工业4.0的六大误区

工业4.0的六大误区,您被忽悠了吗?

 

工业4.0是兴起于德国、风靡全球的一次新技术革命。德国学术界和产业界普遍认为工业4.0概念是以智能制造为主导的第四次工业革命,旨在通过充分利用信息通讯技术和网络物理系统等手段,将制造业向智能化转型。

 

虽然工业4.0愿景远大,技术尖端,涵盖的内容广泛,但对其主要概念理解起来也并不复杂,可简单归纳为“123”,即1个核心——CPS赛博物理系统,2个主题(智能工厂与智能生产),3项集成(纵向集成、端对端集成、横向集成),再外加“双领先的策略”。如果能正确理解这些概念,就能很好理解德国工业4.0的实质,可以很好地指导企业战略、战术的制定及实施。

 

 

下面我们就一起梳理一下6个常见的认知误区,促进大家对工业4.0的进一步理解。

 
CPS核心概念认识有偏差:Cyber非信息
 

目前,国内学界很多人将CPS翻译成信息物理系统,有些人将CPS理解成了信息化与工业化的结合,从严格意义上来说,这是不准确的。

 

CPS是一个包含计算、网络和物理实体的复杂系统,通过3C(Computing、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作,通过人机交互接口实现和物理进程的交互,使赛博空间以远程、可靠、实时、安全、智能化、协作的方式操控一个物理实体。在制造业中,通过CPS系统,将智能机器、存储系统和生产设施融入到整个生产系统中,并使人、机、料等能够相互独立地自动交换信息、触发动作和自主控制,实现一种智能的、高效的、个性化的、自组织的生产方式,推动制造业向智能化转型。

 

Cyber是Cybernetics的字根,来源于希腊语,原意为掌舵术,包含了调节、操纵、管理、指挥、监督等多方面的涵义。这个词最早用于科学术语是美国数学家、控制论创始人维纳在1948年出版的《控制论(Cybernetics)》。1954年,中国航天之父——钱学森先生在其名著《工程控制论(Engineering Cybernetics)》又再次使用了这个词。在钱学森的《工程控制论》英文版中,将“Cybernetics”明确定义为“机械和电机系统的控制和导航科学”。

 

工业4.0北京研究会的研究人员经考察后发现,该词在社会学上得到了更早的应用。1834 年,著名的法国物理学家安培在对科学进行分类时、,就把管理国家的科学称为“控制论”(Cybernetique)。

 

从以上的应用案例来看,Cyber的含义与“信息”二字无关,更接近于“控制”。至于这个单词如何翻译,既然美国人都没有合适的语言,尚且借助于希腊文,我们建议直接用音译“赛博”可能更好些,能较好地避免歧义。

 

对于CPS,我们不能简单地理解为信息化系统与工业设备的简单相加。CPS系统是一个包含无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等科学在内的系统工程,它具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治等功能,是智能制造的核心与基础。

 
智能工厂:解释有疏漏
 

“工业4.0”项目主要分为两大主题(也有人加上了智能物流、智能服务等,本文以2个主题为例进行阐述):

 

一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;

 

二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

 

在这里,有些人对“智能工厂”的理解不全面。

 

前面一句“智能化生产系统及过程”,是说除了包括智能化的机床、机器人等生产设施以外,还包括对生产过程的智能化管控系统,如果换成信息化术语,在车间层面就是智能化的MES制造执行系统。而后面一句:“以及网络分布式生产设施的实现”,是指将生产所用的生产设施(如机床、热处理设备、机器人、AGV、测量测试等各种数字化设备),进行互联互通、智能化的管理,实现信息技术与物理设施的深度融合,这是CPS系统在制造企业中的具体应用,是整个智能工厂的基础。

 

从工业4.0白皮书的对“工业4.0参考架构”定义中,也可以看出,设备的互联互通及智能化管理,是工业4.0的重要组成部分。

 

然而,在书籍或文章中,对智能工厂后半句进行阐述的很少。

 
纵向集成:理解不全面
 

有些人把纵向集成理解成了ERP、MES等信息系统之间的集成,这是不全面的。

 

我们先从德国的定义上看。纵向集成的全称为“纵向集成和网络化制造系统”,其实质是“将各种不同层面的IT系统集成在一起(例如,执行器与传感器、控制、生产管理、制造和执行及企业计划等不同层面)”(摘自德国工业4.0战略计划实施建议),也就是说将企业内不同的IT系统、生产设施(以数控机床、机器人等数字化生产设备为主)进行全面的集成,目的是建立一个高度集成化的系统,为将来智能工厂中数字化、网络化、智能化、个性化制造提供支撑,其范围远超过信息化系统之间的集成。

 

因此,纵向集成可理解为三个层面:

 

1、企业内部ERP/MES/DNC/MDC等信息化系统之间的深度集成;

 

2、通过设备联网,将各种数字化设备建成网络化、集中管控的设备网络化管理系统;

 

3、信息化系统与设备层之间,具有指令下发、状态反馈、动态调整等功能,体现信息技术与物理设备之间的深度集成。

 

从以上分析看,纵向集成不能只从信息化系统方面进行解读。

 
三项集成:顺序不对
 

经常看到有些文章中说,工业4.0有三项集成:纵向、横向和端对端,说起来朗朗上口,但实质上出现了顺序不对的问题。“纵向、端对端、横向”的顺序不能错,正反两个方向说都可以,德国人倾向用“横向、端对端、纵向”,由大到小的顺序,这可能与工业4.0白皮书是个规划性的文件有关。中国人喜欢说成“纵向、端对端、横向”,是由小到大,由简单到复杂的顺序,符合我们循序渐进的传统思想。但,如果将“端对端”放到最前或者最后,从严格意义上来说都是有问题的。

