【模管家】第4次工业革命：互联网改变未来工厂！

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人类社会已经经历过3次工业革命，这三次工业革命将人类的能力提高到前所未有的层次，也让人类过上从未有过的幸福生活。然而就在这个世纪，我们将迎来第四次的工业革命，这次工业革命可能比以往任何一次都要翻天覆地。

个性化、数据化、服务化，等等，这些变化将深刻影响工业进行变革，而这种变革最基础的是基于互联网进行的，中国能否在此次工业革命中占得先机，需要依靠大而不强的传统工业体系中各个企业主动寻求变革。

2014年德国汉诺威国际工业博览会西门子公司的展台前人头攒动：一条代表“未来制造”的汽车生产线抓住了参观者的眼球。两台库卡机器人正完美配合，装配大众高尔夫7系轿车的车门。 这些机器人不仅具备娴熟的装配技艺，它们还懂得彼此沟通——如果前一台机器人提高速度，它会提前通知后一台机器人做好准备；它们甚至还能灵活变换工作任务，几分钟前还在安装车门，几分钟后就可能开始另一项新任务，比如安装方向盘，甚至喷涂油漆。

“机器对话”（M2M，Machine-to-Machine，机器对机器的通信）是按部就班的自动化生产的一次跨越，也是未来制造的标志之一。 沟通是未来智能制造的核心要素——这种沟通包括人与人、人与机器、机器与机器之间的信息交换。对于人来说，1/10秒意味着实时；而对于制造过程来说，要做到高效精准，机器间的沟通就必须做到百万分之一秒，甚至更低。懂得交流的机器让整个制造过程更加智能：机器可以用自己的语言交换信息；可以借助海量数据提供的“经验”，对生产中复杂的状况做出精准判断；它们还逐步发展出“模仿”、“学习”能力，甚至懂得自行组织生产，从而不断提升生产效率。

  改变的不仅仅是机器，其他生产要素也在向数字化的方向发展。汉诺威工业博览会现场，“未来制造”的场景随处可见：高度逼真的产品软件设计系统；戴上3D眼镜就能直接参观的虚拟工厂；虚拟仿真的智能生产线；可以打印出金属零部件的3D打印制造；就连谷歌眼镜也成了人们控制生产线的工具。 “我们正在目睹一场深刻的工业生产变革，它也被称作‘第四次工业革命’。”西门子股份公司管理委员会成员鲁思沃教授（Prof.Dr.Siegfried Russwurm）说。相对于德国定义的以蒸汽机时代、流水线生产、自动化生产为标志的前三次工业革命，“第四次工业革命”将建立于信息物理融合系统(CPS)之上。

德国是这一场围绕“数字工厂”、“数字生产”的制造业革命积极推动者，而这场革命又被称为“工业4.0”。2011年德国汉诺威工业博览会上，“工业4.0”一词首次出现，2013年同样在汉诺威工业博览会，德国“工业4.0小组”正式提出“工业4.0”的概念。 软件和互联网正在颠覆人们印象中那个仍然封闭而传统的工业世界。尽管今天人们的生活中智能手机已经普及，智能家居开始迈开脚步，网络社交、电子商务、互联网娱乐、在线教育已经渗透到生活的方方面面，但在工业领域，这一场虚拟与现实融和的制造革命才刚刚开始。

“这场变革将是一个渐进的过程。工业4.0的真正到来可能需要20年左右的时间，在此期间，变化将不断出现和递进。”鲁思沃说。

工业柔实力：个性化产品的批量化生产

驱动工业4.0时代到来的是人们的需求。“以汽车为例，几十年前，人们有一辆能够代步的汽车就已经很满足，但今天可能人人都希望自己的汽车拥有与众不同的‘个性’。与此同时，他们只愿意接受平民化的价格、不超过3周的等待时间。”鲁思沃举例说。“90后亚文化促使B2B、B2C的商业模式都需向C2B模式改变。”SAP全球高级副总裁、全球研发网络总裁柯曼（Clas Neumann）认为。这种个性化的需求正在成为一种趋势潮流，变为人们对生活中各种产品的渴望—— 既然我们生来都是独具个性的个体，那么为何不能使用量身定制的物品？

