实施工业 4.0 对于德国经济的意义及其对中国制造业转型的启示
互联网的发展使工业与信息产业不断深度融合，德国敏锐地率先提出工业4.0计划，拉开了第四次工业革命的大幕，推动了制造业的世界竞争。谁能率先实现，谁将引领世界！
■ 史世伟／文
2015年是中德“创新合作年”，10月29—30日德国联邦总理默克尔第八次访华，“创新”成为重要的议题。在默克尔访华前夕，中国国家工信部与德国联邦经济与能源部就中国与德国在“工业4.0”领域的相关合作达成协议。这表明德中两国将在高科技领域开展更多的合作，把中国的工业和制造业提升到一个新的水平。
2013年4月8日，德国政府委托的经济与科学创新联盟联合德国三大工业协会[1]共同推出了《保障德国制造业的未来：4.0计划的实施建议》，标志着德国开始正式启动工业4.0计划。在其中，德国科学界和相关经济领袖将实现工业4.0看作是一场新的工业革命，由此将创造出许多新的市场和就业机会。德国提出工业4.0的目的在于在战略上为德国经济的未来指出方向，如果德国能够顺利实施工业4.0，不仅能够继续保持其在装备制造业的世界领先地位，并且将在制造业的未来发展上引领世界。在国际金融危机后世界经济不景气，亟需新的增长动力的形势下，德国的这一举措立刻引起了世界各国和各界的高度重视。作为回应，世界另外两个制造业大国美国与中国都推出了自己的制造业创新发展与升级计划，一场围绕着制造业发展的世界竞争的序幕由此打开。
什么是工业4.0？
我们知道，从人类走进工业化社会以来，制造业经历了三次革命，它们分别是18世纪末以引入蒸汽机动力为标志的第一次工业革命，19世纪末使用电能动力、实现大批量生产的第二次工业革命，以及20世纪70年代开始的使用电子和信息技术，使工业生产进一步自动化的第三次工业革命，其影响持续至今。每一次工业革命都大大地提高了生产力水平并使社会生活发生了根本变化。如今工业生产面临又一次变革：随着互联网的发展，工业与信息产业将进一步深度融合，生产将全面实现数据化和智能化。这就是第四次工业革命，即工业4.0的愿景。
可以发现，除工业生产系统越来越精密和复杂之外，每一次工业革命都基于一种核心技术的使用和推广，在前三次工业革命依次为蒸汽机、电动机以及逻辑程序控制器。而工业4.0的核心技术是信息物理融合系统（Cyber Physical System, CPS）。CPS是一种通过传感器直接收集生产过程中物质对象信息、通过促动器直接对生产过程发布指令的嵌入系统，这些由智能硬件和软件操控的生产和提供服务的过程通过物联网、数据网络和服务网络实现直接的数字化连接，从而可以在生产过程中使用世界范围内采集的数据和服务，实现多方式的人—机和机—机互动。通过CPS，数字化的虚拟世界与人类生产及消费所需要的物质世界将实现完美的结合。因此工业4.0的实现取决于CPS在制造业的大规模推广和运用，而嵌入系统由封闭的系统到网络化的系统直至更高水平的CPS还有一段较长的路要走。工业4.0不是简单的互联网+工业，这种模式通过线上客户反馈和线下按单生产已经部分实现（海尔模式），而是“工业互联网”，即通过互联网和嵌入系统实现生产过程中全面的人机与机机互动。
对于人类社会发展来说，工业4.0的未来运用具有巨大的潜力：第一，它可以使生产柔性化和智能化。目前，大批量生产导致产品过剩，而消费者的需求越来越向个性化和定制化方向发展。工业4.0通过大数据和云计算实现各种设计和仿真模型（3D）任何时间、任何地点的搜集，客户、服务商、供应商和生产商跨边界的信息交流以及在生产系统中人与嵌入式的机器以及机器与模块化产品部件之间的智能互动，最大地满足消费者个性化的需求，创造出新的商业模式，甚至创造一个新的市场。第二，通过对生产过程的智能控制可以实现生产的最优决策和成本的最小化，提高资源和能源的生产率，实现清洁、可持续的绿色生产。第三，工业4.0将使生产与生活的组织方式发生变革。它能通过智能化的辅助系统，使人类的劳动生命延长。将来的智能工厂和生产是分散化的，大都位于城市生活区内，虚拟对象的增加使许多岗位只要联网即可以在家里执行，人们不再需要因为工作而集中到城市外围的工业园区。智能生产模式创造出一种新的工作与生活结合的方式，可以更好地应对人口老龄化带来的挑战。