 

简单地讲,纵向集成是一个企业内部的集成,包括企业内部信息化系统之间、信息化系统与生产设备之间的集成,是点的概念,是其他两个集成的基础;端对端是围绕产品生命周期企业间的集成,是产品价值链的集成,是线(或叫链)的概念;横向集成是以供应链为主线,企业间之间的集成,是社会化合作的重要基础,是生态圈、是网的概念,也是难度最大的集成。

 

德国工业4.0战略中,希望通过以上三个集成,全面打通企业内部(信息化系统及生产设备)、企业之间、社会化的集成、协同,实现灵活、个性化、高效、社会化、智能化的生产。

 
对工业4.0的认知:重硬轻软
 

与一些学者和企业交流时发现他们普遍存在重硬件轻软件,重硬实力轻软实力的特点。很多人不远万里去德国机床展或者先进企业参观学习,回来后谈论最多的是德国的生产设备多么先进,机器人多么普及,而很少关注人家用的什么软件系统,信息技术和物理设备是如何深度融合的,几乎无人谈及那些企业在员工培训、人才培养、工作组织、企业管理、人文关怀等软实力方面的建设。

 

一说到“2.0补课、3.0普及、4.0示范”,大家都认同,但仔细听听,更多地是聚焦在自动化设备的补课与普及,最典型的就是“机器换人”行动,而很少谈及如何“补上、普及2.0、3.0的软实力”。

 

我们必须深刻地认识到,德美等发达工业国家已经走完了工业2.0、3.0的历程,他们200多年工业文明所沉淀下来的软实力,如严谨的态度、敬业的精神、团队合作、科学的企业管理、成熟的社会化协作等等,是我们所不具备的,是我们必须要“补上”、也必须要“普及”的。机床、机器人等硬件设施,只要有资金就可以快速补上,而这些无形的软实力,恰恰是我们转型升级过程中绕不过去的关键,是一个需要长期积累的过程,也是企业甚至国家最核心的竞争力。

 

基于以上思考与研究,“CPPS人机网三元战略”就是呼吁大家要重视“人”在本次革命中的重要意义。CPPS是Cyber-Person-Physical System的缩写,Person指的是劳动者及其技能、素养、精神、组织、管理等。CPPS体现了以人为本,人与赛博、物理虚实两世界的融合、迭代发展,构建以赛博智能为目的的人机网三元战略。

 

企业在制订工业4.0落地战略时,不仅要在先进技术、智能设备上有所突破,更应该发挥人力资源相对充沛的优势,充分发挥人的潜力,在人才培养、企业管理、创新能力等软实力方面快速提升,才能确保工业4.0在企业的成功落地,才能有胜出德美列强的机会!

 
对工业4.0战略及两个领先的策略:认知不到位
 

在交流过程中,发现很多人不了解德国的“双领先策略”,只简单地认为工业4.0是一次工业革命,是德国为了提高自身竞争力的一种战略,从技术方面了解的多些。实际上,工业4.0战略的根本目标是“确保德国制造业的未来”,为实现这一根本目标,德国人还制订了“双领先策略”。

 

第一个是“领先的供应商策略”。在工业4.0白皮书中,德国人说的很清楚:“领先的供应商策略是从设备供应商行业的视角专注于工业4.0 。德国的设备供应商为制造业提供世界领先的技术解决方案,并藉此成为工业4.0产品全球领先的开发商、生产商和市场先导”。通过此策略,实现工业4.0软硬件及“系统的系统”的解决方案,形成事实上的全球标准,将中国等国家由竞争对手变为方案倾销市场,兵不血刃地占领,这也就是为什么德国西门子、SAP等方案供应商成为工业4.0的最大推手,也是为什么默克尔总理等政要不遗余力推广工业4.0的重要原因。

 

第二个是“领先的市场策略”,强调将德国国内制造业作为主导市场加以培育,率先在德国国内制造企业加快推行“工业4.0”与实施CPS赛博物理系统,进一步壮大德国制造业。也就是说,用工业4.0的理念、技术手段等将德国国内企业武装起来,提升其生产效率与竞争力,确保在全球竞争中占据主动地位。在这个策略上,大家都可以理解。

 

因此,我们在研究、学习工业4.0的时候,要有清醒的认识,工业4.0既是指导我们前行的指明灯,同时,也存在着一定的陷阱。我们不要感觉到德国的生产管理模式好,就不顾企业的实际情况,在短时间内购买大量的机器人等高端设备,中了德国人“领先的供应商战略”的“圈套”;还要记住,德国工业4.0是”确保德国制造业的未来”,并非适用于所有国家与所有企业,我们一定要将工业4.0的“确保德国制造业未来”战略目标,转化成“确保自己企业的未来”。着眼未来、立足当下,既要汲取德国工业4.0的精华,又不要死搬教条、盲目跟风,要以“中国制造2025”为宗旨,以“创新驱动、质量引导、绿色发展、结构优化、以人为本”为方针,扬长补短,制定适合自己企业的战略、战术,确保自己企业的未来!

