工業(yè)是整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐和基礎(chǔ)，而作為工業(yè)核心的制造業(yè)，無疑承擔(dān)著中流砥柱的作用。2013年4月德國提出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，并迅速得到了世界各國尤其是制造業(yè)發(fā)達(dá)國家的認(rèn)可。我國在2015年3月也提出了“中國制造2025”戰(zhàn)略，對于制造業(yè)而言，既是機(jī)會，又是挑戰(zhàn)。本文從戰(zhàn)略高度和實(shí)踐的視角分別加以論述，旨在對國內(nèi)制造企業(yè)在戰(zhàn)略規(guī)劃和發(fā)展路徑選擇時(shí)有所啟迪和參考。

    一、制造企業(yè)現(xiàn)階段主要困境

    改革開放30年以來，我國制造業(yè)依托勞動成本低、材料資源豐裕的優(yōu)勢，無論內(nèi)資、外資還是合資企業(yè)，都享受了巨大的發(fā)展紅利，并在部分工業(yè)領(lǐng)域形成了一批在世界舞臺上聲名顯赫的翹楚。然而，全球金融危機(jī)以來，傳統(tǒng)制造業(yè)面臨的困難和挑戰(zhàn)卻在不斷加大，最核心的方面主要體現(xiàn)在：

    1.成本和競爭壓力加劇

    中國美國商會和貝恩公司聯(lián)合開展的《2015年度商務(wù)環(huán)境調(diào)查報(bào)告》顯示，2014年在華美國企業(yè)收入繼續(xù)增長，但已趕不上過去幾年成本快速增長的步伐。超過40%的受訪者表示在華利潤率與全球平均利潤率相當(dāng)，30%的受訪者表示在華利潤率低于中國之外的其他市場的利潤率，17%的受訪研發(fā)密集型企業(yè)也表示已經(jīng)或準(zhǔn)備將企業(yè)遷出中國?！吨袊I(yè)發(fā)展報(bào)告2014》指出，中國工資水平在過去10余年大幅增長，制造業(yè)平均工資超過大多數(shù)東南亞國家和南亞國家，最高已超過6倍多，勞動力成本優(yōu)勢已成往事。這顯示，企業(yè)面臨的成本和競爭壓力日益加劇，我國制造業(yè)作為經(jīng)濟(jì)增長引領(lǐng)者的地位有所下降。

    2.面臨制造模式轉(zhuǎn)變的挑戰(zhàn)

    當(dāng)前，全世界的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一個(gè)更加深刻的變革，其核心是現(xiàn)代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合。

    由于我國制造業(yè)的優(yōu)勢來自較低的人工和原料成本，因此在智能制造、智能工廠、智能物流等方面一直處于弱勢地位，尤其是人機(jī)互動、系統(tǒng)生命周期管理、虛擬技術(shù)等企業(yè)信息化系統(tǒng)的建設(shè)不足難以支撐智能制造的需求。例如，在體現(xiàn)智能生產(chǎn)過程的貼片機(jī)領(lǐng)域，無論是裝備的工作效率，還是貼片精度，都無法與雅馬哈、JUKI等公司的產(chǎn)品相抗衡，造成利用國產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)出的產(chǎn)品的不良率更高、穩(wěn)定性更差、產(chǎn)品生命周期更短等現(xiàn)象。而在制造模式方面，在機(jī)床、開關(guān)電氣、起重機(jī)械等裝備領(lǐng)域還停留在手工裝配階段，但隨著制造業(yè)升級換代，產(chǎn)品的復(fù)雜程度提高，增加自動化投入、優(yōu)化生產(chǎn)流程和工藝是制造企業(yè)未來的必然選擇。

    二、實(shí)現(xiàn)智能制造的缺位分析

    智能制造不僅采用新型制造技術(shù)和裝備，而且將迅速發(fā)展的信息通信技術(shù)滲透到工廠，它貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個(gè)環(huán)節(jié),在制造業(yè)領(lǐng)域構(gòu)建信息物理系統(tǒng)，可以說這是一種生產(chǎn)方式的變革或革命。但是，在我國工業(yè)軟件系統(tǒng)、自動化、智能技術(shù)等方面并不具有競爭優(yōu)勢的前提下，要使“中國制造2025”落地，仍有一定的難度，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

