董小英，胡燕妮,戴亦舒，葉麗莎

(1.北京大學(xué) 光華管理學(xué)院，北京 100871；2.中國(guó)信息通信研究院 政策與經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100191；3.北京工商大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，北京 100048)

以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的新一代信息技術(shù)正在以前所未有的速度轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力，驅(qū)動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域深度融合，互聯(lián)網(wǎng)已從重塑服務(wù)模式的工具轉(zhuǎn)化為變革生產(chǎn)方式的創(chuàng)新要素。2008年金融危機(jī)過后，全球新一輪產(chǎn)業(yè)變革方興未艾，制造業(yè)重新成為全球經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。發(fā)達(dá)國(guó)家政府高度重視這一趨勢(shì)，加快布局新型網(wǎng)絡(luò)化智能制造的發(fā)展，如德國(guó)推出“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”、美國(guó)制定“制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃”、日本發(fā)布“科技工業(yè)聯(lián)盟”等，其目的都是加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)制造業(yè)前瞻布局，吸引中高端制造業(yè)回流本土，構(gòu)建制造強(qiáng)國(guó)新優(yōu)勢(shì)。

德國(guó)作為傳統(tǒng)工業(yè)強(qiáng)國(guó)，也是新一輪制造業(yè)革命的翹楚，自2006年起，德國(guó)將加強(qiáng)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面(1)德國(guó)“工業(yè)4.0”國(guó)家戰(zhàn)略的制定可追溯到2006年發(fā)布的《德國(guó)高科技戰(zhàn)略》，該報(bào)告是為了解決德國(guó)高成本背景下維持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的問題。2010年，德國(guó)發(fā)布《德國(guó)高科技戰(zhàn)略2020》報(bào)告，提出利用高科技戰(zhàn)略加強(qiáng)德國(guó)制造的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，將工業(yè)4.0列為十大未來(lái)項(xiàng)目之一。。2013年4月，德國(guó)工業(yè)4.0平臺(tái)在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式發(fā)布《德國(guó)工業(yè)4.0未來(lái)項(xiàng)目實(shí)施建議》[1]，提出德國(guó)要成為智能制造技術(shù)的主要供應(yīng)商和CPS (cyber-physical systems，即網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)，又譯作信息物理系統(tǒng))(2)對(duì)這一概念有不同的翻譯，比較主流的譯法是“信息物理系統(tǒng)”或“信息物理融合系統(tǒng)”。筆者對(duì)美國(guó)和德國(guó)的CPS研究后發(fā)現(xiàn)，“信息物理系統(tǒng)”會(huì)限制人們對(duì)這一領(lǐng)域戰(zhàn)略意義的理解，cyber具有網(wǎng)絡(luò)空間的內(nèi)涵，它對(duì)實(shí)體的管理與控制是跨組織、區(qū)域和行業(yè)邊界的，是在萬(wàn)物互聯(lián)的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備、人、流程、服務(wù)的整體管理、控制和優(yōu)化指導(dǎo)。因此，其應(yīng)用范圍已跨出技術(shù)體系，涉及政策、戰(zhàn)略、生態(tài)、管理與機(jī)制等相關(guān)問題。技術(shù)及產(chǎn)品的領(lǐng)先市場(chǎng)。為了進(jìn)一步落實(shí)工業(yè)4.0戰(zhàn)略，德國(guó)相繼出臺(tái)《德國(guó)智能服務(wù)世界——未來(lái)項(xiàng)目實(shí)施建議》《德國(guó)工業(yè)4.0實(shí)施戰(zhàn)略報(bào)告》《數(shù)字化戰(zhàn)略2025》等多份政策報(bào)告，較為具體地指出了未來(lái)發(fā)展的路徑和方法。

CPS作為德國(guó)工業(yè)4.0的關(guān)鍵框架技術(shù)，是實(shí)體資產(chǎn)與計(jì)算能力之間互聯(lián)管理的轉(zhuǎn)型技術(shù)(transformative technologies)，是“計(jì)算過程與物理過程的集成，利用嵌入式計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理流程的監(jiān)控，通過反饋回路相互影響的整合體系”[2]。德國(guó)國(guó)家科學(xué)與工程院(acatech)認(rèn)為CPS是使用傳感器直接獲取物理數(shù)據(jù)和執(zhí)行器作用物理過程的嵌入式系統(tǒng)、物流、協(xié)調(diào)與管理過程及在線服務(wù)[3]。以往學(xué)者們對(duì)CPS的討論主要集中在技術(shù)層面，包括：CPS在技術(shù)系統(tǒng)工程領(lǐng)域的挑戰(zhàn)[4-8]、CPS系統(tǒng)架構(gòu)與支撐技術(shù)體系[9-12]、CPS建模方法[13]、安全分析與評(píng)估[14-17]等。相關(guān)研究關(guān)鍵詞按出現(xiàn)頻率降序排列如下：信息技術(shù)集成、ICT系統(tǒng)組件、智能制動(dòng)器、智能傳感技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、系統(tǒng)的高可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、智慧或智能，以及并發(fā)性等。已有文獻(xiàn)僅從技術(shù)視角研究CPS不足以闡釋其對(duì)構(gòu)建制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略價(jià)值。

實(shí)際上，CPS不僅是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，更是技術(shù)驅(qū)動(dòng)的社會(huì)系統(tǒng)綜合體[18]。基于已有研究，我們提煉出CPS的四大特點(diǎn)。第一，CPS具有開放性。CPS不是自給自足的獨(dú)立實(shí)體，而是物理、社會(huì)和虛擬世界廣泛聯(lián)網(wǎng)以及智能使用信息通信技術(shù)形成的開放社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)，具備超越現(xiàn)有嚴(yán)格控制行為下的封閉式嵌入系統(tǒng)所具有的功能、服務(wù)以及特性。其中，個(gè)體或群體會(huì)被動(dòng)或主動(dòng)地融入CPS，人類是聯(lián)網(wǎng)的重要組件和應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部的行動(dòng)者，與CPS共同協(xié)調(diào)、控制和管理其他組件。第二，CPS具有交互性。這種交互性一方面體現(xiàn)在橫向交互上，如在CPS在連接層包含了感知、通信、計(jì)算、控制與物理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)內(nèi)的不同組件(如傳感器、控制器、服務(wù)器和終端設(shè)備)將計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理進(jìn)程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物與物之間、人與物之間、系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通和互操作[19-20]；另一方面是縱向交互，即CPS系統(tǒng)各層之間的相互依存、相互支持的邏輯關(guān)系，如在物與物、人與物、系統(tǒng)之間連接的基礎(chǔ)上，資源被數(shù)字化后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值和網(wǎng)絡(luò)空間的集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體環(huán)境的自主感知、智能分析、反饋控制和深度融合，進(jìn)一步達(dá)到提高資源優(yōu)化配置的深度和廣度的目的[19-20]。第三，CPS具有動(dòng)態(tài)性。CPS不是靜態(tài)和局部的技術(shù)解決方案，而是對(duì)分布在各地的硬件設(shè)備、服務(wù)、人和過程進(jìn)行連接、整合分析和調(diào)整的動(dòng)態(tài)解決方案。根據(jù)應(yīng)用情境、環(huán)境條件以及任務(wù)需要，CPS能夠訪問其他子系統(tǒng)搜索相應(yīng)數(shù)據(jù)、功能和服務(wù)，將其動(dòng)態(tài)地融合到系統(tǒng)中。它與市場(chǎng)環(huán)境具有密切的互動(dòng)關(guān)系，從而建立高度互聯(lián)的環(huán)境適應(yīng)性系統(tǒng)，其應(yīng)用和發(fā)展跨越企業(yè)、產(chǎn)業(yè)甚至國(guó)家邊界。第四，CPS具有復(fù)雜性。CPS具有在空間和時(shí)間范圍內(nèi)感知和處理外部環(huán)境巨大復(fù)雜性的能力，構(gòu)建能力的過程涉及政策、制度、經(jīng)濟(jì)要素、產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、商業(yè)生態(tài)、平臺(tái)、商業(yè)模式創(chuàng)新等一系列問題。它的空間“連接”和智能化能力將會(huì)對(duì)全球未來(lái)再工業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)路線、模式、管理和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)而深刻的影響[19]。

