美、中、德、日各國“工業(yè)4.0“的核心差異

原標(biāo)題：日、德、美、中各國“工業(yè)4.0“們的核心差異

2015年，李克強(qiáng)總理提出了“中國制造2025”的國家戰(zhàn)略后，“中國制造2025”經(jīng)常在各個(gè)場合被提及。與此同時(shí)，日、美、德國的“工業(yè)4.0”概念也常常被與“中國制造2025”一起被提及。它們是不是同一個(gè)概念？在巨大的工業(yè)基礎(chǔ)差別下，彼此又有哪些不同？

大數(shù)據(jù)與制造的關(guān)系

大數(shù)據(jù)與制造間的關(guān)系可以用下圖表示，有3個(gè)重要的元素：

1、問題：制造系統(tǒng)中線性或隱性的問題，如質(zhì)量缺陷、精度缺失、設(shè)備故障、加工失效、性能下降、成本較高、效率低下等。

2、數(shù)據(jù)，從制造系統(tǒng)的5大要素中獲得的，能夠反映問題發(fā)生的過程和原因的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的獲取應(yīng)該是以問題為導(dǎo)向，目的是去了解、解決和避免問題。

3、知識：制造系統(tǒng)的核心，也就是Know-how，包括制程、工藝、設(shè)計(jì)、流程和診斷等。知識來源于解決制造系統(tǒng)問題的過程，而大數(shù)據(jù)分析可以理解為迅速獲取和積累知識的一種手段。

大數(shù)據(jù)與智能制造之間的關(guān)系可以總結(jié)為：制造系統(tǒng)中問題的發(fā)生和解決的過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以了解問題產(chǎn)生的過程、造成的影響和解決的方式；當(dāng)這些信息被抽象化建模后轉(zhuǎn)化為知識，再利用知識去認(rèn)識、解決和避免問題。當(dāng)這個(gè)過程能夠自發(fā)自動(dòng)循環(huán)進(jìn)行，即我們說的智能制造。

問題和知識是目的，而數(shù)據(jù)則是手段。在上圖的要素中，把數(shù)據(jù)換成人，就是“工匠精神”，換成“自動(dòng)化產(chǎn)線和裝備”就是“工業(yè)4.0”，換成互聯(lián)網(wǎng)就成了“互聯(lián)網(wǎng)+”。

對知識的理解、積累和傳承方式差異，決定了各國不同的制造業(yè)文化

日本：通過組織文化和人的訓(xùn)練不斷改善，在知識的承載和傳承上非常依賴人

日本制造業(yè)文化最主要的特征就是通過組織的不斷優(yōu)化，文化建設(shè)和人的訓(xùn)練來解決生產(chǎn)系統(tǒng)中的問題。20世紀(jì)70年代日本提出的“以全生產(chǎn)系統(tǒng)維護(hù)TPM”為核心的生產(chǎn)管理體系，核心思想：全效率、全系統(tǒng)和全員參與，實(shí)現(xiàn)方式主要3個(gè)方面的改善：提高工作技能，改進(jìn)團(tuán)隊(duì)精神和改善工作環(huán)境。20世紀(jì)90年代后，日本選擇以“精益制造”作為其轉(zhuǎn)型方向。

日本企業(yè)解決問題的方式通常是：發(fā)生問題——人員迅速到場、確認(rèn)現(xiàn)場、探究現(xiàn)實(shí)，并解決問題——分析問題產(chǎn)生原因，通過改善避免問題。最后知識落到了人的身上，人的技能提升后，解決和避免問題的能力也就提升了。

對日本企業(yè)而言，員工是最重要的價(jià)值，對人的信任遠(yuǎn)勝于對裝備、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的信任，所有自動(dòng)化和信息化建設(shè)都是圍繞著幫助人去工作為目的，所以日本企業(yè)從不會去談機(jī)器人換人或無人工廠。但這樣的文化在近幾年遇到了巨大的挑戰(zhàn)，日本的老齡化使得年輕一代制造業(yè)人才大量短缺，沒有人能夠去傳承知識。日本意識到了自己在數(shù)據(jù)和信息方面的缺失，在日本的工業(yè)價(jià)值鏈產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的架構(gòu)和目標(biāo)上，19條工作項(xiàng)目中，有7條與大數(shù)據(jù)直接相關(guān)。

日本的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略是應(yīng)對其人口結(jié)構(gòu)和社會矛盾的無奈之舉，轉(zhuǎn)型過程中面臨許多挑戰(zhàn)，首先是數(shù)據(jù)積累的缺失，其次是日本工業(yè)企業(yè)保守的文化造成軟件和IT技術(shù)人才的缺失。