2015年4月15日，在德国汉诺威，机器人Titan在汉诺威工业博览会上为参观者做表演。2015年汉诺威工业博览会的主题为“融合的工业·加入网络”。在此主题之下，参展商们展示工业自动化和信息技术、能源和环境科技、动力传动和控制、工业产品和生产工艺及服务和产品研发方面的前沿产品、技术和解决方案。“工业4.0”、增材制造、能源效率和智能电网等是此次展会重点展示的工业潮流。
德国是世界上名副其实的制造业强国。德国经济的创新核心是19世纪晚期在机械制造、电子技术工业或化工业领域形成的多样化优质生产，它的实质在于利用经济与科学的新型共生关系实现无形价值的创造，这种价值创造只是在边缘上来自与传统工业一致的物质转化。它更多地依赖于对市场需求、研发问题和关于生产程序、应用程序的整体解决方案，以及有利于产品适时供给、融资和确保其他质性特点的整合型服务。可以看出，这正是实现工业4.0计划近乎完美的前提条件。当今，德国不仅有很强创新能力的高端生产技术制造商（如蒂森克虏伯）、提供世界先进水平嵌入式系统（如西门子）和企业管理软件（如SAP）的大型企业，还拥有一大批被企业战略专家西蒙称为“隐形冠军”的中型企业，即在某一个细分的工业领域排全球前三名，在所在地区排第一名的企业。根据德国管理专家西蒙2014年的最新统计，在全球2764家中型领导企业中，德国占了1307家（47%），美国仅占366家，中国为68家。[2]在工业3.0，即生产自动化和程序化方面，德国就处于世界领先地位。在智能化和数字化方面，德国企业也发展较快。根据毕马威咨询公司（KPMG）和德国信息技术、电信和新媒体协会的调查，受访的德国403家企业2011年至2013年使用云计算的比例分别为28%、37%和40%，且呈不断上升趋势。[3]
在《德国高科技战略2020》的六大未来课题中，工业4.0占有突出的地位。《德国高科技战略2020》指出，今天生产技术领域创新的80%来自于生产与通讯信息技术的结合。根据高科技战略负责部门德国联邦教育与研究部的表述，工业4.0是开辟德国未来经济、技术与社会政策区位的重大举措，将德国广泛运用在汽车和机械制造领域、已经取得世界领先地位的嵌入系统与通讯信息技术和互联网结合起来，不仅能够进一步强化生产自动化、开辟新的商业模式以及生产与物流方面的优化潜力，而且还能够创造出应用于高科技战略中气候和能源、健康和食品、交通工具等广泛领域的新服务部门。[4]
根据《工业4.0实施建议》，德国在实施工业4.0计划中实行双元战略，一是继续贯彻将IT技术与传统高生产技术深度结合的路径，保持德国装备制造业全球领先的地位；二是装备制造业着力对CPS主导市场的研发与开拓，这主要包括：对不同层面生产系统的纵向集成；对价值网络的横向集成；整个价值链上工程技术的数据化贯通。
在新的价值网络中，纵向集成主要是指企业内部的融合，从产品研发、规划到生产、销售、物流以及售后服务，也就是所谓的“智能工厂”。而横向集成指供应商、企业和消费者之间的网络，从供应商提供原材料，到企业设计、制造，再到最后的消费者，产品的生产在高度动态的横向商业网络中进行。在过去的程序控制系统中，硬件和软件并没有太多的联系，生产模式分散，而在工业4.0下，从产品开发到工程技术再到生产和售后服务都由CPS技术相联系，形成新的连续的工程技术工具链，用户的要求能够贯穿产品设计到制造整个流程，工程师可以对整个流程进行实时监控。这种网络化生产实现了智能化的全价值链融合。
另外，工业4.0计划的实施是一个庞大的系统工程，它不仅是对CPS的研究与开发，还包括下述行动领域:标准化与参考架构；管理复杂系统；建立全面宽频的设施基础；安全和保障；工作的组织与设计；培训和持续的专业发展；监管框架；资源利用效率。