正因为人们对个性化需求的日益增强，当条件具备时，此前为提高生产效率、降低产品成本的规模化、复制化生产方式也将随之发生改变—— 工业4.0时代，个性化产品将以高效率的批量化方式生产。“个性化”是精耕细作、灵活创意的代名词，“规模化”曾经意味着大批量、重复生产，智能制造就是让“个性化”和“规模化”这对工业生产中的矛盾相融合的生产方式，互联网则能够让制造链条上的各个环节更加紧密、高效协作。

现实版的“工业4.0”工厂尚未出现，但鲁思沃认为，西门子已经拥有“工业3.X”的工厂。西门子德国安贝格工厂就是这样一家智能“数字工厂”。如果说安贝格工厂高度自动化的生产线每秒产出一个产品还只是自动化生产时代高效率的标志，那么在这个仅有1,000多员工、10余条生产线的工厂里，每年可以用近30亿个零部件、生产1,000多种工业控制产品则是柔性生产的跨越。更为重要的是，“数字工厂”的产品的缺陷率仅为百万分之12，而全球最出色的德国和日本工人的平均缺陷率也要会达到百万分之300到500。

“这里有两座工厂—— 一座现实工厂，一座虚拟工厂，任何生产计划的改变都通过虚拟工厂下达任务，再传递到现实生产中实施，而这种计划的调整可能发生在转瞬之间。”安贝格工厂前副总经理李永利说。到工业4.0时代，机器的自我学习、自我决策能力会极大提升，并且价值链条上的工厂会连成一片。

“要真正实现工业4.0必须具备多方面条件，比如数据传输协议和衡量标准的标准化、强大的基础设施、数据传输的安全性、法律保障、人才储备等等，因此工业4.0不是靠某一家公司的一己之力能够实现的，而需要许多扮演不同角色的公司共同协作。”柯曼说。

以制造业为傲的德国政府对“工业4.0”寄予厚望。2013年，德国联邦政府将“工业4.0”上升到国家战略层面，并为此拨款2亿欧元。2014年汉诺威展会的首日，德国总理默克尔亲临现场。在开幕式上，默克尔表示，“工业4.0”是德国的一个里程碑——德国希望能够在传统制造业仍然保持世界领先地位，并且在适当的时候将其与现代信息技术结合起来，否则德国就会在一些领域失去与世界接轨的机会。“德国曾被视为‘欧洲病人’，因为我们还在做硬件制造，但几次金融危机中德国稳健的经济增长证明了制造业对于一个国家的作用。”鲁思沃说。在西方发达经济体中，德国是为数不多的制造业仍然保持在GDP总量中20%以上份额的国家。据麦肯锡咨询的统计，2013年制造业为德国GDP的贡献率为23%，就业贡献率17%，出口贡献率72%。不仅仅是德国，金融危机的警钟正重新唤起更多欧美国家对于工业的关注。欧盟希望增加制造业在经济增长中所占的比例—— 在2020年前，该比例从目前欧盟国家平均值的16%增加到20%；英国希望通过“再工业化”的新手段和新政策，增大工业、制造业在经济结构中的比重，打造高端制造业；美国则正在计划一场“工业复兴”，颁布了全美制造业创新机制，探索各种可能，试图回到以制造业为主体的经济模式上来。今年2月，奥巴马政府宣布在底特律和芝加哥分别再建两所先进制造中心，期望制造业创造更多就业。

让西方发达经济体感到不安的是以中国为代表的新型经济体在工业领域中的崛起。据环球通视（IHS Global Insight）的数据统计，2000年发达国家在全球制造业产出中所占比重高达73%，而发展中国家仅占剩余的27%；但到了2011年，发达国家所占比重大幅下滑至54%。在国家层面上，2011年，中国所占比重升至19.8%——美国因此失去100多年来全球制造业第一大国的地位，而2000年中国在全球制造业产出中所占比重仅为7%。如果这一趋势延续，发达国家政府担心有可能丧失在全球制造业领域中的主导地位。一些舆论认为一场数字化工业革命的到来可能扭转发达国家在工业领域的颓势。2012年4月，《经济学人》杂志（Econimist）封面报道《第三次工业革命》文章指出，制造业数字化所带来的影响将大大超出人们的认知，它将会让一些在很久以前被新兴市场抢夺的生产岗位重新回到发达国家；《金融时报》记者、《新工业革命》一书作者马什（Peter Marsh）也表达了类似观点：近年来，中国以及其他国家在内的新兴经济体的制造业增长势头或已显露疲态，新工业革命产生的影响可能更为显著地在发达国家得到体现。