德國：通過設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷升級，將知識固化在設(shè)備上

德國的先進(jìn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線舉世聞名。同時(shí)德國人嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘L(fēng)格及獨(dú)特的“學(xué)徒制”高等教育模式，使得德國制造業(yè)風(fēng)格非常務(wù)實(shí)。然而德國很早也面臨勞動(dòng)力短缺的問題，德國不得不通過研發(fā)更先進(jìn)的裝備和高度自動(dòng)化生產(chǎn)線彌補(bǔ)這個(gè)不足。

德國解決問題的邏輯是：發(fā)生問題——人解決問題——將解決問題的知識和流程固化到裝備和生產(chǎn)線中——對相似問題自動(dòng)解決或避免。除了生產(chǎn)線追求問題自動(dòng)解決，德國在企業(yè)管理方面也盡可能減少人為影響因素。最好的企業(yè)資源管理（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（EMS）、自動(dòng)排程系統(tǒng)（APS）等軟件供應(yīng)商都來自德國。大量的信息錄入和計(jì)劃的生成及追溯通過軟件完成，盡量減少人為因素帶來的不確定性。

德國對數(shù)據(jù)的采集同樣缺少積累，因?yàn)榈聡圃煜到y(tǒng)對故障和缺陷采取零容忍態(tài)度，出了問題就通過裝備端改進(jìn)一勞永逸解決問題。由于生產(chǎn)線的高度自動(dòng)化和集成化，整體設(shè)備效率非常穩(wěn)定，另數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化的空間也比較小。

德國依靠裝備出口獲得了巨大經(jīng)濟(jì)回報(bào)，但大多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品本身只能賣一次，賣一個(gè)客戶少一個(gè)客戶。同時(shí)，發(fā)展中國家的裝備制造和工業(yè)能力近兩年崛起，德國的市場不斷被擠壓，2008-2012年德國的工業(yè)出口幾乎沒有增長。于是德國提出工業(yè)4.0計(jì)劃，其背后是德國在制造系統(tǒng)中所積累的只是體系基礎(chǔ)后，同時(shí)將德國制造的知識以軟件或工具包的形式提供給客戶，作為增持服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)在客戶身上持續(xù)盈利。德國工業(yè)4.0設(shè)計(jì)框架的核心要素就是整合。

美國：從數(shù)據(jù)和移民中獲得新的知識，并擅長顛覆和重新定義問題

美國在解決問題國產(chǎn)中，最注重?cái)?shù)據(jù)的作用?？蛻粜枨蠓治觥⒖蛻絷P(guān)系管理、質(zhì)量管理、設(shè)備健康管理、供應(yīng)鏈管理、服役期管理等各方面都大量依賴數(shù)據(jù)進(jìn)行。美國企業(yè)普遍選擇非常依賴數(shù)據(jù)的6-sigma體系，美國還在21世紀(jì)初提出了“產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）”的概念，核心是對所有與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)在整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行管理，管理對象為產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，目的是全生命周期的增值服務(wù)和實(shí)現(xiàn)到設(shè)計(jì)端的數(shù)據(jù)閉環(huán)（closed-loop design）。

除了利用知識解決問題外，美國也擅長用知識進(jìn)行顛覆式創(chuàng)新，從而對問題進(jìn)行重新定義。例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)，降低發(fā)動(dòng)力油耗，大多數(shù)企業(yè)會從設(shè)計(jì)、材料、工藝、控制優(yōu)化等角度去解決問題，而通用電氣發(fā)現(xiàn)飛機(jī)油耗與飛行員駕駛習(xí)慣以及發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)情況非常相關(guān)，于是從制造端跳出來轉(zhuǎn)向運(yùn)維端去解決問題，效果比制造端改善還明顯。

中國：選擇了精益體系，缺乏數(shù)據(jù)積累

中國制造業(yè)在2000年后質(zhì)量和管理改革大多選擇了精益體系，一方面因?yàn)橹腥瘴幕嗨菩裕嘁驗(yàn)橹袊髽I(yè)普遍缺乏數(shù)據(jù)的積累和信息化基礎(chǔ)，這個(gè)問題目前依然存在

制造中價(jià)值鏈的位置是競爭力的決定性因素，各國在價(jià)值鏈布局也不同

生產(chǎn)活動(dòng)中，價(jià)值要素分布從上游到下游依次是：想法創(chuàng)新與需求創(chuàng)造、原材料與基礎(chǔ)使能技術(shù)、關(guān)鍵裝備與核心零部件、生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)、產(chǎn)品和服務(wù)。在整個(gè)價(jià)值鏈要素分布中，中國在生產(chǎn)過程和生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)具有優(yōu)勢（主要體現(xiàn)在勞動(dòng)成本和生產(chǎn)能力方面），但是在其他各環(huán)節(jié)都處于劣勢。不同國家在價(jià)值鏈的分布和布局也不同。

