第二节 工业4.0对产业发展的影响

工业4.0是制造业生产方式的智能化革命，它的核心是提高海量数据的可用性和集成度，使生产价值链上所有产品、装备、资源和管理者互联互通；进而从数据中挖掘附加值，通过改善生产流程来提升生产质量和效率、满足不同客户的多元需求。这种基于工业生产数字化的标准体系和信息安全技术的全新产业链，以及智能生产所实现的定制化都将对工业产业链发展趋势产生重要的影响，最突出的体现就是世界范围内制造业产业集成化趋势凸显。

一 产业集成化

从某种程度而言，工业4.0不仅仅是制造业的智能化升级，也代表了未来产业发展方向，即产业集成化将成为工业发展的大趋势，而工业固有的集聚发展的特点使得产业集成会出现横向集成或纵向集成的形态。

1．集成化发展趋势

2013年，在德国“工业4.0”的报告正式问世之际，汉诺威工业博览会中“产业集成化”这个主题成为业界关注的重点。产业集成化指出了跨行业之间联网和产业整合的强劲趋势。产业集成化在各个方面都可以带来的变革：更高的成本效益、产品质量和可持续性，从而提升所有重要的竞争优势。在未来10至15年，甚至更长一段时间内，制造业的综合整合将对全球产业产生巨大影响。

2014年和2015年展会连续以“产业集成，未来趋势”和“产业集成——加入网络大家庭”为主题，体现出数字集成化正成为现代制造业的一个重要组成部分，而且这一趋势势必会快速推进。在2016年的展会上，展会展出的解决方案运用范围涵盖从机械改装到完整生产线集成化，而大数据的捕捉和分析也为工业发展注入了新鲜动力，这标志着工业4.0的重大突破。

产业集成化是对目前产业组织结构和生产方式的一种变革，被称为“继蒸汽机、工业制造、自动化技术之后的第四次工业革命”，产业集成化展现出工业发展的趋势：其一，自动化、能源、研发等不同工业领域之间的关系越来越紧密；其二，信息技术在工业中的应用越来越多，生产线越来越灵活，工业的下一次主要变革将由其带动；其三，“融合”也指生产过程中，机器与机器、机器与工件之间的互联，这使得生产设备按照不断变化的需求自我调整成为可能，并可提高生产效率。

需要指出的是，集成化已不再限于单纯的生产操作，由于能源系统也已迅速变得智能化，越来越多的分散式发电机——包括风能发电、太阳能发电、水力发电和沼气发电——正在并网发电，“集成能源——未来能源系统”成为2016年展会的又一主题同样受到广泛关注（见表1-7），能源行业——从发电、输电、配电、储电形成集成的完整供应链，以及对可再生能源完整循环的交互模型将成为未来发展趋势。

2．发挥集群优势

根据集群发展意味着更多的创新、更多的增长、更多的就业机会的理念，德国联邦教育与研究部（BMBF）2007年度推出集群大赛，其核心是通过技术的发展来解决社会挑战。经过一系列的竞争与选择，到2012年集群智能技术系统（it's OWL）脱颖而出，成为德国发展工业4.0全力支持的重大研发项目。智能技术系统是计算机科学与工程的相互结合的产品。机器和设备上集成了软件组件，以便进行控制、调节和数据处理。这套系统将智能赋予了技术机械系统。智能技术系统具备以下四个关键特征：

· 适应性：与环境互动。

· 坚固：在不断变化的环境中应付突发状况。

· 主动：在预计获得的知识的基础上，影响效果不同。

· 用户友好：考虑到用户的不同行为。

智能技术系统为公司提供了新的视角，以及越来越多的功能，形成了多种创新的基础，并增加了产品和生产系统的联网提供的需求。

集群项目“it's OWL”致力于在全球市场的智能技术系统中发挥主导作用，它由47个项目组成，共分为三种类型，即5个横向项目、33个创新项目和9项可持续性的措施，耗资约100亿欧元。“it's OWL”是技术带头人和优秀研究机构的技术研发合作平台。在横向项目方面，高校和科研机构合作开发智能技术系统的新技术，包括自我优化、人机交互、智能网络、能源效率和系统工程等。在创新项目方面，主要是企业与科研院所的新产品、技术和应用合作，创新项目被分成三个渐进类：子系统、系统和网络系统（见表1-8）。

