工業4.0的本質

2019-05-25 11:25

智能工廠的任務是控制好復雜程度日益增加的生產環節,同時也顯著提高生產效率。在智能工廠內部,人、機器以及資源之間都能直接交流。擁有交互界面和智能移動性的智能物流、智能電網和智能工廠,是未來智能制造基礎設施的重要組成元素。

正在改變的工業局面

近些年,中國一直是世界上最具活力的市場。隨著中國經濟結構從過去以農業為主轉向了未來的現代工業,勞動力市場也發生了巨大改變:一方面,經濟快速增長創造了巨大的勞動力需求;另一方面,中國看似無窮的勞動力供給正在縮減,日益老齡化的人口結構大幅提高了撫養比。工資對勞動力市場的供求變化也作出了相應的反應,導致中上層收入消費階層的出現。結果使得中國的相對優勢有所改變,國內需求結構日益朝著更多資本和科技終端消費品轉變。

中國政府已經對這種挑戰作出回應。自20世紀90年代以來,中國經濟從農業和制造業勞動密集型的發展方式向資本密集型的工業結構轉變。因此,中國的工業結構和出口商品結構發生了明顯變化。但是,經濟轉型的過程不可能就此停止。
下一個轉型是從中國制造到中國創造的轉變。在一個不斷變化的全球市場中,為了實現該目標,中國保持自身的國際競爭力是關鍵。在這里,工業4.0代表了一個能夠改變工業結構的核心驅動力。

工業4.0的多重利益
工業4.0所帶來的好處是多方面的:包括節約資本、能源、人力等;增加市場靈活性;通過小批量生產更好地滿足消費者需求;能夠制造定制化產品;生產者能夠及時調整決策。

在工業領域,工業4.0帶來的利益主要在以下領域:機械和設備制造、機動車輛及汽車零部件、信息和通訊技術、電子設備、化工行業。據德國信息產業、電信和新媒體協會(BITKOM)與德國弗勞恩霍夫工業研究院(Fraunhofer IOA)預測,企業使用工業4.0技術,可以將生產效率提高30%。
當然,工業4.0帶來的好處并不僅僅局限于制造業。物流、金融服務和醫療等更多行業也深受影響。還有經常會被忽略的農業,也將是價值鏈橫向和縱向整合的主要受益者。物聯網可以用于改善農作物灌溉、環境監測、農產品的市場流通和可追溯性。這樣一來,工業4.0很可能對數百萬生產者和數十億消費者的經濟生活產生相當大的影響。

對中國而言,潛在收益是巨大的。中國裝備制造業產值在2013年就已經超過3.2萬億美元,約占全球產量的三分之一。據中國工業和信息化部估計,自動化產業的經濟價值就大約有1000億。機器人工業聯合會表示,亞太地區也已經成為機器人的主要市場。而且,成功實現工業4.0是中國企業從市場份額中分得一杯羹的好機會。

政策基礎

成功實現工業4.0需要什么?好消息是,實現這一愿景的技術目前已經存在,這包括生產和績效報告,基于條件的檢測,智能警報,時間管理,關鍵績效考核,以及最終為提高決策效率而進行的合作。充分利用這項技術的必要條件是一個完善的現代商業環境,例如高技能的工人或者成熟完善的信息通信基礎設施。

中國政府已經為能夠成功地將工業4.0同現有工業框架相結合做好了準備。多年之前,中國政府就明確強調了工業自動化在物聯網背景下對中國轉型的重要性。各種政策為工業4.0在現有工業框架內的應用打下了基礎。2015年5月,中國國務院發布了中國制造2025計劃。

現在來看,過去的政策和行動帶來了良好的效果。根據麥肯錫的報告,數百家中小型公司正在創造中國版的德國企業,重點發展生物技術、醫藥、消費類電子、醫療技術、無人駕駛飛機和電信設備。2013年中國互聯網經濟占GDP比重為4.4%,在全球名列前茅。此外,職業技工的技術能力、專利申請量和基礎設施建設等方面都有了顯著提高。在工業4.0領域,中國新申請的專利已經超過美國和德國。中國現在也是擁有最多的機器與機器對接的經濟體。在研發投入方面,中國的目標是到2020年占到GDP的2.5%。全球著名的商業和IT業務咨詢公司Infosys公司最近發布的調研結果顯示,57%的高管認為中國是工業4.0最為成熟的采用者,領先于美國(32%),英國(26%),德國(21%)和法國(14%)。
中國的不均等性

