信息技术

从工业4.0平台任务看德国中小企业

2017-06-08 08:52:01 宣传科 25

1 工业4.0与德国工业4.0平台

工业4.0是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助,投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网,即利用物联信息系统(Cyber Physical System,CPS)将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化,最后达到快速、有效、个人化的产品供应。“工业生产的数字化与自动化”成为德国工业“4.0”理念最重要的外显特征。而由德国经济与能源部,德国联邦教育部及三大行业协会组织(Bitkom(德国信息技术和通信新媒体协会)、VDMA(德国机械设备制造业联合会)和ZVEI(德国电气和电子制造商协会))共同发起成立的德国工业4.0平台(Plattform Industrie 4.0)正是为了推进作为第四次工业革命的工业“4.0”战略的实施而成立的、以政府为主导力量的跨界组织。其主要任务包括:支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新;升级本国工业体系,增强德国工业在全球的竞争力;构建工业4.0技术标准,并将行业应用示范推广;其中包含为产学研用乃至政府部门提供具备前瞻性与可操作性的各个行动方案推荐,发起与实施合适的标准体系,以及鉴定评估具有说服力的行业应用案例。

然而,工业“4.0”战略的目的并非是实现大部分人想象中以“数字化”、“智能化”与“自动化”为特征的“智能工厂”(“Smart Factories”),而是能够通过以“智能工厂”为特征的第四次工业革命,持久地保持德国工业经济在复杂多变的经济与技术背景下的响应能力与国际竞争力,能够使得德国企业和劳动力具备随时满足这一背景的所需能力。因此,一般意义上的“智能化工厂”、“工业互联网”及“数据互通”等生产中可实现的某种特定状态并不能涵盖工业4.0的战略目的,在工业4.0理念下并不排斥相对独立的企业生产运营状态;另一方面,工业4.0也并非单纯的仅仅指向工业制造企业,如果将德国经济视作一个大型“工场”,那么手工业、服务性行业乃至媒体与娱乐行业都将被纳入其“生产”过程中去。因此,工业4.0平台并非是一个仅为实现技术与经济目标而存在的组织,同时还承担着社会性、政治性以及文化性等其他多元化目标。

2 工业4.0平台的主要任务

由于德国制造企业,尤其是大中型制造企业生产的智能化水平已经很高,其工作重心在于如何高效利用现有的生产资源、去满足各类消费者和客户的个性化需求。因此,不像我国的众多制造企业仍然需要完成从1.0、2.0阶段向上实现能力提升的任务,大部分德国企业,包括中小企业在内的制造企业目前主要面临的是如何找到适合一条自身的工业4.0发展之路,通过不断保持自身的创新能力以应对未来可能出现的竞争机遇与风险。简而言之,工业4.0的战略意义在于如何使得企业内部的各个领域,如组织构架、信息与数据安全等,随时随地有能力应付数字经济背景下可能出现的各种问题,而非促使各类企业达到一种动态或静态的生产水平或状态。

工业4.0平台的重要组织者之一——德国机械设备制造业联合会(VDMA)提出的工业4.0就绪度模型也从侧面论证了上述结论。该模型提供了明确企业工业4.0现状、逐步建立自己的工业4.0模式的方法,并提出了代表企业工业4.0水平的6个等级:未规划级、初始级、中间级、熟练级、专家级、行业顶尖级,还提出了衡量企业工业4.0就绪度的6个维度,即战略与组织、智能工厂、智能运营、智能产品、数据驱动服务以及雇员,并进一步分解成18个域。其等级定义反映的是企业在各个维度是否已经制定或是实施符合其自身的工业4.0战略,而非反映企业在某个领域应该达到的水平或状态。例如,被定义为熟练级的企业已经制定了适合自己的工业4.0发展战略,在多项业务环节有资金投入,并将创新管理加入到企业发展战略中去;而未规划级的企业不满足工业4.0的所有要求。一个大型整车装配厂可能在智能工厂方面的就绪度高于一个巧克力厂商,而其在产品智能功能方面的就绪度远远低于家电制造厂商,同样一个被评估为“未规划级”的企业的生产车间并不一定处于低自动化的水平,只能说明该企业对工业4.0这一理念的陌生。此外,“未规划级”的企业还包含诸如手工业、媒体与教育行业等目前和工业4.0基本不相关的行业企业,但并不排除其在未来需要做出相应变革的可能性,同样也并非只有最高级才是适合每个企业的最佳选择。

