何謂工業(yè)4.0？

　　工業(yè)4.0的概念最早由德國(guó)政府在2011年漢諾威工博會(huì)上提出，旨在利用自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、定制化和節(jié)能化的舉措，基于信息物理系統(tǒng)（CPS）實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的縱向、橫向和端到端的集成。其中，縱向集成通過(guò)生產(chǎn)制造過(guò)程的數(shù)字化和可視化提升生產(chǎn)效率；橫向集成要求產(chǎn)業(yè)鏈上下游各相關(guān)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交流與溝通；端到端集成旨在經(jīng)濟(jì)可行的條件下，為客戶提供大規(guī)模定制化的產(chǎn)品和服務(wù)。換言之，工業(yè)4.0意味著通過(guò)人、物體和系統(tǒng)的緊密結(jié)合，在不同的企業(yè)之間建立起動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)以及能夠自我管理的價(jià)值創(chuàng)造網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)成本、效率和資源消耗等多個(gè)維度的系統(tǒng)優(yōu)化。在這一體系下，工作分工能夠很好地滿足人口結(jié)構(gòu)變化帶來(lái)的勞動(dòng)力供需和能力要求，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力隨著效率的提升和浪費(fèi)的減少而顯著提升。

　　工業(yè)4.0概念出現(xiàn)的背景，是信息技術(shù)革命的影響正從消費(fèi)和服務(wù)領(lǐng)域逐步拓展到生產(chǎn)和制造領(lǐng)域。工業(yè)4.0將在原有現(xiàn)實(shí)世界生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)上，配備最新信息技術(shù)系統(tǒng)及先進(jìn)軟件算法的成套解決方案，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的深度互聯(lián)。

　　工業(yè)4.0相關(guān)的一系列技術(shù)創(chuàng)新將對(duì)企業(yè)現(xiàn)有商業(yè)和運(yùn)營(yíng)模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，改變利益相關(guān)者的競(jìng)爭(zhēng)條件。未來(lái)，工業(yè)4.0將形成全新的生態(tài)體系，變革甚至徹底顛覆現(xiàn)有的商業(yè)模式。

　　德國(guó)提出工業(yè)4.0的目的，是希望基于其全球領(lǐng)先的工業(yè)制造水平和自動(dòng)化控制技術(shù)，利用信息技術(shù)彌補(bǔ)制造成本劣勢(shì)，成為全球領(lǐng)先的工業(yè)制造商和工業(yè)4.0解決方案提供商。在德國(guó)提出工業(yè)4.0的同時(shí)，全球主要的制造業(yè)大國(guó)美國(guó)和中國(guó)也都基于自身的比較優(yōu)勢(shì)，提出各有側(cè)重的工業(yè)升級(jí)發(fā)展概念。美國(guó)作為全球信息技術(shù)的引領(lǐng)者，基于其自身強(qiáng)大的創(chuàng)新能力和頁(yè)巖氣帶來(lái)的能源優(yōu)勢(shì)，提出強(qiáng)調(diào)通信技術(shù)主導(dǎo)地位的“第三次工業(yè)革命”的理念，希望利用信息和數(shù)據(jù)技術(shù)打造能源和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，繼續(xù)保持全球引領(lǐng)者的地位。中國(guó)提出并逐步深化完善“兩化融合”的發(fā)展思路，希望在已有全球最大制造業(yè)規(guī)模的基礎(chǔ)上，利用信息化和工業(yè)化的深度融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，應(yīng)對(duì)勞動(dòng)力成本上升的不利影響，并持續(xù)提高全球競(jìng)爭(zhēng)力。

　　工業(yè)4.0的概念得到了中國(guó)政府的高度認(rèn)可，被認(rèn)為是兩化深入融合的高級(jí)階段，迅速成為業(yè)界的關(guān)注重點(diǎn)。中國(guó)已經(jīng)擁有全球最大的制造業(yè)規(guī)模，但面臨著大量行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩、高端產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不足、勞動(dòng)力成本上升以及資源消耗不可持續(xù)等一系列亟待解決的問(wèn)題。工業(yè)4.0的概念為中國(guó)政府和企業(yè)解決上述問(wèn)題提供了寶貴的思路。在2014年10月中德雙方合作發(fā)表的《中德合作行動(dòng)綱要》中，專門就工業(yè)4.0的合作內(nèi)容進(jìn)行了闡述，中德雙方希望共同為兩國(guó)企業(yè)參與工業(yè)4.0進(jìn)程提供信息交流、標(biāo)準(zhǔn)制定、行業(yè)企業(yè)合作等方面的政策支持。中國(guó)工程院院長(zhǎng)周濟(jì)也多次在公開場(chǎng)合表示，中國(guó)應(yīng)充分利用工業(yè)4.0的機(jī)會(huì)，利用后發(fā)優(yōu)勢(shì)加速工業(yè)化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)式的跨越發(fā)展。