 

 

 

 

工业4.0时代的资本秘密

 

近期由于总理提出互联网加的概念,造成资本市场对相关行业的极大关注,去年就开始大热的工业4.0概念趁此机会一飞冲天,已经在股市造成巨大影响。在产业升级和股票市场大牛市的大背景下,资本与工业4.0的结合成为红得发紫的话题。正是在这个火热的当口,上海交通大学安泰经济与管理学院与交大安泰MBA创业与行业协会联盟主办的最新一期安泰论坛就关注于这个话题,其标题就是工业4.0时代的资本秘密。

雷锋网编辑在活动现场专访了工业4.0研究院院长兼首席经济学家胡权,就工业4.0和资本嫁接的一些话题做了深入探讨,本文将访谈内容和现场的演讲内容做了整理方便广大读者阅读。

工业4.0或者叫第四次工业革命体现在哪里呢?生产力毫无疑问会提升,某种生产关系怎么发生改变呢?我们回过头看一下,我们对工业4.0的理解,我们用三个高度来概括,一个是高度自动化、高度信息化、高度网络化,这么一个定义,引起了很多专家的讨论,当时一些做人工智能的专家,说智能化是工业4.0的一个特征,智能化这件事情比较难以进行定义,如果可以定义,就可以进行测量,如果无法测量,我们无法进行应用,在这里面我们可以从工业1.0、2.0、3.0的历史上看,第一次工业革命产生的时候产生一个阶级叫工人阶级,当时产生了工厂,这些工人在工厂里面工作,所以产生了车间、工厂这么一个边界,1.0、2.0、3.0的发展没有超过边界,都是存在传统的工厂里面,但是工业4.0将突破工厂的边界,延展到单一或者多条产业链的格局。

德国工业4.0的体系比较健全,大家听说过美国有AMP2.0叫先进制造业合作伙伴计划,大家听的比较多的工业互联网,就是基于这一概念,欧洲提出来了未来的工厂,英国提出了英国制造2050,日本也提出机器人革命概念。为什么工业4.0研究院会关注德国的工业4.0呢?有几个原因,第一个原因,德国的工业体系相对来说和中国比较接近一些,我们中国的装备制造业比较大,德国也是。反过来讲,中国虽然装备制造产业比较大,但是我们又跟德国有一点不一样,德国的电子工业和互联网并没有中国这么发达,中国有了华为BAT这些公司,我们的电子工业和互联网比较发达,这一点我们和美国较为接近一些。我们选择工业4.0体系,因为德国人做事比较准确和严谨,它的技术基础是CPS信息物理融合系统,然后有三大集成,智能物料、智能工厂、智能产品、还有APP Store。其实CPS最早产生在美国,但是美国几乎没有用上CPS,原因在于美国不是制造业立国,很多迁移到其他国家去了,CPS用在制造业比较能体现竞争优势,当时美国相关的机构提出CPS的时候响应的机构并不多。工业互联网更多的体现预测性维护的东西,大部分的解决方案是从这个方面体现的。

所谓三大集成就是横向集成、端到端集成和纵向集成,我们国内把专家把顺序任意颠倒,这是有问题的。经济学当中边界的概念很重要,纵向集成主要是企业内部,大部分做系统集成的都是在企业内发生的;端到端涉及到供应链,端到端集成是产业链范围;横向集成可能会跟生态挂钩。用产业链讲的概念就是多条产业链互相有交织,这么一件事情,互联网思维叫做跨界,我不太赞同跨界的说法,应该是融合,融合是分享的概念,不应该是跨界。从复杂到简单,横向集成需要跨越产业链,复杂度最高,端到端复杂度一般,纵向集成企业内部很容易做到。当你涉及到产业链的端到端的集成的时候你就开始有问题了,其他企业不配合你,你产业链上如果是主导企业可以做到这一点。对制造业来讲,所谓的端到端主要还是单一产业链的集成方面。为什么单一的产业链上容易集成呢?我指的单一不是不会涉及到第二条产业链,但是价值创造是发生在这一条产业链上的,为什么容易做到呢?一旦你是主导者,你是有能力分享你的资源,跟你合作的企业一定要遵循你的规则来做,你可以做到,例如苹果可以做到。但是你要开始想做到横向集成的时候,难度大大增加,其实你的难度在哪里呢?有很多人说工业4.0挺好的,横向集成我很想做,主要是标准化做不到,每个企业的数据不一样。
做到这几点,现在没有任何一个企业可以实现,德国人提出了两个领先,一个领先叫领先的供应商,另一个叫领先的市场,很多人误读了,领先的市场指什么?指德国的市场领先,为什么做德国制造业领先呢?德国供应商是一个完整的生态供应商,什么意思呢?上个星期还在和工信部的装备师说,其实我们在政府给钱给这些企业的时候,应该对它提出一些生态建设的要求,比如说你唯一干的就是钱不要乱花,德国人和美国他们在制造业的时候会要求主导性的企业,需要把你的标准分享给中小企业,而且把相关的东西开放给中小企业,这才真正形成生态的视角,这样可以提高整体的制造业水平。在横向集成里面,刚才所讲的,你要形成横向能够实现集成,不同的行业形成集成,你需要做什么事情,你需要工业大数据,大数据很难做,没标准,不知道怎么做,你怎么实现呢?不知道怎么实现,大家数据不一样,一个公司内部,部门和部门之间的数据都无法统一,还谈什么横向集成,根本不可能。目前可以实现大部分是端到端的集成和纵向集成,纵向集成比较简单,主要体现车间的改造,或者其他的公司提出的解决方案。海尔叫互联工厂,就是把制造和电子商务结合在一起,可以实现定制化。海尔生产空调,女孩子想要个性化的,屋子弄成粉色的,把空调买回来,白色的再涂点漆成粉色的,现在用手机下单之后,选择成粉色空调,可以做到。从高级到低级,横向集成在工业4.0时代将形成一个新工业价值生态的东西,端到端的集成主要是提高了产品价值和用户体验,纵向集成提高了车间的效率。第四个方面封闭到开放,横向集成要求高度的开放,你能形成一个良好的接口,做数据集成你就会发现很多数据不统一,你还要谈产业链的统一,还要到跨行业的统一是非常困难的,横向集成要求高度的开放,主导型的企业可以制定自己的标准,你要赚我的钱可以,但是要按我的标准来做,纵向集成你的CEO告诉员工,按照什么标准来做就可以了。