    圖1 工程自動化在能源領(lǐng)域的應(yīng)用案例（來源：德國電氣和電子制造商協(xié)會）

    1.尚未實(shí)現(xiàn)過程自動化

    過程自動化是指利用測量和分析裝置、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件工程對生產(chǎn)過程進(jìn)行測量、控制和調(diào)節(jié)。在自動化方面，德國是絕對的領(lǐng)先者，根據(jù)ABB集團(tuán)和德國電氣和電子制造商協(xié)會的統(tǒng)計(jì)，利用過程自動化，生產(chǎn)廠平均節(jié)能15%，每年節(jié)省500億千瓦時(shí)量當(dāng)量，每年節(jié)省40億歐元的能源成本。過程自動化是智能制造的核心，采用現(xiàn)代過程自動化解決方案，最顯著的是可以提升能源效率，降低企業(yè)中長期的生產(chǎn)耗能成本。

    現(xiàn)階段，我國制造業(yè)剛剛完成了機(jī)械化，正處于局部自動化的階段，距離過程自動化還存在較大差距，尤其是在過程自動化最核心的設(shè)備方面，我國一直處于劣勢。例如在電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域，過程自動化最核心的設(shè)備是貼片機(jī)，2013年，國內(nèi)自動貼片機(jī)進(jìn)口金額達(dá)到13.01億美元，進(jìn)口來源國主要為日本，占比達(dá)到65.2%；從韓國、德國、新加坡進(jìn)口占比分別為17.9%、6.1%、3.7%，富士、雅馬哈、JUKI、三星等國際廠商幾乎壟斷了整個(gè)市場。但10多年來，我國企業(yè)仍處于摸索階段和樣機(jī)試制階段，一直未能推出通過中試的成熟產(chǎn)品，幾乎100%依靠進(jìn)口（除小型的LED貼片機(jī)）。

    但隨著高端技能人才的培養(yǎng)、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的完善、研發(fā)費(fèi)用投入的加大，目前，在印刷、焊接、檢測等環(huán)節(jié)已涌現(xiàn)出日東、勁拓、凱格等較有實(shí)力的企業(yè)，而制造企業(yè)一旦實(shí)現(xiàn)了過程自動化，將會大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量也會大大提升。

    2.缺乏系統(tǒng)生命周期管理

    軟件在產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用以及伴隨其而來的網(wǎng)絡(luò)化在使產(chǎn)品性能增強(qiáng)的同時(shí)，也使得產(chǎn)品的復(fù)雜程度越來越高。隨著產(chǎn)品特點(diǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變化，其生命周期也隨之發(fā)生了變化。產(chǎn)品以系統(tǒng)的形式與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。例如，現(xiàn)今的汽車不再只是一款機(jī)械產(chǎn)品，它更多集合了電子系統(tǒng)、社會媒體系統(tǒng)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)顯示出跨學(xué)科的技術(shù)設(shè)計(jì)。隨著產(chǎn)品越來越具有系統(tǒng)的特征，其生命周期的階段也分別向供應(yīng)鏈和消費(fèi)者的兩端進(jìn)行延伸，更多的體現(xiàn)在系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、操作和最終淘汰的各個(gè)階段。

    現(xiàn)階段，我國制造型企業(yè)仍然停留在精細(xì)生產(chǎn)、現(xiàn)場管理、質(zhì)量保證等產(chǎn)品生產(chǎn)階段，對產(chǎn)品的供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)、消費(fèi)者的使用環(huán)節(jié)尚未足夠滲入，還停留在簡單的產(chǎn)品生命周期管理階段，與更高級別的系統(tǒng)生命周期管理還有差距。