从制造到服务：工业互联网重新定义价值链

在美国，GE倡导的“工业互联网”革命正如火如荼。与工业4.0的基本理念相似，它同样倡导将人、数据和机器连接起来，形成开放而全球化的工业网络，但其内涵已经超越制造过程以及制造业本身，跨越产品生命周期的整个价值链，涵盖航空、能源、交通、医疗等更多工业领域。

从创造价值的角度来看，GE认为工业互联网的价值可以从三方面体现：第一，提高能源的使用效率；第二，提高工业系统与设备的维修和维护效率；第三，优化并简化运营，提高运营效率。 相比于工业4.0，工业互联网更加注重软件、网络、大数据等对于工业领域的服务方式的颠覆—— 与德国强调的“硬”制造不同，“软”服务恰恰是软件和互联网经济发达的美国经济最为擅长的。

2011年，GE在加州硅谷建立全球软件研发中心，开发工业互联网，研发内容包括工业互联网平台、应用以及数据分析，目前研发团队已经达到上千人。在GE公司2012年11月发布的《工业互联网—— 打破智慧与机器的边界》的报告中预测：在美国，如果工业互联网能够使生产率每年提高1%-1.5%，那么未来20年，它将使美国人的平均收入比当前水平提高25%-40%；如果世界其他地区能确保实现美国生产率增长的一半，那么工业互联网在此期间会为全球GDP增加10万亿-15万亿美元——相当于再创一个美国经济。

2013年，GE宣布将在未来3年投入15亿美元开发工业互联网。 “智能”是工业互联网的关键词。作为全球最主要的飞机引擎制造商，在商用航空领域，GE正在用智能飞机引擎让飞机更智能。飞机引擎上的各种传感器会收集飞机在空中飞行时的各种数据，这些数据传输到地面，经过智能软件系统分析，可以精确检测飞机运行状况，甚至预测飞机故障，提示做预防性保养等等，以提升飞机安全性以及引擎使用寿命。

工业互联网正在改变工业企业的商业模式：从销售产品变为销售服务。“在GE飞机引擎整个产品生命周期的价值创造中，物理产品的销售只占30%，而引擎的保养、维修等服务占总收入的70%，我们的主要利润点在服务，而不在引擎产品本身。” GE软件卓越中心总经理胡晓博士透露说。目前全球约有2万架商用飞机，其中包含4.3万个商用喷气发动机。未来15年，将有3万个新的喷气发动机投入服务。

不仅仅在航空领域，服务型导向的商业模式正在改变更多传统工业企业的商业模式。拥有100多年历史的老牌工业企业英格索兰（Ingersoll Rand）正将这一模式应用到销售空调压缩机的业务中。“我们现在销售的是安全、舒适的环境，而不是单一的产品。”英格索兰北美地区空调压缩机系统与服务总经理博格曼（Joe Bergman）表示。几年前，英格索兰发现空调压缩机市场的竞争日趋激烈，而一台寿命15年的空调压缩机如果没有持续的服务难以销售，于是把空调压缩机变成了智能的可联网产品。

“现在我们的每一台空调压缩机都具备联网能力，在产品销售的同时，服务为我们创造了更多利润。”博格曼说。在商用市场上，英格索兰正试图引入类似“合同能源管理”模式，通过为客户提供持续不断的、满足需求的服务而收取费用。“如果我告诉你，你购买的不是空调压缩机，而是新鲜空气，并且我们的方案可以帮你在产品整个生命周期节约至少1/3的开支，这绝对会改变你的购买方式，”博格曼说，“当然，我们的销售模式也会随之变化。”类似的模式还在照明领域发生，在用LED颠覆传统照明的进程中，飞利浦就从以往卖灯泡的模式变为了卖照明服务，从节约的电费中取得收入。

