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欧盟工业4.0成熟度和工4的三大影响

2016/4/21    来源:知识自动化    作者:佚名      
关键字:工业4.0  中国制造业  
欧盟内部关于工业4.0的认识,众说纷纭,莫衷一是。本报告编译自欧盟议会下属的智库,它列出了欧盟工业4.0的成熟度分析,重点考察了工业4.0倡议的可能性和带来的商业范式的变化,并深刻地评估了政府干预的逻辑链。
       工业4.0,仍然是德国的。

       欧盟内部关于工业4.0的认识,众说纷纭,莫衷一是。本报告编译自欧盟议会下属的智库,它列出了欧盟工业4.0的成熟度分析,重点考察了工业4.0倡议的可能性和带来的商业范式的变化,并深刻地评估了政府干预的逻辑链。

       欧盟制造业的1+N格局欧盟制造业现状总体可以概括成以下两个方面:在内部:制造业地位依然重要;但占总产值比例下降;各成员国制造业分化严重。

       在外部:全球竞争力仍然领先;但制造业向新兴经济体转移,外包;全球份额加速下降。在欧盟内部,约200多万家制造企业,提供了总就业人口的20%。而这些企业中的一大部分为中小型制造企业。尽管制造业的地位如此重要,但欧盟工业产值占总产值比重呈总体下降趋势。该比重由2000年的约18%下降到2009年的谷底约14%,后逐渐恢复到2012年的约15%。

欧盟工业产值占总产值比重,2000-2012

图1 欧盟工业产值占总产值比重,2000-2012


       分裂的欧洲制造业,正在蚕食着欧洲的合力。在欧盟成员国中,仅有罗马尼亚,保加利亚等几个国家的工业产值占总产值比重,保持非常有限的增长。

       在传统制造业强国中,去工业化趋势明显,其中英国下降5.3%,法国下降5.2%,意大利下降4.5%,西班牙下降4.6%。而曾经贡献了世界级品牌如诺基亚、KONE电梯等跨国公司的芬兰,比重下降的最狠,高达10.2%。

       心事忡忡的欧洲国家面面相觑。他们惊恐地发现,如果各成员国不积极采取鼓励制造业发展的政策,在全世界又重新掀起制造业新的浪潮过程中,未来欧盟在全球制造业中比重不言自明。

       在制造业份额方面,传统制造业强国中,德国在欧盟中比例由27%上升至31%;而英国份额则由15%下降至10%,排名由第二跌出前三。英国对欧盟的心情,不能不复杂。

欧盟成员国内部制造业份额排名 2000-2012(%)

图2 欧盟成员国内部制造业份额排名 2000-2012(%)


       显然,欧盟内部各成员国在制造业的现状各不相同并且分化严重。一方面,德国同以波兰,捷克,罗马尼亚为代表的部分东欧国家,正在巩固甚至增长其制造业份额,生产率也继续获得提高。

       而捷克可以说是欧盟制造业中的另类,它跟罗马尼亚为代表的部分东欧国家,制造业份额正在稳步增长。这跟哀鸿遍野的西欧制造业,构成鲜明的对比。

       另一方面,以英法两国为代表的西欧制造业强国,去工业化进程明显,但大力发展服务业似乎正在带来恶果。

       欧盟政策的演变二战后至今欧洲制造业政策的发展,大体分为两个时期:从二十世纪四十年代中至八十年代初的“纵向型(Vertical)”政策;

       从二十世纪八十年代初至今的“横向型(Horizontal)”政策。通俗的来说,纵向型政策是“直接动手”,由政策制定者通过特定政策垂直并直接作用于特定行业,领域和公司。而横向型政策则是“看不见的手”,由政策制定者通过构造和提高外部生态环境来间接作用于行业整体。

       前者可以形象的概括为“由上至下”的方法,而后者可以概括为“由外及内”的方法。纵向型的主要政策手段有诸如关税,补贴和保护性规定。横向型的政策工具主要有制度手段和预算手段,例如建立公私合作机制(PPP/Public Private Partnership)和政策框架(Framework)。在八十年代以前的“纵向型政策”时期,政府主要通过选择和引导特定支柱产业来推动国民经济发展。其中,以航天和计算机为代表的高科技产业成为重点发展的行业。欧洲国家希望籍此缩小同美国在生产效率上的差距。伴随着欧洲的去工业化进程和制造业不断外流至新兴经济体,该政策总体来说被宣告是不成功的。