    3.產(chǎn)品虛擬化設(shè)計(jì)與開發(fā)度不高

    與蒸汽機(jī)、大規(guī)模流水線生產(chǎn)和電氣自動化為標(biāo)志的前三次工業(yè)革命不同，工業(yè)4.0旨在通過充分利用嵌入式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新交互式生產(chǎn)技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)，相互通信，即信息物理融合系統(tǒng)，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與現(xiàn)實(shí)的交互，不僅要提高生產(chǎn)的外部技術(shù)，更要從生產(chǎn)內(nèi)部進(jìn)行改造。例如，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以應(yīng)用產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM），在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬的產(chǎn)品設(shè)備測試，以達(dá)到在不需要實(shí)物的情況下，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在西門子公司，其利用產(chǎn)品生命周期管理軟件NX，可用于數(shù)字化仿真機(jī)虛擬裝配，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)組件及其接口的測試。戴姆勒公司將NX軟件首先應(yīng)用于旗下的汽車和卡車研發(fā)部門，在取得降低產(chǎn)品開發(fā)周期、增強(qiáng)產(chǎn)品穩(wěn)定性的收益后，戴姆勒集團(tuán)隨后為其超過20個(gè)研發(fā)中心和最主要的供應(yīng)商，都配備了這種新型研發(fā)平臺。

    在產(chǎn)品虛擬化設(shè)計(jì)和開發(fā)、3D打印等方面，我國的制造企業(yè)明顯落后于發(fā)達(dá)國家。在研發(fā)如生產(chǎn)機(jī)械這樣的裝備時(shí)，還無法利用虛擬技術(shù)將物理活動變?yōu)閿?shù)字活動，無法使開發(fā)變得更加靈活，資源得到優(yōu)化配置，甚至是無法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素的逐個(gè)優(yōu)化。

    4.缺乏數(shù)據(jù)處理平臺

    數(shù)據(jù)是智能的原材料，制造企業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能制造，必須首先要建立起數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。我國的制造業(yè)在數(shù)據(jù)采集方面的意識和能力都非常薄弱，更難以利用數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)決策和有效預(yù)測。而在數(shù)據(jù)產(chǎn)品領(lǐng)域，我們更缺少像SAP HANA這樣的數(shù)據(jù)處理平臺，無法將數(shù)據(jù)分析與業(yè)務(wù)交互進(jìn)行有效結(jié)合，更無法在業(yè)務(wù)運(yùn)作期間對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并通過靈活的視圖將分析信息呈現(xiàn)給用戶。

    圖2 我國日東公司研發(fā)的貼片機(jī)生產(chǎn)線

    三、結(jié)論與對策建議

    制造型企業(yè)想要在工業(yè)4.0下異軍突起，或占有一席之地，必須根據(jù)企業(yè)自身的現(xiàn)狀，分階段、有目的的進(jìn)行實(shí)施。盡管制造型企業(yè)的工業(yè)4.0之路并非一朝一夕能夠完成，但至少應(yīng)該從以下三方面做好準(zhǔn)備。

    1.信息化體系的集成與構(gòu)建

    實(shí)踐表明，企業(yè)利用集成化軟件，可以實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的緊密相連，優(yōu)化生產(chǎn)過程。集成化軟件系統(tǒng)的應(yīng)用，一方面使得企業(yè)與企業(yè)之間縱向一體化程度加深；另一方面，在從預(yù)定到交貨的橫向一體化中，各個(gè)環(huán)節(jié)也被緊密地聯(lián)系起來了。

    在工業(yè)3.0階段的后期，大多數(shù)優(yōu)秀的制造企業(yè)已經(jīng)在供應(yīng)鏈、人力資源、財(cái)務(wù)管理等方面實(shí)現(xiàn)了信息化管理。然而，企業(yè)在選擇這些軟件時(shí)，出于每個(gè)系統(tǒng)在本企業(yè)的重要性、價(jià)格、功能等方面的不同，選擇了不同廠家的軟件系統(tǒng)，也造成了代碼版本、類型、技術(shù)框架不一致的情況。在工業(yè)4.0的背景下，將這些軟件系統(tǒng)進(jìn)行整合是一件非常困難的工作，但最終形成一體化的軟件體系是非常有必要的。因?yàn)樵诠I(yè)4.0時(shí)代，移動計(jì)算、社會化媒體、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、分析和優(yōu)化/預(yù)測將起到主角的作用。

