工业4.0与工业互联网：比较、启示与应对策略

　　摘要：工业4.0与工业互联网是在新工业革命背景下分别产生于德国和美国的未来工业发展模式，并分别得到国内产学研用各界的联合推进。深入对比分析工业4.0与工业互联网的异同，发现二者在动因、内核、方向、结果等方面基本一致，但因两国在工业和互联网领域的比较优势差异显著，进而导致两种模式在内涵、实现路径、实施重点与效果等方面明显不同。工业4.0与工业互联网之间的大量相似点，实际指明了全球工业未来发展的新方向，不同之处则暗示出只有结合国情的发展模式才能获得广泛支持，这无疑给我国制定应对策略、加快推进两化融合战略提供了可资借鉴的宝贵经验。

　　关键词：工业4.0；工业互联网；比较；启示；应对策略

　　一、引言

　　21世纪以来，信息通信技术创新与迭代演进速度不断加快，信息、生物、新能源、新材料等技术呈现出显著的交叉融合趋势（于新东和牛少凤，2011），这被广泛视为全球新一轮科技革命和产业变革的重要标志。理论研究和经济发展的历史经验都一再证明，每次工业革命都是以重大科技的突破为先导（刘霞辉，2006），反之重大科技突破则通过对生产方式和生产关系的全面变革形成工业革命。在本轮科技革命与产业变革中，信息通信技术加速创新并向其他产业快速渗透融合的特征突出，大量学者的研究已经证明，信息通信技术创新与广泛应用促使合作、沟通和信息处理成本大幅下降（Brynjolfsson和Hitt，2000），并且与企业组织变迁互补进而显著提升生产效率（Zand等，2011），二十世纪七八十年代大量经济学家通过实证发现IT投资和高绩效之间没有明显关联的“生产率悖论”（productivityparadox）已经不复存在。随着信息通信技术创新进一步加快，并与其他技术与产业加速融合，直接或间接地促进生产效率的大幅提升（Saunders和Brynjolfsson，2009），全球经济运行的生产投入要素结构可能因此进一步发生重大调整，制造和制造业的经济功能有可能被重新定义，全球产业竞争格局也可能被重构（黄群慧和贺俊，2013）。

　　在2008年全球金融危机之后，为加速经济复苏并进一步抢占新产业革命带来的发展机遇，欧美日等发达国家纷纷推出以制造业为主的刺激政策，推动信息技术与工业加快融合，其中德国的工业4.0和美国的工业互联网成为最具代表性的新模式。近年来，国内外学者、企业等纷纷投入力量对这两种模式进行研究和完善，如Blanchet等（2014）、裴长洪和于燕（2014）、芮明杰（2014）、罗文（2014）对德国工业4.0模式的内涵、实践以及对我国制造业的借鉴意义进行了研究，而Berbon和Watkins（2014）、GE和Accenture（2014）、李培楠和万劲波（2014）等则对工业互联网的体系、重点以及对我国两化融合的启示开展了相关研究。但时至今日，信息物理系统（CPS）、工业4.0、工业互联网、两化融合等概念层出不穷，学界、业界与政界的认知并不一致，而目前尚未有相关文献对这些基本概念和模式的特征、异同进行系统梳理和辨析。然而，只有对工业4.0与工业互联网进行深入分析，掌握以德美为代表的发达国家在本轮产业变革中的施政路径、方向和重点，才能进一步完善我国两化融合战略，真正做到知己知彼，才能不断缩小我国与发达国家间的差距，甚至在某些领域进一步赶超。

　　二、工业4.0、工业互联网的提出与演进

　　根据工业4.0概念的提出与推进进展，可将其划分为三个阶段（如图1所示）。一是2011年的战略提升阶段，主要完成了从概念提出到国家级战略项目的演化。2011年1月，德国工业-科学研究联盟（Industry-ScienceResearchAlliance，FU）提出了工业4.0战略，认为工业4.0是基于信息物理系统（CPS）的第四次工业革命。4月，在德国汉诺威工业博览会上，德国人工智能研究中心（DFKI）的WolfgangWahlster教授首次公开提出工业4.0概念，此后这一概念得到了德国科学与工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等学术界和产业界的广泛认同。11月，工业4.0战略被纳入到《高科技战略2020》行动计划中，工业4.0正式成为德国全国上下、社会各界共同推动的战略行动。

　　二是2012年1月-2013年9月的战略框架制定阶段。2012年1月，工业-科学研究联盟的沟通促进小组发起，并在德国博世公司(Robert-BoschGmbH)的SiegfriedDais博士和国家科学与工程院(GermanAcademyofScienceandEngineering)的HenningKagermann教授的共同主持下正式成立了“工业4.0”工作组，该工作组的主要任务就是为工业4.0项目的实施起草综合性战略建议。2012年10月，由德国科学与工程院协调制定的《未来项目“工业4.0”落实建议》正式提交给政府部门，该建议成为2013年建议版本的基础。在2013年4月的汉诺威工业博览会上，德国信息技术与通信新媒体协会（BITKOM）、德国机械设备制造业联合会（VDMA）和德国电气与电子工业联合会（ZVEI）等三大工业专业协会联合设立了联合秘书处，并正式启动“工业4.0平台”，目标是引进和开发技术、标准、商业模式与组织模式。9月，德国联邦教育研究部发布了由工业4.0工作组修订完善的《把握德国制造业的未来———实施“工业4.0”战略的建议》，该报告对全球政产学研各界都产生了重大冲击，成为展望未来生产制造模式的重要窗口，同时也宣告德国工业4.0战略实施框架已经搭建完成。