可持续性的措施主要是促进持续发展的势头，确保并加强地区的竞争力，具体的内容包括：市场公开和透明、坚持市场导向、技术验收、预防和打击盗版，推动教育和技术转让。技术转让计划从2014年7月1日起启动，它已经促进企业，尤其是中小型企业，进入开发的流程。这样做是为了让有资格的公司深入了解这些应用，并且支持与地区科研院所的合作伙伴关系。技术转让的两个主要工具是经验交流团体和150个重点转移项目，其中后者为技术转移提供了资金支持。

二 产业流程重构

在工业化的进程中，伴随着技术的进步，产业的分工或分类也不断增多，并愈来愈细，这是经济活动的分解或组合，变化总是发生在企业整体的内部。例如，使用蒸汽机、生产流水线、电气自动化无一不是在企业内部框架下发展起来的。而如今工业4.0试图打破这一发展模式，将企业间的融合纳入4.0的变革中来。当前产品生命周期相比于20年前已经大大缩短，这就意味着开发周期也被迫压缩，在这样的压力之下，更加需要一个可靠的产品规划和开发流程，其中通过数字化流程和数字化工程加强企业间的生产或技术联系是核心，由此构成新的产业流程。

1．基于工业4.0标准体系和信息安全技术的全新产业链

现代工业下产业链的形成需要完整和可行的标准基础，新兴技术只有和标准化同步顶层设计，才能够保证系统的协调一致，保证预期目标得以实现。例如：苹果公司在其硬件、软件、网络的研发或升级过程中，都要考虑超前标准化和同步标准化的问题，只有这样才能使系统协调一致，使苹果品牌的组装生产形成全球产业链，进一步围绕着苹果品牌形成全球市场供应链和技术服务体系。

专栏1.2 PDC和GSM标准之争

日本研制的PDC制式的手机其技术和质量堪称世界一流。但是由于日本想要独霸市场，没有及时将其技术纳入国际公认的标准体系当中，只能在其有限的国内市场进行销售。

反观欧洲，由于其快速地将GSM技术纳入欧洲标准体系当中，并将接口技术标准公开，使得GSM技术迅速占领了全球市场。标准决定了创新成果通往市场的路径，充当了从新技术到市场的传播媒介，所以形成了全球范围内激烈的标准制定主导权之争。

标准决定着技术创新的路径和研发成果是否可以被市场接受，技术创新成果需要和标准紧密结合才有可能得到有效的推广。标准统一性的另一面就是强烈的排他性，一旦新技术融入公认的标准之中，那么技术路径就确定下来，在同一领域很难形成新的技术体系。同质的企业要么选择退出，要么成为这一领域的跟随者，这也是发达国家或地区以及强势企业不断推进技术标准化进程的原因之一。

标准在产业利益分配格局中起着决定性作用，技术标准或产品标准主导者与跟随者之间分享的利益差距巨大，因为社会化分工、专业化协作是以标准化为基础的，标准的主导者通过主导标准，来决定产业价值链上的分工及利益分配比例，获得持续稳定的垄断利润。

工业4.0行动计划的一个重要组成部分就是标准体系，工业4.0智慧工厂需要标准体系的支撑才可以有效地实现，标准体系构成了包括软硬件接口、数据安全性、生产流程等在内的一系列标准。目前“工业4.0”概念下的物联网标准制定正在有序进行。包括国际标准协会、行业协会、区域性协会都努力在标准的制定上占据制高点。信息化是工业4.0重要的特征之一，对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求，催生了以太网和控制网络的结合，网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、无线技术等新兴技术融合进来，拓展了工业控制的发展空间。另外，信息安全的挑战也日益突出，能否确保信息安全决定着工业4.0的信息化能否实现。