工业4.0十分依赖系统集成和大企业与中小企业间的协作，而这正是德国经济的强项。德国国家创新系统有政府、经济界与科学教育界长期协商和合作的传统。这一方面体现在德国科研机构和高校在研发方面分工明确，另一方面则是大学、职业学校与企业在技术转化和“二元制”职业培训体系方面的合作机制。这种体制十分有利于高端技术的扩散以及高素质技工的培养和职业稳定。德国经济和科技体制的这种组织与制度安排有利于持续、渐进性创新以及集成创新。工业4.0计划诞生的过程就是德国“协调式市场经济”体制的最好体现。工业4.0的概念和内容主要由政府委托的德国科学和经济界著名专家组成的“经济与科学创新联盟”4.0工业组提出，而实施则由德国三大产业协会专门成立的“工业4.0工作平台”来负责。联邦政府仅扮演了发起者的角色。
尽管如此，德国政府在其创新政策框架内也对工业4.0进行支持。2009年，在联邦政府的倡议下，有关专家提交了“发展嵌入系统的国家路线图”，与此同时，德国政府对“智能工厂”、“智能生产”、“物联网”以及“3D打印”等研发项目提供了资助。2012年1月，在联邦政府主持的“尖端集群竞赛”中，东威斯特法伦地区利珀市（Lippe）的“智能技术系统”集群脱颖而出。工业4.0计划正式提出之后，德国联邦政府将一共投入2亿欧元的资金进行资助[5]。目前，德国在智能工厂、智能生产，即工业4.0计划的纵向集成方面已经取得了突破性进展，但在横向集成和全价值链工程技术数据化贯通方面还需要继续探索、努力。可以说，德国制造业目前已经处于工业3.5的阶段，工业4.0已经不是遥不可及。近年来，由于新兴工业化国家的崛起，高收入经合组织国家制造业增加值占世界总值的比重从2002年的73.87%下降到2011年的54.41%，而金砖五国的比重上升超过了一倍，中国的比重更是从约8%上升到超过20%[6]。与其他主要工业国家相比，德国下降的幅度不是很大（比重由7.10%下降至6.58%）。而在制造业中技术含量高的装备制造业，德国以12%的世界市场份额处于龙头老大的地位（美国为10%，中国为8%）。
当然，德国在实施工业4.0方面还存在一些困难。首先，德国在互联网技术方面相对比较落后，缺少像谷歌、亚马逊这样的大公司，美国为重振制造业提出了“工业互联网”，力图用其互联网优势夺取新一轮制造业变革的先机。因此，德国在实施工业4.0中面临着来自美国的巨大挑战。美国乃至中国互联网技术的发展主要得益于其在商业上的运用，中美都有巨大的国内市场，而这是德国所缺乏的。根据德国中小企业经济协会的调查，2013年德国40%的中小企业尚未触网[7]。另外，相对于强大的制造业，德国在软件方面略显薄弱。其次，对于工业4.0究竟会给企业带来多少好处，许多德国企业，特别是一些中小企业并不很清楚，且担心数据安全问题，参与热情不高[8]。因此，工业4.0的实施需要得到全社会的广泛认同，它是一个渐进的过程，不可能一蹴而就。
德国工业4.0对中国实施“中国制造2025”计划的启示
在德国工业4.0的启发下，中国国家工信部和中国工程院牵头推出了《中国制造2025》，规划经李克强总理签批，由国务院于2015年5月8日公布。目前，从规模上中国已经是世界制造业第一大国，具有部类齐全、独立完整的制造业体系，但是中国制造业大而不强，缺乏自主创新能力，在关键核心技术与高端制造设备方面高度依赖国外资源。因此，中国迫切需要抓住新工业革命的契机，实现产业结构转变，变中国制造为中国创造。《中国制造2025》制定了实现这一转变的“三步走”战略，是一个顶层设计的中国制造业十年发展规划。
中国政府毫不回避《中国制造2025》与德国工业4.0的关联，国家工信部部长苗圩在不同场合表示，《中国制造2025》始终贯穿一个主题，就是加快新一代信息通信技术与制造业的深度融合。在这一点上德国工业4.0与《中国制造2025》目标方面高度一致。但是我们与德国处于工业发展的不同时期，与德国在工业3.0基础上迈向4.0不同，中国制造业还有相当一部分停留在3.0甚至2.0。但后发优势理论表明，如果我们能够很好地贯彻执行《中国制造2025》规划，实现“弯道超车”不是没有可能。由于中国在建设制造业强国路径上采纳了德国标准，在执行《中国制造2025》过程中与德国合作以及借鉴德国经验就显得具有十分重要的意义。