工业4.0的技术特征。总结一下讲,主要是三个高度,一个是高度自动化、高度信息化、高度网络化。工业4.0是技术革命,具有技术革命拥有的生命周期,分成四个阶段,第一个阶段大爆炸,一开始一听说有机会,这也是为什么各位今天跑到这里来,想听听工业4.0是什么样的机会。大家开始关注的时候,就出现新产品爆炸增长,就会创新,但是紧接着会出现集群,新产业技术体系相对的基础设施,因为开始大家都在干这个事的时候,开始美国西部淘金的时候,自己带水喝太麻烦了就有人专门卖水和淘金的设备,工业4.0可能会出现一些技术,工业云、工业大数据,产生一些可能未来工业4.0的基础。第三个阶段,创新和市场潜力的全面扩张,当基础实现的时候,做这些事情的成本大大降低,因此你会想,市场需求也慢慢出现了,这是演进的一个方面。第四个阶段,新产品和产业较早的接近成熟的市场,市场也开始饱和了,这么一个阶段。所以说应该遵循这么一个规律技术创新。

金融资本和生产资本在技术革命不同阶段有不同的规律,工业4.0也是如此,目前我们处于工业4.0的大爆炸前期,金融资本即将和技术革命进行恋爱,但是我们需要新的投资,投融资的逻辑和方法。早期导流期出现一个大爆炸,爆发这个阶段,金融资本和技术革命的恋爱,我给你投一点钱你能不能生产新的东西出来,开始产生金融革命,新技术的集中爆发性的增加开始出现,这就是导流期,开始进入一个狂热期,金融资本和生产,资本开始进行分离,狂热什么意思呢?超出你的期望才叫狂热,有大量的资金往里面投,会超出真正的生产需要的,如果放眼产业革命来讲,是有益的,因为大量的资本进入,资本压力小,真正创新的企业可以获得超额的资金,可以做一些看似常人无法完成的东西。有不少朋友问我,中国现在才2.0甚至1.0,我们整体应该处于2.0,还有一部分3.0,我们怎么样到4.0去,很多人说这个答案是否定的,我想应该可能是这么一回事,吃五个饼就饱了的话,前四个饼不吃,只吃第五个饼就可以了,这是不可能的,但是可以把前面的饼吃的快一些。在到转折点,转折点恋爱完了开始挑对方的毛病,狂热期过了开始理性了,金融资本和产业实际的需求就比较好的对接了,因为互相已经了解了,哪些该做,哪些不该做,不会盲目爱慕,把资本投向一些通过市场筛选出来的一些成功企业,把这些资本投在那里。例如滴滴打车,开始市场竞争起作用了,用市场选择,谁成功了就把资本投进去。再到展开期,进入成熟的阶段,一些分离,开始进入一些更细微的运营阶段,等下一次大爆炸的时期有没有新的技术的出现,导致格局或者关系的改变。

工业4.0时代,技术变革带来的拐点,将凸显资本家的眼光和勇气的价值。如果按照现有的中国企业家的想法,大部分想到我要做实际的事情,很难做一些未来的产业或者投入,真正的企业家,具有眼光的企业家,能够忍受现在短期或者较短较长一段时间不赚钱,很辛苦,投入大量的精力,没有回报这件事情可以忍受,为什么可以忍受?其实都是想着将来有机会获得更大的回报。工业4.0时代,可能会让步真正的金融投资价值会尽快进入工业4.0时代,可能促进制造业的BAT,可以断言,现有的BAT是无法再制造业成为大佬,如果你要在工业4.0获得成功,逻辑非常简单,就是你要练工业4.0,比先自废互联网思维,互联网思维是完全不可能在这种工业4.0获得有效的突破,为什么呢?宇宙或者人类给了我们一个最为公平的东西,一个就是时间,一个是空间。互联网领域,时空可以快速的进行压缩,可以很快的产生产品,但是在工业领域那么容易吗?那是非常重的资产,不可能今天想建一个厂,明天厂就出现了,这是不可能的。从简单的逻辑来看,重资产的工业领域是无法完全用互联网的思维来解释的。我们认为互联网思维可以改进工业4.0,或者工业领域的一些想法,但是本质上不会成为一个驱动力,我们当然也愿意尝试互联网思维在工业领域的应用,但是工业4.0整个体系更有助于你去理解工业4.0时代的规律。互联网可以找一个高级程序员设计一个全新的东西,从而真正的改变了虚拟世界。CPS指虚拟世界和实体世界的融合,要改变物理世界是很困难的。

具有远大抱负的金融机构,建议在五到十年投资横向集成,因为横向集成是新工业价值生态。那么战略控制点在哪里?我们认为是标准专利,前一段时间我们和华为的VP聊过,华为非常关心这个事,任正非在2014年初就找德国,和他们做咨询,谈工业4.0,当时任正非说没想明白,华为做什么。但是似乎大家大型企业都认为如果我们认为工业4.0是存在的,这么一个时代必将到来,在这种专利核心技术上布局是毫无疑问的。未来最大的机会肯定是会存在这种横向集成带来的机会,但是标准化,是一个至关重要的事情,如果我们不能实现标准化,那么横向集成怎么集成,一个人搞一套,我们在座各位有做系统集成的,应该清楚,上海一个标准,最后养了一批专门做集成的专家,还有例如西门子、华为,有认证工程师,确实可以做到这一点,未来我们在工业4.0,如果将来实现,将是什么样的途径呢?我们认为,我们也不知道。因为商业就是共态的,到底这种力量怎样去博弈,最后把自己的东西推成一种标准,是需要企业家有相当大的魄力和投入大量的资源才可以做到,但是总的一点来讲,我们认为这种工业,我叫做新工业价值生态,可能不是一个或者大家认为的只有一个生态,我们要买点东西,只能上淘宝,或者只能上一个京东或者亚马逊,可能会产生围绕一些核心企业,形成多个工业价值生态。因为产品不一样,例如像海尔,我做的就是家电或者家居的东西,但是总不能说建造房屋也用海尔,我们认为这种博弈,将导致多个价值生态的存在,这也就是所有企业家的机会。总的来讲逃脱不了三个领域,一个就是纵向集成,第二个端到端的集成,还有多条产业链之间的融合,或者叫做跨界,也就是横向集成带来的机会。