　　展望工業(yè)4.0

　　目前，工業(yè)4.0解決方案還處于實(shí)驗(yàn)性階段的發(fā)展初期。當(dāng)前市場(chǎng)中，工業(yè)4.0解決方案僅為展示方案或仍在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)性方案。預(yù)計(jì)到2020年，市場(chǎng)上將出現(xiàn)一些具有影響力的試點(diǎn)單位，重點(diǎn)發(fā)展以技術(shù)為導(dǎo)向的單獨(dú)/嵌入式解決方案。屆時(shí)，隨著不同單項(xiàng)解決方案的市場(chǎng)應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，多個(gè)解決方案將逐步實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。一旦多數(shù)機(jī)器和員工做好準(zhǔn)備，在新的市場(chǎng)需求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支持下，工業(yè)4.0就將真正實(shí)現(xiàn)并進(jìn)入全面綜合發(fā)展時(shí)代。

　　羅蘭貝格從國(guó)家、行業(yè)、企業(yè)、競(jìng)爭(zhēng)格局、解決方案以及商業(yè)模式六個(gè)方面，對(duì)工業(yè)4.0的發(fā)展前景提出假設(shè)與展望。

　　國(guó)家層面：德國(guó)蓄勢(shì)待發(fā)

　　羅蘭貝格從“工業(yè)卓越”和“價(jià)值網(wǎng)絡(luò)”兩大維度建立工業(yè)4.0成熟度指數(shù)，用以衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)展工業(yè)4.0的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。其中，“工業(yè)卓越”維度主要涉及生產(chǎn)工業(yè)成熟度、自動(dòng)化程度、勞動(dòng)力熟練度和創(chuàng)新強(qiáng)度等領(lǐng)域，“價(jià)值網(wǎng)絡(luò)”維度主要涉及附加值水平、工業(yè)開放度、生態(tài)系統(tǒng)成熟度和互聯(lián)網(wǎng)成熟度等領(lǐng)域。

　　羅蘭貝格工業(yè)4.0成熟度指數(shù)分析結(jié)果顯示，在歐洲范圍內(nèi)，德國(guó)是已準(zhǔn)備好從工業(yè)4.0獲益的少數(shù)國(guó)家之一，其他國(guó)家還需要更多投入。和德國(guó)同樣處于領(lǐng)跑者位置的歐洲國(guó)家還包括愛爾蘭、瑞典和奧地利，這些國(guó)家都同時(shí)擁有較高的制造業(yè)份額（占GDP的百分比）和較成熟的工業(yè)發(fā)展水平。相比而言，芬蘭、比利時(shí)、丹麥、荷蘭、英國(guó)和法國(guó)雖然制造業(yè)份額相對(duì)較低，但其擁有較為成熟的工業(yè)發(fā)展水平，因此被視為擁有發(fā)展工業(yè)4.0的巨大潛力。捷克、斯洛伐克、斯洛文尼亞、立陶宛和匈牙利則擁有較高的制造業(yè)份額，但其工業(yè)發(fā)展水平相對(duì)較低，在工業(yè)4.0的發(fā)展中處于相對(duì)保守的位置。此外，意大利、西班牙、波蘭等國(guó)因在制造業(yè)份額和工業(yè)發(fā)展水平兩方面都處于相對(duì)較差位置，因此尚徘徊在工業(yè)4.0大門之外。

　　行業(yè)層面：機(jī)械行業(yè)首當(dāng)其沖

　　在工業(yè)4.0相關(guān)的行業(yè)層面，羅蘭貝格采用工作流程的虛擬化程度、附加值高低及價(jià)值鏈的復(fù)雜程度、顛覆性技術(shù)、核心流程的資源效率以及管理運(yùn)營(yíng)的前瞻性五個(gè)主要指標(biāo)，來(lái)衡量工業(yè)4.0對(duì)具體行業(yè)的影響程度。

　　其中，工作流程的虛擬化程度主要指利用信息物理系統(tǒng)和虛擬設(shè)備等方式使信息高度自動(dòng)化的程度、機(jī)器之間的信息交換的成熟度以及在軟件標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)安全方面的投資力度等方面。附加值高低及價(jià)值鏈的復(fù)雜程度主要指利用智能化和數(shù)字化重置全球價(jià)值鏈中的某些環(huán)節(jié)，使附加值創(chuàng)造更為簡(jiǎn)便靈活的可能性。顛覆性技術(shù)主要指是否存在或快速涌現(xiàn)將改變既定商業(yè)模式的新技術(shù)。核心流程的資源效率主要指能源和原材料占生產(chǎn)成本的比重。對(duì)于機(jī)械制造等行業(yè)而言，能源和原料成本可能占到整個(gè)制造成本的80%以上，企業(yè)可能迫于成本上升或監(jiān)管的壓力加快創(chuàng)新步伐。管理運(yùn)營(yíng)的前瞻性，指該行業(yè)是否開始積極利用新的生產(chǎn)技術(shù)和創(chuàng)新解決方案挖掘新的細(xì)分需求，提升規(guī)模效應(yīng)。