從CPS的特點(diǎn)可以看出，未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展不再局限于技術(shù)架構(gòu)本身，而是與人、實(shí)體環(huán)境和產(chǎn)業(yè)生態(tài)密切關(guān)聯(lián)，從以制造為中心的產(chǎn)品化向以用戶為中心的服務(wù)化轉(zhuǎn)型[20]。而已有研究?jī)H從技術(shù)視角出發(fā)，難以闡釋CPS在未來(lái)制造業(yè)中的戰(zhàn)略價(jià)值和關(guān)鍵地位。服務(wù)主導(dǎo)邏輯是一種以用戶為導(dǎo)向、注重服務(wù)價(jià)值的理論。區(qū)別于傳統(tǒng)產(chǎn)品主導(dǎo)邏輯，服務(wù)主導(dǎo)邏輯理論注重生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間、其他供應(yīng)和價(jià)值鏈協(xié)作方之間的互動(dòng)，以提供滿足用戶需求的服務(wù)為價(jià)值導(dǎo)向[20-21]。在該理論視角下，未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展需要著重構(gòu)建基于CPS的服務(wù)化能力。因此，本研究引入服務(wù)主導(dǎo)邏輯理論，以CPS的技術(shù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，關(guān)注CPS如何作用于其他技術(shù)和社會(huì)資源，構(gòu)建制造業(yè)戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)研究以下問題：(1)探索CPS的戰(zhàn)略價(jià)值是什么；(2)德國(guó)作為制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，在推動(dòng)工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型中的路徑和方法；(3)對(duì)中國(guó)企業(yè)的啟示。

一、CPS的理論解讀與戰(zhàn)略價(jià)值

德國(guó)“工業(yè)4.0”帶來(lái)的新型商業(yè)模式以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)、以用戶為中心，是服務(wù)主導(dǎo)邏輯的重要體現(xiàn)[1]。CPS從系統(tǒng)中的所有端口收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行整合優(yōu)化，為市場(chǎng)和生態(tài)系統(tǒng)搭建技術(shù)基礎(chǔ)，不同供應(yīng)商根據(jù)用戶需求在數(shù)字化平臺(tái)上與個(gè)性化產(chǎn)品和服務(wù)相捆綁。智能服務(wù)世界中以用戶為中心的商業(yè)模式取代了傳統(tǒng)工業(yè)制造中以產(chǎn)品為中心的商業(yè)模式，其本質(zhì)是產(chǎn)品主導(dǎo)邏輯向服務(wù)主導(dǎo)邏輯的轉(zhuǎn)變。

服務(wù)主導(dǎo)邏輯理論由Vargo和Lush首次提出，認(rèn)為服務(wù)是市場(chǎng)交易的本質(zhì)對(duì)象，企業(yè)只有提供滿足用戶需求的服務(wù)才能實(shí)現(xiàn)價(jià)值[20-21]。該理論根植于核心競(jìng)爭(zhēng)力理論[22]和資源優(yōu)勢(shì)理論[23]，將資源分為對(duì)象型資源(operand resource)和操縱型資源(operant resource)[24]。對(duì)象型資源是指能被開發(fā)利用產(chǎn)生價(jià)值的資源(如土地、植物、礦產(chǎn)等自然資源)，具有有形、靜態(tài)、有限的特征[25]。操縱型資源指作用于對(duì)象型資源且使其產(chǎn)生效用的資源，包括人才、技術(shù)、知識(shí)、機(jī)制四個(gè)要素，具有無(wú)形、動(dòng)態(tài)、無(wú)限的特征[21,24]。在操縱性資源的四要素中，人才是指具有研發(fā)數(shù)字化技術(shù)、并具有將數(shù)字化技術(shù)與業(yè)務(wù)深度融合和創(chuàng)新性應(yīng)用的復(fù)合型人才，如數(shù)字化領(lǐng)軍人才、數(shù)字化項(xiàng)目推進(jìn)與管理人才、數(shù)據(jù)科學(xué)家、人工智能專家、物聯(lián)網(wǎng)專家、區(qū)塊鏈專家、算法專家等；技術(shù)涵蓋了以5G技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、深度學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等已經(jīng)比較成熟的可以商用的技術(shù)；知識(shí)則是人們用操縱性資源有效開發(fā)對(duì)象型資源，特別是將數(shù)字技術(shù)用來(lái)解決社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通、醫(yī)療、教育等現(xiàn)實(shí)問題所進(jìn)行的探索、實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)和成效，以及所構(gòu)建的戰(zhàn)略、政策、標(biāo)準(zhǔn)和路徑；機(jī)制是指在構(gòu)建CPS體系建設(shè)過程中，對(duì)所有參與的利益群體的治理機(jī)制和運(yùn)營(yíng)機(jī)制，治理機(jī)制涉及相關(guān)利益者共同參與的決策模式、利益訴求和安全可靠和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)；運(yùn)營(yíng)機(jī)制涉及到激勵(lì)機(jī)制的制定、整體運(yùn)營(yíng)的公平、公正和效率能夠激發(fā)企業(yè)的活力與創(chuàng)造力。

服務(wù)主導(dǎo)邏輯強(qiáng)調(diào)在全球化的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)中，企業(yè)的主導(dǎo)邏輯從傳統(tǒng)有形商品的生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)形服務(wù)的提供，“操縱型資源代替對(duì)象型資源成為戰(zhàn)略性收益的基礎(chǔ)來(lái)源”[26]，是服務(wù)提供和價(jià)值創(chuàng)造過程的關(guān)鍵要素[27]。在營(yíng)銷實(shí)踐中，消費(fèi)者被視為操縱型資源受到企業(yè)的高度重視，企業(yè)注重消費(fèi)者對(duì)服務(wù)體驗(yàn)的反饋以進(jìn)行持續(xù)學(xué)習(xí)和改善，企業(yè)與消費(fèi)者通過交互活動(dòng)共同創(chuàng)造價(jià)值[26]。服務(wù)主導(dǎo)邏輯還主張，在服務(wù)提供的過程中，企業(yè)合作伙伴之間、企業(yè)與消費(fèi)者之間形成大量松耦合的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，所有交易環(huán)節(jié)信息透明和對(duì)稱，各主體可以獲得和整合來(lái)自縱向或橫向的資源(特別是知識(shí)和信息)來(lái)共創(chuàng)價(jià)值[27]。

CPS帶來(lái)的戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)由技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，通過CPS的技術(shù)架構(gòu)連接服務(wù)主導(dǎo)邏輯的資源觀和戰(zhàn)略能力非常重要。在服務(wù)主導(dǎo)邏輯的理論視角下，筆者基于Lee等人提出的CPS核心技術(shù)架構(gòu)[28]，解讀工業(yè)4.0時(shí)代服務(wù)主導(dǎo)邏輯視角下CPS的戰(zhàn)略能力，詳見圖1所示。

(一)CPS的技術(shù)架構(gòu)與功能

根據(jù)CPS的功能特征，Lee等人提出5C架構(gòu)指導(dǎo)CPS實(shí)踐，包括：連接層(connection)、轉(zhuǎn)換層(conversion)、網(wǎng)絡(luò)層(cyber)、認(rèn)知層(cognition)和配置層(configuration)。5C架構(gòu)通過連續(xù)的工作流方式，清晰地定義了CPS如何從最初的數(shù)據(jù)獲取到分析到最終的價(jià)值共創(chuàng)過程(見圖1)。

連接層。連接層實(shí)現(xiàn)資源液化，是指將實(shí)體空間(P)的要素(如設(shè)備、工廠、流程、服務(wù)等供應(yīng)鏈中的所有環(huán)節(jié))數(shù)字化，驅(qū)動(dòng)數(shù)字資源從實(shí)體空間映射到網(wǎng)絡(luò)空間，使其具備在互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)空間自由流動(dòng)和交換的能力[20]。在這個(gè)過程中，需要考慮三個(gè)因素：一是數(shù)據(jù)類型的多樣化，需要特定的互聯(lián)通訊協(xié)議(如MTConnect)來(lái)有效管理無(wú)縫式和非接觸式(tether-free method)的數(shù)據(jù)獲取和傳遞方式；二是開發(fā)利用合適類型與規(guī)格的傳感器；三是安全保障體系，對(duì)于生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品包含的數(shù)據(jù)和信息需要加以保護(hù)，防止濫用和未經(jīng)授權(quán)的獲取。

圖1 服務(wù)主導(dǎo)邏輯視角下CPS的戰(zhàn)略能力

轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增值，是指利用計(jì)算工具和算法，對(duì)連接層采集的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)空間(C)進(jìn)行整合、處理、分析和挖掘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向信息的轉(zhuǎn)換，為機(jī)器帶來(lái)自我感知(self-awareness)能力。比如，利用快照收集技術(shù)對(duì)脫離物質(zhì)載體的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，將信息以有效方式進(jìn)行存儲(chǔ)，記錄機(jī)器的使用和維修歷史。近年來(lái)有大量研究關(guān)注數(shù)據(jù)挖掘算法，特別是對(duì)機(jī)器健康狀態(tài)的診斷和管理，通過計(jì)算健康值來(lái)估計(jì)剩余的有效使用時(shí)間等。