　　三是2013年12月至今的战略落地实施阶段。12月，德国电气电子和信息技术协会（VDE）发布了德国首个工业4.0标准化路线图，意味着工业4.0战略建议方案中的标准化行动方案开始进入实践阶段，也标志着整个德国工业4.0战略开始落地实施。与此同时，德国西门子等公司也同步开展了数字化工厂的全球布局和实验性建设。

　　在美国，工业互联网概念的提出与推广大致可以划分为两个阶段。一是2012年以来工业互联网概念的提出与宣传阶段。2012年底，通用电气（GE）发布《工业互联网：突破智慧与机器的界限》白皮书，首次提出工业互联网的概念，认为工业互联网是数据、硬件、软件与智能的流动和交互（Evans和Annunziata，2013），实际上就是通过先进的传感网络、大数据分析、软件来建立具备自我改善功能的智能工业网络。此后，GE欲在三年内投入15亿美元用于工业互联网领域的研发，同时也不遗余力地在美国、中国等市场推广工业互联网理念，期待各界认同并加入到这一模式的应用推广中来。二是2014年以来工业互联网模式的应用推广阶段。2014年3月底，AT&T、Cisco（思科)、GE、IBM和Intel(英特尔)等5家企业联合宣布成立工业互联网联盟(IndustrialInternetConsortium,IIC)，意在建立一个致力于打破行业、区域等技术壁垒，促进物理世界与数字世界融合的全球开放性会员组织。目前，该联盟的成员已从一开始发起成立的5家企业扩展到170家（截至2015年6月20日），涵盖了大型和小型技术创新者、垂直市场领导者、研究人员、大学和政府部门，以及从事硬件、软件、服务、咨询等业务的跨国企业，如微软、惠普、埃森哲、赛门铁克、美国国家仪器、富士通、日立、华为等。2014年10月，GE在上海发布《未来智造》白皮书，提出工业互联网、先进制造和全球智慧是催生新一轮工业变革、显著提高生产效率的三大核心要素，并展示出其正应用工业互联网提升医疗、航空、能源、水处理、石油天然气等行业的生产运营效率。

　　三、工业4.0与工业互联网相似点

　　全球不同国家的工业化历史表明，虽然不同国家在推动工业化发展中采取的措施和手段有所差异，但每次工业革命几乎都为全球工业化进程铺设了大体一致的路径。在新一轮科技革命和产业变革浪潮下，产业发展呈现出智能化、网络化、服务化大趋势，德国和美国虽然分别提出了不同的战略概念、模式和路线图，但在产业发展大趋势下二者必然存在诸多共同点。

　　（一）需求变迁是共同的内生诱因。从经济学角度看，需求的持续演进永远是供给侧技术、结构、模式变迁的不竭内生动力，市场需求升级对产业发展技术、模式等方面的升级产生引致需求。工业4.0和工业互联网概念的提出与推广，归根结底都是在围绕新时期消费需求或产业发展需求变迁开展市场竞争新路径的探索。工业4.0的提出主要源于德国国内企业和研究机构都纷纷认识到，在市场需求向个性化、多样化、便捷化等方向转型的大背景下，中国和美国通过利用互联网技术加速产业转型、模式创新以提升竞争力的努力已经取得重大进展，而德国制造业正在失去互联网加速创新和应用带来的变革机遇，只有积极利用互联网创新技术加快向个性化、多样化、智能化方向转型，才能适应德国工业4.0演化路径。际上，在2000年的文章中就已经出现工业互联网的概念，但那时的工业互联网是一个纯技术层面的概念，而非目前的制造模式概念。市场需求变迁，保持或提升产业国际竞争力。对此，芮明杰（2014）甚至将工业4.0的本质内涵归纳为针对个性化消费需求而自然产生的新一代智能制造生产方式，而这一沿着需求升级方向产生的新生产方式自然就代表了未来工业发展的方向。在美国，虽然GE从生产效率的角度提出工业互联网的概念与模式，但是这种效率改善却正是当前全球广泛存在的高投入、高消耗、高排放工业发展模式所急需的，也是产业转型升级并实现持续健康发展所不断提出的需求。GE在工业互联网白皮书中提出，在未来15年中只要工业互联网推动实现1%的成本节约，航空、电力、医疗、铁路、油气等领域就能分别实现300、660、630、270和900亿美元的价值（Evans和Annunziata，2012），如此庞大的潜在市场需求才是GE力推工业互联网的根本内生动力。