美國：牢牢占據(jù)生產(chǎn)要素的上游，努力向下游延伸

美國在生產(chǎn)活動(dòng)要素分布中，在想法創(chuàng)新和需求創(chuàng)造、原材料和使能技術(shù)，以及產(chǎn)品增值服務(wù)端具有明顯優(yōu)勢。美國工業(yè)系統(tǒng)核心競爭力來源于6s生態(tài)體系：航天航空（space/aerospace），半導(dǎo)體（semiconductor）、頁巖氣（shale gas）、智能化服務(wù)創(chuàng)值經(jīng)濟(jì)（smart ICT service）、硅谷創(chuàng)新精神（Silicon Valley spirit）、可持續(xù)人才資源（sustainable talent pool）。

美國白宮在2012年3月提出了國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（NNMI），在制造業(yè)4大領(lǐng)域建立9個(gè)研究創(chuàng)新中樞。牢牢掌握工業(yè)價(jià)值鏈中價(jià)值含量最高的幾部分，即使德國的制造設(shè)備再先進(jìn)，中國制造系統(tǒng)再高效，都可以從源頭確保核心競爭力。

德國：充分發(fā)揮關(guān)鍵裝備與零部件、生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，通過服務(wù)增值增強(qiáng)盈利能力與競爭力

德國在關(guān)鍵裝備與核心零部件、生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)兩個(gè)環(huán)節(jié)有明顯技術(shù)優(yōu)勢，中小企業(yè)為核心的隱形冠軍企業(yè)和學(xué)徒制雙元教育，為德國工業(yè)提供了扎實(shí)基礎(chǔ)。高素質(zhì)的技術(shù)工人和工程專業(yè)人才歷來被看做德國的經(jīng)濟(jì)支柱。然而金磚國家為代表的新興經(jīng)濟(jì)體基本完成了工業(yè)化，導(dǎo)致德國的工業(yè)裝備需求停滯不前。

德國提出“工業(yè)4.0”的核心目的主要有兩方面，一是增強(qiáng)德國制造的競爭力，為德國的工業(yè)設(shè)備出口開拓新的市場，二是轉(zhuǎn)變以往賣設(shè)備而服務(wù)性收入占比較小的狀態(tài)，將重心向產(chǎn)品端向服務(wù)端轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)德國工業(yè)產(chǎn)品的持續(xù)盈利能力。

日本：在產(chǎn)品環(huán)節(jié)丟失大量市場，但產(chǎn)業(yè)裝備競爭力在向上游轉(zhuǎn)移

以往日本制造的核心競爭力主要在于生產(chǎn)過程和生產(chǎn)系統(tǒng)、產(chǎn)品及服務(wù)端。近兩年，日本最強(qiáng)勢的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)汽車和消費(fèi)電子不斷被韓、美、中占據(jù)。在背后，其實(shí)是日本創(chuàng)新方向的轉(zhuǎn)變，在上游原材料和關(guān)鍵裝備及關(guān)鍵零部件領(lǐng)域擁有更多話語權(quán)。索尼在喪失消費(fèi)電子領(lǐng)域老大地位后，在醫(yī)療領(lǐng)域取得突破，已經(jīng)占據(jù)全球內(nèi)窺鏡80%以上的市場份額。日本在《2015年制造業(yè)白皮書》中，將人工智能和機(jī)器人領(lǐng)域作為重點(diǎn)發(fā)展方向，同時(shí)也將加強(qiáng)在材料、醫(yī)療、能源和關(guān)鍵零部件領(lǐng)域的投入。

中國：工業(yè)化和信息化深度融合作為主線，在10個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性發(fā)展

2015年中國提出“中國制造2025”，將工業(yè)化和信息化“兩化”深度融合作為發(fā)展主線，力爭在10個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性發(fā)展。

根據(jù)之前的分析，作者給中國制造提出的建議：著重填補(bǔ)中國工業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)的缺口，改變核心零部件和先進(jìn)材料過度依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀；努力提高生產(chǎn)效率，從粗放生產(chǎn)模式想精益模式轉(zhuǎn)變；重視工藝和制造過程的研究和生產(chǎn)過程的管理，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量；努力研發(fā)核心生產(chǎn)設(shè)備和智能設(shè)備，并對設(shè)備的使用進(jìn)行精細(xì)化和信息化管理。同時(shí)，要注重原始想法的創(chuàng)新，提升產(chǎn)品的服務(wù)能力和持續(xù)盈利能力，以顧客端的價(jià)值缺口為導(dǎo)向創(chuàng)造新的市場機(jī)會，利用增值服務(wù)提升中國工業(yè)產(chǎn)品的核心競爭力。

來源：智能制造

作者：李杰

編輯：IPRdaily趙珍          校對：IPRdaily縱橫君

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