       在八十年代以后的“横向型”政策时期,政府侧重于提高制造业企业的基础营商环境,通过构建新的秩序和制度,以提高企业竞争力和生产率。2000年,欧盟制定了其第一个十年经济规划“里斯本战略”,提出在2010年将欧盟建成全球最具竞争力和活力的知识经济体。然而由于实施过程中的困难重重,欧盟不得不于2005年将该战略目标,退而求其次,调整为以刺激经济和保障就业为主。与此同时,欧盟也启动了数项耗资巨大的工程诸如伽利略计划(Galileo)和国际热核聚变实验反应堆(ITER)。另一方面,美国在二十世纪九十年代通过风投和资本市场支持新兴企业的做法也为欧盟提供了新的思路。

       2010年,欧洲再次制定“欧盟2020战略”。作为“里斯本战略”的延续,主要通过提供更加合理的外部环境来刺激投资,加速新技术转化和提高资源利用效率。针对制造业,列出了以下六个重点发展领域:

六大重点领域欧盟工业4.0成熟度分析

图3 六大重点领域欧盟工业4.0成熟度分析


       六大重点领域欧盟工业4.0成熟度分析“工业4.0成熟度”,用以衡量某一个国家对于迎接工业4.0变革的成熟程度。最早由罗兰贝格咨询公司在其2014年3月发布的一份报告中首次提出,主要包含两个评价模块:行业卓越度(Industrial Excellence)和价值网络(Value Network)分别用于衡量其工业化和信息化现状。

       这给了我们观察中国两化融合的最好机会。两化各自的发展程度也就是工业4.0的成熟度,而工业4.0也成为促进两化融合的催化剂。该评价体系中,各个指标权重相同,最高分值为五分。

行业卓越度和价值网络分别用于衡量其工业化和信息化现状。

图4 行业卓越度和价值网络分别用于衡量其工业化和信息化现状。


       工业4.0成熟度衡量指标根据这种指标,欧盟主要制造国家可根据其对于工业4.0成熟度和制造业占总产值程度被划分为四类:领跑者(Frontrunners):德国,瑞典,奥地利,爱尔兰;潜力者(Potentialists):芬兰,比利时,丹麦,荷兰,英国,法国;传统者(Traditionalists):捷克,斯洛伐克,波兰,保加利亚,意大利等;观望者(Hesitators):西班牙,葡萄牙。

欧盟制造国家的工业4.0成熟度和制造业占比

图5 欧盟制造国家的工业4.0成熟度和制造业占比


       德国毫无悬念地处于领跑者的地位,而工业4.0将进一步强化德国工业优势地位;对农业倍加保护的西班牙和葡萄牙,则似乎被甩在了更远的后面。矛盾的欧盟该报告在进行总结的时候,不免怀着复杂的心情去落笔成文。看上去,工业4.0对欧盟来说是一项兼顾防守又主动出击的策略:一方面可保护本土制造业,另一方面又能增加其全球竞争力,同时解决劳动力短缺问题。欧盟甚至希望工业4.0能带来意外美好的制造业的回流。

       在劳动力市场方面,欧盟已经意识到“去工业化”,会导致其原有劳动力市场的供需关系产生错误配置。中产阶级由于“去工业化”而被毫无准备地弱化,从而使得劳动力资源原有的金字塔结构逐渐分化为两极结构。

       然而,欧盟内部在制造业现状上和对工业4.0的准备度上分化严重。这样的分化导致成员国在政策上产生分歧甚至裂痕:制造业强国希望推进自由贸易,促进出口;而制造业弱国则采取增加贸易壁垒措施,保护本土企业。而“横向型”政策也从侧面体现出,欧盟各成员国在制造业政策上仍然高度独立,各自为政。因此,欧盟层面上的制造业政策也只好伴随着求同存异的无奈,成为各方妥协的结果。二、欧盟怎么解读工4欧盟看工业4.0定义

       欧盟智库认为,工业4.0描述了生产过程的全新组织方式,在整个价值链上的进行自主通信和交流。换言之,一个关于未来智能工厂的模型,其物理过程通过计算机驱动的系统来进行监控;与此同时,再创立一个物理世界的对应虚拟模型,并且通过自组织机制来实现去中心化控制。

欧盟智库报告

图6 欧盟智库报告


       实际上,对于工业4.0的定义,欧盟智库沿用了德国政府最早给出的描述,称其为囊括先进技术和价值网络这两方面的一个宽泛且包容的概念。其具体化实施对象是基于科技的生产过程架构和沿着价值链能够自主交流的智能设备。

       这个概念考虑了制造业中信息化,以及基于传感器的物理对象,无缝融入信息网络。作为结果,制造系统在工厂和企业之间的业务流程上实现垂直互联和网络化制造系统。不同层级的信息系统从传感器,控制,生产,制造,执行到规划,流程和自动化都被设计和虚拟集成在一个流程里。物理模型甚至将变得不那么重要。

