：產品創新、流程創新、智能產品、智能生產、基礎設施建設、智能制造模式。這為進一步明確數據資料間的內在聯系奠定了基礎。主軸性編碼示例如表3所示。

4.3 選擇性編碼

選擇性編碼是從主軸性編碼中提煉出具有典型性的核心范疇，然后分析核心范疇與其他范疇的關系并且總結出理論模型，在這一過程中核心范疇要達到飽和[29]。在開放性編碼和主軸性編碼的基礎上，本研究通過對15個概念、2個主范疇以及6個副范疇進行深入分析，加上對資料不斷比較，發現大多數范疇和概念都與“創新”這個范疇有直接或者間接的關系。

一方面，智能制造促進了創新的發展，推動了生產的自動化與柔性化，促進了產品的個性化與定制化，從而推動了流程創新與產品創新；另一方面，創新作為動力促進了智能制造的進步，為智能制造提供了先進的設備與技術，促進了智能產品的產生和智能生產的發展，同時智能軟硬件新產品的應用推動了工業互聯網等智能制造基礎設施的建設，促使制造模式從生產型制造向服務型制造轉變。因此，從各范疇之間關系的分析結果出發，本研究確定了“創新”這一核心范疇，具體如表4所示；在此基礎上，最終確定了智能制造與創新之間耦合關系的理論模型，得出本研究的主要結論。

表4 主范疇的關系結構

4.4 理論飽和度檢驗

理論飽和度是指新收集的資料不會再產生新的理論[30]。在理論模型構建后需要對理論是否飽和進行檢驗，如果未飽和則需要重新收集資料尋找新的概念與范疇。為了檢驗本研究結果的理論飽和度，我們對雙環傳動和海爾集團的資料進行了詳細分析，通過對編碼的隨機抽取，并未發現新的范疇以及內在聯系，結果也符合本文所確立的智能制造與創新之間耦合關系的理論模型。因此，本文的概念范疇與理論模型是飽和的。

基于扎根理論方法的分析，本研究可以得出智能制造與創新兩個主范疇，最終確立了智能制造與創新之間的耦合關系：智能制造推動了產品創新與流程創新，促進了創新進一步發展；創新促進了智能產品、智能生產、基礎設施建設、智能制造模式的實現，推動智能制造不斷進步。智能制造與創新相互作用、相互促進，形成緊密的耦合關系，如圖1所示。

圖1 智能制造與創新的耦合關系模型

5 模型闡釋

5.1 智能制造促進創新的發展

智能制造為產品的生產提供了新技術、新工藝以及新設備，改變了以往的產品制造模式，使產品的設計與生產更加多樣化、個性化，推動了產品創新。同時，智能制造融合了大數據、云計算等信息技術[6，31-32]，通過網絡系統與平臺更全面、更準確地把握市場需求信息，具有很強的柔性與市場反應能力，能夠實現自主學習與決策，并且能夠不斷優化[33]。通過情景感知和信息融合，智能制造實現市場需求的動態響應、新產品的快速制造及生產供應鏈的實時優化，提高產品的定制能力和服務創新能力[34]。通過網絡信息系統或平臺，顧客可以深度參與產品研發和制造環節，這極大地滿足個性化需求，促進產品更新換代，推動產品創新。

智能制造促進制造過程的智能化和產品的智能化[35]。隨著智能制造的不斷發展，機器人、智能車間以及智能工廠的出現使制造企業的生產流程發生了重大變化。例如，很多汽車企業大量使用智能機械手代替人工，同時簡單生產傳送帶被智能生產線代替，并逐步向工業機器人集成應用制造轉變[36]。智能制造可通過制造執行系統（MES）等信息系統，實時采集、監控生產信息?；谥悄芄S以及智能裝備在生產過程中的應用，制造企業可實現制造工藝的仿真優化、數字化控制、狀態信息實時監測和自適應控制[37]。目前，部分先進裝備制造企業正在探索智能工藝設計系統，充分快速地利用以往成功的工藝設計案例，借此提高工藝設計的效率、準確性和實用性[38]。

5.2 創新推動智能制造不斷進步

創新促進智能產品的產生，主要體現在技術創新促進了智能化相關技術的發展，通過應用各種智能化技術，產品功能與性能得以優化，產品的智能化程度不斷提高[8，38]。技術創新在技術上和經濟上增加了開發智能產品的機會[20]。傳統產品通過不斷地應用智能化技術，賦予產品智慧，在一定程度上實現自感應、自適應、自學習和自決策[39]。例如，海爾智能家居產品采用有線與無線網絡相結合的方式，通過應用物聯網等技術推出了智能家居系統等智能產品。

