德國工業4.0十年發展回顧與對中國的啓示_風聞

摘要：

自德國提出“工業4.0”概念已過去十年。2021年概念提出者對十年來“工業4.0”的發展進行了概括與回顧，這對於其他國家的工業化轉型和未來工業發展的規劃都有借鑑意義。但實現工業4.0尚任重道遠，十年來不僅其他國家，即便德國本身也遠未達到工業4.0的願景目標。基於此，我國在緊盯技術和產業前沿的同時，仍應重視工業2.0、3.0的廣泛普及、鞏固與提高，仍需進一步發揮我國比較優勢，開展中德全面合作，加快發展智能裝備產業，實現龍頭企業和中小企業並重發展，加快構建自主可控的數據運營安全體系和人才培養體系。

作者：

王羅漢，區域科技發展研究所，助理研究員

王偉楠（通信作者），區域科技發展研究所，助理研究員

亨寧·卡格曼和沃爾夫岡·沃爾斯特在2021年3月撰寫了《十年工業4.0》，對他們在十年前寫的《工業4.0：依靠物聯網走向第四次工業革命》進行了回顧，同時就十年來工業4.0這一概念的發展和全球表現進行了梳理概括，並面向未來提出了新的願景。

德國“工業4.0”戰略是對“工業1.0”（機械製造設備的引入）、“工業2.0”（電氣化的應用）和“工業3.0”（信息化的發展）的延伸。**“工業4.0”戰略是主要以物聯網（InternetofThings，IoT）和務聯網（InternetofService，IoS）為基礎,以迅速發展的新一代互聯網技術為載體，加速向製造業等工業領域全面滲透的技術革命。特別是自金融危機之後，德國並沒有一味地尋求前沿製造技術的突破，而是將政策的着力點聚焦在優先突破並使用先進的製造技術及工藝。在學術界，德國“工業4.0”計劃對工業革命的劃分標準，與流行的“第三次工業革命”既有共同點，也有差異。早在20世紀90年代，學術界就有人認為，德國的產業創新模式有別於英美，主要以創新產品的質量為核心進行熊彼特式非價格競爭。因此，在政策的制定方面，德國的產業政策也有別於其他國家，政策制定的本質是激勵創新，但該創新模式的劣勢也十分明顯，難以激勵0到1式的顛覆性或激進式創新，而更適合於1到N的漸進式創新。**德國的產業政策根源於本國制度體系，該國在涉及企業就業及預防企業間過度競爭等方面的限制也非常嚴苛。如保障工人基本福利，政府對勞動者的工資、工作條件、社會保險甚至裁員數量、性別歧視等均有嚴格管制，其目的就是要迫使企業重視產品製造的質量，不斷提升製造創新的能力。

1　德國提出工業4.0的演變脈絡

1.1　歷史脈絡

工業4.0概念最先在德國於2011年提出。此後，德國相關行業協會、中小企業、政府及高校和科研機構等官產學研專家構成“工業4.0”工作小組，並進一步開展對本國以及全球相關工業化情況的研究。2013年4月，該工作小組就曾向德國聯邦政府提交了最終報告《保障德國製造業的未來：關於實施“工業4.0”戰略的建議》（以下簡稱《實施建議》）。進而在隨後由德國聯邦政府推出的《高技術戰略2020》中，把工業4.0納入到十大未來項目中，將工業4.0打造成國家戰略的重要內容，進一步表明了德國各界對工業4.0的高度重視。

1.2   基本構想

工業4.0是德國首次將自己在高技術領域的創新理念推向全球的重大嘗試，同時也是針對全球第四次工業革命的基本方向拿出的德國方案。到2025年，“工業4.0”預計可使德國在工業製造、汽車、化學、IT、電子、農業6個行業的產值增加787億歐元，使德國整體產值增加2670億歐元。到2030年前後，德國企業勞動生產率預計還可進一步提升30%至300%。

德國提出這一構想的意圖是要把虛擬空間和現實空間連接在所謂的“網絡-實體生產系統”中，以便利用數字化的進步來建設下一代工廠。在生產更加靈活且高效的基礎上，德國更加註重在保證個性化產品質量的同時，實現成本的進一步下降，從而把德國企業數字化轉型模式打造為企業追求產品個性化與高附加值相結合的標杆。