目前,工业4.0平台的工作重心主要包含以下五大领域:

(1)促进基于数字化制造流程的企业组织和工作方式变革。

(2)推进信息与数据安全系统的建立。

(3)打造标准体系并进行宣贯实施。

(4)构建工业4.0战略下的法律框架体系。

(5)加强全球性的知识交换与创新。

上述五大领域除了(2)与(3)更为专注于技术变革与进步外,其余任务更多考虑的是,如何为企业打造一个环境去适应于更充分的应对以数字化为特征的第四次工业革命带来的机遇和挑战。在工业4.0平台目前成立的5个工作组中,工作组2“研究与创新”(Forschung und Innovation)、工作组4“法律体系构架”(Rechtliche Rahmenbedingungen)与工作组5“工作、培育与再教育”(Aus- und Weiterbildung,Arbeit)致力于为包含中小企业在内的众多企业提供创新与应用推广计划;对企业与行业在工业4.0环境下的机会与风险进行评估以及为企业人员的智能化改造与能力提升提供相关服务,同时工作组推动跨行业跨企业间的对话,促进不同国家与区域及专业领域间专家间的交流合作。

在工业4.0平台目前的体系中,诸如大众、西门子之类的大型制造企业提供技术与解决方案;占绝大多数的德国中小企业以联合方式参与创新研发并分享创新成果,行业协会负责4.0技术与理念的推广,填补研究机构与产业界初创企业的鸿沟;研究院所负责技术开发与标准制定及人才培养。眼下,即使在德国,占企业总数量98%,其产品市场份额不低于70%的中小企业仍然出于投资的性价比与风险等原因还处在是否要向数字化的生产模式转型的怀疑与犹豫之中:相当部分的中小企业既不积极主动参与其他企业的研究与创新,也不期待自身从第四次工业变革中能够获取多少利益。因此,如何最大限度调动这部分企业,尤其是占制造业总数95%以上的中小企业参与积极性,为其鉴定并展示出工业4.0的应用成效,是工业4.0平台目前工作成功与否的核心评估标准。如何准确挖掘与评估占经济总量绝大多数的中小企业在工业4.0道路上的重要问题与瓶颈,是工业4.0平台各个工作组能否有针对性开展工作的关键所在。

3 德国中小企业在工业4.0道路上面临的问题与挑战

3.1 工业4.0的实现需要将相当一部分高素质的专业人才带回德国中小企业

目前,德国的中小企业,尤其是中小制造企业和新兴技术产业面临着人才不断流失这一关键问题。一方面,离散型的制造模式需要现代信息通信技术与自动化机械设备的深度融合,从而使得生产与管理组织机构的复杂性与灵活性大大加强,并对企业的雇员的专业技术能力提出更高更广泛的要求,并为企业雇员带来明显的竞争压力。由于中小企业自身经济与技术基础有限,不像诸如大众、西门子等跨国公司具备良好的人才造血机制与空间并能得到顶尖高校的大力支持,很难真正且有效地满足工业4.0环境下的人机互动场景所需要的组织机构改造与雇员能力提升。根据工业4.0就绪度模型,雇员的技术技能与技能获取以及企业组织的在该领域的投入投资是衡量企业工业4.0的重要标准之一。以德国机械设备制造业联合会即VDMA为例,该协会有会员企业3100家,其中87%是雇员人数少于250人的中小型企业,而这些中小型企业当中又有80%是家族企业,早在工业4.0理念正式出台之前,在机械制造行业领域就普遍出现了专业技术人才培养的缺乏与滞后,从而导致技术创新与应用的延迟和中断,这一现象在中小制造企业当中尤为突出。2012—2014年期间,大约22%的机械制造企业因专业人才的缺乏无法有效开展技术进步工作,而这一比例在2004—2006期间约为20%,这一现象目前已经延伸到电气与汽车行业领域,并且在短期内这一现象暂时无法得到有效解决。另一方面,由于较周边国家的税收负担较高,而大量德国的技术人才由于其优秀的专业能力与教育背景更能得到周边国家各类制造企业的青睐,客观上造成了局部的人才缺乏,这一现象尤其在企业研发经费有限的情况下尤为明显。尽管近来年,德国的各级地方政府已经充分意识到这一问题,但是由于受公共财政的制约,未能对这一瓶颈问题实现本质的改善。