網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)資源連接，指多種資源聚集交互，企業(yè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中的信息在網(wǎng)絡(luò)空間大范圍聚合交換，局部物理對(duì)象之間的屏障被打破，企業(yè)內(nèi)外的信息孤島被消除。網(wǎng)絡(luò)層是整個(gè)架構(gòu)的信息中心，所有互聯(lián)機(jī)器的信息都被推送到此相互連接形成機(jī)器網(wǎng)絡(luò)。在連接海量信息的基礎(chǔ)上，既可以橫向?qū)γ颗_(tái)機(jī)器的狀態(tài)進(jìn)行比對(duì)和洞察，在更短的時(shí)間內(nèi)捕捉故障模式；又可以通過相似性識(shí)別技術(shù)縱向回顧機(jī)器的歷史記錄，計(jì)算當(dāng)前機(jī)器行為與以往資產(chǎn)利用率和健康狀況之間的相似性。在這個(gè)階段，分析處理海量信息的技術(shù)和算法是關(guān)鍵的操縱型資源。資源連接主體通過網(wǎng)絡(luò)層信息分析能力能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)體空間中對(duì)象型資源的管控。網(wǎng)絡(luò)層賦予了機(jī)器自我比較(self-comparison)能力。

認(rèn)知層。認(rèn)知層進(jìn)行智能分析，是指利用人工智能等技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)層匯集的海量、復(fù)雜、異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在連接網(wǎng)絡(luò)與實(shí)體空間的系統(tǒng)(S)中生成模型庫(kù)、經(jīng)驗(yàn)庫(kù)、方案庫(kù)、算法庫(kù)、工具庫(kù)等價(jià)值含量高的知識(shí)資源，為用戶提供高度個(gè)性化的服務(wù)[29]。這一層形成了關(guān)于整個(gè)監(jiān)管系統(tǒng)深入全面的知識(shí)庫(kù)，根據(jù)歷史健康狀態(tài)的適應(yīng)性學(xué)習(xí)，系統(tǒng)可以通過算法進(jìn)行模式匹配，更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)機(jī)器的潛在故障和剩余使用壽命，有助于生產(chǎn)車間的及時(shí)維護(hù)，并利用綜合優(yōu)化技術(shù)，根據(jù)當(dāng)前機(jī)器狀態(tài)，基于任務(wù)的優(yōu)先級(jí)做出流程優(yōu)化的智能決策。此外，這個(gè)階段還結(jié)合數(shù)據(jù)可視化工具，通過多模式的人機(jī)交互界面，將獲取的知識(shí)圖像化呈現(xiàn)，為用戶提供決策支持，幫助實(shí)體空間的對(duì)象型資源做出準(zhǔn)確、可靠的決策。

配置層。配置層實(shí)現(xiàn)資源調(diào)配，是指將網(wǎng)絡(luò)空間的信息反饋給實(shí)體空間并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)性控制，與市場(chǎng)、客戶和現(xiàn)實(shí)情境進(jìn)行雙向互動(dòng)。配置層扮演了彈性控制系統(tǒng)的角色，利用預(yù)設(shè)規(guī)則和語(yǔ)義規(guī)范等控制技術(shù)，將認(rèn)知層做出的修正性和預(yù)防性決策應(yīng)用到所監(jiān)管的系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)知識(shí)資源靈活、動(dòng)態(tài)地調(diào)配和操控底層的工業(yè)設(shè)備和機(jī)器組件，使機(jī)器具有自適應(yīng)(self-adaptive)和自配置(self-configure)能力。

服務(wù)主導(dǎo)邏輯對(duì)于理解再工業(yè)化過程中CPS的戰(zhàn)略價(jià)值具有重要意義。第一，連接層通過傳感技術(shù)將實(shí)體資源進(jìn)行數(shù)字映射，雖然這個(gè)過程將經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間，不會(huì)一蹴而就，但資源液化的規(guī)模和速度是提高資源密度、構(gòu)建資源集成能力的基礎(chǔ)。第二，通過信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)后，轉(zhuǎn)換層通過數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)等操縱型資源從中提煉出更具價(jià)值的信息。網(wǎng)絡(luò)層利用操縱型資源在網(wǎng)絡(luò)空間整合對(duì)象型資源和其他操縱型資源，其速度、廣度和深度都是以前難以想象的。在網(wǎng)絡(luò)空間創(chuàng)造和掌控領(lǐng)先的操縱型資源的主體，其資源密度最大，將成為實(shí)體空間和網(wǎng)絡(luò)空間的整合者和領(lǐng)導(dǎo)者，擁有超越企業(yè)、區(qū)域甚至國(guó)家邊界的能力。第三，認(rèn)知層智能系統(tǒng)作為重要的操縱型資源，為資源的配置與優(yōu)化提供了智能分析、預(yù)測(cè)調(diào)整、動(dòng)態(tài)創(chuàng)新的能力，驅(qū)動(dòng)實(shí)體與網(wǎng)絡(luò)空間的實(shí)時(shí)交互和價(jià)值共創(chuàng)，迭代產(chǎn)生適應(yīng)各種情境的操縱型資源與服務(wù)。配置層人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)及相關(guān)技術(shù)算法構(gòu)造的“深腦”等操縱型資源將為智能驅(qū)動(dòng)的資源配置和優(yōu)化提供前所未有的潛能。

(二)CPS與三層戰(zhàn)略能力建設(shè)

數(shù)字映射能力。CPS通過先進(jìn)的傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等從機(jī)器和零部件上獲取準(zhǔn)確可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)資源液化驅(qū)動(dòng)數(shù)字資源從實(shí)體空間映射到網(wǎng)絡(luò)空間，使信息脫離物理載體，以數(shù)字化形態(tài)像液體一般流動(dòng)在網(wǎng)絡(luò)空間[30]，是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)，如智能工廠。通過數(shù)字映射到網(wǎng)絡(luò)空間，能夠記錄實(shí)體空間隨時(shí)間的變化，并對(duì)實(shí)體空間的生產(chǎn)活動(dòng)等進(jìn)行模擬和監(jiān)測(cè)，支持和推動(dòng)實(shí)體空間活動(dòng)的分解和重組。資源密度用來(lái)描述某一時(shí)間或情境下主體獲得資源的總量[31]。資源密度最大化指在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間和地點(diǎn)最有效地配置合適的資源，這種狀態(tài)是理論中的最優(yōu)狀態(tài)，在現(xiàn)實(shí)中還難以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施配置在適合的時(shí)空位置時(shí)，信息就可以傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)空間并即時(shí)傳播。

資源集成能力。服務(wù)主導(dǎo)邏輯指出，服務(wù)的關(guān)鍵是資源集成[32]。資源集成即多種資源的聚集交互[33]，以信息通信技術(shù)為代表的操縱型資源是驅(qū)動(dòng)資源集成的關(guān)鍵要素[34]。資源集成與資源液化和資源密度高度相關(guān)。信息技術(shù)的發(fā)展顯著提升了資源液化能力，更新和提升了資源密度，使得資源集成的成本減低、速度加快、范圍擴(kuò)大[31,35-36]。CPS在轉(zhuǎn)換層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向信息的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行資源的廣泛連接交互，構(gòu)建資源集成能力，包括企業(yè)內(nèi)部所有生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)信息的縱向集成、企業(yè)之間通過價(jià)值鏈和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的資源橫向集成，以及圍繞產(chǎn)品全生命周期的價(jià)值鏈的端到端集成。資源集成能力是構(gòu)筑制造網(wǎng)絡(luò)和創(chuàng)新生態(tài)的關(guān)鍵。

價(jià)值共創(chuàng)能力。傳統(tǒng)產(chǎn)品主導(dǎo)邏輯中，企業(yè)通過一系列生產(chǎn)活動(dòng)將價(jià)值嵌入商品，然后投入市場(chǎng)與消費(fèi)者進(jìn)行交易，最終實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造。制造商與消費(fèi)者之間存在嚴(yán)重的信息不對(duì)稱，需要構(gòu)建多級(jí)供應(yīng)鏈橋梁應(yīng)對(duì)二者之間的信息鴻溝，這種結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)特征[36]。在工業(yè)4.0時(shí)代的服務(wù)主導(dǎo)邏輯視角下，價(jià)值共創(chuàng)往往區(qū)別于以往明確規(guī)定的工業(yè)流程，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到市場(chǎng)交易的各項(xiàng)職責(zé)都跨越企業(yè)界限，企業(yè)之間以及企業(yè)與消費(fèi)者間的關(guān)系呈現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。CPS的資源液化和資源集成能力使得制造商、中間商、消費(fèi)者之間可以實(shí)時(shí)共享信息，信息的對(duì)稱流動(dòng)性增強(qiáng)，對(duì)供應(yīng)鏈傳遞信息的依賴度降低[37]，網(wǎng)絡(luò)中的所有主體都可以獲得和整合資源(特別是操縱型資源)，即時(shí)動(dòng)態(tài)滿足特定情境下的用戶需求[30]。價(jià)值創(chuàng)造不是廠商單向發(fā)起的線性過程，而是在與客戶和消費(fèi)者雙向動(dòng)態(tài)交互過程中共同實(shí)現(xiàn)，各個(gè)主體通過大量松耦合結(jié)構(gòu)快速形成價(jià)值共創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)[36]。在工業(yè)4.0時(shí)代，企業(yè)能夠跨越組織邊界以開放的戰(zhàn)略構(gòu)建生態(tài)體系，實(shí)現(xiàn)價(jià)值共創(chuàng)[38]。