       同时在空间分散的价值网络上实现横向互联,并能够实施实时管理,无论是订单产生,还是最后的物流外送;而制造业变革的最底层逻辑的,将实现端到端的工程数字化集成,贯穿整个价值链:从设计,物流采购到制造,市场营销,物流外送,服务,直到售后服务。这些数字化技术,最后将工业产品和服务转变成具有综合属性的产品,制造业和服务业的边界将逐渐模糊。从本质来看,工业4.0被定位为将物联网融入到制造和服务过程中去的一项应用。

       因此,欧盟智库坚定的认为,物联网和服务网被认为是工业4.0的两大基石。

       六大基本特征然而欧盟智库也无力地承认,工业4.0所追求的变革仍然处于萌芽阶段。工业4.0作为概念本身,其仍需要进一步定义和充实。欧盟并不认同工4的逻辑德国工业4.0工作组认为工业4.0概念,作为一些列颠覆性创新和工业过程的跨越,将极大的提高生产率。按照这个逻辑,第四次工业革命将智能设备和价值链中的每一部分互联,并且下一代的自动化技术已经从2010年起出现。

       对此,欧盟并不买账,认为如此来区分历次工业革命显得过于简单,历史经济学家将会区分这到底是第三次工业革命的开始、延续还是第四次工业革命的开端。一个最为重大的缺陷是,同时,这个模型没有指出伴随着历次工业革命,工业领头羊由英国转向德国和欧洲大陆,继而转向美国。然而除了历史观之外,还有两个关键问题有待回答。一是工业4.0会在什么程度上改变游戏规则,并且导致生产率的跨越式增长而不是增量式的增长。

       如果对于第一个回答是肯定的,第二个问题是在何种程度上这种变革能被总结并且推广到更多的国家和更多的行业。

       显然,这样的争论符合对于工业系统发展的观察,将逐渐偏离从1970年代以来用于塑造生产系统的泰勒模式和福特模式。这个重要命题的普适性,需要回答。积极的动态进展尽管欧盟智库并不太喜欢工业4.0中提到的导致颠覆性革命的潜力。但这丝毫并不影响一些欧盟智库对动态技术的积极态度。例如最近几年在工业现场,首次可以将过去的信息孤岛,通过RFID(射频识别)芯片或微型异频雷达发射机联接起来形成生产链。这意味着每个产品都可以被嵌入其数字信息,并当它在生产线上移动时能通过无线电信号进行共享,产品间能够不通过人机交互界面而相互通信。

       由此产生的信息可以通过大数据和云计算过程进行分析,这将允许检测和发现一些存在于车间层面的问题,如机器老化,部件磨损等。

       在某种意义上,这一过是一个完全自动化的过程,智能设备通过获得未成品信息和调整自身参数来实现自主生产运作管理及其优化。此外,这些技术改进将使个性化产品定制变成可能,将消费者加入到批量生产的过程中来。另一方面,这种形式又使得制造企业能够对不断变化的客户需求和市场条件作出迅速反应。

       欧盟实施工4的战略在实施工业4.0的过程中,报告建议欧盟在确保原有“领先供应者(Leading supplier)”战略的同时,将“领先市场(Lead market)”这一新战略吸纳为其“双轮驱动战略”中的另一个轮子。双轮战略的提出,是欧盟智库,基于德国政府一段对于工业4.0背景及其意义的描述。工业4.0作为德国政府确定的十大未来项目之一,以确保使德国成为领先供应者和领先市场。“领先供应者”战略,用“中国话”来说,可以称为“供给侧”方面的战略。就是政府通过鼓励科技创新,技术改革以使企业达在与同行的全球市场竞争中脱颖而出,保持领先优势。

       与其对应的自然而然就是“需求侧”方面的战略,而“领先市场”战略正是其具体化的体现。“领先市场”作为一个创新学概念,在2000年初由Marian Beise教授提出,并在2007年后被吸纳入欧盟重启后的“里斯本战略”,成为其产业政策的一部分。“领先市场”的学术定义是指最早将具有全球性潜力创新大规模应用并成功将其先其他市场推广的区域性市场。值得注意的是,这些创新并不要求一定由“领先市场”所原创,而却必须是在“领先市场”首先成功推广。一个著名的例子是商用移动电话,其最早在美国发明,却最先在北欧地区得以市场化成功推广。作为“领先市场”的北欧在向全球市场推广(在创新学中称为“渗透”)过程中,通过制定国际标准,转让知识产权等手段,获得了超出平均水平的收益,并创造出爱立信等跨国巨头。