 

 

 

 

 

工业4.0时代的模式变革

在工业4.0时代,生产方式和消费方式将发生根本改变,这带来了商业模式变革的机会。企业家可以利用开放战略,推进有利于自己的新工业价值生态的产生,为企业的发展找到新的竞争优势来源。这对于整体处于工业2.0时代的中国企业意义重大。

按照德国对工业革命的阶段性描述,人类社会将逐步跨越工业3.0阶段,走向工业4.0时代。在工业4.0时代,除了生产力获得巨大提升,同时还会有商业模式的巨大变革。与时共进的企业家可以洞悉工业4.0新的价值创造方式,为自己找到新的竞争优势。

虽然工业4.0时代具有诸多独特之处,但它仍然具有一定的经济及发展规律,企业家需深刻认识这些规律,及时调整自己的生产经营方式,为新时代的竞争做好准备,成为工业4.0时代的弄潮儿。

 

工业4.0时代的基本特征
 
 

 

人类社会发展的最大约束是技术的限制,虽然人们可以憧憬一些美好的生产或生活方式,但如果当时的技术不能支撑这些价值创造方式发生,这些美好的前景也只能存在于想象之中,并不能变为现实。工业4.0时代是人类社会发展的全新阶段,由于新技术的进步及应用,导致人类社会发展的约束条件发生了改变,从而为新的价值创造方式提供了基础。

什么是第四次工业革命

从德国工业4.0平台(PlatformIndustrie 4.0,德国各协会及企业联合成立的负责工业4.0相关体系研究及推广的一个组织)提供的定义来看,人类社会目前经历了三次工业革命,并正在迈向第四次工业革命。对于250年前发生在英国的第一次工业革命,以及150年前开始的第二次工业革命,学界及产业界几乎没有任何异议。

对于第三次工业革命,目前有两种说法:一种是美国一位能源专家写了一本名为《第三次工业革命》的书,把未来以能源互联网为基础的社会称为第三次工业革命;另外一种说法是,哈佛商业历史学家阿尔弗雷德·D·钱德勒在《信息改变美国:驱动国家转型的力量》一书中提出,“按照最初的构想,我们想把书名定为《第三次工业革命:信息技术在美国从殖民时代向当代变迁过程中所起的作用》”,可见德国借此明确提出以PLC(ProgrammableLogicController,可编程逻辑控制器)为代表的工业3.0,是有一定的学术研究基础的。

对于工业4.0,德国工业4.0平台明确定义为第四次工业革命。从工业革命的定义来看,仅仅是生产力的提升,那还只是量变,不能称为工业革命,必须有生产关系(管理变革)的改变,我们才可以称为工业革命。

在第一次工业革命发生的时候,主要的技术创新是机械化的应用,与此相伴的是工厂的出现,并形成了一个人类社会从未出现过的阶层——工人,这对于人类社会来讲是一个革命,因为它影响到了人类社会的发展。在第二次工业革命的时候,按照钱德勒的说法,由于工业化进程继续推进,电气化和自动化的广泛应用,大规模生产开始出现,这要求有专业的管理人员来对工厂进行管理,至此,人类开始利用专业管理人员来对工厂进行管理,这大大提高了工厂的管理效率。在第三次工业革命的时候,其主要的技术创新是信息化的应用,对于第三次工业革命的生产关系改变,目前没有看到专门的文献进行解释,工业4.0研究院根据大量资料研究认为,信息工作者的出现,可以作为第三次工业革命生产关系改变的代表。

基于以上三次工业革命的认识,我们可以对第四次工业革命进行描述,第四次工业革命是第三次工业革命之后的一次新的工业革命,它主要以CPS(Cyber-PhysicalSystems,信息物理融合系统)为核心技术特征。笔者认为,第四次工业革命带来的管理变革,很可能是出现新型的工作者,这种工作者可能是社会的每一个人,这主要是由互联网在生产制造领域的应用所带来的。

因此,对于德国工业4.0平台提出的工业4.0概念,应该以一个时代来认识,其中既有技术创新所带来的生产力提升和商业模式的改变,同时也有生产关系或管理变革发生。本文主要关注工业4.0时代模式变革的规律及应用。

工业4.0的三个高度化

基于工业4.0研究院的研究成果,工业4.0时代具有三个高度化技术特征,也就是高度自动化、高度信息化及高度网络化。一般来讲,自动化是工业2.0时代的特征,而信息化是工业3.0时代的特征,在工业4.0时代,自动化和信息化将继续深入发展,形成高度自动化和高度信息化,同时工业4.0时代还将由于各种设备和系统实现了联网,具有高度网络化的特征,这是工业4.0时代独有的技术特征。

目前研究领域没有专家对工业4.0的技术特征进行清晰的描述,特别是针对中国的语言习惯(例如,信息化在西方语系中称为数字化),更是缺乏明确的说明。笔者结合中国对工业化和信息化等专有名词的描述,设计了三个高度化的判定标准,也就是说,我们可以利用三个高度化技术特征来对企业实践进行工业4.0判定。

