德国“工业4.0”计划及其对我国产业创新的启示（3）

三、德国工业“4.0”计划

德国正在制造业领域积极推行的“工业4.0”计划，成为引领全球新工业革命的典型模式之一。虽然在概念提法上别出心裁，但该计划绝非孤立事件，从其概念的提出到应用实践，无不与上述德国国家战略和产业政策密切关联。从该计划的渊源看，“工业4.0”计划属于上述五大领域中ICT领域的重点项目，这就决定了“工业4.0”计划的“边界”和特性，也成为理解“工业4.0”计划的最佳切入点④。

(一)以产业升级维持“高工资就业”经济

德国实施“工业4.0”计划并非空穴来风，而是具有深刻的国内和国际背景。在国际方面，以物联网(Internet of Things)和务联网(Internet of Service)为代表的新一代互联网技术迅速发展，加速向制造业领域渗透，欧盟、美国、印度和中国都正在加紧布局互联网技术与制造业的融合。美国积极推行“先进制造业伙伴”计划和亚洲新兴经济体快速成长，对德国产业竞争优势造成了较大威胁。在国内方面，德国“提升产品质量的渐进性创新”模式促进了持续的产业研发投入，推动了制造技术精益求精，对复杂工业流程管理的专业化程度不断提高，奠定了德国装备制造业的全球领先优势。德国也是全球重要的软件和解决方案提供商，特别是在嵌入式系统和企业管理方面⑤，德国积累了丰富经验。制造技术和ICT技术的优势构成了实施“工业4.0”计划的产业基础。德国实施“工业4.0”计划的目的，就是通过制造技术和ICT技术的融合，维持和提升德国既有的产业竞争优势，克服“高工资就业”对德国竞争力的不利影响，确保德国在新工业革命中占据一席之地。

从目前的实践情况看，德国“工业4.0”计划是“官产学研”及社会组织通力合作的事业。第一，德国国家工程院和联邦教育研究部积极参与，体现了国家战略意图和相应的政策支持。第二，德国工业和ICT产业(包括软件和硬件)领先企业是“工业4.0”计划的积极倡导者和实践者，为“工业4.0”计划的推进提供了资源保障和试验场⑥。第三，德国重点技术型大学和著名的弗朗霍夫研究所为“工业4.0”计划提供解决方案支持。第四，德国主要的行业协会也深度参与到该计划当中，发挥组织协调和信息交流的作用。

(二)智能化是“工业4.0”计划的“灵魂”

德国“工业4.0”计划对工业革命的划分标准，与流行的“第三次工业革命”既有共同点，也有差异⑦。目前，“第三次工业革命”有两个代表性的版本。一是“新能源版本”，以美国趋势学家里夫金的《第三次工业革命》一书为代表，划分的标准是通信技术与能源技术的结合方式，互联网技术与可再生能源的结合将推动全球进入第三次工业革命(里夫金，2012)。二是“制造业版本”的第三次工业革命，以英国《经济学人》杂志刊发的题为《第三次工业革命》的“特别报告”为代表，将生产方式的根本性转变作为工业革命的划分依据，人类正在迎接的第三次工业革命是制造业的“数字化”，以此为基础的“大规模定制”很可能成为未来制造业的主流生产方式(The Economist，2012)。与第三次工业革命相比，德国“工业4.0”计划具有如下不同之处。

第一，工业革命划分方式的不同，是德国“工业4.0”计划区别于第三次工业革命的第一个要点。德国“工业4.0”计划是以生产的复杂性作为工业革命的划分标准，将工业化分为相互连续但又存在结构性变迁的四个阶段。其中，前两个阶段与大多数工业革命的划分类似，即第一阶段是18世纪末英国工业革命，制造业实现了机械化，第二阶段是19世纪末电气化实现了制造业的自动化。所不同的是，“工业4.0”计划把制造业实现自动化之后的工业化细分成两个阶段，即第三阶段是20世纪70年代可编程逻辑控制器(PLC)和信息技术的初步应用，进一步提升了制造业的自动化水平。当前，基于物理—信息系统(Cyber-physical System，CPS)的新型制造方式正在将工业化送入第四个发展阶段，即“工业4.0”。

