全球视角下未来制造业的三元能力建设：
智能制造对我国的战略意义剖析
一、制造业的战略职位
近年来，蓬勃国家鼎力大举推进再工业化与制造业回归 。2011年6月，美国正式启动“先进制造同伴妄想”，旨在加速抢占21世纪先进制造业制高点 。2012年2月进一步推出“先进制造业国家战略妄想”，通过起劲政策，勉励制造企业回归美国本土 。2012年3月，奥巴马首次提出建设“国家制造业立异网络” 。2013年1月，美国总统执行办公室、国家科学手艺委员会和高端制造业国家项目办公室团结宣布了《国家制造业立异网络起源设计》，投资10亿美元组建美国制造业立异网络，集中实力推动数字化制造、新能源以及新质料应用等先进制造业的立异生长，打造一批具有先进制造业能力的立异集群 。与德国差别，美国将工业4.0看法被称之为“工业互联网” 。
欧盟也实时安排 。欧洲各国在2030再工业化战略中将起劲探索怎样开拓绿色制造业、价值链中的制造业、知识与信息时代的制造业等问题 。欧洲手艺生长论坛“制造业(manufacture)的未来”为欧洲制造业2020制订了蹊径图 。凭证德意志银行的报告，德国未来仍将高度依赖制造业，占本国GDP的33%，其他欧友邦家如意大利将占13%，法国10%，英国10%，西班牙7% 。德国政府2011年11月宣布的《高手艺战略2020》中明确提出工业4.0战略，旨在支持工业领域新一代革命性手艺的研发与立异，坚持德国的国际竞争力 。2013年4月，德国机械及制造商协会、德国信息手艺、通讯与新媒体协会、德国电子电气制造商协会相助设立了“工业4.0平台”，提出德国向工业4.0转变需要接纳双重战略，即德国要成为智能制造手艺的主要供应商和CPS手艺的向导者 。
各国鼎力大举推动制造业振兴的配景主要有五点：一是制造业直接影响各国在全球的竞争力 。2002年，哈佛大学商学院战略系教授迈克尔?波特教授在对美国经济生长路径的反思中，多次谈到生长外地经济和可商业经济(traded economy)的主要性 �？缮桃稻靡灾圃煲滴沟�，通过海内制造和国际销售，在国际市场获得高收益的同时提高国民收入，同时提供更多就业时机 。2008年的金融� ；な底吭街圃煲档目刮：δ芰�，对国家经济稳固和清静具有主要作用 。二是制造业与就业高度相关 。2012年美国总统科学照料委员会宣布的《在先进制造领域获得海内竞争优势》报告中提到，美国制造业就业从1960-1990年的1700-1800万人下降到2010年的1200万人，美国在去工业化历程中对以先进制造为基础的手艺投入落伍于德国、韩国、日本和中国，制造业的萎缩直接影响了美国国际竞争力和国家立异能力 。另据德意志银行的报告，由于制造业外包，经济相助与生长组织(OECD)成员国占全球GDP比重一直下降，欧洲在去工业化历程中GDP损失了本该有的1/3，未来30年将失去近1/3的就业时机 。再工业化是对去工业化的校正 。三是制造业对国家清静具有战略意义 。从军事和国家清静角度思量，制造业可以确保产品的可靠性、清静性和真实性（特殊是电子类产品） ；同时，还能包管国家需求的自给自足 。四是先进制造与立异相互关联 。全球拥有先进制造业的地方，同时还吸引了更多研发职员加入 。研发与制造在地理位置上的共生是立异经济的基础，特殊是在立异的初始阶段 。在美国，部分人以为美国可以专注于研发，将劳动麋集型的制造事情转移到生长中国家 。但近年来的研究批注，制造业外包将同时导致研发能力的衰减和制造业的损失，使创意更难爆发 。五是制造业对税收的孝顺，制造业外包导致税收难以回到海内 。
二、未来制造业的三元能力