　　分析結(jié)果顯示，工業(yè)4.0對(duì)不同行業(yè)的影響程度顯著不同，其中對(duì)機(jī)械行業(yè)影響最大，其次是印刷和電子等行業(yè)。

　　企業(yè)層面：機(jī)遇挑戰(zhàn)并存

　　從此前數(shù)次工業(yè)革命的發(fā)展歷程來(lái)看，每一次工業(yè)革命都極大地提高了生產(chǎn)力。在變革過(guò)程中，企業(yè)既擁有巨大的機(jī)會(huì)，也面臨著不容忽視的風(fēng)險(xiǎn)。

　　工業(yè)4.0也不例外。迄今為止，在工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化進(jìn)程僅實(shí)現(xiàn)了10%。因此，對(duì)于企業(yè)而言，工業(yè)4.0意味著巨大的效率和效能提升的潛力。在工業(yè)4.0的環(huán)境下，企業(yè)能夠進(jìn)行更靈活的生產(chǎn)，縮短交貨時(shí)間，提供更高的定制化服務(wù)，采用更加便捷可靠的方式追蹤生產(chǎn)過(guò)程和客戶信息，并能夠更加自由地根據(jù)比較優(yōu)勢(shì)的變化在全球范圍內(nèi)調(diào)整產(chǎn)能。這些機(jī)會(huì)都將極大地幫助企業(yè)更好地滿足客戶需求，并提升自身的運(yùn)營(yíng)效率和盈利能力。

　　但與此同時(shí)，工業(yè)4.0也蘊(yùn)含著競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境和商業(yè)模式劇烈變革所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)組織形式、生產(chǎn)流程和能力要求都將改變，跨界競(jìng)爭(zhēng)將帶來(lái)更多更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)者，傳統(tǒng)商業(yè)模式可能被徹底顛覆，整個(gè)商業(yè)社會(huì)甚至出現(xiàn)徹底轉(zhuǎn)型。如果不能在工業(yè)4.0帶來(lái)的轉(zhuǎn)型大潮中做好準(zhǔn)備，施樂和諾基亞商業(yè)王國(guó)一夜之間坍塌的故事將再次上演。

　　競(jìng)爭(zhēng)格局：“軟硬”對(duì)決

　　未來(lái)工業(yè)4.0環(huán)境下的競(jìng)爭(zhēng)格局將出現(xiàn)兩種可能的情景。情景一是新興的信息服務(wù)企業(yè)引領(lǐng)新市場(chǎng)，情景二是傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備和技術(shù)供應(yīng)商保持現(xiàn)有的主導(dǎo)地位。

　　在情景一中，信息服務(wù)企業(yè)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域并占據(jù)主導(dǎo)地位。在該競(jìng)爭(zhēng)情境下，工業(yè)用戶對(duì)工業(yè)4.0產(chǎn)品與服務(wù)的需求快速增長(zhǎng)，整合通用平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)化接口的解決方案成為成功的關(guān)鍵因素。IT/軟件公司，如谷歌、思科、蘋果，將獲取行業(yè)用戶或在合作中成為主要合作伙伴，而生產(chǎn)技術(shù)的傳統(tǒng)（主要是歐洲）供應(yīng)商將兩手空空。

　　在情景二中，工業(yè)與生產(chǎn)技術(shù)專家將獲得主導(dǎo)地位。在該競(jìng)爭(zhēng)情境下，現(xiàn)有制造商努力提升自身的軟件和數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)力，工業(yè)和生產(chǎn)專業(yè)技術(shù)依舊是成功的關(guān)鍵因素，軟件與IT供應(yīng)商成為被整合的一方，制造商而非集成商或供應(yīng)商賺取最大的利潤(rùn)。為了在工業(yè)4.0時(shí)代繼續(xù)保持在工業(yè)市場(chǎng)的領(lǐng)先地位，西門子已經(jīng)意識(shí)到提升軟件和信息服務(wù)能力的必要性，并將數(shù)字化業(yè)務(wù)（包括數(shù)據(jù)分析、軟件和IT解決方案等）作為未來(lái)戰(zhàn)略發(fā)展的重心。

　　解決方案：逐步探索創(chuàng)新融合

　　工業(yè)4.0將實(shí)現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的深度融合，涉及到人、機(jī)器和生產(chǎn)物資之間的互聯(lián)和溝通，因此需要計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、軟件、網(wǎng)絡(luò)通信、控制系統(tǒng)、感知等各個(gè)領(lǐng)域創(chuàng)新技術(shù)之間的交叉和融合。例如，未來(lái)的自主學(xué)習(xí)機(jī)器人解決方案需要在人工智能、流程模擬軟件、工業(yè)機(jī)器人、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域取得突破和集成。