“从本质上来说，人们并不需要为产品付费，而应为舒适（产品创造的价值）付费。”PTC全球CEO贺普曼（Jim Heppelmann）说。PTC曾经是一家专注工业三维设计和产品生命周期管理的软件公司，在全球拥有2.8万家制造业客户。物联网和工业互联网的发展让贺普曼看到了PTC未来业务发展的新方向。 一年多前，贺普曼和哈佛经济学家麦克·波特（Michael Porter ）展开了一项共同研究。“我们发现，智能连接产品的爆炸式增长将重新定义整个产业链条，它会对产业结构产生影响，也会改变参与竞争的战略。”贺普曼称。 在2014年PTC全球用户大会上，贺普曼阐释了未来产品价值变化的三大趋势：原先硬件创造的价值正在被软件创造的价值所共享；网络联接让我们在软件创新方面有了新的选择，价值正在从产品向云转变；商业模式从产品转向了服务。”

2014年初，PTC以1.12亿美元并购物联网平台公司ThingWorx。“就像人们在电信运营商那里购买两年通信套餐服务就可以免费或低价获得移动电话一样，未来洗衣机、咖啡机、跑步机都可能通过服务合约而免费赠送。”ThingWorx CEO费德尔（Russell Fadel）说。

美国辛辛那提大学先进工业技术研究所首席教授、上海交通大学新兴产业技术研究院院长李杰则用“煎蛋模式”阐述未来制造中产品和服务的关系。“产品相当于蛋黄，而由品牌、服务创造的价值则是蛋白，德国一直以来最擅长做蛋黄，但卖产品只能赚一次钱，工业4.0让他们在考虑如何做蛋白；而GE航空引擎的模式则是蛋黄加蛋白。只要掌握足够的数据，拥有足够的创新能力，蛋白可以做得很大。”李杰说。

制造革命主战场：中国制造如何避免被洗牌？

历经20年发展，中国已然是世界工厂、全球制造业大国。据中国工业与信息化部的统计，2013年中国工业占GDP的37%，提供全国25%的就业岗位。在500余种工业产品中，水泥、发电设备、手机、计算机、彩电占全球产量的50%以上，有220多种产量居世界第一。中国制造业在全球的比例约为20%。 然而，面对工业4.0和工业互联网的新工业革命大潮，中国是否会丧失制造业大国的地位？在辛辛那提大学教授李杰看来，虽然目前中国是全球最大的制造业国家，但却“没有真正掌握制造”。“大多数中国工厂并没有掌握制造的核心材料、设备，以及工艺，他们仍然停留在组装加工的阶段，缺乏原创技术、缺乏创新。”李杰说。

总体来说，中国制造仍然徘徊在价值链的底端。绝大多数工厂还处于劳动密集的“规模化流水线”的工业2.0时代，尚未踏入大规模自动化生产的工业3.0时代。“富士康在中国数十万人聚集的代工厂似乎可以被视为当前中国制造业主要形态的缩影。” 德勤中国制造业主管合伙人董伟龙说，他对富士康绵延数公里的工厂厂房印象深刻。

劳动力成本的持续上升给中国制造业发展造成越来越大的压力。据统计，中国沿海地区劳动力的工资正以每年10%-20%的速度递增，“民工荒”的问题持续存在。在工厂向中国内地迁建的同时，相当一部分高度依赖劳动密集生产的外资企业，乃至一些中国本土企业，也在将工厂迁至劳动力成本更低的东南亚国家。“如果说中国可以凭借低劳动力成本用20年时间赶上美国，很难说是否会出现下一个依靠低成本崛起的‘中国’。”董伟龙说。与此同时，让制造业重返欧美本土的呼声此起彼伏。尽管相当一部分业内人士认为“制造业回流”更多是西方政治家们在经济危机困扰下的“一厢情愿”，“回流”目前尚未对中国经济产生重大影响，但毋庸置疑，中国过度依靠低成本的竞争方式已经走到了可持续发展的尽头。“中国正处于经济结构调整、制造业升级的十字路口。”董伟龙表示。 智能制造被视为制造业转型的出路，但在2014年德勤发布的《从中国制造到中国智造——中国制造与应用企业调查》报告结果却并不乐观。虽然在受访企业中超过七成认为开发智能制造能力非常重要，但截至2012年中国制造企业智能设备的应用比例仍低于30%，而在尚未使用智能设备的企业中，超过一半企业仍对引入智能设备持观望态度。引入智能设备的最大障碍是人力成本仍然相对低廉，同时企业内部缺乏相应配套、智能设备前期投资过高等也是束缚因素。一些企业管理者甚至感叹，对于智能化升级“现在升级现在死，现在不升将来死。”