    一般來講，企業(yè)軟件體系的構(gòu)建主體是制造型企業(yè)的信息部門，但更多的應(yīng)是在公司的戰(zhàn)略規(guī)劃下，由點(diǎn)及面、由局部到整體，逐步實(shí)現(xiàn)。必要的情況下，企業(yè)的信息部門甚至充當(dāng)開發(fā)者的重任，而不是簡單地實(shí)現(xiàn)各個(gè)軟件的集成與維護(hù)，或者只充當(dāng)完成相關(guān)任務(wù)需求的角色。在信息部的人員構(gòu)成上，也要打破以往只充當(dāng)軟件或硬件服務(wù)的職能，而是將各個(gè)軟件使用部門的需求前移到信息部門，即信息部門的人員由軟件系統(tǒng)的功能需求、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、使用維護(hù)這三方面實(shí)現(xiàn)一體化構(gòu)成。只有這樣，才能保證智能制造模式下各軟件體系的高效運(yùn)作。

    2.利用軟件構(gòu)建企業(yè)數(shù)據(jù)圖譜

    未來，企業(yè)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、人員管理都要圍繞數(shù)據(jù)來進(jìn)行，數(shù)據(jù)同時(shí)也是創(chuàng)新的基礎(chǔ)。然而，數(shù)據(jù)的價(jià)值不是僅停留在總結(jié)與分析階段，它更大的價(jià)值和用途在于對下一階段的決策與預(yù)測。要使決策、預(yù)測更加科學(xué)、準(zhǔn)確，在數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度、涵蓋范圍等足夠大的基礎(chǔ)上，必須利用軟件建立數(shù)據(jù)圖譜，主要包括整理存量數(shù)據(jù)和建立數(shù)據(jù)鏈接兩個(gè)階段。

    (1) 整理存量數(shù)據(jù)

    對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理的基礎(chǔ)就是進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，分類依據(jù)也應(yīng)該是多維形式的，例如，二維數(shù)據(jù)可以按照人員數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、營銷數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等類別進(jìn)行劃分，也可以按照與人員有關(guān)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、與產(chǎn)品有關(guān)的營銷數(shù)據(jù)、與人員有關(guān)的營銷數(shù)據(jù)等進(jìn)行劃分，而劃分的依據(jù)就是用途的不同。

    此外，數(shù)據(jù)是軟件系統(tǒng)的細(xì)胞，不同類型、不同來源的數(shù)據(jù)，有著不同的功用，因此，整理數(shù)據(jù)還要特別注意數(shù)據(jù)的遴選，即確保每個(gè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、時(shí)效性、針對性、唯一性。

    (2) 建立數(shù)據(jù)鏈接

    數(shù)據(jù)的核心價(jià)值是決策與預(yù)測，而把各方面數(shù)據(jù)單元根據(jù)用途進(jìn)行鏈接，可以形成新的數(shù)據(jù)，進(jìn)而使決策更加科學(xué)、預(yù)測更加準(zhǔn)確。在產(chǎn)品領(lǐng)域，甚至可以利用存量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)。所以，利用軟件平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與現(xiàn)實(shí)的交互，更有利于產(chǎn)品開發(fā)的效率、功能的改進(jìn)以及滿足顧客需求程度的提升。

    3.產(chǎn)品及系統(tǒng)生命周期管理

    軟件的出現(xiàn)使得產(chǎn)品具有跨學(xué)科的特征，例如，百年前的汽車只是“車輪+發(fā)動機(jī)+座椅”能夠滿足人們出行的交通工具，而現(xiàn)在，幾乎所有的汽車除了具有ESP、ABS、EBD等模塊化軟件外，還配備了多媒體娛樂系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、能源回收與管理系統(tǒng)等等。