然而,上述事實并沒有描述清楚當今中國的全貌。顯然,中國的制造業在高速軌道交通設施和通信設施領域取得了巨大成就。海信、華為、聯想、邁瑞、新華醫療、展訊和中興通訊等企業都成為了全球領先的行業創新者。但是,大多數中國企業還沒有完全接受與過去不同的工業創新。很多本土企業要么不愿意,要么缺乏融資能力。據麥肯錫估計,中國中小企業互聯網采用率僅為25%。這意味著,整體而言,占中國GDP大約70%的企業中,利用互聯網的意識還非常不明顯。

此外,在中國的機器人和自動化領域的主要生產商都是外國公司,如ABB、柯馬、發那科、庫卡和安川電機。這些公司通常形成集群式的工業園區,園區特點是擁有完善的交通運輸網和先進的信息通信基礎設施。

總之,中國各省、各行業、各企業以及工人的成熟度和技術使用等方面都存在相當大的不均等性。因此,工業4.0實現本土化和漸進化的方式應該是:工廠對工廠,公司對公司。顯然,想對中國工業4.0的狀況給出清晰的描述尤為困難,答案必須是看情況。對其描述取決于一個人是否著眼于一個單一的工廠、企業、價值鏈、產業集群或整個經濟的發展。

為了充分獲取工業4.0的好處,覆蓋范圍不能僅僅局限在少數公司中。各公司的收益與行業整合程度及參與者數量呈正比。換種方式來說,在工業4.0的背景下,總收益大于各部分相加的總和呈指數增大。從這個角度來看,中國實施的工業4.0計劃仍處于起步階段。技術創新和工業升級仍然需要漸進式發展,以實現一個創新和知識驅動型經濟。

未來還有很長的路要走

我們觀察了實現工業4.0綜合升級長期目標的關鍵因素。具體來說,我們會強調公司層面活動的重要性,通過改善基礎設施和勞動力質量,在個體層面消除實施工業4.0所面臨的潛在阻礙。必須確保數據安全和數據保護方面健全有效的法律框架,而這離不開政府間和機構間密切的國際合作。
推動公司層面的行動

數字化革命的一個重要組成部分是,在價值鏈上實現快速有效的數據傳輸。這需要不同公司之間的協作。然而,公司層面的工業4.0的執行和創新嚴重受互補產品或公共投入可用性和可獲得性的影響。比如一家公司在工業升級過程中,可能因為缺少先進電網和寬帶聯接而受到限制。另外,誰來承擔這些互補產品投入的問題,也與轉型過程密切相關。

市場經濟也存在市場失靈,需要政府干預。例如,工業4.0的一個關鍵挑戰,即在于實時采集信息的有效利用。但是,沒有公司會承擔覆蓋全國的高速寬帶的成本。公司考慮到員工在不同公司之間流動的可能性,從而在大規模投資與員工質量方面也非常勉強。同時,如果信息通信技術、基礎設施建設或高技能勞動力需求不能得到滿足的話,公司也會缺少激勵去建立在其生產過程中實施工業4.0策略所需要的其他必備條件。

然而,工業4.0的推出并沒有標準藍圖。在基礎設施投資、資金來源和時間展望等方面的具體行動,取決于現有條件。一個混合的政策模式是適合的。自下而上推動創新,自上而下解決公共成本問題,從而推動公司層面的工業升級。

除了自上而下的政策措施,中國政府似乎非常理解加強合作是實現工業4.0所需要的創新驅動技術增長的關鍵。在國內,2013年成立了一個委員會以協調政府在物聯網方面的政策和行動。同時,企業家希望他們的聲音被政府聽到,并認為一系列的國家公共政策有利于培育其競爭優勢。這和歐美國家的情況有所不同。

改善基礎設施

建立和使用最新可用科技的能力,是一個國家工業綜合升級進而最終實現工業4.0的關鍵因素。根據世界經濟論壇(WEF)發布的《全球競爭力報告》,中國在改善基礎設施方面依然有很大的提升空間。雖然連接互聯網的人數在過去數年都有可觀增長,但是互聯網的采用大多數是消費者驅動的。平均而言,中國在互聯網帶寬方面依然落后,在2014、2015的國際排名中,中國僅排在第120位。
然而,基于政策目標,中國政府決心改變現狀。國家寬帶計劃正在致力于建設現代化的信息通信基礎設施,該計劃的目標是在2015年末,在城市地區提供速度達20兆/秒的寬帶覆蓋,農村地區達到4兆/秒的寬帶覆蓋。很遺憾,該目標還未完全實現。到2020年,中國政府計劃僅僅在機器與機器間的系統建設方面就支出6030億美元。