天下主要蓬勃国家再工业化历程已经毋庸置疑，但要害问题是，未来制造业将以何种模式生长将决议它的竞争力和战略价值，我们看到，一系列新的看法在一直涌现，如工业4.0、CPS、智能制造、工业互联网、产品互联网、物联网、工业机械人、3D打印等，在这些看法背后，都有一个配合的特征，就是网络信息手艺、人工智能与制造业的深度融合 。在这些看法中，我们特殊重点关注上述手艺对制造业的影响是局部、静态和手艺毗连层面的，照旧整体、动态与社会系统层面的 。
为相识决上述关注，我们特殊研究了CPS（Cyber-PhysicalSystem）框架及相关研究 。CPS的看法是2006年由美国科学家Helen Gill在美国国家科学基金会上提出，很快引起美国政府、学术界和工业界的高度重视，2007年美国总统科学手艺照料委员会(PCAST)提交总统的报告《挑战下的领先—竞争天下中的信息手艺研发》中，提出了未来具有主要影响的8项要害信息手艺，CPS位居首位 。欧洲同盟在2008年启动的嵌入式智能系统的领先研究与手艺项目中，CPS作为智能系统的一个主要研究偏向 。凭证Helen Gill的看法：CPS是网络天下与实体天下的融合，通过多种方法与人类举行互动的新一代系统 。美国国家自然科学基金委员会(NSF)对它的界说是：CPS是“盘算资源与物理资源间的细麋集成与深度协作” ；Lee等人提出CPS是“实体资产与盘算能力之间互联治理系统的转型手艺(transformative technologies) 。它通过嵌入式盘算机和网络实现对物理流程的监控，通过闭环反响回路相互影响 。”CPS的生长源自传感器、数据获取系统和盘算网络手艺本钱的下降，可获得性的增添，以及传感器和网络机械爆发的大数据 ；同时，CPS能够实现治理大数据、提升机械互联、建设智能化、提升对装备治理弹性和自顺应能力等目的 。若是将CPS与生产、物流和效劳举行集成，可以将工厂转型为工业4.0的工厂，真正实现用高科技手段和要领治理工厂 。”
现在海内外对CPS的研究重点是手艺视角，社会视角的研究刚刚起步 。手艺视角关注系统设计、整体架构、手艺认证、手艺标准、应用评估、系统特征、模子、清静等视角，其研究要害词按泛起频率降序排列为信息手艺集成、物理集成和ICT系统组件、智能制动、智能感知手艺、嵌入式系统、漫衍式系统、高可扩展性系统和系统能力、实时系统、智能和智能并行 。
社会视角则更多关注CPS的治理机制、工业应用和竞争空间 。从治理机制看，CPS的生长受到政策、机制、总体设计架构清静台、标准、工业推进、清静可靠性、跨越数字鸿沟的工程设计、协作网络与人机交互、人才作育等因素的影响 。从工业应用看，CPS的将对工业互联网与工业互联网爆发重大影响，在美国，这种影响将重点爆发在七个工业，划分为制造业（智能生产装备、流程、自动化、控制、网络和新产品设计）、交通系统（智能汽车和交通控制，智能结构和蹊径）、基础设施（智能网格和智能修建结构）、康健医疗（身体网络与辅助系统）、紧迫响应（识别和康健系统、通讯网络、紧迫响应装备）和国防（士兵装备系统、武器系统、系统系统、后勤包管） 。从竞争空间看，重点关注生长国家领先制造业的战略是什么、最前沿的手艺立异领域、怎样推动政府、大学与工业的深度相助以加速新知识的爆发和应用 。由于CPS具有在空间和时间维度感知和处置惩罚外部情形重大性的能力，因此、它绝不但仅是局部和静态的手艺解决计划，而是对制造业的硬件装备、工厂、移动装备、物流、效劳和人和历程举行毗连、整合、剖析和动态调解，具有鲜明的跨界特征 。它的空间“毗连”和智能化能力将会对全球未来再工业化竞争蹊径、模式、治理和运营爆发久远而深刻的影响(董小英2016) 。以CPS三个字母为焦点的三元系统，组成了未来制造业的三元能力：