    隨著產(chǎn)品特點(diǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變化，其生命周期也隨之發(fā)生了轉(zhuǎn)變。產(chǎn)品以系統(tǒng)的形式存在，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由于技術(shù)的飛速發(fā)展，這種交換也因此始終處于非常迅速發(fā)展的狀態(tài)中。在此背景下，原有的產(chǎn)品生命周期管理不足以滿足企業(yè)的經(jīng)營需要，而是會以產(chǎn)品生命周期為基礎(chǔ)，逐步向系統(tǒng)生命周期轉(zhuǎn)變，由于系統(tǒng)生命周期的特征集中表現(xiàn)在系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、操作和最終淘汰的各個(gè)階段，因此，一個(gè)全面的系統(tǒng)生命周期管理方法的關(guān)鍵因素在于系統(tǒng)工具模型的開發(fā)，一個(gè)好的生命周期模型會涉及系統(tǒng)發(fā)展的每一個(gè)周期，精密地從不同角度、不同層面進(jìn)行解析，再完成系統(tǒng)建模。

    在具體的實(shí)現(xiàn)方法上，首先要以產(chǎn)品為核心，根據(jù)產(chǎn)品的功能及構(gòu)成，將產(chǎn)品分解成多個(gè)具體的局部生命周期，產(chǎn)品局部生命周期包括原材料、組件、軟件、用戶反饋、供應(yīng)鏈等多個(gè)周期，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)要點(diǎn)，最終形成一個(gè)產(chǎn)品的系統(tǒng)生命周期管理，如果一個(gè)公司具備多個(gè)產(chǎn)品體系，還要形成公司一體化的生命周期管理，公司管理也從主要的依靠人來運(yùn)營，逐步過度到依靠系統(tǒng)來運(yùn)營。

    4.加強(qiáng)產(chǎn)品的復(fù)雜性管理

    智能制造時(shí)代的一大特征就是產(chǎn)品種類的增多。例如，國產(chǎn)寶馬3系在2004年僅生產(chǎn)2個(gè)車型，到2008年增加到13個(gè)車型，而到了2014年，猛增到了21個(gè)車型。國產(chǎn)奔馳C級車也是如此，2008年擁有5個(gè)車型，而到了2013年，則擁有了8個(gè)車型。產(chǎn)品種類的增多，對消費(fèi)者是件好事，但對于完全競爭下的制造商來說，卻是個(gè)挑戰(zhàn)。然而，以軟件為核心的信息化的應(yīng)用，讓提高生產(chǎn)力的方法有了根本性的轉(zhuǎn)變，而為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，制造業(yè)的產(chǎn)品自動化必須從其局部自動化開始，并建立在一個(gè)明確的機(jī)制上。例如，大眾汽車MQB自動化平臺的應(yīng)用，使多款產(chǎn)品的同一平臺化生產(chǎn)成為了現(xiàn)實(shí)，在提高產(chǎn)品品類的同時(shí)，更是降低了生產(chǎn)成本，也滿足了消費(fèi)者的多樣化需求。

    近百年的工業(yè)發(fā)展歷史表明，提高生產(chǎn)力的方法主要有以下手段：優(yōu)化現(xiàn)有流程、提高制造業(yè)的自動化程度、改進(jìn)設(shè)計(jì)、降低勞動成本以及完善供應(yīng)鏈管理模式。然而，隨著經(jīng)濟(jì)全球化，在人員、物資流通越來越高效的前提下，特別是在資源利用程度和技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，無論是裝備生產(chǎn)商、汽車制造商、還是原材料供應(yīng)商，雖然各自面臨的行業(yè)挑戰(zhàn)不同，但相同的是：他們都需提高自己的生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)靈活性以及生產(chǎn)復(fù)雜性的管理能力。

    面對復(fù)雜的供應(yīng)鏈系統(tǒng)、產(chǎn)品管理系統(tǒng)，單靠人的力量難以完成，此刻，信息化軟件的作用就足以凸顯。在企業(yè)中，軟件主要包括實(shí)現(xiàn)單一設(shè)備功能的嵌入式軟件和實(shí)現(xiàn)局部管理功能的管理軟件。要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性管理，必須把主導(dǎo)產(chǎn)品功能的嵌入式軟件與主導(dǎo)制造流程的管理軟件有效集成，尤其是在企業(yè)決策方面，不僅要把管理軟件當(dāng)做提高效率的工具，更要把它作為分析、預(yù)測和解決問題的助手。