生產裝備的產品創新以及智能化技術的技術創新，為智能生產提供了重要支撐。在制造智能化背景下，智能裝備產業的發展迎來了良好的發展機遇，適應不同需求的工業機器人、智能控制系統等不斷涌現。工業機器人在工業生產過程中代替人工進行制造，在智能生產中發揮重要作用。云計算、物聯網、互聯網、大數據等新一代信息技術，將生產與網絡連接起來，加強信息的收集與管理，使得生產全過程得以掌控[1]。

智能制造的發展離不開基礎設施的支持，尤其是信息物理系統和工業互聯網等[6，40]。信息物理系統（CPS）是實現智能制造的綜合技術支撐體系。CPS強調計算資源與物理資源間的緊密結合與協調，提供將相關制造事物映射到計算空間的理論框架，從而實現制造系統的建模[41]。隨著嵌入式計算、網絡通信、網絡控制和物聯網等技術的不斷創新與發展，制造企業紛紛探索建設智能工廠。智能制造未來的發展仍有賴于CPS等基礎設施相關技術的進一步創新。

物聯網、大數據、云計算等技術的創新與應用，推動制造模式從生產型制造向服務型制造轉變。利用制造企業管理軟件產生的數據、傳感數據和社交媒體數據等多渠道的海量數據，建立分析模型，可以全方位多角度洞察用戶行為、預測用戶需求，主動配置和優化制造資源。例如，海爾沈陽冰箱工廠打造的“智能交互制造平臺”，使用戶在家中通過網絡定制自己的冰箱成為可能。傳統的數據處理技術難以滿足種類繁多的非結構化數據分析需求，云計算等技術已成為大數據高效分析處理的重要手段，并不斷創新發展[34]。

6 主要研究結論與啟示

本文運用扎根理論方法對雙環傳動與海爾集團的智能制造與創新實踐進行了系統研究，揭示了智能制造與創新之間的耦合關系。主要結論如下：①智能制造為產品創新創造機會，智能制造技術的發展促進了多樣化產品的生產，融合大數據與云計算等技術推動了個性化產品的研發與制造；智能制造促進生產流程的改進，智能車間和智能工廠的搭建促使企業的生產流程優化創新。②創新推動智能制造不斷進步，智能化技術的不斷創新促進智能產品的產生，為智能生產提供重要支撐，促進智能制造基礎設施發展，推動制造模式向服務型制造和大規模定制轉變。③智能制造與創新之間存在相互作用、相互促進的耦合關系。本文構建的智能制造與創新之間的耦合關系模型，是對智能制造研究在管理學領域中的創新性拓展，也是對創新管理理論的補充和完善，為我國智能制造與創新的深入研究提供可借鑒的理論支撐。

本研究結論對我國制造業智能化轉型具有一定的啟示。①對政府的啟示。第一，推進我國智能制造應注重從構建創新生態系統著手，制定推進制造業數字化、智能化轉型相關政策時，應系統地看待智能制造與創新之間的耦合關系，不可將兩者割裂開來。第二，注重補齊智能化技術短板，引導相關企業不斷提升原始創新能力，強化本土智能化技術創新對智能制造的供給及促進作用。我國仍面臨智能制造關鍵核心技術自主創新能力薄弱的問題，在當前逆全球化與中美貿易摩擦的形勢下，亟須堅持本土智能化技術創新與制造業產業化應用協調推進。②對企業的啟示。企業要全面地認識智能制造能夠為企業帶來的收益，積極開展數字化、智能化轉型。近年來，我國部分企業開始步入智能制造的第一個階段——數字化階段，但不少企業對智能制造作用的認識仍停留在降低運營成本和提高生產效率的層面。實際上，智能制造可為企業（尤其是消費品制造企業）的產品創新創造機會，有望形成新的利潤增長點，從而提升企業競爭力。系統地看，企業積極參與智能制造，亦有助于構建我國智能制造的內需體系，形成國內大循環，為本土智能化技術創新提供需求基礎。

本研究也存在一定的局限性：一是本研究的樣本量較小，未來可擴充研究樣本量，強化研究結論的普適性；二是尚未深入開展智能制造對創新的影響機制研究以及創新對智能制造的影響機制研究，未來可綜合運用案例研究和定量實證研究方法，推進智能制造與創新的理論研究，為我國制造企業的智能化轉型與創新提供理論指導。