第一元能力是实体空间的数字化能力 。数字化能力代表将实体空间要素（包括装备、移动终端、工厂、流程、效劳等供应链中所有环节）举行数字化泛起与毗连的能力 。数字化毗连的广度、深度和速率对未来制造业的运营效率至关主要 。在CPS毗连系统架构中，由感知装备（如传感器、感应器、漫衍式控制器等）、嵌入式盘算装备(如漫衍式控制器)、企业制造控制系统（如ERP\MES\SCM和CMM），将历程中的行为和状态以数字化的方法泛起，当信息基础设施设置在适合的时空位置上时，数字可以脱离实体载体保存，在网络空间实现即时群集、整合和撒播，大大改变了嵌入在装备、流程、生产、物流和效劳历程中的信息的收罗、加工、处置惩罚和撒播方法，逐步实现万物互联 。
第二元能力是网络空间数据整合剖析能力 。实体空间要素被数字化通过信息基础设施传输被集成到网络空间，网络空间的能力有两个层面，一是对数据举行集身剖析后增值的能力，二是在大数据基础上生长人机智能的能力 。掌握这两种能力的企业演化为新型平台企业和数字生态系统 。从增值能力看，在信息中心搜集海量信息基础上，每台互联机械的信息都被推送到此并形成机械网络，通过数据挖掘和剖析可以对每台机械状态的举行比对和洞察，由此，机械具有了自我较量能力 。每台机械的体现都能够在整个系统中举行排序和较量，通过纪录机械运行的历史数据和对数据的追溯较量，展望机械未来的状态 。资源集成主体通过网络空间集成信息的能力对实体空间的举行管控，掌握领先集成资源的组织能够整合其他资源 。从人机智能看，随着机械学习、深度学习、人工智能等认知手艺和人工智能的生长，掌握数据资源的组织具有模拟与综合集成、远程可视化、协同诊断的能力，盘算机智能拥有了周全监控系统的知识和能力，同时能资助实体空间做出准确决议 。由于网络层资源密度带来的信息集成广度、深度和速率优势，认知层的智能决议能力大大逾越了实体空间人类的决议能力，由此构建焦点竞争优势 。
第三元能力是网络-实体空间交互能力 。在认知层的指导下，智能系统从网络空间将信息反响给实体空间，通过指导性控制使机械具有自顺应和自设置能力，机械通过弹性控制系统(RCS)做出修正性和展望性决议 。包括古板生产顺序的改变 ；通过软件实现并行工程开发和商品制造的提速(Boehm and Turner 2002) ；所在设置指数字化和网络改变了所在的看法，使生产企业与消耗者、相助同伴、供应商之间建设全球网络，消耗者和使用者有时机加入到产品和效劳提供者的价值共创历程中 ；形成价值网络和商业生态 。CPS实现了对不确定信息的实时可靠处置惩罚、动态资源与能力的有机协调、对情形的自顺应控制，构建高度自主感知、自主判断、自主调理和自治能力，能够实现虚拟天下和现实物理天下互联与协同 。在搜集海量数据和智能剖析的基础上，CPS可以最大化实现其战略、商业和应用价值 。
三元能力之间具有依次递进、内在关联、动态生长、动态组合等特征，依次展现了制造业未来生长的名堂与蹊径图，需要在短、中与恒久生长中构建战略认知和结构 。尤其是第一元能力的建设，需要较长的时间和历程，特殊是关于古板制造业来说，怎样实现数字化面临着重大的转型挑战和压力 。在第二元能力构建中，新兴互联网企业拥有较多优势，但怎样与古板制造业对接是一个大的问题 。
三、三元能力与制造业的竞争优势
CPS系统与古板网络的区别在于：一是异构集成 。CPS具备“深度嵌人、泛在互联、智能感知和交互协同”的特点，系统结构具有开放性、异构性、动态性、松耦合和多维度等特点 ；二是智能管控 。CPS在物与物互联的基础上，CPS强调对物的实时、动态信息控制与效劳，在实时性、清静性和可靠性方面的要求更高 ；三是交互顺应 。自主顺应实体情形的动态转变，必需知足实时性、可靠性和清静性方面的要求 。