CPS的三層戰(zhàn)略能力具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)和深入遞進(jìn)特性，數(shù)字映射能力將數(shù)字資源從實(shí)體空間映射到網(wǎng)絡(luò)空間，實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象的數(shù)字化；資源集成能力在網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行大范圍的資源集成和交互，打通企業(yè)內(nèi)部所有節(jié)點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)之間的組織邊界，乃至價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)環(huán)節(jié)；價(jià)值共創(chuàng)能力加強(qiáng)企業(yè)與供應(yīng)商、客戶之間的連接和協(xié)作，催生新興商業(yè)機(jī)會(huì)和模式。這三種能力展現(xiàn)了制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的格局與路線圖，需在短期、中期和長(zhǎng)期發(fā)展中依次進(jìn)行重點(diǎn)戰(zhàn)略部署(見圖1)，但在構(gòu)建過程中面臨著諸多管理挑戰(zhàn)。

二、CPS與德國(guó)工業(yè)4.0的管理體系

(一)德國(guó)政府的對(duì)策

德國(guó)政府在構(gòu)建CPS三層戰(zhàn)略能力的過程中，針對(duì)這些管理挑戰(zhàn)提出了相應(yīng)的政策措施，具體包括：基礎(chǔ)設(shè)施與標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)、管理復(fù)雜系統(tǒng)、平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)生態(tài)建設(shè)、知識(shí)開發(fā)、服務(wù)創(chuàng)新等(見表1)，這些因素對(duì)CPS的成功都發(fā)揮了重要作用。

表1 基于CPS架構(gòu)的管理體系

1.基礎(chǔ)設(shè)施與標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)

在連接層實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)互通，首先需要完備的基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)敏捷、高效、即插即用的采集和實(shí)時(shí)、高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。工業(yè)4.0的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中涉及各類不同企業(yè)，須開發(fā)出一套單一的共同標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)伙伴關(guān)系的形成。為了提高合作有效性，還需要參考架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)提供詳細(xì)的技術(shù)說明，并有效推動(dòng)在實(shí)踐中的落實(shí)。在標(biāo)準(zhǔn)和參考架構(gòu)的指導(dǎo)下，實(shí)體空間的單元和系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，支持彼此的互操作，為資源液化奠定基礎(chǔ)。CPS對(duì)大范圍的分布式組件進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通常涉及大量敏感數(shù)據(jù)的交換，因此安全保障體系對(duì)CPS也十分重要，需要加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)和信息的保護(hù)，盡可能防止濫用以及未經(jīng)授權(quán)的獲取。

在基礎(chǔ)設(shè)施方面，德國(guó)要求在國(guó)內(nèi)和與伙伴國(guó)家之間大幅擴(kuò)建寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，提供可靠、全面、高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)，德國(guó)計(jì)劃在“2018年保證50兆比特每秒的網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋”[1]。在標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)上，德國(guó)建議工業(yè)4.0平臺(tái)下成立相關(guān)工作組專門處理標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)問題，使得各合作伙伴在基本結(jié)構(gòu)原理、接口和數(shù)據(jù)等方面達(dá)成一致，基于一套標(biāo)準(zhǔn)化體系進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換、識(shí)別、處理、維護(hù)等。2013年12月，德國(guó)電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會(huì)(DKE)發(fā)布《德國(guó)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》，對(duì)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，就工業(yè)4.0涉及的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格取得一致意見，為所有參與方提供一個(gè)概覽和規(guī)劃基礎(chǔ)。2015年，德國(guó)電氣電子行業(yè)協(xié)會(huì)(ZWEI)確定工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI 4.0)，從產(chǎn)品生命周期、價(jià)值鏈、層級(jí)和架構(gòu)等級(jí)三個(gè)維度定義工業(yè)4.0組件。借助參考架構(gòu)模型，可以對(duì)任務(wù)和流程進(jìn)行具體清晰的分解，更直觀地呈現(xiàn)真實(shí)情況。2016年，德國(guó)工業(yè)界與標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域權(quán)威機(jī)構(gòu)設(shè)立“工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化理事會(huì)”，以提出工業(yè)4.0數(shù)字化產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并形成“工業(yè)4.0平臺(tái)”“工業(yè)4.0實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)”和“工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化理事會(huì)”三大平臺(tái)，共同推進(jìn)工業(yè)4.0在全球范圍內(nèi)落地。

2.管理復(fù)雜系統(tǒng)

在轉(zhuǎn)換層，制造業(yè)每年都存儲(chǔ)了最大的數(shù)據(jù)量[39]，工廠源源不斷產(chǎn)生的大量原始數(shù)據(jù)為生產(chǎn)過程的智能化提供了機(jī)遇。CPS不僅要分析產(chǎn)品全生命周期和供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)如滾雪球般產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，而且需要通過智能關(guān)聯(lián)海量數(shù)據(jù)來(lái)深度了解用戶的需求和偏好，并將這種洞察與生產(chǎn)活動(dòng)相結(jié)合，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為高度個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)。這一階段，需要先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)從海量、高速、多樣性的數(shù)據(jù)中提取高附加值的信息，用來(lái)控制、支撐與強(qiáng)化產(chǎn)品與服務(wù)，以提供優(yōu)化產(chǎn)品、服務(wù)和商業(yè)模式的基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)，隨著產(chǎn)品功能的豐富、用戶個(gè)性化需求的增加、交付要求的頻繁變動(dòng)和企業(yè)間合作形式的迅速變化，產(chǎn)品及其相關(guān)的制造系統(tǒng)都變得愈發(fā)復(fù)雜。

為了有效管理復(fù)雜系統(tǒng)，德國(guó)在工業(yè)4.0平臺(tái)下成立工作組專門處理與建模管理復(fù)雜系統(tǒng)有關(guān)的問題，特別是在制造工程領(lǐng)域。首先瞄準(zhǔn)建模領(lǐng)域最迫切的需求進(jìn)行有代表性的調(diào)查，將學(xué)科領(lǐng)域范圍縮小；并在從業(yè)者和決策者中宣傳建模的重要性，建立旗艦項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)有的建模方法和工具進(jìn)行測(cè)試，說明在不同情景下建模的價(jià)值，并在企業(yè)間進(jìn)行最佳實(shí)踐的共享。除平臺(tái)活動(dòng)外，在建模和系統(tǒng)工程方面提供有針對(duì)性的培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)指導(dǎo)。建模是復(fù)雜性管理的一種有效手段。因?yàn)槟Ｐ屯ǔＳ懈袷交拿枋?，這意味著可以通過計(jì)算機(jī)來(lái)完成計(jì)算和其他重復(fù)性工作，使之前用模具完成的工作可以通過數(shù)字仿真完成。因此，開發(fā)規(guī)劃和解釋性模型為管理復(fù)雜數(shù)據(jù)和復(fù)雜系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。規(guī)劃模型把基于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、制造、維護(hù)的流程固化，使復(fù)雜系統(tǒng)建立成為可能；解釋模型通過更加智能的仿真等數(shù)據(jù)分析方法，優(yōu)化決策分析、有效管理能耗等。

3.平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)生態(tài)建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)層提供了開放而靈活的環(huán)境，讓組織能打破傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)邊界，將之前分散的網(wǎng)絡(luò)組合起來(lái)，通過云計(jì)算和平臺(tái)創(chuàng)造新的客戶體驗(yàn)、關(guān)系和組織形態(tài)[40-41]。這個(gè)過程要經(jīng)歷從交易流程到知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，對(duì)商業(yè)范圍、商業(yè)邏輯和商業(yè)模式產(chǎn)生直接影響，也會(huì)產(chǎn)生新的分配方式。這個(gè)階段企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的集成活動(dòng)在三個(gè)維度逐步展開：第一，企業(yè)內(nèi)部制造體系的縱向集成?？v向集成針對(duì)企業(yè)邊界內(nèi)的各種IT系統(tǒng)集成而言，企業(yè)可以通過不同層次的IT系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)內(nèi)部效率的提升，提高企業(yè)生產(chǎn)的靈活性，提升競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)智能工廠中，生產(chǎn)流程不會(huì)預(yù)先限定或固定，而是根據(jù)個(gè)性化需求定制一組結(jié)構(gòu)化模塊，并依據(jù)生產(chǎn)需要自動(dòng)塑造涵蓋模型、數(shù)據(jù)、通信、算法在內(nèi)的特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[42]，固定的生產(chǎn)線在這種集成方式下將陸續(xù)被淘汰。第二，實(shí)現(xiàn)從客戶到廠商的端到端數(shù)字化價(jià)值鏈集成。這是指在所有終端實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，通過信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用打破企業(yè)邊界，加速產(chǎn)業(yè)鏈的信息流通。此時(shí)，顧客能在價(jià)值鏈環(huán)節(jié)上隨時(shí)參與選擇與決策。例如，蘋果通過端到端集成打通產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售和服務(wù)各環(huán)節(jié)的有效控制，實(shí)現(xiàn)了最佳產(chǎn)品體驗(yàn)。第三，實(shí)現(xiàn)不同企業(yè)間的橫向集成。這個(gè)維度是指價(jià)值鏈各參與主體利用智能化技術(shù)，打破原有企業(yè)邊界之間的屏障，實(shí)現(xiàn)相互之間的信息共享和生產(chǎn)協(xié)同，提供包括定制生產(chǎn)、維修養(yǎng)護(hù)在內(nèi)的產(chǎn)品和服務(wù)[43]。這是智能化技術(shù)驅(qū)動(dòng)的一種資源整合，關(guān)注價(jià)值鏈的某一環(huán)節(jié)，探討如何利用和組合企業(yè)間的互補(bǔ)性資源，如技術(shù)、品牌、流量、知識(shí)、資金和人才等，以降低供應(yīng)鏈上下游成本和信息共享為主要目標(biāo)[44]。在這種環(huán)境下，功能集成的方向在于依靠智能化網(wǎng)絡(luò)妥善處理企業(yè)間在產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造和經(jīng)營(yíng)管理等方面的信息傳送、生產(chǎn)柔性等一系列問題。需要注意的是，盡管不同企業(yè)存在橫向集成，但同時(shí)也存在分工，各企業(yè)專注于發(fā)展自身的核心技術(shù)和能力，因此，供應(yīng)鏈橫向集成效率的提高和參與企業(yè)專業(yè)分工的深化有助于提升整體競(jìng)爭(zhēng)力和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的形成，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