       不但鼓励自己企业不断创新,还要保证引进创新能成功推广,这就要求政府能够构建创新友好型市场。作为政策工具,政府可以通过立法,标签,标准,认证,和技术引导型采购来建立“领先市场”。比如,欧盟在2012年11月通过实施轮胎标签法案,强制要求市场上销售的轮胎必须标明其滚动阻力,噪音和湿滑路面抓地力的性能等级。这一法案的推广,一方面极大加强了欧洲轮胎企业同发展中国家同行的竞争力,另一方面也推动全球轮胎企业增加研发投入,通过创新提高产品质量。

       然而单独采取“领先市场”或“领先供应者”战略并不能推进工业4.0的实施,而两者的结合却有着极其重大的意义。“领先供应者”作为供给侧战略通过科技创新来“推”(Push),而“领导市场”作为需求侧战略通过消费来“拉”(Pull)。一推一拉之间,市场通过资源配置,不断动态调整供给和需求双方并最终推动创新和变革。

双轮战略,编者手绘图

图7 双轮战略,编者手绘图


       尽管各个国家对于工业4.0的看法说法不一,但基本共识是一致的,那就是通过数字化这个抓手推动技术和服务,将实体和虚拟,内部和外部,端点和网络进行无缝地集成与融合,从而形成全价值链的服务。三、工四的三大影响

       该报告列出了工业4.0可能带来的三大影响,其分别是技术层面影响,社会层面影响和商业范式层面的影响。由于工业4.0尚处于其萌芽阶段,对于其可能带来的影响更多的是通过探讨和分析得出。

       技术层面影响在技术变革方面,数字化将成为价值链升级的主要动力。尽管很多企业意识到了这项变革的意义,但却极少有企业尤其是中小型企业真正准备好迎接变革。例如,企业在数据安全的投入和风险管控方面所受到的影响,其具体体现在以下几个方面。

       知识产权的保护传统的知识产权注重于保护产品设计相关信息,而工业4.0背景下的知识产权保护则或许要进一步考虑对譬如商业模式和生产过程中信息的保护。工业4.0所倡导的定制化生产也为知识产权保护带来了新的命题。经由用户在生产厂家提供的基本设计之上自身提出的新设计,新功能,其知识产权究竟属于哪一方?隐私保护伴随着企业获取越来越多的数据以更好分析用户信息的同时,企业同时也承担着更大的保护用户隐私的义务。值得注意的是,隐私保护不仅局限于此前被重点关注的产品上,也体现在相应的服务上。比如远程读表系统,其不但降低了人力物力成本,还可以帮助智能电网优化以节约能源。但是另一方面,大量关于客户的数据可以被用来分析出用户的作息时间,生活规律。如果一旦这些数据被不法分子盗用,将可以帮助其确定何时屋里没有人。另外一个值得商榷的问题是作为服务商比如软件供应商,是否有权力使用生产过程中获得的相关数据?操作权限针对一般用途电脑的安全性措施对于工业用途的电脑显得并不是那么有效。首先,一些早期投入使用的设备,其安全措施欠缺,在其设计建造时TPC/IP协议都还没有被使用。

       另外,对于许多单体设备,其对于防范联网后所产生风险的能力很低。据统计,有大约七成工厂没有采取数据保护措施。2014年发生在德国某钢铁厂的骇客攻击事件说明了这并不是杞人忧天。据报道,骇客通过攻击该钢铁厂的办公网络,转而获得进入生产网络的操作权限。在企图控制整个生产的过程中,导致高炉受到严重的损坏。据事后分析,骇客的真实企图在于窃取整个工业控制系统及其流程,而高炉的损坏只是其无意造成的后果。截至目前,这起骇客的攻击路径和方法仍是未知之迷。这一事件也从一个侧面反映出当前企业对于工业设备操作权限保护的缺失。工作健康和安全当智能设备和操作人员处在同一工作空间时,确保设备的行为能被准确预测以防止危害人生安全的行为显得极其重要。近期媒体报道的发生于德国大众汽车厂的一起机器人致工人死亡事件就是一个惨痛的教训。

       该名22岁的工业在协助机器人抓放汽车零部件时,被机器人抓起后直接推向金属板。虽然该机器人的错误操作尚属于无意行为,但如果骇客能够通过软件控制机器人,其后果可想而知。