當然,通訊投資在各區域的優先級別依然有待檢驗。自十二五規劃以來,戰略性新興產業投資集中在某些省份。例如,清潔能源汽車產業的發展聚集在北京、上海和安徽,新材料產業聚集在陜西、湖南和遼寧。雖然中國制造2025采用一種更為綜合的措施,但區域間不平衡問題依然存在。很有可能的是,公共基礎設施的投資會進一步加劇地區工業集聚不均。
勞動力素質

在2014年全球制造業競爭力排行中,智力驅動型創新被認為是最重要的驅動因素。這意味著,需要提升跨學科思維的能力,持續培養技術和分析創新能力,以及提倡終生學習。這些可以通過提升正式教育的數量、質量,以及增加基礎和高級職業教育的可得性來實現。

2000年到2010年間,中國所獲第一個學士學位屬科學技術領域的畢業生數量以13.6%的速度增長。2010年,中國授受超過31.8萬個自然科學學士學位和81.3萬個工程學學士學位。
但考慮到中國巨大的勞動力總量,這些進步只是低水平的。在《全球競爭力報告》中,中國在中等教育和高等教育入學率方面分別排在72位和85位。而且,在15歲及以上完成高等教育的人口占整體人口比例方面,從2000年到2010年十年間沒有任何進步,而目前該比率依然處在2.7%的水平,勞動力的教育水平依然較低。因此,中國要想避免高技能勞動力的短缺、提升大規模使用和投資新技術的能力,就必須進一步提升全社會范圍的教育水平。
實施工業4.0戰略面臨的反對聲音

從個人角度看,數字化革命可能與一系列廣泛的反對聲音或者恐懼相聯系工人擔心丟失工作或者現有責任結構會有所調整。這種反對是工業轉型的障礙。因此,公開的回應和解決這些問題是管理層和政府不能忽視的一項任務。

中國的生產流水線已經與十年前迥然不同。這些年來,通過用科技來替換工廠勞動力的成本急劇下降,導致愈來愈多的工人失業。而失業工人是社會中最為脆弱的群體,卻要承擔工業化進程中最昂貴的成本。自動化程序替換了需要人力的簡單重復工作,同時也增加了對分析型和高技術技能勞動力的需求。然而,整體上自動化會促進更大的經濟增長。

一些數據可能有助于反駁反對聲音:麥肯錫估計,采用互聯網技術的企業在導致一個就業機會消逝的同時創造了2.6個就業崗位。在中國,隨著電子商務的快速發展和增長,大約有150萬人轉而從事快遞和運輸行業。因此,工業4.0會做大整體蛋糕,但是毫無疑問也會影響蛋糕的分配。
通過特定的政策措施彌補工人能力的潛在缺口有兩個關鍵的好處:第一,它會提升勞動力的質量和流動性,因此會從個體層面提升對工業4.0的認知和支持。第二,它能激發企業加強人力資源投資和建設,而這會提升經濟效率和促進整體經濟繁榮。
健全法律框架

關于數據保護和數據安全方面的風險是相當嚴重的,構成了實施工業4.0的實在障礙。如果供應商和客戶之間的聯系過于緊密,公司可能會由于擔心泄露敏感的公司內部數據而選擇放棄全面整合進入一個價值鏈。更有甚者,上傳和交換的巨量數據可能成為吸引外部黑客攻擊的目標。由于日益增加的聯結程度,這種黑客襲擊可能會破壞整個生產過程,將一個公司層面的風險傳導至整個宏觀經濟。

為了促進創新的發展和信息的流動,現有關于數據安全、保密性和標準化等方面懸而未決的問題必須得以解決。互用性和兼容性對自動化來說至關重要,有效的數據傳輸需要數據界面和協議具備清晰的定義。只要不同公司的系統不兼容,那么一個價值鏈若想轉換至另外一個價值鏈將面臨極高的成本,在某些情況,甚至在經濟上將是不可能的。因此,數據標準化就成為工業4.0的一個技術前提。