德國(guó)制造企業(yè)存在于密集的企業(yè)合作網(wǎng)中，通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓、工業(yè)擴(kuò)展、技術(shù)范圍設(shè)定、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立以及技術(shù)培訓(xùn)，各行業(yè)的企業(yè)間可進(jìn)行水平與垂直化協(xié)同，德國(guó)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)產(chǎn)品戰(zhàn)略依賴于在企業(yè)間(包括供應(yīng)商、客戶、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手)構(gòu)建契約關(guān)系的能力，借由技術(shù)交流，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械和生產(chǎn)流程的共同開發(fā)、改變及量身定制。這些活動(dòng)涉及企業(yè)間商業(yè)信息的交換，為保證公平，對(duì)交換進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)管尤為重要。德國(guó)有一系列機(jī)構(gòu)組織來(lái)保證項(xiàng)目的實(shí)施，包括銀行、專業(yè)工程聯(lián)盟、商會(huì)和德國(guó)工商聯(lián)合會(huì)(IHK)。

同時(shí)，德國(guó)數(shù)字化平臺(tái)上進(jìn)行的商務(wù)貿(mào)易都建立在堅(jiān)實(shí)可靠的法律基礎(chǔ)上，自然人和法人的貿(mào)易規(guī)則都有明確規(guī)定。在智能服務(wù)世界中，人、機(jī)構(gòu)和工件都具備可檢測(cè)、可認(rèn)證的身份標(biāo)識(shí)，并要提供由權(quán)威安全部門發(fā)出的類似銀行卡、準(zhǔn)入卡、硬件模塊等物件。這些物件可以提高用戶對(duì)身份和交易的控制，以及獲取用戶的信任[1]。2017年4月，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)與能源部推出第一版工業(yè)4.0法律架構(gòu)“Ju-RAMI 4.0”[45]，為企業(yè)提供法律指引，促進(jìn)新秩序的建立。這個(gè)法律框架在工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI 4.0)基礎(chǔ)上增加法律維度構(gòu)建而成，本質(zhì)上是一款交互式在線法律指引工具，通過不斷完善互動(dòng)網(wǎng)頁(yè)，讓用戶僅通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)就能輕易了解工業(yè)4.0技術(shù)和法律關(guān)系。德國(guó)將市場(chǎng)監(jiān)管政策作為法律框架的補(bǔ)充，主要手段是通過“試驗(yàn)空間”對(duì)商業(yè)創(chuàng)新進(jìn)行審查。這些試驗(yàn)空間將創(chuàng)新測(cè)試和監(jiān)管工具相結(jié)合，基于真實(shí)的市場(chǎng)條件，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)性法律框架下進(jìn)行，讓試驗(yàn)空間成為創(chuàng)新和監(jiān)管的對(duì)接點(diǎn)，檢驗(yàn)現(xiàn)有法規(guī)的適用性、探索新法規(guī)的改善方向，同時(shí)檢驗(yàn)新實(shí)驗(yàn)室和新技術(shù)的價(jià)值。德國(guó)還從數(shù)字化視角審查國(guó)家法律框架，建議制定數(shù)字化法，重點(diǎn)研究包含開放競(jìng)爭(zhēng)、公平競(jìng)爭(zhēng)、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)主權(quán)以及歐洲協(xié)調(diào)的五項(xiàng)原則[46]。

4.知識(shí)開發(fā)

認(rèn)知層是CPS的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，其核心知識(shí)包含操縱型資源(如人工智能、算法等)。操縱型資源不僅能夠管理對(duì)象型資源，而且可以管理和整合其他操縱型資源，不斷提升駕馭網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的能力。在整合海量信息的基礎(chǔ)上，形成巨大的動(dòng)態(tài)知識(shí)庫(kù)，知識(shí)庫(kù)在容量、分析、預(yù)判和診斷能力遠(yuǎn)超過人腦的處理能力和人際網(wǎng)絡(luò)的傳播速度[47]。通過高效的知識(shí)管理和知識(shí)創(chuàng)造，大大提高解決復(fù)雜問題的能力并降低解決問題的成本。認(rèn)知層以“知識(shí)庫(kù)”作為基礎(chǔ)，可將涉及到公司內(nèi)部和外部利益相關(guān)者之間(包括國(guó)內(nèi)和國(guó)際層面)的知識(shí)轉(zhuǎn)讓。要讓企業(yè)間通過收費(fèi)機(jī)制共享原始數(shù)據(jù)，建立健全的知識(shí)共享規(guī)范是非常必要的。此外，因?yàn)樯虡I(yè)模式不只涉及一家公司，而是包含隨時(shí)可能發(fā)生變化的動(dòng)態(tài)公司網(wǎng)絡(luò)以形成全新的價(jià)值鏈，所以在網(wǎng)絡(luò)中自主產(chǎn)生和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將不可避免地超過公司內(nèi)部可控范圍，在這種新的情況下將伴隨一些特殊風(fēng)險(xiǎn)(如讀取生產(chǎn)和物流公司的數(shù)據(jù)，可能意外地給第三方合作伙伴提供高敏感度信息，或重要的商業(yè)洞察和業(yè)務(wù)機(jī)會(huì))，如果企業(yè)希望保護(hù)這些商業(yè)機(jī)密，維持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，將需要新的工具和策略。同時(shí)，這種商業(yè)模式創(chuàng)新也需要法律上的保障(以合同形式為主)，以確保潛在商業(yè)利潤(rùn)在整個(gè)價(jià)值鏈的所有利益相關(guān)者之間公平共享(如使用動(dòng)態(tài)定價(jià)模型)。

德國(guó)制造業(yè)在知識(shí)管理領(lǐng)域具有優(yōu)良傳統(tǒng)和顯著優(yōu)勢(shì)，這種能力也進(jìn)一步延展到了網(wǎng)絡(luò)空間。首先，德國(guó)勞動(dòng)力與資本之間的關(guān)系與其他國(guó)家不同。在企業(yè)內(nèi)部，無(wú)論是大企業(yè)還是小企業(yè)，員工都可以參與多個(gè)層面的操作與戰(zhàn)略決策，范圍從工廠委員會(huì)、工會(huì)、車間生產(chǎn)到監(jiān)事會(huì)。且由于大多數(shù)創(chuàng)新由企業(yè)內(nèi)部擁有高技術(shù)的工人完成，他們被賦予了極大的操作自主權(quán)，生產(chǎn)線上的工作團(tuán)隊(duì)就生產(chǎn)流程提出改善方案并實(shí)施該方案，此過程不受高級(jí)管理人員的約束。這種方式對(duì)勞工關(guān)系要求極高，因?yàn)楹芏鄤?chuàng)新活動(dòng)受勞工掌握的隱性知識(shí)約束，這種知識(shí)在由技術(shù)人員、管理人員與科學(xué)家組成的網(wǎng)絡(luò)中傳播。因此，員工要簽訂長(zhǎng)期的就業(yè)合同，他們對(duì)企業(yè)管理和戰(zhàn)略方向有極大影響。其次，德國(guó)掌握多項(xiàng)智能決策支持技術(shù)，例如案例式推理系統(tǒng)(case-based reaso-ning)，通過類比推理將新的未知問題與已有案例解決方案相比較，通過對(duì)相應(yīng)語(yǔ)義導(dǎo)向的案例基礎(chǔ)構(gòu)建，追溯到相關(guān)的服務(wù)處理，借助相似推論解決新問題。新問題得到解決后，該問題及相應(yīng)的解決方案也將被添加到案例基礎(chǔ)中，讓系統(tǒng)學(xué)習(xí)更新獲得更廣闊的知識(shí)面。案例式推理系統(tǒng)目前在客戶服務(wù)中得到廣泛應(yīng)用，特別是復(fù)雜機(jī)器和應(yīng)用領(lǐng)域，推理系統(tǒng)將長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)儲(chǔ)存下來(lái)，通過與新問題的相似性比較，指明或引導(dǎo)人們正確高效地解決問題，而不需要客服人員記住關(guān)于機(jī)器的全部知識(shí)。如在汽車行業(yè)售后部門，案例式推理系統(tǒng)經(jīng)常用于車間測(cè)試，從車輛中讀取錯(cuò)誤代碼后立即借助案例推理程序來(lái)分析，為機(jī)械師提供關(guān)于故障的解決方案提示。其他應(yīng)用領(lǐng)域是醫(yī)學(xué)診斷與治療以及電子商務(wù)中的商品推薦功能。又如大數(shù)據(jù)流分析技術(shù)，包含了大數(shù)據(jù)流分析，與時(shí)間有很強(qiáng)的相關(guān)性。例如在某段特定時(shí)間空擋中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，獲得對(duì)模型的認(rèn)識(shí)并基于時(shí)間發(fā)展進(jìn)行趨勢(shì)分析。大數(shù)據(jù)流分析通過對(duì)來(lái)自不同來(lái)源的數(shù)據(jù)流進(jìn)行組合，提高分析結(jié)果的說服力。隨著移動(dòng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，基于地理信息的組合也愈發(fā)重要。