首先,我们来看看高度自动化的判定标准。自动化是第二次工业革命主要的技术创新,通过电气化的应用,实现了大规模流水线作业,这大大释放了机器的力量,避免了人的体能等约束带来的限制,因此,其生产力大幅度上升。我们可以从福特汽车自动化流水线作业的案例看到,自动化流水线给生产制造领域的效率提升带来巨大改变,正因为这种大规模制造的出现,使得普通人也可以买得起汽车。

在工业4.0时代,自动化还会继续发展和应用。从技术发展趋势来看,自动化将呈现智能化的特征,大量的智能机器人的应用,将导致自动化生产线更具有柔性,可以实现多种产品的生产,同时随着生产制造现场的自动化设备集成度增加,实现所谓高度自动化,大量的工作将主要由自动化设备来实现,这为无人化工厂的出现提供了可能。

其次,对于高度信息化的判定标准,我们需要认识到,生产制造企业的信息化,一般可以通过经营管理系统和生产制造系统来实现,前者主要体现为ERP、CRM和HRM等系统,而后者主要体现为PLM(ProductLifecycle Management,产品生命周期管理)、MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)及DNC(DistributedNumerical Control,分布式数控)等系统。具体来讲,经营管理信息化系统主要是为了实现涉及非生产现场的管理内容,而生产制造信息化系统主要是为了解决产品核心价值创造过程的管理,例如产品的研发设计、生产制造等。

与自动化类似,信息化在工业4.0时代也将继续发展,它将主要以更加高度的集成为特征。一些提供智能工厂或数字化工厂解决方案的企业,把ERP、PLM、MES及SCADA(SupervisoryControl And DataAcquisition,数据采集与监视控制系统)等系统集成到一起,形成一个完整的解决方案,称为数字化工厂解决方案,的确是一个可行的方式。不过,高度信息化集成带来一个困难,针对具体的企业需求,供应商还需要进行一定的定制化开发和优化。

最后,我们来看工业4.0时代的高度网络化特征,这是工业4.0时代独有的特征,是工业2.0和3.0都不具有的,同时也是互联网技术在生产制造领域应用的结果。需要指出的是,与传统主要服务于消费领域的TCP/IP协议组为核心的消费互联网技术不同,工业领域需要具有不同技术指标的工业级互联网,诸如实时性、安全性等特定的技术指标要求,是工业 4.0时代的高度网络化所体现的一些不同。

综上所述,工业4.0时代具有所有工业革命所具有的基本特征,那就是生产力和生产关系都会发生改 变,同时工业4.0时代也具有三个高度化特征,其中高度网络化体现了互联网技术在生产制造领域的渗透,这也是工业4.0时代的最大技术特征,它带来的模式 变革将是我们最应该关注的焦点。

 

基于价值的商业模式变革
 
 

 

在具有三个高度化特征的工业4.0时代,传统的以专业分工为核心的工业价值创造体系将发生改变,发生这种改变的根本原因是约束生产经营模式的条件发生了改变,其中,高度网络化的作用最为明显。由于价值创造体系发生了改变,以此为基础的商业模式就具有了变革的可能。

全新的工业价值生态

正如前文所述,自动化和信息化在工业革命的不同阶段大大释放了生产力,解除了人类社会发展的一些约束条件,促进了生产制造能力的大大提升。同样,网络化在工业4.0时代,将再次解除人类的约束,形成新的生产能力,并改变社会技术体系。

在传统的工业革命时期,存在一个微笑曲线,其本质含义表明生产制造环节占有价值链上的份额比较少,攫取价值链上大部分价值的是产品设计及销售渠道环节。例如,苹果的iPhone产业链上的价值大部分被设计iPhone的苹果获取了,同时由于苹果主要通过自有线上和线下渠道销售iPhone,渠道上可以获得的价值也是有限的,为苹果加工iPhone的富士康等生产制造企业能够从iPhone产业链上分配的价值并不大。

在工业4.0时代,生产制造环节占取整个产业链上价值不高的现象不会改变,甚至会更为突出。业内有专家认为智能制造可以帮助企业获得更多的价值,这实际上是一种一厢情愿的想法,或者说这种想法是基于其他环节的利益相关者不愿意争取更多份额的假设,这是不成立的。

按照迈克·波特所构建的竞争分析模型来看,通常对于一个以生产制造为核心的价值链,如果不能控制创新的环节——例如,产品设计和产品服务化,那么这个企业是不能获取较大的价值份额的,因为价值链上的其他企业不会让渡其价值的。我们从苹果在iPhone设计、制造和销售这个完整的价值链环节上的表现就可以看到这样的证据。

为什么会出现这样的现象呢?工业革命以来,特别是第二次工业革命以来出现的专业化分工以及流水线,导致无差异化的工厂越来越突出,使得工厂拥有者难以“逼迫”供应链降价以及提高产品的出厂价,除非这家企业自己控制了设计这个环节,可以让消费者对工厂的品牌有很好的认知度。例如,家电企业海尔就拥有工厂,在市场上可以获得消费者的支持,因此还具有一定的市场定价权。

即便在工业4.0时代实现了智能工厂和智能制造,仍然不能改变工厂的生产制造环节难以从价值链上获得更多利益的结果,由于智能工厂的标准化和网络化,也许可以把无差异化发挥到极致,从而会形成所谓商品化的结果,也就是任何一位拥有投资能力的企业家,都可以通过一定的投资购买一个智能工厂,从而为自己生产产品提供可能。事实上,诸如苹果、小米和华为,正是因为中国制造的成熟和完备,通过在产品设计和产品服务上的创新,很快成为市场上的翘楚,我们可以看到智能工厂的无差异化为他们的战略提供了可能和方便。