從當時提出概念的願景看，**德國希望繼續保持本國中小微企業在可出口產品方面更便利地享有國際市場，同時確保歐洲的技術主權、技術標準、技術規範和技術證書在國際上的權威。**因此，德國在經濟、社會、生態、安全等諸多方面，進行了根本性的改造和升級，從而更好地與“2030工業4.0”願景相配套。

1.3　戰略意圖

**一方面，德國急需通過智能技術賦能生產自動化，來進一步替代過高的人力成本。**目前德國的自動化工業生產程度已接近飽和，再替代生產一線勞動力已無可能。而要繼續保持高質量的生產，就必須轉向生產性服務領域，例如能源儲備及管理、調配倉儲及運輸、強化產品測試、開展市場分析與營銷等配套環節。

**另一方面，德國寄希望新技術賦能傳統優勢產業，來爭奪新一輪全球“互聯網時代”的主導權。**德國自身經濟規模的侷限性，造成其在互聯網時代已明顯落後中國和美國。從歷史發展上看，搜索引擎、電子商務、IT、社交網絡、互聯網金融等一整套建立在互聯網層面的商業模式創新，都首先在美國孕育出來。德國要改變這種被動局面，只能發揮其製造業的技術優勢，重點發展工業互聯網和家用物聯網等“依託線上賦能線下”模式。從產品的生產和銷售上看，德國則希望打造從車間直接面向客户需求的大批量定製化生產模式。從製造業生存環境上看，自2008年金融危機以來，發達國家市場需求疲軟，雖然廣大的發展中國家有大量需求，但受經濟發展水平的限制，這些國家購買力又偏弱。供給方面，中國等新興經濟體依託國內龐大市場，不斷升級迭代產品的新技術。德國要繼續保持在產業高端環節的引領，就只能依靠智能技術，通過研發新的設計平台，將“德國製造”進行升級，在不斷搶佔全球價值鏈最高點的同時，繼續樹立德國製造的技術標準，鞏固德國品牌在全球的影響力。

2　工業4.0近十年的進展評估

2.1　工業4.0取得一定成效

儘管提出“工業4.0”概念的亨寧·卡格曼認為工業4.0的潛力遠遠沒有被完全應用，德國工業4.0戰略不論是對德國還是對其他國家/地區，都在不同程度上產生了影響。眾多政府機構、組織、企業、工會、行業協會、學術界對其概念的傳播做出了貢獻。根據德國信息技術、電信和新媒體協會（Bitkom）2017年提供的報告，在2016—2017年間，德國所有工業4.0相關行業中，硬件解決方案增長了14％以上，軟件解決方案增長了23％，IT服務增長了22％。德國是向工業4.0過渡的唯一歐洲國家，使用資本回報率獲得了顯著提高，從2000年的12%上升到2014年的30％以上。在過去的十年中，人工智能、區塊鏈、5G等新技術為工業4.0開闢了新機遇，全球越來越多的工業企業也在進行數字化生產、服務甚至商業模式的改造。

2.2　工業4.0發展陷入困境

儘管德國早在2011年就提出了工業4.0概念和願景，但10年後從成效來看，並未達到他們的預期目標。2019年10月，德國經濟研究所（DIW Berlin）、德國伊福經濟研究所（Ifo）、基爾世界經濟研究所（IfW Kiel）、萊威經濟研究所（RWI）和哈雷經濟研究所（IWH）等多家智庫機構聯合發佈了題為**《德國經濟面臨停滯，工業可能已陷入衰退》**的報告，報告指出，歐洲最大經濟體德國的製造業狀況正在迅速惡化，這是導致歐元區製造業下滑的主要原因。