3.2 工业4.0技术与解决方案的推广传播方式与应用领域还有待进一步拓展

2015年工业4.0平台提出一个参考模型(Referenzmodel)作为德国工业4.0的标准体系构架后,并未据此进一步就工业4.0的具体实践与实施场景进行描述。与此同时,众多源于制造企业生产领域与信息通信领域的工业4.0项目的开展与实施玩去取决于企业与行业的具体需求。来自于德国工业4.0平台的另一重要参与机构——德国信息技术、电信与新媒体协会(Bitkom)的最新研究报告显示,工业4.0在德国大部分企业,尤其是中小企业仍然以自动化解决方案的开发与实施为主,这无疑还属于工业3.0的进一步延伸,而非以数字化智能化为特征的工业4.0革命。该研究反映,这类技术变革与应用的目的仍然致力于企业现有业务模式的优化,从而实现时间与经济成本的降低;另一方面,这类技术变革目前还首先局限于机械制造行业,其次是车辆及其零部件行业领域。在其余工业制造领域及非工业企业当中,无论是面向生产流程的智能技术,还是作为输出物的智能化产品及延伸服务,都罕有成熟的案例和典范,除了某些带有个性化定制的在线服务以外。从这一点也反映出德国工业4.0就绪度模型的战略意义:帮助众多企业定位工业4.0环境下的自身产品与服务应具备的能力,为企业找到一条能够适合未来竞争要求的建设路径。上述现象也反映出另一具有德国特征的事实:机械制造行业与汽车行业领域由于受政府扶持政策较多,因此具备对竞争威胁有较强的抵御能力。然而,这一情况也造成德国众多工业企业将技术投资与投入的重点放在设备与数据的互联互通方面,很多企业尚未看到设备与数据的互联互通的真正目的是为了实现企业与其市场伙伴及其他参与者之间的互动,打破过往企业与企业之间,行业与行业之间的壁垒,从而发掘新商业模式的潜在空间。

除此之外,大部分成功的研究成果与应用方案对公众、对大部分中小企业而言是难以企及的。除工业4.0平台之外,鲜有行业组织有能力与机会将工业4.0相关的技术与应用成果面向企业与大众进行公开,到目前为止,包括工业4.0平台之内基本只能通过少部分专家与行业组织以及媒体公开的出版物了解与收集相关应用案例。

相较于机械与车辆制造等高端装备行业领域,以日用消费品、食品、服装等为代表的都市轻工业中小企业具备浓厚的家族化与区域局限性等行业特征,以全球工业互联与数据互通为重要特征的工业4.0对其的影响还相对有限,尤其是与农业相关的食品加工制造行业企业长期以来是德国政府传统的重点扶植对象,在相当程度上使其免受因全球化区域化竞争带来的巨大冲击与影响。如何促使这部分企业能够尽快适应工业4.0这一不可抗拒的全球产业发展趋势,也是工业4.0平台及其参与组织乃至德国各级政府目前极为关注的热点问题之一。

3.3 德国企业,尤其是中小企业的对外直接投资需求是以基于工业4.0的创新能力作为支撑的

在全球经济一体化的整体趋向下,诸如德国一样的发达工业国家的对外资本输出形式逐渐由早先的技术输出转变为向目标国家进行大规模的直接投资,投资的主体也逐渐由以车辆与机械为代表的装备制造企业扩展到其它产业与行业领域。作为大型制造企业供应链体系中的部分中小企业,也逐渐主动与被动参与到对外资本与技术输出的变革进程中来。