       社会层面影响工业4.0在社会层面的影响主要体现在劳动力市场,尽管当前其影响力仅局限于利益相关人群(Stakeholders),但长远来看,其将会影响整个人才供需关系。首先,工业4.0将带来一系列生产和管理方式的变革。包括个人职责的扩大,去中心化的管理,更大自主决定的权利,组织结构的管理方式从泰勒模式转为整体模式或社会技术系统模式。这就要求人才具有驾驭复杂系统,作出正确决定,以及协调各方等能力。在迈向单一数字市场的(Digital Single Market,DSM)过程中,在欧洲据估计就有约82.5万左右的相关人才缺口。而对于工业4.0,相关技术人才的缺口将会更大。欧盟各国在为工业4.0变革提供其所需的技术和人力资源方面也表现出不同的现状,并可能进一步分化。在人才缺口加大的同时,工业4.0同时带来大量低技术劳动力的失业。欧盟22国在2015年通过的里加宣言里专设一项旨在提高劳动力在数字时代工作能力的“信息化工作技能2015”计划。其具体行动包括增加在信息化工作技能上的投入,培养年轻失业群体运用信息化工具的能力,和推进欧洲商业领袖在信息化时代的管理能力。商业范式影响在商业范式的变革方面,主要挑战体现在中小公司能否融入工业4.0升级后的价值链。对于中小企业,推进工业4.0的动力的主要来自两个方面:一方面与其同处一个价值链的上下游大公司积极推进工业4.0,并制定相关标准。另一方面,工业4.0能实实在在的带来生产率的提升和创新能力的增强。据2010年一项统计表明,在欧盟内部,大公司的人均产值约为73000欧元,而中小企业人均产值仅为39300欧元。同时,物理和信息世界逐渐模糊的边界和更加开发分布的生产模式降低了中小企业的入门门槛。价值链的细分和专业化为中小企业创造了更多机会并催生出新的产业模式

       然而另一方面,中小企业也面临着数字化升级所带来的挑战。一方面,中小企业缺乏对工业4.0所能带来好处的认识,甚至感到威胁。2014年,一项对于一千家营收在50万欧到1.25亿欧的德国中小企业的调查显示,35%的中小企业认为数字化对其没有任何重要作用。而对于微型企业,持同样观点的比例是52%。只有21-25%的中小企业采用诸关键绩效指标(KPI),标杆分析法和行业协会内部交流等方式来推进数字化。另一方面,大量的资金投入,基础建设投入,专业人才的招聘都为工业4.0在中小企业中的推进增加了困难。对于这些挑战,公共部门对于为中小企业营造一个更好的生态系统来向工业4.0转变可以起着重要作用。危险和充满诱惑的中国制造

       届于各个国家都有自己的战略,欧盟智库在最后也不忘地对全球各国的战略进行了研究,其中对于“中国制造2025”和“互联网+”也进行了一番评述。

欧盟成员国的各自国家战略

图8 欧盟成员国的各自国家战略


       欧盟成员国的各自国家战略中国在这方面的发展在,被报告称为工业4.0和工业互联网联盟的有力竞争者。

       欧盟认为中国启动了野心勃勃的制造业兴国的计划。对此,专门提到了关于专利与创新的问题。德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会近期发布了一份关于近三年中国工业4.0相关专利研究的报告。该报告指出中国科学家已在无线传感器网络,嵌入式系统,低成本机器人和大数据方面申请了大量的专利。中国在工业4.0相关的专利申请数量上已将美国和德国远远甩在身后,这也从一方面预示着中国未来将会在制造业信息领域成为领跑者。

       这也迫使那些试图向中国推广工业4.0解决方案的外企,必须摸清其中国同行已在关键领域注册了哪些技术。例如,针对机器人可靠工业网络而提出的节能技术。在这个方面,中国最大的机器人生产商新松机器人在近三年已经注册了约140项发明。与此同时,还有许许多多的中国机器人生产商活跃在市场上。当然,该报告也提出这些庞大专利数量是否能够代表其高质量的疑问,指出中国当前存在的对实用新型专利的低质量应用的现状。关于中国制造2025与工业4.0的关系,欧盟不无酸意地提到,中德似乎进入了蜜月期。双方政府高层都表达了强烈的合作愿望,和积极地推动。然而报告也泼出冷水,指出在中国建立数据保护将是对外企一项既艰巨而又耗资巨大的任务,这让许多中等企业无法承受。而对于超大型公司,他们是否能够成功的防止数据和知识产权剽窃也仍是一个问号。

       对于当下的中国制造业而言,我们需要以平和的心态,去了解这些欧盟伙伴们,在手忙脚乱地应付工业4.0的同时,是如何看待中国制造业的变化。
责任编辑:赵蔓
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