第二，新一代互联网技术与制造业融合，是德国“工业4.0”计划区别于第三次工业革命的第二个要点。可见，“工业4.0”计划的核心是在制造业领域内构建物理—信息系统，不单是采用新型制造技术和先进制造设备，而且是要将迅速发展的物联网和务联网引入制造工厂，从而彻底改变工业生产的组织方式和人机关系。这就回到有关“工业4.0计划”背景的介绍，即“工业4.0”计划是德国《国家创新战略2020》中ICT领域的重点项目，新一代互联网技术向工业渗透，是正确理解德国“工业4.0”计划的重要甚至是唯一的切入点。显然，与“制造业版本”的第三次工业革命作比较，德国“工业4.0”计划更为重视新一代互联网技术的基础性作用，而非新型制造技术。与“新能源版本”的第三次工业革命相比，德国“工业4.0”计划突出新一代互联网技术的融合对象是制造业，而不是新能源。

第三，智能化是德国“工业4.0”计划最突出的要点，也是该计划的“灵魂”。“工业3.0”广泛采用的可编程逻辑控制器只具备信息世界向物理世界单向输出的功能，而在工业4.0阶段，物理—信息系统可实现物理世界和信息世界的双向互动。物理—信息系统向工业领域的全面渗透将推动工业从自动化升级为智能化。一方面，制造业将变得更为灵活、智能和个性化，实现自主运行和优化。另一方面，制造业从自动化向智能化演进的过程，也是工艺流程复杂化的过程，企业驾驭复杂度的能力也必须配套地进行升级，才能充分发掘物理—信息系统的潜力。“工业4.0”计划不仅包括生产技术、生产组织方式的演进，还包括了企业管理复杂工艺的能力提升。

(三)以制造业智能化引领智能社会

德国“工业4.0”计划包括如下三方面的基本内容。第一，工业的智能化水平将达到全新的高度。在“工业4.0”阶段，新型的“智能工厂”借助“社交网络”⑧，可实现“自然的”人机交互，这将重塑传统制造工厂模式下人机之间控制—反应的单向关系。为此，需要在制造装备、原材料、零部件及生产设施上广泛植入智能终端，借助物联网实现终端之间的实时信息交换，实时行动触发，实时智能控制，达到对生产进行个性化管理的目的。人还可以通过远程控制系统管理生产系统，这将使人类的工作与家庭生活之间的关系更加协调。

第二，以嵌入式制造系统推动全社会的智能化。在“工业4.0”阶段，除土地、劳动、资本和企业家才能等传统生产要素外，数据成为一种重要的新型生产要素，这将具有划时代的意义。依托于物理—信息系统，智能工厂出产可实时生成数据的“智能产品”，形成大数据系统。大数据经实时分析和数据归并后形成“智能数据”，再将“智能数据”进行可视化和交互式处理，实时向智能工厂反馈产品和工艺优化的方案，从而形成“智能工厂—智能产品—智能数据”的闭环，驱动生产系统智能化。而这一切的实现，不仅依赖于可靠的“云设施”，更为重要的是数据这一新型生产要素的生成和利用。按照“工业4.0平台”的设计，智能工厂和智能产品构成嵌入式制造系统，其功能是：企业间的业务流程形成横向价值链，企业内的业务流程形成纵向价值网络，再将横向价值链和纵向价值网络进行整合，从而实现产业价值链的全面升级，重塑企业内部的组织设计和企业间关系。德国还希望在智能工厂的基础上，借助物联网和务联网，将智能交通、智能物流、智能建筑、智能产品和智能电网等相互连接。所以，德国“工业4.0”计划的最终目标，是以制造业的智能化引领国民经济体系的智能化发展。

第三，为了部署和推广物理—信息系统，“工业4.0平台”还建议在全国范围内实施“双领先”战略。所谓“双领先”战略，一是对外实施“领先供应商战略”，其目标是发挥德国在先进制造技术解决方案和IT解决方案方面的优势，保持德国作为全球领先制造技术供应商的优势地位。该战略的基本思路是：按照制造业的特定需求优化互联网技术，促进制造业对接物理—信息系统；加强研发、技术创新和培训，展开应用试点工作；根据产业发展的新情况，创新商业模式，升级价值网络。二是对内实施“领先市场战略”，其目标是维持德国作为全球制造业领先市场的地位，利用本土市场促使国际化大企业和区域性中小企业共同接入全新的价值链。该战略的基本思路是：建立健全知识和技术转化机制，加速创新成果的商业化；实施示范工程和最佳实践政策，降低中小企业接入物理—信息系统的门槛；建设技术设施(如高速宽带)，教育和培训技能工人；按照个性化、高效率的原则调整组织，有效管理复杂性。

总之，德国“工业4.0”计划是加速新一代互联网技术和先进制造技术的应用，确保德国“高工资战略”下产业竞争力的提升，并以制造业的智能化带动国民经济体系的全面智能化。