从智能制造到智能治理 。CPS能够使智能制造应用通过大规模异构组件组成的互联系统在工业生产的历程中举行集成化盘算 。这些控制系统通过控制循环，即传感器和制动器、传感器相连，和生产线交互，来提供自力的生产历程控制 。这些高度集成的生产网络能够很洪流平上改善工业流程的效率 。在智能治理上做到：（1）通过数字控制系统，具有嵌入式自动化的历程控制、处置惩罚工具和效劳信息系统，最优化工厂运作和清静 。（2）资产治理，使用展望性的维护工具、统计评估和丈量最大化生产的可靠性 。（2）智能传感器可以消除异常征象，资助规避不正常甚至是灾难性的事务 。（3）智能系统在工业能源治理系统内部集成，在外部上用智能网格使实时能源优化成为可能 。
大规模定制 。CPS能够在制造业立异方面提供多种可能，主要体现在在智能产品、生产，以及产品清静、可靠和可一连性的生命周期设计方面 。这些领域规模得益于CPS的看法和信息基础设施建设，包括家居、军事物流和武器系统、康健、衣服、农业、食物加工和准备、自动航空器 。通过CPS组件的整合，产品需求泛起清静、可靠、“即插即用”的趋势，并泛起高度的定制化可能 。
集成透明高效价值网 。CPS对制造业从工厂运作到供应链的所有方面举行高度整合 。产品的完全生产周期能够被追踪，包括流程、资源等，使得制造业情形无邪，能够优化绩效和效率 。CPS的先进能够降低产品和系统对市场的响应时间，增进供应链的立异、竞争和弹性 。由于生产更靠近原质料、科技手艺中心或者客户群体，这些优势使得本钱和市场能更无邪地优化，制造业的未来劳动力的事情重点和手艺集中在立异和研究等焦点知识领域 。
与消耗者深度融合的价值共创系统 。在古板制造业，由于企业间信息化数字化水平较低，制造商和消耗者之间信息差池称，供应链搭建起制造商和消耗者之间的桥梁来应对两者之间的物理鸿沟，桥梁的中心商包括批发商、零售商等，这种供应链结构具有强关联特征，在网络空间，企业间和与消耗者间的结构关系泛起出从供应链到价值网络的转化 。数字化使得制造商、中心商、消耗者之间可以共享信息，实现信息的对称流动，供应链通过搭建物理桥梁资助转达信息的作用在削弱 。由于信息对称性，企业可以预先获得消耗者偏好并通过纵向或横向资源整合形成价值共创，消耗者需求成为工业研发的一部分，随着消耗需求和情景的转变，企业通过数字化而非实体毗连快速形成大宗松耦合结构，不相关主体凭证市场需求的转变快速组合息争散，共享的信息把各方相关利益者组成价值共创网络 。
四、全球竞争名堂下我国智能制造的战略意义
美国战略是将网络空间的优势辐射到实体空间 。美国从上世纪70年月最先构建信息工业在全球的向导职位，现在已经形成了网络与信息手艺的完整生态系统，包括从部件、辖档同接到云应用的工业生态与名堂(ofpresident 2010) 。在此基础上，美国将CPS作为构建全球工业向导力的主要引擎 。凭证美国标准与手艺研究院2013年的报告(Ying 2013)，CPS作为新一代智能系统对美国未来的经济影响重大 。其中倾覆性手艺会为未来的工业生长提供重大的空间和引擎，创立全新的市场和增添平台，新产品和新效劳会创立和保存大宗就业时机 �？梢钥吹�，美国的战略结构是将网络空间的优势辐射到实体空间 。美国从2006年最先就对CPS未来生长中涉及的要害问题（如系统的清静性和可靠性、网络的毗连、交互和人机互动、跨越数字—实体鸿沟的工程要领、CPS的架构清静台、劳动力的教育培训与手艺转型）直接向美国总统禀报并睁开周全结构(Ying 2013) 。
德国战略是将实体空间的优势延展到网络空间 。德国依附着制造业百年积淀的手艺研发、工程师文化、工匠精神、治理改善和渐进式立异基础，依托德国的毗连电子工程、机械工程和信息手艺的跨学科研究团队与能力，优异的教育系统，装备供应商与用户之间优异的同伴关系，自动化方面的立异向导力和更无邪的生产要领，强有力的中小企业隐性冠军及在全球细分市场上的专业能力，将实体空间的优势拓展到网络空间 。因此，德国又将CPS称为工业集成(integrated industry)(Heng 2014)，旨在通过数字化转型，实现装备、工厂、流程、效劳、人与客户之间的普遍毗连和集成 。