2.2.1　中小企業接受工業4.0成最大困難

**一方面，先進工業4.技術如何加快推廣，是德國需要面對的直接難題。**2018 年，德國政府發佈《德國人工智能發展戰略》，推動本國在人工智能全領域的產品開發應用及產業轉型升級。德國經濟與能源部部長阿特邁爾也表示，政策的落腳點在於讓工業4.0技術在本國中小企業實現全覆蓋。但是歐洲經濟研究中心（ZEW）和應用社會科學研究所（Infas）的研究表明，**只有21%的中小企業在生產中使用了數字技術。**相比之下，如果中小企業能更一致地使用工業4.0，德國的GDP 增長率還可以再增加0.3%。此外，德國儘管擁有高質量的數字基礎設施，但該國在工業和企業數字化方面的表現相對其他國家較弱，在信息通信技術（ICT）初創企業以及創業文化等領域的表現也較差。

**另一方面，工業4.0數據安全隱憂成最大“卡脖子”環節。**工業4.0是靠數據和軟件驅動開展工業全領域轉型，這就帶來一個開放、跨越組織邊界的全新命題。在此生態體系下，企業既要有全新的系統依賴性，又要具備新形式的攻擊手段，這讓信息安全暴露出巨大的軟肋。中小企業受限於技術和資金問題，數據泄露的可能性更大，一旦泄露將無法補救。網絡不安全還會造成知識產權泄露，這對企業來説更是致命的打擊。波恩中小企業研究所的研究表明：德國還有很大一部分企業由於缺乏評估數字化技術的有效途徑，對數字化轉型能否給企業自身帶來積極影響的評價偏低，因此德國中小企業羣體還處在數字化轉型的起步階段。同時，更多的企業對數字化可能帶來的風險預估過低，也存在較大IT 安全隱患。很多公司不願意充分發掘大數據，就是因為他們覺得自己無法保護所生成數據的安全。

2.2.2　專業人才缺失是最大短板

根據德國機械設備製造業聯合會（VDMA）的調查結果，**2019年有30%的德國企業對工業4.0方面的人才需求增加了一倍，這種趨勢還將持續攀升。**越來越多的企業需要具有相關領域附加資格的工程師，例如具有附加IT知識的機械和電氣工程師。**針對人才結構性問題，德國政府也在不遺餘力地完善職業教育。**事實上，早在2015年4月份，巴州就宣佈撥款400萬歐元經費，在各大職業技術學校內興建12座“學習工廠4.0”，以應對數字化轉型的勞動力需求變化。此外，根據德國聯邦政府《聯邦研究與創新報告2020》的最新數據，2018年德國就在研發領域投入約1050億歐元，佔GDP比重已達3.13%。其目標是到2025年將德國科研投入佔GDP比例提高至3.5%，其中的重點就是培養未來所需的IT人才和熟練網絡工程師。

2.2.3　全球推廣“工業4.0”水土不服越發凸顯

儘管德國“工業4.0”在政府和企業的推動下獲得廣泛的認同，在世界經濟論壇發佈多個相關報告或專著，但各國工業互聯網參考架構存在明顯差異，在面向全球推廣的過程中“工業4.0”異質化傾向越發明顯。

**一是名稱表述與發展重點不同。**美國稱為“工業互聯網”，日本稱為“互聯工業”，在中國則“工業互聯網”與“智能製造”均有使用。**名稱的差異反映了各國都想建立自己的工業互聯網標準，從而在強化本國產業優勢的同時，推動本國智能製造技術、裝備和系統解決方案在全球的推廣。**同時主要工業大國的工業互聯網參考架構的側重點也存在諸多差異，反映出各國的製造業和產業發展條件和目標存在差異。例如，美國的工業互聯網參考架構從IT 出發，強調互聯網的作用；德國“工業4.0”參考架構強調設備，側重於現有工業標準的對接；日本的工業價值鏈參考架構強調連接；中國則強調新一代信息技術與製造業的深度融合，落腳在提高製造業的發展水平上。

**二是各國在該領域的優勢不同。**不同地區、不同企業間的發展水平非常不均衡，發展理念和產業條件、優勢的差異決定了幾個國家在此領域各具特色（見表1）。

三是德國的經濟體量在全球化推行“工業4.0”中也不具有太大優勢，比如中國與德國經濟體量就差異太大，發展路徑決定了中國不可能“照搬照抄”德國經驗。工業4.0是從德國的國情出發提出的概念。**一方面德國是長期以製造業立足的國家；另一方面德國體量較小，產業鏈短而且較為單一，必須通過全球化把自己嵌入全球工業體系裏。**而中國和美國是龐大的單一經濟體，要從整個經濟體的運營角度去考慮。目前我國工業等級代差較大，有些行業已經追平發達國家，但大量的落後工廠依然存在，全面推進工業4.0也存在很大問題。