2．定制化驱动下的工业产业链新趋势

定制化是服务业的突出特点之一。伴随着经济快速发展，主要发达国家产业结构中服务业已经占据过半比重，产品的定制化已经广泛出现在经济生活当中，定制化的概念也影响了工业发展。一方面，工业产业定制化直接影响着产业链的构建，另一方面关联产业的定制化，包括农业和服务业的定制化也会影响工业产业链的构建。具体而言，工业产品的定制化要求产业链有更加灵活和多样的生产能力，要求产业链相关企业搭建更加紧密的联系，包括地理空间的联系、生产流程的联系、管理控制的联系等。与此同时，关联产业的定制化给工业产业提供了更加广阔的发展空间，而关联产业的自身特点也一定程度上限定了定制化的范围，可以让定制化更加快速地响应顾客的需求。

在信息爆炸的时代，消费者心理变化非常迅速且难以捉摸，但定制化从来就不是无限随意定制的概念，它受到既定技术水平、最小批次生产、质量监控等条件的约束。如何在定制化和产业链发展之间找到平衡点，并且把握平衡点的动态变化，是发展定制化生产最大的挑战。所谓有限的定制化，一方面，是需要确定有限的产品方向，以此降低生产成本；另一方面，在限定的产品方向内，满足成本可控的个性化需求，并且灵活地运用价格机制来引导消费者定制需求。因此，定制化是消费者、营销者和生产者之间一个全新的平衡，而不是消费者个人任意的需求表达。

需要指出的是，定制化并不能完全取代规模化生产，两者之间不是完全取代的关系，而是互补的关系。定制化生产有希望在经济社会生活中占据一定的比例，但是整个社会依旧会以规模化生产为主。随着定制化生产的崛起，定制化成本会有效地降低，这就会迫使规模化生产不断降低成本和提高质量，规模集成化程度也会越来越高，以此应对定制化生产的不断竞争。

三 对合作模式的影响

工业4.0的发展是一项复杂的系统工程，其发展过程中跨界合作和跨区域合作都不可或缺，加强科技和工业界之间的合作伙伴关系是不断优化创新的条件。

1．跨界合作

“工业4.0”在德国得到各研究机构及产业界的积极参与，“科学—产业经济研究联盟”就是德国推动“工业4.0”的一个跨界机构，是一个聚集了一批重要企业、大学和研究机构的技术咨询机构，其成员有以西门子、德国电信、英飞凌、博世等为代表的德国企业，包括瑞士ABB、美国惠普和IBM在内的外国企业，还有包括慕尼黑工业大学、柏林艺术大学、德国国家科学与工程院、弗劳恩霍夫应用信息技术研究所、弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所等在内的大学和研究机构。

2．跨区域合作

跨境生产研究ERA-NET和MANUNET是“德国2020年高科技战略”的重要内容，也是一个国际合作的平台，22个欧洲国家在ERA -NET和MANUNET为工业4.0选定的项目上进行协调科研。例如，作为ERA-NET项目的一部分，在制造工艺与建筑物自动化的智能组合的研究中，与选定公司的合作将使得德国合作伙伴获得欧洲合作伙伴的专业知识、项目成果的后续开发利用，这不仅有利于个别企业，也有利于整个行业和跨国合作的研究领域。

ERA-NET是国家和地区的科研经费或组织之间的合作，程序机构由欧洲委员会协调和资助。欧洲区域内的研究碎片化问题应该通过国家计划来解决，以使得它们之间的研究主题更加协调同步，进而实现国家间的合作。因此，国家和不同成员国的区域资金来源放在一起互为补充。