正如互联网在消费领域的应用一样,互联网在生产领域的应用,将大大促进生产力的提升。更重要的是,由于生产制造的网络化,将导致原有的价值创造体系发生革命性的变化,从而会产生大量的创新商业模式,促进新工业价值生态的产生和发展。

基本的工业4.0模式

从德国工业4.0体系来看,将来会出现三大集成,分别是纵向集成、端到端集成和横向集成,这也反映了三大商业模式的形态。从集成发生的边界来看,纵向集成发生在车间,也就是工厂内部;端到端集成涉及到产业链,是产业链边界的体现;而横向集成是跨越了多条产业链,可以体现为产业生态的边界,这也是最大范畴的集成活动。

集成的边界实际上代表着网络化程度的不同。一般来讲,网络化程度代表着其商业模式的复杂度,同时也代表其持续性,一个较为复杂的价值网络,可以形成更好的网络外部性,为企业提供更好的竞争优势来源,这是我们关注工业4.0时代商业模式的根本理由。

演化经济学家威廉·拉佐尼克在《车间的竞争优势》一书中指出,迄今为止的历次工业革命,都是从车间的技术革新开始的。我们很容易理解,第一次工业革命产生工厂以来,人类社会就形成了一个个以工厂形式存在的生产单元,这也是现代工业文明的一种存在状态。在工业4.0时代,车间的革命将继续,由于网络化在生产制造价值创造体系中的存在,将产生一种新的工业价值生态,这种新工业价值生态将是人类生产力得以释放的最突出特征。

在工业4.0时代,除了传统的车间革命,网络化为产业链的信息集成提供了便利。处于产业链上主导地位的企业,有机会后向集成供应链的信息,从而为智能工厂提供更好的原材料供应能力,为企业实现大规模定制提供可能性;另外,企业还可以利用智能工厂带来的优势,进一步延展价值链,介入到渠道服务中去,一方面可以直接通过服务互联网(IoS,Internet of Services)提供消费互联网类似的电子商务服务,另外一方面,考虑到智能工厂的能力,企业还可以提供应用商店,通过类似苹果AppStore一样的方式,扩展产品的增值服务范畴。

更进一步,当网络化在多个行业得到应用后,如果拥有一定的标准化数据及信息标准,不同行业代表的产业链将产生交织,形成横向集成的模式,最终促进新工业价值生态的诞生。

从价值创造的角度来看,横向集成所产生的新工业价值生态更具有颠覆性,因为它很可能会产生在传统的产业边界内无法创造的价值。这正是横向集成所带来的优势,也是互联网技术对人类社会最大的贡献。与此对比,传统消费互联网的改变可能是微不足道的,因为人类社会的大部分价值创造,还主要发生在物理世界,高度网络化在工业领域的应用,促使了这种改变的发生。

工业4.0模式演进路径

从工业4.0三大基本模式涉及的边界来看,其难度各不相同。纵向集成一般可以通过工厂管理者统一要求,比较容易实现,因为工厂管理者拥有较大的资源调动权;端到端集成涉及到产业链上的不同利益相关者,因此实现的难度会增加,主要是利益的问题不容易获得统一;当然,横向集成涉及到不同行业的企业,其利益协调会更加困难,实现难度会更高。

实际调研结果显示,目前主要的工业4.0实践大都发生在车间,体现为所谓智能工厂或数字化工厂改造,一方面是因为目前工厂的主要价值创造过程仍然在工厂,另外一方面,基于工厂边界的模式变革,相对容易实现,也容易从效率提升等方面得到管理层的一致认同。相对而言,端到端集成和横向集成涉及到单一或多条价值链,协调的利益要更多,实现起来也更不容易,在短期内缺乏恰当的技术和用户基础,还需要更多时间的试验和优化。

一般的情况,当生产制造企业完成了智能工厂的改造,这就为企业实现模式变革提供了最基本的条件,企业会尝试走向端到端集成的模式。在实现端到端集成模式的时候,应该分为面向企业和面向消费者,因为这会影响其价值创造方式。

针对企业的端到端集成将主要体现为制造业服务化,目前主要体现为预测性维护等增值服务,这是企业愿意为之付费的服务。为航空公司提供发动机的通用电气正是通过预测性维护,创造了上百亿美元的市场;同样,为企业提供挖掘机的三一重工,也通过类似的预测性维护服务,创造了新的服务机会。

针对消费者的端到端集成主要体现为大规模定制及增值服务。对于面向消费者的产品,大部分消费群体有个性化产品的需求,这给生产厂商提供了创造价值的机会。例如,为消费者提供家电的海尔,就发现消费者有个性化颜色、形状及功能等多种特性的要求,而且他们愿意为此支付更多的费用。事实上,即便消费者不支付更多的溢价,企业也可以通过提供差异化的产品及服务,在市场竞争中获得有利的地位。

毫无疑问,纵向集成和端到端集成模式变革为消费者及客户提供了新的价值,但这还是量变,如果在生产制造领域可以实现多个不同领域的融合,那么这种横向集成带来的将是全新的价值创造可能。例如,当汽车、IT和保险三大领域的企业联合起来,就可以实现提供工业云及大数据服务的IT公司从汽车制造商获得汽车实时数据,打包成一种信用服务,提供给保险公司,而保险公司可以设计新的保险产品,消费者由此获得更好更便宜的保险产品服务。

因此,纵向集成到端到端集成以及横向集成的商业模式演进路径,能够成为工业4.0时代的主要演进路径。纵向集成将成为端到端集成和横向集成的基础,端到端集成也会促进横向集成的发生。

 

开放驱动工业4.0模式实践
 
 

 