从以上对德国工业4.0计划的研究中至少能够总结出以下几点经验：一是正确处理国家与市场的关系。在德国，实施工业4.0主要是企业的事，其成败取决于企业家的眼光、才能和冒险精神。政府主要职责在于把握宏观方向及提供研发补贴等必要的公共产品与服务。中国政府以往习惯于对产业发展进行直接干预，大包大揽，一方面抹杀了企业家精神，助长“搭便车”行为，另一方面，政府过多地介入微观事务，分散了从事宏观层面规划和指导的精力。《中国制造2025》规划确定了“企业主导，政府引导”的基本原则，使这一原则能够得到认真地贯彻执行，以尽快消除不利于市场经济发展的体制和制度障碍。二是充分发挥自身经济与制度的比较优势，既兼顾当前，又考虑长远，在竞争与合作中逐步实现宏伟目标。中国制造业虽然在总体上创新能力不强，但航空航天、大型计算机、信息通讯设备以及轨道技术等领域已经处于世界前列，所以要发挥我们已有的优势，首先在这些领域实现智能化和数字化，带动其他领域发展。中国体制制度上的优势是集中力量办大事，中央政府的执行力是我们赶超先进国家的基础。要防止地方与部门利益削弱整体利益、政出多门等弊端。在保证企业自主权和创新活力的同时，保证中央政府一些重大项目和举措的实现。三是在总体目标和规划确定后，政府要制定和实施一系列科技与创新政策，为企业与科研机构相应的研究活动、成果转化和商业开发提供激励。对于政府的研发补贴、税收减免以及其他促进措施要进行很好的设计和策划，对于其成效需进行科学评估，要雪中送炭，而不是锦上添花，好钢要使在刀刃上。
【本文受到教育部人文社会科学重点研究基地重大项目“中国与欧盟的国家与地区创新体系比较研究”（中国人民大学欧洲问题研究中心项目号:11JJD810016）的资助】（作者系对外经济贸易大学教授，国别与区域研究所欧洲中心主任）
（责任编辑：徐海娜）
[1] 德国信息技术、电信和新媒体协会（BITKOM）、德国机械及制造商协会（VDMA）以及德国电气和电子制造商协会（ZVEI）。
[2] “郝倩：为什么德国企业不创新会死”新浪财经，2015-01-14，http://test.jwxlschool.com/ finance.sina.cn/zl/2015-01-14/zl-icczmvun4977013. d.html?vt=4&cid=79615.
[3] Statista, “Nutzung von Cloud Computing in Unternehmen in Deutschland in den Jahren 2011 bis 2013”, http://de.statista.com/statistik/daten/ studie/177484/umfrage/einsatz-von-cloud-computingin-deutschen-unternehmen-2011/.
[4] “Zukunftsprojekt Industrie 4.0”, http://www. bmbf.de/de/9072.php.
[5] 同上。
[6] The World Bank,“Manufacturing,valueadded (% of GDP)”,http://data.worldbank.org/indicator/ NV.IND.MANF.ZS.
[7] http://www.derwesten.de/wirtschaft/vielemittelstaendler-verschlafen-auftritte-im-internetid7663175.html.
[8] https://www.telekom.com/medien/loesungenfuer-unternehmen/247970.