3　啓示與建議

3.1    啓示

德國所倡導的工業4.0，無論是其工業新思維，還是創新發展模式，我國都應積極借鑑，但冷靜思考發現，我們仍需走符合中國國情的工業信息化和智能化道路。

**一是工業4.0的轉型還非常漫長，並不是立刻就能完成的顛覆性的變革。**成功開展工業4.0轉型的企業在全世界是少數，且無疑都是行業中的翹楚。各行業對工業4.0的需求程度也存在巨大差異，是否進行智能化轉型需要行業根據自己的判斷自主決定，堅決避免“照搬照抄”德國工業4.0的做法。二是從轉型的發展態勢上看，“工業4.0”連德國本國的中小企業都尚且難以推廣，其他國家和地區要跟上德國的步伐必將更為緩慢。****三是工業1.0到4.0之間並不存在相互取代的必然關係，而是共生且並行發展的關係。“工業4.0”或者説智能製造並非技術發展規律的必然結果，畢竟製造業的發展本身並沒有什麼必然規律。即便是歐美，也存在大量工業1.0時代的製造技術、設備、理論和生產方式。生產方式只有適合不適合，並沒有落後不落後的説法。製造不能脱離產品而存在，不能只看製造過程本身，更要關注產品質量和工藝的提升。

3.2　建議

**一是在跟跑前沿技術的同時，仍應重視工業3.0的全覆蓋。**我國工業化起步較西方晚，存在工業基礎底子薄、產業工人隊伍素質弱、長期忽視職業教育等諸多問題。這些問題造成我國很多地方的生產還比較粗放低端，工業化水平不高，相關企業仍需要對產業的信息化甚至機械化進行補課。即使在東部發達地區，按照發達國家的信息化標準看，尚未實現工業3.0全覆蓋。主要表現為，企業管理體系落後，國際化管理水平不足。未來，我國除了需要選準工業4.0的發展方向外，還需要打好基礎，彌補一部分技術短板，在適合信息化數字化的產業，儘快實現“工業3.0”高水平信息化全覆蓋。

**二是深挖中德合作潛力，實現中國版“工業互聯經濟”快速發展。**在工業4.0發展進程中，我國的比較優勢是應用場景多層級多生態，終端消費羣體龐大，新技術、新產品、新業態、新模式層出不窮，資金週轉快；設計、研發、製造、銷售等各類人才充足，成本較低。如能與德國先進的工業4.0理念相結合，則有望形成一個具有國際競爭力的工業4.0產業鏈。應推動中德產業技術聯盟、產業工程師聯盟、科技金融聯盟等建設，引導中德企業聯合試點構建工業軟件、工業機器人、系統集成、工業App、工業“互聯網+”等多種“新業態”。

**三是儘可能與德國乃至其他發達國家互聯互通，同時做到數據資源與技術利用的自主可控。**在適合智能製造的央企，應堅持提升基礎研發的比例，儘早攻克一批共性“卡脖子”技術，加快行業發展方向的引領和技術標準的制定；在配套發展領域，通過互聯互通，深入挖掘德國及其他發達國家客户需求，在信息通信、人工智能、生物醫藥、創業文化等領域培育德式“隱形冠軍”。在數據運營方面構建自主可控的安全體系。加強在市場運營領域的科技部署，深入研判各行業重大數據監管、數據安全、信息泄密等時間情境，加大基礎性、前瞻性、系統性科技儲備。建立制度化、常規化的數據風險監測、預警評估和應急處理監測，跟蹤監測主要國家、國際和區域組織對華科技政策、技術出口管制行為、投資審查、專利佈局、標準戰略等，科學評估潛在的風險點，及時給予預警和有效應對。加快對人工智能、服務機器人、自動駕駛等領域的行業規範的制定及立法工作，切實保障企業運營的信息安全。

來源：本文原刊於《全球科技經濟瞭望》2021年12月第12期