凭证德国国家科学工程科学院(NASE)估算，工业4.0将使劳动生产率提高30% 。为此，欧盟将每年投资3.4亿欧元一连10年，通过CPS相关研发实现其“天下向导者”的职位 。另据弗劳恩霍夫协会与德国信息工业、电信和新媒体协会(Bitkom)的团结报告，工业4.0带给德国的总增值将抵达2670亿欧元，这些孝顺主要来自六个领域：机械与装备装置与运转历程（2013-2025，230亿欧元） ；无邪车辆与汽车零配件（150亿欧元） ；信息与通讯手艺（140亿欧元） ；电子装备与化工工业（120亿欧元） ；农业和林业（30亿欧元） 。这些领域的收益将占到总增值2670亿欧元中1/3(Heng 2014) 。
在新一轮制造业的国际竞争中，我国制造业面临着两翼竞争 。凭证工信部苗圩的看法，2010年，中国人经由150年的起劲斗争，终于重回天下第一制造业大国的位置 。但在全球竞争名堂下，我国制造业大而不强的问题仍然保存，在全球制造业竞争优势的阵营中，美国为第一阵营，德国日本为第二阵营，我国为第三阵营 。因此，中国企业面临的压力与挑战比德美企业更大 。一方面，在实体空间，中国企业面临着古板制造业转型升级的艰难挑战，在产品质量、手艺含量、运营系统和品牌建设上与德国企业有较大差别 ；在网络空间，虽然我国的消耗类互联网近年来获得很大生长，但在企业、工业和工业互联网领域，与德国和美国的企业仍有很大距离 ；在实体与网络毗连的系统层面，美国已经建设了一定的领先优势 。为了进一步缩小与领先国家的距离，我国政府相继提出的“互联网+”和“中国制造2025战略”是制造业和互联网工业同步生长的战略设计，国务院和工信部相继推出了《中国制造2025》（2015年5月，国务院）、《关于起劲推进“互联网＋”行动的指导意见》（2015年7月，国务院）、《中共中央关于制订国民经济和社会生长第十三个五年妄想的建议》（2015年11月，国务院）、《智能制造生长妄想（2016-2020）》（工信部）、《智能制造工程》（工信部）等一系列政策指导鼎力大举推进这一历程 。在这种配景下，我们建议：
一是整体妄想结构三元能力建设 。通过对CPS战略价值的解读，我们可以预见未来工业化历程与制造业的生长将取决于三种能力：一是数字化能力 。即通过推进组织、行业和国家层面的信息化，实现实体空间资源的数字化及向网络空间群集的能力 ；二是数字集成与剖析的能力 。既在网络空间生长领先智能资源，支持对海量数据的集成、处置惩罚、剖析挖掘、决议支持与预判 。三是价值共创的能力 。在信息资源集成能力的基础上，我国制造业在应对情形重大性、消耗者需求个性化和情境动态化的历程中，通过生长共享经济清静台经济，以最优本钱和最高效率知足客户和市场的需求，随需而变、供需匹配，，从而确保制造业的高顺应性、可靠性、实时性、清静性及竞争优势 。
二是通过渐进式立异强化制造业的品质与品牌 。中国制造企业应该坚信卓越产品的恒久价值 。从全球视野看，对产品卓越品质的追求这一价值观在互联网大潮中并没有改变 。中国在鼎力大举推进生长互联网工业的同时，需要同样高度重视实体经济的转型升级与可一连生长 。我们需要特殊借鉴德国的履历，接受美国在制造业大宗外包转移时所带来的实体经济空心化的教训 。中国作为生齿大国，就业问题直接关系到社会稳固和经济昌盛，应该把互联网企业与制造业作为互补的战略同伴，而不是相互替换的竞争敌手 。从全球工业生长的历史视角看，我国制造业生长仍处在初级阶段，需要以坚定不移的目的、坚贞不拔的毅力和坚韧不拔的起劲，继续推进信息化与工业企业的深度融合，在这个历程中，一方面要扎扎实实以工匠精神打好基本功，深化手艺能力，改善治理系统，增强研发投入、塑造卓越品质和品牌，把中国制造打造成象德国制造一样的有国际竞争力的产品 ；另一方面通过重点突破、弯道超车的时机，实现国际级水准的智能制造 。