为了获得竞争优势,企业会利用开放的方式来改变原有的价值创造方式。对于传统以车间为基础的核心价值创造过程,在短期内不太容易发生改变,但在工业4.0体系中的物联网及服务互联网领域,将产生一些新的价值创造者,它们为了追求自己的竞争优势,会利用开放的手段,加强开放战略的制定和执行。

工业4.0时代的开放战略

在工业4.0时代,由于其特定的高度网络化,将导致工业领域出现大量的跨越传统车间边界的价值创造过程,这些过程将导致面向价值的商业模式设计发生改变,这种改变要求企业采取开放战略。

笔者发布在2014年第9期《清华管理评论》上的《新竞争优势:移动互联网时代的商业模式设计》一文中,曾指出了开放战略的含义,那就是把企业的核心资源能力开放出来,可以以收费或免费的方式,让利益相关者使用,从而推动获得开放资源能力的企业创造新的价值。一般情况下,采用开放战略的企业都是为了实现自己的核心产品或服务的创新,而为自己创造良好的生态环境,推动产业生态良性发展。

与互联网领域的极端开放模式不同,处于生产制造领域的创新企业,会很小心地界定开放模式的实施边界,因为只有通过恰当的边界设定,才可以保护核心价值创造者有足够的动力去创新,同时也可以为自身找到重新分配生态价值的机会。更重要的是,新玩家可以通过开放模式的逐步演进,保证整个生态的有效,避免伤及自身利益。

对于开放模式的边界选择,需要遵循一定的规则。简单地讲,应该遵循三大基本商业模式的演进路径,即纵向集成、端到端集成和横向集成。由于三大基本商业模式拥有自身的价值创造边界,那么在选择开放边界的时候,自然要小心翼翼,充分考虑边界的范围。

在工业4.0时代,开放战略主要体现在底层的物联网和服务互联网,这两个层面的开放,将促进新的工业价值生态产生。

物与物连接的物联网,能够在一定程度上实现生产能力的虚拟化,这是一个很重要的趋势,这种虚拟化有点类似云计算,云计算实现了计算能力的虚拟化,用户可以自由地按需使用计算能力,而物联网的连接,将促使生产能力的联网,从而实现生产制造能力按需使用。目前一些企业正在做这方面的工作,例如,富士康就有类似的实验项目,沈阳机床也计划推动机床的网络化,其目的也是为了实现机床生产加工能力的虚拟化。

服务互联网是工业4.0体系中的概念,跟传统的消费互联网概念有些不同,服务互联网体现了制造服务化趋势,让传统的普通产品变成智能产品,智能产品可以不断反馈各种信息给工厂内部的服务中心,这个过程实际上有消费者及用户的参与,体现了开放战略的价值。

利用开放战略获得优势

目前有一些领先的企业,根据自身行业特点及企业资源能力优势,设计了新的价值创造体系,形成了独特的工业4.0模式实践,其核心仍然是基于开放的生态构建方式。例如,通用电气的Predix开放工业云平台、海尔推动的以互联工厂为核心的U+智慧生活平台、三一重工计划利用自身设备构建众创空间等。

企业在推行开放战略的时候,一般需要把自身的核心资源和能力开放给产业链或产业生态的利益相关者,从而整体提升以自身为核心生态的竞争优势。商业发展史上不乏这样的经典案例,例如,英特尔通过购买主板厂商并把相关标准免费开放,大大促进了以英特尔芯片为核心的PC生态的繁荣。

在工业4.0时代,高度网络化在工业领域的应用,也将促使生态型企业的出现,这也要求这些企业可以突破交易型的传统思维,切实地把构建生态作为其战略发展的核心目标。一般来讲,为了促进有利于自身的生态发展,采用开放战略的企业必须小心设定开放的节奏和范围,盲目地开放不仅不能给企业带来好处,还会冲击企业原有价值体系的稳定。

通用电气利用自身在航空发动机领域长期积累的数据,推出了工业云平台Predix,该平台主要为航空公司提供预测性维护的服务。所谓预测性维护,就是利用部署在设备上的传感器,收集设备的各种数据,并把这些数据传送到工业云平台上去,通用电气在全球设立了多个专业的大数据服务中心,他们会对收集回来的数据进行分析,判断发动机的运行状况,提前对发动机是否维修做出决策,从而避免飞机飞行过程中出现故障,降低事故发生的可能性。

在为自身核心产品提供预测性维护之后,通用电气积累了丰富的经验,逐步形成了“工业互联网”的概念,并联合全球一些大型企业,创建了工业互联网联盟 (IIC,Industrial Internet Consortium),期望为工业领域的互联网应用创建标准,延续美国互联网在工业领域的辉煌。

国内一些工业企业也意识到开放战略的重要性,其中家电企业海尔和机械制造企业三一重工的实践值得关注。

海尔利用端到端集成的方式,围绕互联工厂打通了供应链和电子商务,为了发挥社会的创新力量,推出了海尔开放创新平台(HOPE,Haier Open PartnershipEcosystem) ,有意愿参与家电设计的团队或个人,可以利用逐步完善的HOPE平台,把创意通过海尔的互联工厂生产出来,并有可能形成一个新的产品种类。

三一重工也计划利用开放的方式,把一些剩余的产能虚拟化,让全社会有创新意愿的团队使用这些虚拟生产力,实现真正的创新创业,据三一重工负责该项目的领导透露,为了促进该项目的发展,三一集团还成立了专门的工业4.0投资团队,利用资本来推动创新项目的快速发展。

在高度自动化、高度信息化和高度网络化为特征的工业4.0时代,人类发展的约束条件大大减少,生产力将获得巨大的提升,生产方式也因为高度网络化发生根本性的改变,正因为这些改变,将给企业家带来商业模式变革的机会。企业家可以利用开放战略,推进有利于自己的新工业价值生态的产生,为企业的发展找到新的竞争优势来源。