在一個國家或地區,現行司法特征和價值鏈的國際化之間存在著潛在沖突。關于知識產權會被披露的擔心,會由于數據安全和數據保護法律條款存在巨大地區差異的現實原因而進一步加深,尤其是在政府可以獲取的數據范圍和程度上的差異。美國愛國者法案和中國長城防火墻是兩個典型的現實案例,充分展示了在一個更為數字化的世界中,在平衡國家利益和隱私權利方面面臨的挑戰。

數據安全性的缺乏會使得專利保護的存在顯得非常過時。比如研究火箭的空間探索技術公司創始人伊隆馬斯克,拒絕專利技術是因為擔心外國航天機構只會模仿他們。這種擔心普遍存在,尤其是在一些經濟、軍事、政治上的重要產業,這清楚地顯示出一個日益一體化、數字化、透明化的困境。

中國制造2025戰略要求加強對中小企業的知識產權保護,并強調企業要更有效地利用知識產權。此外,該戰略還廢除了唯一的國內標準,轉而重點專注于服務標準自我聲明公開和國際標準體系。這是朝著正確方向邁出的關鍵一步。

國際合作

除了國內政策外,國際合作也是產業數字化轉型中的重要組成部分。令人鼓舞的是能看到中國做出了一系列努力,以促進國際協議的達成,盡管在企業層面的競爭依然激烈。例如,中德標準化合作委員會就應該得到積極的肯定和認可,該委員會由來自中國和德國的40名業界專家組成;另外一個例子是關于第一個物聯網背景下標準的建立,該標準由中國發起,并于2012年由國際電訊聯盟通過。

工業4.0的一個關鍵要素即是促進雙向的科技和知識傳遞機制,可以讓合作伙伴互惠互利。中國和德國已經奠定了這方面的堅實基礎。2014年10月,中國和德國聯合發布了《中德合作行動綱要:共塑創新》,將工業4.0強調為未來雙邊經濟關系的中心點。就在最近,中國擔任了2015年德國漢諾威消費電子、信息及通信博覽會(CeBIT)辦公自動化的合作伙伴國,為雙方在信息技術領域的經濟合作創造機遇。

中德工業4.0對話和中德職教聯盟和高校戰略伙伴關系項目是通過國際合作,以促進兩國在勞動力素質提升等眾多領域而推進工業4.0的很好案例。這些項目的目標是提升熟練工程工人的聯合教育,從而直接解決與工業4.0相關的一些問題。
中國的重要機遇

工業4.0將會徹底改變商品及服務生產和分配過程。這對一個國家乃至全球的工業圖景都會產生影響。中國下定決定抓住這個近在眼前的重要機遇,并不僅僅是因為目前經濟增速放緩。中國政府已經通過不同的政策措施為工業4.0打下了重要基礎。看上去,中國在這一輪數字化革命中已經處于一個不錯的狀態和地位。

的確,中國在最近幾年已經建立了世界領先的高科技制造企業,而且大量涌現的高度創新性中小企業群體將會在價值鏈的電子化過程中積極參與進來。然而,絕大多數的企業依然必須執行與過去工業階段相關的策略。許多企業和工人既沒有為電子革命做好準備,甚至并不知曉其已經到來。中國工業要想綜合全面升級,中小企業全面推進工業4.0戰略尤為關鍵。只有這樣,中國才能夠持續進行其轉變過程,真正抓住數字化經濟的巨大收益。

工業4.0的實現沒有現成的藍圖。工業4.0的執行和實施將會在各地區漸進開展,各個國家和地區要根據實際情況因地制宜制定政策。對中國而言,急需提升勞動力素質和通信基礎設施,通過全新的中國制造2025戰略,保持一個自上而下的綜合性工業政策方法,通過有效市場和有為政府并舉推動轉型。整體而言,這個新戰略并沒有給本國公司給予太多政策優惠,這為外資進一步公平參與其中打開了大門。

中國要全面實現工業4.0還路途遙遠。值得注意的是中國設定了實現中國制造2025的時間目標。但客觀地說,工業數字化在下個十年還難以完全實現。這就要求政策措施不僅僅是目標導向的,還要與一個健康的務實主義相聯系。令人欣慰的是,中國的這個新戰略很好地將長期愿景和實際行動相結合,使中國沿著正確的道路向前邁進。

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