以中国市场为例,德国中小企业一直将中国作为消费产品的加工基地,在华生产的产品大部分返销欧美地区,随着中国经济的稳定高速发展,越来越多的德国企业的对华投资方式由以往的资本与设备输出转向技术与服务输出;另一方面,中国政府出于产业转型升级的巨大压力也对来自于境外的投资提出的新的要求,大众于2014—2015年期间在宁波、成都和佛山的巨大投资并不是仅仅为了满足中国乘用车市场的需要,同时还肩负着帮助国内汽车制造行业提升工厂与车间的数字化智能化水平以及为我国未来新能源车辆的研发与生产提供技术支撑与试验环境的关键任务。和大众等跨国集团稍有不同,德国中小企业更倾向于保护自身的专业技术与知识产权,一来德籍的高层管理人员和顶尖专业技术人员通常无法长居中国,二来中国的信息安全与法律体系能否对德国企业的技术与应用创新成果提供足够的保障也是众多德国行业企业长久以来较为担心的原因。受土地、劳动力等成本上升等的影响,以上海为代表的中国制造业发展面临严峻的形势,而作为上海制造业中占有重要地位的德资制造业同样面临严峻挑战。体现德国“工业4.0”理念的技术解决方案以及在诸如生物医疗、环境保护等领域的高技术产品既是中国实现制造业转型升级不可或缺的途径,也是德国中小企业及其创新成果落地转化的理想模式之一,中国在软件开发与互联网领域的良好土壤亦是德国企业践行工业4.0道路的试验场景之一。

针对许多德国高技术中小企业想到中国发展,但缺少资金这一普遍现象。中德工业4.0联盟执委会主席周向前表示:“我们筛选后会对一些企业进行金额较少的投资,帮助他们建立中国团队,这样他们就能进入A轮融资阶段,与上海企业合作,开拓中国市场。”在上海,诸如中德高科技投资对接会之类的专业机构目前为中德企业交流合作搭建平台,促进德国高科技项目在中国落地,也让国内投资基金有机会评估德国项目,这种方式同时降低了德国企业,尤其是中小企业以及投资企业双方的风险。如何面对与进一步推进“中国制造2025”和的德国“工业4.0”对接,如何实现技术与应用创新的对外输出与成果落地转化,也是工业4.0平台各个工作组关注的核心问题之一。在4.0平台与各个行业协会的配合下,2016年德国成立10家中小企业数字化中心,用于促进手工行业的数字化进程,2017年预计将会有更多中小企业工业4.0能力中心成立,用于提升德国中小企业的创新能力;同时,大力支持诸如能源环保、生物医疗、化工及循环经济等领域的高科技中小企业的技术与标准输出;此外,在华德国企业和德国商会将会进一步大力推进双元制培训和相关职业培训的开展与实施,实现从雇员、组织管理到工厂管理直至技术与产品创新的全方位对外输出,从而加强德国企业,尤其是中小制造企业对外投资的竞争力。

4 结论与建议

工业4.0平台作为德国国家战略的主要载体之一,承担着为国际上产学研用政各界提供技术与标准体系架构研究、应用案例征集乃至基于需求的商业模式的验证与部署等多样化工作任务。“工业4.0平台”在制造业中根基雄厚,是国家战略计划和高技术新战略中数字与经济社会主题下的一个计划,旨在实现制造业转型升级,从以服务为导向上为众多德国中小制造企业的未来发展找寻出路;而美国的工业互联网产业联盟体现的是工业界愿景,旨在充分利用工业物联网,实现更多领域的互联互通互感互知,通过分布式智能设备利用先进软件分析创造更多数据价值。从中可以看出,工业4.0重在构建面向下一代制造价值链的详细模型;工业互联网注重工业物联网中的跨领域与互操作性。因此,德国制造企业,尤其是中小企业自身供应链体系的能力提升及其对外输出效益是德国工业4.0平台制定工作重心的首要出发点,在德国工业领域的芯片、操作系统、软件及云计算等核心技术都被美国掌握的情况下,德国工业4.0平台希望通过打造并推广应用“信息物理系统”(CPS)这一以数字化为特征的转型升级路径,即在充分利用德国领先的嵌入式等技术的情况下,在智能工厂与智能生产两个核心领域进行重点研究与应用,并通过纵向、端对端及横向集成,实现企业内、企业间、生态圈的集成,从而达到高度自动化、数字化、网络化、智能化、个性化、社会化的生产与服务模式,并实现由局部优化到整体优化的质变与转型升级,从而实现不断保持德国整个企业群体乃至国家的核心竞争力处于国际前列的国家战略目标。同样,美国的工业互联网产业联盟在定义自身工作重心的首要参考要素是其IT行业对于海量数据的深度挖掘与价值实现模式。