5.服務(wù)創(chuàng)新

CPS的核心特征之一是通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的快速感知，感知的速度、強(qiáng)度、廣度、深度是以往信息孤島無(wú)法比擬的。價(jià)值網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)連續(xù)感知和反應(yīng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)環(huán)境變化和價(jià)值主張形成大量松耦合的網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體結(jié)構(gòu)，并在這種結(jié)構(gòu)的支持下高效響應(yīng)。在這個(gè)過程中，企業(yè)與用戶之間可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)深度交互，讓有特殊產(chǎn)品需求的客戶直接參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)維的各個(gè)階段。廠家可以根據(jù)情景的變化不斷調(diào)整服務(wù)策略和內(nèi)容，甚至可以在生產(chǎn)前或生產(chǎn)過程中，根據(jù)臨時(shí)需求變化做出反應(yīng)和調(diào)整，以優(yōu)化的方式提供創(chuàng)新服務(wù)。

工業(yè)4.0時(shí)代已經(jīng)從傳統(tǒng)的產(chǎn)品主導(dǎo)邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)主導(dǎo)邏輯，處在核心位置的不再是提供傳統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)的單個(gè)供應(yīng)商，而是用戶。早在2014年10月，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部(BMWi)投資5 000萬(wàn)歐元發(fā)起“智能服務(wù)世界——促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展并基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)”的技術(shù)競(jìng)賽，開始有針對(duì)性地促進(jìn)智能服務(wù)平臺(tái)的建立，以“一切皆服務(wù)”的概念為核心范式，關(guān)注產(chǎn)品和服務(wù)的集成，以及由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的商業(yè)模式創(chuàng)新。智能服務(wù)在構(gòu)建智能分析能力基礎(chǔ)上，以用戶為中心，隨時(shí)隨地根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、提供適合的解決方案。例如在汽車行業(yè)，戴姆勒旗下的Car2Go和寶馬旗下的DriveNow成功形成了共享汽車的智能服務(wù)商業(yè)模式，用戶在城市指定范圍內(nèi)，通過手機(jī)應(yīng)用查找附近車輛，用完后即可停在任何可以停車的位置。

(二)德國(guó)制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型實(shí)踐

德國(guó)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)是強(qiáng)大的機(jī)械和裝備制造業(yè)、全球領(lǐng)先的信息技術(shù)能力以及嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)化工程方面的頂尖技術(shù)。工業(yè)4.0利用核心技術(shù)CPS將人、物體和系統(tǒng)進(jìn)行連接，將分布式的制造企業(yè)和客戶進(jìn)行橫向和縱向整合，實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)建立、實(shí)時(shí)優(yōu)化、自組織和自配置，加速對(duì)客戶需求的交付速度，增強(qiáng)大規(guī)模定制和柔性化生產(chǎn)能力，降低供應(yīng)鏈協(xié)同成本，從而提高產(chǎn)業(yè)體系和集群的整體競(jìng)爭(zhēng)力。德國(guó)主要制造企業(yè)紛紛圍繞工業(yè)4.0進(jìn)行布局，推動(dòng)形成解決方案，如西門子基于“2020公司愿景”利用數(shù)字化技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)世界與實(shí)體世界相融合，SAP基于HANA云平臺(tái)逐步提供智能物流中心以及預(yù)測(cè)性維護(hù)等智能服務(wù)。筆者選擇寶馬和西門子為案例，分析德國(guó)企業(yè)如何應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1.寶馬的數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐

傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的特征是具有預(yù)設(shè)工序的靜態(tài)生產(chǎn)線，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)根據(jù)生產(chǎn)線的硬件基礎(chǔ)定義軟件功能，無(wú)法為生產(chǎn)個(gè)性化產(chǎn)品重新配置。寶馬作為德國(guó)汽車行業(yè)的翹楚，其萊比錫工廠借助CPS實(shí)現(xiàn)高精度的智能制造生產(chǎn)線，不僅能進(jìn)行多種車型混線生產(chǎn)，而且能滿足客戶的個(gè)性化定制需求，并實(shí)現(xiàn)58秒生產(chǎn)一輛車的奇跡。寶馬圍繞CPS實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的具體實(shí)踐如下。

(1)數(shù)字映射能力。寶馬在每個(gè)流程都實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字映射。從生產(chǎn)過程來(lái)看，在萊比錫工廠的裝配車間中，機(jī)器人數(shù)量達(dá)到700臺(tái)，幾乎看不到人工。工廠各處布滿物聯(lián)網(wǎng)傳感器，收集各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)和參數(shù)。從配送過程來(lái)看，供應(yīng)鏈采用智能物流，對(duì)貨物在全球物流鏈中的確切位置進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，提高供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的透明度和靈活性，適應(yīng)不斷變化的物流和生產(chǎn)需求。在工廠建設(shè)中，也使用特殊的三維掃描儀和高分辨率的照相機(jī)，快速完成對(duì)工廠的測(cè)量，便于日后進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)施調(diào)整時(shí)的規(guī)劃，無(wú)需再費(fèi)力進(jìn)行CAD建模和人工測(cè)量。

(2)資源集成能力。寶馬集成海量數(shù)據(jù)建立全生產(chǎn)周期的數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行資源集成。通過對(duì)零部件供給流程和元器件生產(chǎn)過程的自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析，幫助工廠監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程，保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如，在分析標(biāo)準(zhǔn)工藝曲線時(shí)，會(huì)評(píng)估整個(gè)流程相關(guān)聯(lián)的螺絲釘數(shù)據(jù)，修正與標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏差，防止加工誤操作等。寶馬對(duì)工廠進(jìn)行模擬仿真，建立三維生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)字化工廠可以為快速、靈活的調(diào)整生產(chǎn)提供精準(zhǔn)、全面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。工廠的任何空間變動(dòng)，都能在數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行直接模擬和評(píng)估。例如：勞斯萊斯工廠借助3D掃描儀和高精度的數(shù)碼相機(jī)，僅用一個(gè)周末就完成了準(zhǔn)確到2毫米內(nèi)的精密測(cè)量，這是全球第一個(gè)用于生產(chǎn)規(guī)劃的三維工廠模型。

(3)價(jià)值共創(chuàng)能力。寶馬利用CPS不僅能做到多種車型按訂單生產(chǎn)和混線生產(chǎn)，而且能在不損失生產(chǎn)節(jié)拍和品質(zhì)的前提下，滿足每臺(tái)車型的定制化需求，實(shí)現(xiàn)與客戶的價(jià)值共創(chuàng)。寶馬基于智能儀表打造的智能化動(dòng)力數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)記錄生產(chǎn)設(shè)備和機(jī)器人的能耗，并將數(shù)據(jù)上傳到寶馬信息技術(shù)大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行記錄和分析，識(shí)別出過度消耗的偏差值，預(yù)防個(gè)別生產(chǎn)設(shè)備和機(jī)器人損毀，確保了車輛品質(zhì)。同時(shí)，在生產(chǎn)中寶馬借助CPS簡(jiǎn)化工序，輔助工人執(zhí)行任務(wù)。寶馬的智能手表可以預(yù)先提示工人流水帶上車輛的特殊需求。手表顯示屏亮起并發(fā)出振動(dòng)預(yù)警，提醒工人下一道工序的注意事項(xiàng)，如安裝螺絲數(shù)量的差異。2013年寶馬開發(fā)了輕型機(jī)器人與工人協(xié)同工作(例如安裝車門內(nèi)部的隔音材料、噴涂擋風(fēng)玻璃粘合劑等)，采用手勢(shì)控制機(jī)器人的測(cè)試工作，通過人性化交互方式實(shí)現(xiàn)工人對(duì)機(jī)器人的控制，創(chuàng)造更自然的人機(jī)工作環(huán)境。