　　目前工業(yè)4.0相關(guān)的技術(shù)和解決方案還在研發(fā)和探索之中，包括西門子、博世等工業(yè)4.0的先行者均表示，工業(yè)4.0所需要的解決方案將涉及硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，成熟的工業(yè)4.0解決方案還需要時(shí)間。

　　終極目標(biāo)：滿足大規(guī)模定制化需求

　　未來(lái)，工業(yè)4.0將通過(guò)縱向集成、橫向集成和端到端集成，在經(jīng)濟(jì)可行的同時(shí)滿足大規(guī)模定制化需求。工業(yè)企業(yè)將首先在內(nèi)部完成以柔性和效率為主的縱向集成，隨后在價(jià)值鏈上下游甚至跨價(jià)值鏈間實(shí)現(xiàn)以互聯(lián)與協(xié)作為主的橫向集成，最終在縱向和橫向集成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)以大規(guī)模定制化為主要特征的端到端集成。

　　縱向集成強(qiáng)調(diào)通過(guò)生產(chǎn)制造過(guò)程的自動(dòng)化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化提升生產(chǎn)柔性和效率。縱向集成主要依靠企業(yè)自身的意愿和努力便能夠?qū)崿F(xiàn)，目前縱向集成領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了較為成熟的應(yīng)用。例如哈雷摩托的費(fèi)斯托智慧工廠實(shí)現(xiàn)了高度網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柔性生產(chǎn)流程，能夠?qū)⑸a(chǎn)命令進(jìn)行自動(dòng)排序，并及時(shí)、自動(dòng)地按照定制化需求控制設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改裝。

　　橫向集成要求產(chǎn)業(yè)鏈上下游各相關(guān)環(huán)節(jié)甚至跨產(chǎn)業(yè)鏈之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交流與溝通，目前出現(xiàn)了價(jià)值鏈主導(dǎo)企業(yè)和第三方服務(wù)企業(yè)兩類推動(dòng)者。第一類橫向集成的推動(dòng)者為原有價(jià)值鏈上處于主要位置，對(duì)其上下游具有較大影響力和掌控力的主導(dǎo)企業(yè)。Elemica是第一類推動(dòng)者的代表，其創(chuàng)立者為包括BASF在內(nèi)的全球22個(gè)領(lǐng)先的化工企業(yè)。第二類橫向集成的推動(dòng)者為價(jià)值鏈之外的第三方企業(yè)，多為信息服務(wù)企業(yè)。這類企業(yè)提供IT基礎(chǔ)設(shè)施、交易信息、庫(kù)存管理等服務(wù)，為價(jià)值鏈上下游的企業(yè)提供溝通和協(xié)作的平臺(tái)。例如阿里巴巴在已有交易平臺(tái)的基礎(chǔ)上，引入供應(yīng)鏈管理等全套管理軟件，并結(jié)合大數(shù)據(jù)和金融服務(wù)，幫助其客戶進(jìn)行價(jià)值鏈資源和效率的整合。

　　在縱向和橫向集成的基礎(chǔ)上，工業(yè)4.0將最終實(shí)現(xiàn)端到端集成，屆時(shí)需求將呈現(xiàn)大規(guī)模的高度定制化，并得到經(jīng)濟(jì)可行的滿足。目前端到端集成還處于概念構(gòu)想階段。未來(lái)，端到端集成將使得更多的用戶需求得到滿足。例如，目前消費(fèi)者對(duì)出行、通信娛樂和信息服務(wù)三方面的需求是相互獨(dú)立的，分別由汽車、手機(jī)和搜索引擎三類產(chǎn)品或服務(wù)進(jìn)行滿足。在端到端集成的環(huán)境下，消費(fèi)者上述三類需求將由帶有通信、娛樂、聯(lián)網(wǎng)并能夠進(jìn)行無(wú)人駕駛的智能汽車進(jìn)行集成滿足。

　　結(jié)語(yǔ)

　　工業(yè)4.0雖然是一個(gè)由德國(guó)提出的帶有濃厚歐洲色彩的工業(yè)發(fā)展理念，但是其思路對(duì)于各國(guó)的政府和企業(yè)都具有很強(qiáng)的借鑒意義。未來(lái)工業(yè)4.0的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)涉及到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施、安全防護(hù)、組織流程、人力資源、監(jiān)管和資源利用等各個(gè)領(lǐng)域，需要政府、企業(yè)、學(xué)界、協(xié)會(huì)以及基礎(chǔ)設(shè)施提供方等幾乎所有部門的共同參與和努力。

　　文/劉文波 高波

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