我国的工业互联网产业联盟(AII)借鉴并对标美国工业互联网产业联盟与德国工业4.0平台于2016年年初成立。由于美德两国自身已经具备较为突出与明显的产业核心竞争力与需求,其产业联盟和平台的自身工作任务与目标也十分清晰,并且其运作已经具备鲜明的产业化市场化特征。而我国无论是在工业传感器、工控系统领域,还是在工业软件和工业网络产业领域都和国际先进水平有着明显的代沟性差距,而我国的互联网产业虽然已经形成规模效应,但是较高的工业技术门槛在一定程度上延缓其涉足工业互联网与制造领域的步伐,因此我国的产业联盟除了需承担德国工业4.0平台下诸如标准制定等典型工作任务外,还应该肩负起一些致力于解决我国行业与企业特有问题的关键性任务:

(1)政府产业扶持政策的导向把控与专项资金的优化配置。不同于美德等国在类似领域内已经具备较为完善的自我市场调控能力这一特征,我国工业互联网领域的发展步伐在相当程度上依赖于各级政府的产业政策方向与资金扶持力度,无论是在技术攻关、应用创新方面,还是在产业互动融合、投融资及风险承担等领域,需要开展大量的前瞻性研究与探索,过程性的跟进与监控等工作,以保证工业互联网领域的发展不偏离我国国家整体战略的方向,保障资金与资源投入在产业、行业与企业的基本使用效率。

(2)与同质/相关产业联盟形成常态化的互动沟通机制,并对相关行业协会组织的工作任务进行指导与资源协调。伴随着工业互联网与智能制造在我国的落地进程,在汽车、机械、信息通信等领域涌现了一批以行业领军企业为核心成员的联盟、协会或其他类似形式的行业组织,由于其成员结构的相对单一性、专业技术领域的相对局限性等特征,已经逐渐不能满足工业4.0与工业互联网提出的“跨领域”、“多向集成”及“生态圈打造”等诸多新要求。作为我国行业联盟的领军者,无论是工业互联网产业联盟,还是智能制造产业联盟,一方面需要通过相互间的横向沟通,提升技术与标准成果的转化质量;另一方面需要通过对联盟中的行业和企业实现纵向沟通协调与行业集成,更好地挖掘与满足行业与企业对于技术与产业资源的特定需求,使联盟参与者能够更好地发挥自身特点同时也能更高效地分享到联盟的各类资源与工作成果,尤其是对同样在我国占绝大多数的中小企业来说,其生命周期的长短相当程度上依赖于产业联盟中的成果共享与产需资源对接机制,因此打造兼顾多方的效益分享机制也成为国内外同类机构眼下的当务之急。

德国工业4.0平台作为德国国家战略实施的重要载体之一,其组织构建、工作模式及成果经验在很多方面值得我国政府主管部门和产学研各界的主导机构借鉴吸收。尤其是如何促使大量中小企业加强其自身的研发投入与创新,改变目前我国创新主体仍然来源于少数高校、科研机构和大型企业这一局限性特征,让中小企业成为真正的创新主体与产业“隐形冠军”,让高校与科研机构成为技术成果转化的前沿基地,则是我国国家战略成败与否的关键点之一。

参考文献

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基金项目:上海临港地区智能制造产业专项“工业互联网综合试验床平台”(ZN2016020109)。

作者简介

秦健:中国信息通信研究院华东分院博士。

资料来源:中国信息通信研究院官网