2.西門子的數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐

作為德國(guó)工業(yè)4.0的主要提出者之一，西門子是目前唯一能夠運(yùn)用技術(shù)將現(xiàn)實(shí)和虛擬生產(chǎn)過程相結(jié)合的企業(yè)，旗下的安貝格電子工廠是歐洲乃至全球最先進(jìn)的數(shù)字化工廠，被認(rèn)為是最接近工業(yè)4.0概念雛形的工廠。該工廠每年向全球250家供應(yīng)商采購(gòu)約1萬(wàn)種原材料，生產(chǎn)約1 000個(gè)品種共計(jì)1 200萬(wàn)件工業(yè)控制產(chǎn)品，平均每秒就能生產(chǎn)出一件產(chǎn)品。雖然整個(gè)生產(chǎn)流程的復(fù)雜性遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)工廠的能力范圍，但卻保證了生產(chǎn)線極高的可靠性，百萬(wàn)件缺陷僅為15件(按百分比計(jì)算近乎于零)，缺陷率僅為德國(guó)工人的4%[48]。西門子圍繞CPS實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的具體實(shí)踐如下。

(1)數(shù)字映射能力。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，安貝格工廠將傳感器、存儲(chǔ)裝置、微型化處理器和發(fā)送器幾乎嵌入所有原材料、半成品和機(jī)器，以及用于組織數(shù)據(jù)流的智能工具和新型軟件中。工廠的每件產(chǎn)品都有自己在研發(fā)、生產(chǎn)、物流等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)保存在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)中。這些基礎(chǔ)識(shí)別信息包括：哪條生產(chǎn)線生產(chǎn)的、生產(chǎn)材質(zhì)、扭矩大小、螺絲釘型號(hào)等?；谶@一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)信息無(wú)縫互聯(lián)[49]。

(2)資源集成能力。安貝格工廠通過構(gòu)建虛擬工廠實(shí)現(xiàn)資源集成，將工藝規(guī)劃與工程化、生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃與工程化、仿真優(yōu)化及驗(yàn)證全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，真實(shí)工廠生產(chǎn)的數(shù)據(jù)參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境等都會(huì)通過虛擬工廠反映出來(lái)，達(dá)到實(shí)體與數(shù)字信息同步，設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試信息一體化聯(lián)動(dòng)。例如，研發(fā)設(shè)計(jì)部門把虛擬的研發(fā)產(chǎn)品同步給生產(chǎn)部門來(lái)生產(chǎn)，并時(shí)刻保持著協(xié)調(diào)的一致性。從設(shè)計(jì)研發(fā)到生產(chǎn)制造的過程中，還借助CPS采集零部件與加工信息，并反饋給制造執(zhí)行系統(tǒng)，形成信息閉環(huán)。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)問題或需要調(diào)整時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的同步更新。物流環(huán)節(jié)，安貝格工廠的生產(chǎn)系統(tǒng)與公司的ERP系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，當(dāng)某一訂單生產(chǎn)完最后一個(gè)產(chǎn)品時(shí)，該訂單將會(huì)在ERP系統(tǒng)中改變訂單狀態(tài)——生產(chǎn)完畢，成品就直接發(fā)貨運(yùn)走，工廠里沒有成品倉(cāng)庫(kù)。

(3)價(jià)值共創(chuàng)能力。安貝格工廠基于平臺(tái)的海量數(shù)據(jù)，利用智能技術(shù)進(jìn)行解析和仿真，進(jìn)而通過虛擬工廠對(duì)真實(shí)工廠進(jìn)行把控。在這個(gè)過程中，員工最為重要的作用是提出改進(jìn)意見，參與價(jià)值的共同創(chuàng)造。這些改進(jìn)意見對(duì)工廠年生產(chǎn)力增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率達(dá)40%，剩余60%源于基礎(chǔ)設(shè)施投資，包括購(gòu)置新裝配線和用創(chuàng)新方法改造物流設(shè)備。借助大數(shù)據(jù)分析可以挖出生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的短板，找到需要提高效率的區(qū)域。在生產(chǎn)控制和執(zhí)行環(huán)節(jié)，西門子通過機(jī)器人的仿真模擬就能完成測(cè)試任務(wù)，在投產(chǎn)前驗(yàn)證整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，順利過渡到生產(chǎn)階段。根據(jù)生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況，安貝格工廠也會(huì)投入人力資源進(jìn)行支撐，主要參與確保物料、設(shè)備、產(chǎn)品檢驗(yàn)等工作。例如，當(dāng)生產(chǎn)需要某種原材料時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出提示，工人通過掃描原材料樣品將條碼信息傳輸?shù)阶詣?dòng)化倉(cāng)庫(kù)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出指令讓自動(dòng)化物流系統(tǒng)去倉(cāng)庫(kù)的指定位置取件，然后通過自動(dòng)升降機(jī)傳送至生產(chǎn)線。

三、德國(guó)經(jīng)驗(yàn)的啟示

在全球再工業(yè)化與制造業(yè)回歸的背景下，CPS正在成為各國(guó)搶占新一輪制造業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。中國(guó)作為世界制造大國(guó)，如何在未來(lái)的技術(shù)轉(zhuǎn)型中發(fā)展成為制造強(qiáng)國(guó)，是政府、學(xué)界和企業(yè)界都非常關(guān)注的問題。當(dāng)前，中國(guó)制造業(yè)大而不強(qiáng)，面臨著核心技術(shù)缺乏、自主創(chuàng)新能力不足、產(chǎn)品質(zhì)量低下、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)業(yè)協(xié)同不緊密等問題，在數(shù)字化、精密化和核心技術(shù)的掌控等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距[20]。因此，在發(fā)展CPS架構(gòu)中，中國(guó)制造業(yè)應(yīng)針對(duì)性地集中力量在基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)(如智能傳感技術(shù)、智能感知元器件、智能檢測(cè)裝備等)、精密化制造設(shè)備(如高端數(shù)控機(jī)床、增材制造裝備、工業(yè)機(jī)器人等)和搭建標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)業(yè)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)(如工業(yè)云服務(wù)、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái))幾方面，以實(shí)現(xiàn)制造業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的突破[20]。

(一)中德制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的能力構(gòu)建重點(diǎn)不同

中國(guó)當(dāng)前的能力構(gòu)建集中在數(shù)字映射能力和資源集成能力上[50]。這與我國(guó)的制造業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱、制造業(yè)規(guī)模巨大有關(guān)，只有將基礎(chǔ)建設(shè)好，才有制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的空間。數(shù)字映射能力是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)能力，也是構(gòu)建最漫長(zhǎng)的階段。從生產(chǎn)端的機(jī)器裝備到用戶端的穿戴設(shè)備，制造業(yè)對(duì)實(shí)體空間對(duì)象的資源液化需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間積累。德國(guó)的重點(diǎn)是資源集成能力[1]。資源集成能力是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵，其不僅打破了各主體之間的時(shí)空界限和信息鴻溝，而且創(chuàng)造了生態(tài)中各種資源聚集交互協(xié)同的機(jī)會(huì)。通過網(wǎng)絡(luò)空間實(shí)現(xiàn)對(duì)操縱型資源與對(duì)象型資源的整合利用，驅(qū)動(dòng)不同主體之間的信息共享與業(yè)務(wù)協(xié)同，才能促進(jìn)企業(yè)之間、企業(yè)與消費(fèi)者之間實(shí)現(xiàn)價(jià)值共創(chuàng)能力，滿足個(gè)性化的、多變的客戶需求。德國(guó)制造業(yè)有非常良好的工業(yè)基礎(chǔ)，企業(yè)信息化和數(shù)字化進(jìn)程迅速。因此，它需要通過工業(yè)4.0戰(zhàn)略有效地實(shí)現(xiàn)服務(wù)于客戶的資源集成，支持德國(guó)工業(yè)高效服務(wù)于全球市場(chǎng)，確保德國(guó)制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

(二)兩國(guó)政府發(fā)揮戰(zhàn)略引導(dǎo)作用

在推進(jìn)工業(yè)4.0的過程中，中國(guó)和德國(guó)政府都發(fā)揮了戰(zhàn)略引領(lǐng)和推動(dòng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵作用。自2015年起，中國(guó)國(guó)務(wù)院、工信部、發(fā)改委等主要政府機(jī)構(gòu)，圍繞“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略先后啟動(dòng)了三批智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目，發(fā)布了《智能制造發(fā)展規(guī)劃2016-2020年》和《中國(guó)制造2025》(“1+X”)規(guī)劃體系，“1”是指《中國(guó)制造2025》，“X”是指11個(gè)配套的實(shí)施指南、行動(dòng)指南和發(fā)展規(guī)劃指南，為制造業(yè)整體轉(zhuǎn)型升級(jí)奠定了基礎(chǔ)。2017年11月，國(guó)務(wù)院?jiǎn)?dòng)了“中國(guó)制造2025”國(guó)家級(jí)示范區(qū)創(chuàng)建工作。