三是增强网络空间能力建设 。鉴于CPS在智能电网系统、智能交通系统、航空航天电子系统、智能医疗系统、智能家电系统、情形监测、智能修建、工业控制、国防系统、武器系统等领域的战略意义和普遍应用价值，笔者建议政府与学术界、企业通过建设同盟的方法团结举行前瞻性与应用性并行的研究与开发，使用我国的立异和市场优势，力争成为国际标准的加入者与制订者 。研究的规模应是综合性的，涉及焦点手艺系统和架构的开发，及效劳和社会系统的探索与立异 。通过前瞻性战略研究，提供实体经济与网络经济共赢生长的综合性框架，为企业提供恒久、稳固的政策设计与情形营造，将实体与网络经济的生长打造成互利互惠、配合生长的同伴关系 。
四是加速生长工业和工业互联网，重视相关人才作育 。勉励我国互联网企业强化在网络空间能力的转移，并在与制造业的交集领域实现能力转型与立异，推进工业互联网、工业互联网与专业互联网的生长 。在政策上，支持消耗类互联网使用其与客户价值共创和大数据开发的能力，通过建设聚合消耗者和厂家资源的平台，形成逆向整合工业资源的“龙头模式”，从而提升制造业的运营效率及与市场动态接轨的能力，用逆向倒逼方法整合工业链，使中国的相关工业不但在智能制造环节发力，并且能在人、装备、效劳、流程等各环节毗连，形成价值网络的智能化 。在这个历程中，我国需要一大批在盘算机、专业、立异、商业模式设计方面具有综合能力的人才，在美国，专家已建议排名在前200的大学中25%的学校设立CPS学位，本科层面的CPS项目将在2017年正式推出，通过在这一阶段的人才作育，为企业节约约莫5年的培训时间 。
五是一连推进企业数字化与信息化转型 。企业通过信息化和数字化手段一直优化供应链、提升现有供应链价值，并在此基础上逐渐实现系统互联，为价值网络的形成打下坚实的基础 。由于我国制造型企业众多、信息化和数字化水平狼籍不齐，三元能力的构建历程必将履历一段历史历程，这个历程要履历向导人认知模式、治理模式和营业模式的转型与厘革，将遇到许多难题，政府和企业在推动信息化历程中投入了不懈起劲，今天应该以更大的力度沿着这个目的走下去 。
六是施展中国的综合优势，追求弯道超车时机 。中国市场辽阔，消耗群体众多，消耗者对产品质量的要求一直升级 。在这个大情形下，我国已经涌现出小米、京东、阿里巴巴、腾讯、滴滴等互联网企业，或者用互联网头脑做实体企业的规范 。同时在高铁、造船、航空航天、电信装备等领域有一大批具有国际竞争力的制造型企业 。建议企业之间通过建设同盟的方法配合探索工业生长的顶层设计、标准制订、蹊径图妄想和树模模式，追求配合推进与中国制造2025战略高度关联的基础设施、焦点架构、焦点手艺、标准规范、软件应用、效劳立异、商业生态和模式立异的探索性研究与知识产权� ；�，使我国在新一轮的工业化国际竞争中获得更多的影响力和自动职位 。
董小英，北大本-硕-博 ；现为博士生导师，伟易博治理学院治理科学与治理信息系统系副教授，案例研究中心学术主任，中国信息经济协会副理事长，信息工业部中国信息通讯委员会委员 。曾在美国哈佛大学，匹兹堡大学，澳大利亚国立大学等多所大学短期学习或做会见学者 。主持团结国教科文组织、国家自然科学基金（2项）和国家社科基金项目 。主要学术著作5部 。揭晓中英文论文50余篇 。研究领域包括高科技企业立异、双元能力、知识治理、信息平台与商业模式立异，古板企业互联网转型、医疗信息化平台和工业4.0 。教学领域包括知识治理与立异，向导者立异头脑、竞争情报与创业设计 。近年来在国际和海内学术期刊上揭晓的深度案例研究有思科、华为、李宁、京东等企业 。担当企业知识治理与立异、企业信息化方面照料 。为伟易博ExEd行动学习的主要提倡者和实践者，拥有为近20多家企业设计、治理和实践行动学习的实战履历 。