持续上升的劳动力成本看起来的确会让长期依靠低成本赢得竞争力的中国制造业陷入“死局”。然而，如果换一个角度看，情况并非如此。 “劳动力成本上升的另一面是人们经济生活水平的提高，一方面带来市场需求增大，另一方面促进人们创新能力的提升，从而加速制造业转型。”董伟龙说。更为重要的是，由人们生活水平提升带来的互联网经济的高速发展，可能会成为加速推动下一轮中国工业转型的巨大引擎。 2014年7月，麦肯锡全球研究院发布的《中国的数字化转型：互联网对生产力与增长的影响》报告中指出：拥有6.32亿网民、7亿台智能终端的中国正在从消费者主导型的互联网转变为企业主导型的互联网。

麦肯锡的上述报告指出，2013年中国互联网经济占GDP的比重已经超过美国和德国。预计2013年至2025年间，互联网将帮助中国提升GDP增长率0.3-1.0个百分点，意味着未来十几年中，互联网将有可能在中国GDP增长总量中贡献7%到22%。互联网不仅可以成为未来几年中国经济的新引擎之一，更加重要的是，它还将改变经济增长的模式。

事实上，无论是工业4.0，还是工业互联网，“互联网”都是推动这一轮工业革命的核心要素，与此同时，互联网的发展必将带动软件业的发展——软件和互联网的发展是下一场工业革命推进的原动力。正因为如此，伴随互联网、软件与工业的融合，在可预计的未来，中国的工业仍将保持活力，空间广阔。如果加上本地市场的巨大需求，保持开放、创新心态，中国制造业大国的地位非但不会动摇，而且有可能进一步向制造业强国发展。

然而，对于不同的中国企业来说，由互联网引导的新工业革命既可能意味着巨大的机遇，也可能是生死攸关的挑战。他们必须改变传统制造方式，提高生产效率，建立专业、高效的智能制造工厂；亦或做无工厂制造，把资源聚焦到产品的前端创新研发和后端用户服务。一批具有互联网基因和思维创新的制造企业已经开始行动，这一次他们没有太多国外成熟的经验和模式可以直接“拷贝、复制”，但他们企图用互联网思维的创新颠覆中国的传统制造方式，甚至重建行业规则。深圳鼠标、键盘生产商雷柏科技在智能制造领域走在了前沿。走进雷柏科技的智能工厂，参观者会发现这是一支由六七百名工人和上百台机器人协同作战的“特种部队”，工人主要负责监督、协助，机器完成枯燥、重复的主要工作。精心规划的厂房让所有生产在一座工厂内完成，覆盖从原料注塑到最终包装十多个环节的全生产链。这里每年生产数百个种类、数千万件产品。

2002年成立的雷柏曾是一家鼠标、键盘的代加工企业。2007年开始做自主品牌，目前雷柏是中国第一大无线键盘、鼠标生产商。在2009年没有引入机器人以前，雷柏工厂的最高用工人数曾达到2,500人。“我们并非简单地用机器人替代人工，而是为整个工厂建立一整套虚拟的系统平台，每个机器人都有量身定制的软件——可以灵活调整从事不同工作。”雷柏科技负责制造的副总经理邓邱伟说。与西门子大规模的柔性生产线不同，雷柏科技实现柔性生产的方式汲取了欧洲和日本方式各自的特长：对于需要大批量供货的产品，雷柏采用更高效的自动化产线；而对于小批量的订单，雷柏则采纳日本小量、多样的小组式生产方式。 雷柏的智能工厂和机器人应用可以被视为中国电子行业利用机器人进行规模化组装的突破。全球来看，目前机器人的主要应用仍然停留在汽车、电器等领域的搬运、焊接、喷涂等方面，而在中国南方，大量劳动力密集的工厂最为需要替代的是机器人的组装能力。2013年，雷柏科技将自己成熟的机器人智能工厂模式作为独立的业务对外提供服务。“企业选择投入制造的首要考虑是投资回报，通常我们的投资回报期设定在3-5年。”邓邱伟说。

未完待续

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