德國(guó)政府自2009年起，依托傳統(tǒng)制造業(yè)優(yōu)勢(shì)，將傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)與先進(jìn)的技術(shù)、完善的解決方案相結(jié)合，將實(shí)體空間的優(yōu)勢(shì)拓展到網(wǎng)絡(luò)空間，確立工業(yè)4.0國(guó)家戰(zhàn)略。德國(guó)工業(yè)4.0工作組、國(guó)家科學(xué)與工程院、電氣電工信息技術(shù)委員會(huì)等政府機(jī)構(gòu)，圍繞“工業(yè)4.0”發(fā)布12個(gè)主要的推進(jìn)政策，涵蓋了CPS、智能服務(wù)、數(shù)字化發(fā)展等多個(gè)維度。德國(guó)政府在“工業(yè)4.0”的推進(jìn)上，有兩方面最值得中國(guó)借鑒：

第一，創(chuàng)新平臺(tái)的戰(zhàn)略價(jià)值。德國(guó)政府采用平臺(tái)化機(jī)制自上而下推動(dòng)“工業(yè)4.0平臺(tái)”作為德國(guó)工業(yè)4.0的中樞機(jī)構(gòu)整體負(fù)責(zé)工業(yè)4.0的戰(zhàn)略研究、戰(zhàn)術(shù)發(fā)展和協(xié)調(diào)工作。2015年4月德國(guó)發(fā)布了《德國(guó)工業(yè)4.0實(shí)施戰(zhàn)略報(bào)告》，明確提出了未來(lái)的17項(xiàng)任務(wù)和工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI 4.0)。2015年11月，正式推出“工業(yè)4.0平臺(tái)地圖”，在這份虛擬地圖上清晰地標(biāo)注了遍布德國(guó)各地的250個(gè)應(yīng)用實(shí)例和試驗(yàn)點(diǎn)，展示了當(dāng)下數(shù)字化生產(chǎn)帶來(lái)的可能性以及投資數(shù)字化改造的價(jià)值。此外，平臺(tái)還開設(shè)工業(yè)4.0在線圖書館，不斷更新包含工業(yè)4.0所有主題的數(shù)據(jù)庫(kù)，包含平臺(tái)五大工作組的研究成果、戰(zhàn)略文獻(xiàn)以及合作伙伴的案例學(xué)習(xí)。同時(shí)，設(shè)立工業(yè)4.0測(cè)試臺(tái)(Test Bed)，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐。測(cè)試平臺(tái)分布在德國(guó)各大高校與科研中心，通過聯(lián)網(wǎng)可以進(jìn)行分布式生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)程的模擬仿真。

德國(guó)的智能服務(wù)實(shí)施平臺(tái)和智能服務(wù)創(chuàng)新平臺(tái)直接服務(wù)于制造型企業(yè)的服務(wù)轉(zhuǎn)型，平臺(tái)對(duì)任何規(guī)模、行業(yè)和特定的國(guó)際企業(yè)保持開放，為其數(shù)字化平臺(tái)和組件提供跨企業(yè)的前期試驗(yàn)和原型，一旦試驗(yàn)成功，可以快速發(fā)展為不同行業(yè)、企業(yè)協(xié)作和分享的智能服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，成為制造業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型的孵化器。在這個(gè)過程中，政府與企業(yè)、研究團(tuán)體、社會(huì)合作伙伴以及民間團(tuán)體之間有機(jī)會(huì)保持密切交流與溝通，特別關(guān)注中小企業(yè)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)政策調(diào)整和機(jī)制優(yōu)化創(chuàng)造條件。

第二，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。德國(guó)將標(biāo)準(zhǔn)化作為工業(yè)4.0戰(zhàn)略實(shí)施的第一優(yōu)先行動(dòng)領(lǐng)域。2013年底，發(fā)布《德國(guó)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》，為工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)制定提供了概覽和規(guī)劃基礎(chǔ)，在參考體系結(jié)構(gòu)、用例、術(shù)語(yǔ)與模型、技術(shù)流程等12個(gè)領(lǐng)域提出具體建議[51]。2015年提出工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI 4.0)，以分層結(jié)構(gòu)的方式將生命周期和價(jià)值鏈結(jié)合來(lái)定義工業(yè)4.0組件，為描述和實(shí)施智能制造奠定基礎(chǔ)。德國(guó)通過建立“工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化理事會(huì)”，旨在提出工業(yè)4.0數(shù)字化產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并協(xié)調(diào)其在德國(guó)和全球范圍內(nèi)落地，希望通過主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程引領(lǐng)全球工業(yè)4.0發(fā)展。智能制造的標(biāo)準(zhǔn)體系是未來(lái)全球爭(zhēng)奪焦點(diǎn)，掌握引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)就擁有了占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈高端的機(jī)會(huì)，中國(guó)必須加快行動(dòng)。

隨著全球制造業(yè)發(fā)展格局的深刻變化，中國(guó)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)，受到高端制造業(yè)向發(fā)達(dá)國(guó)家回流，低端制造業(yè)向低成本國(guó)家轉(zhuǎn)移的雙重?cái)D壓。同時(shí)，中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化和數(shù)字化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，制造業(yè)企業(yè)之間的發(fā)展水平參差不齊。在新一輪的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，中國(guó)企業(yè)面臨的壓力與挑戰(zhàn)比德國(guó)企業(yè)更大：在實(shí)體層面，中國(guó)企業(yè)面臨著傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的艱難挑戰(zhàn)，在產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)含量、運(yùn)營(yíng)體系和品牌建設(shè)上與德國(guó)企業(yè)有較大差距；在網(wǎng)絡(luò)層面，雖然我國(guó)的消費(fèi)類互聯(lián)網(wǎng)近年來(lái)得到很大發(fā)展，但在企業(yè)、產(chǎn)業(yè)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域與德國(guó)仍有很大距離。但與此同時(shí)，目前工業(yè)生產(chǎn)的顛覆性革命對(duì)中國(guó)來(lái)說，也是一個(gè)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上追趕上發(fā)達(dá)國(guó)家的絕佳機(jī)遇。

四、研究局限與未來(lái)展望

本研究的局限性主要體現(xiàn)在，經(jīng)過系統(tǒng)的文獻(xiàn)檢索，從理論上看，世界主要工業(yè)國(guó)家對(duì)數(shù)字化戰(zhàn)略能力的構(gòu)建較多集中在政策層面和技術(shù)層面，學(xué)術(shù)層面的理論研究和分析框架相對(duì)不足，這給研究的理論體系梳理和構(gòu)建帶來(lái)了一定的困難。但是，鑒于數(shù)字化戰(zhàn)略能力構(gòu)建課題的重要性，本文試圖借助CPS架構(gòu)的社會(huì)-技術(shù)體系拓展，來(lái)分析德國(guó)政策的發(fā)展脈絡(luò)與管理舉措，這有一定的創(chuàng)新性，但同時(shí)又可能是不夠成熟和完整的。為了推進(jìn)和深化這一領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究，我們?cè)敢鈷伌u引玉，引發(fā)學(xué)者和政策制定者們深化和拓展對(duì)這一領(lǐng)域的研究。

從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，德國(guó)的經(jīng)驗(yàn)仍然值得我們高度關(guān)注。2019年，德國(guó)工業(yè)比重占GDP的23%，德國(guó)計(jì)劃到2030年，工業(yè)比重將增加到25%[52]。這意味著德國(guó)將在電子、汽車、機(jī)械領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展新一代數(shù)字化技術(shù)，特別是人工智能、云計(jì)算和移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，以推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)4.0步伐。目前，德國(guó)對(duì)保有其傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)有著很大的危機(jī)感，特別是在顛覆式創(chuàng)新和創(chuàng)新速度方面擔(dān)憂落后于美國(guó)和中國(guó)。一方面，歐洲年輕的數(shù)字初創(chuàng)企業(yè)遷往美國(guó)尋求風(fēng)險(xiǎn)融資；另一方面，中國(guó)的智能制造(特別是電池行業(yè))的發(fā)展，又影響著德國(guó)在全球價(jià)值鏈上的競(jìng)爭(zhēng)地位和獲取高附加值的機(jī)會(huì)。為了形成更強(qiáng)有力的歐洲制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，德國(guó)推動(dòng)歐盟修訂政策，鼓勵(lì)企業(yè)之間的并購(gòu)，通過政策、歐盟協(xié)調(diào)機(jī)制和管理體系的優(yōu)化和改善，進(jìn)一步強(qiáng)化德國(guó)在全球工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的數(shù)字化能力建設(shè)。德國(guó)工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展與實(shí)踐，仍然值得我們高度學(xué)習(xí)和關(guān)注。