德国“工业4.0”战略的进展与挑战(上)

史世伟/对外经济贸易大学外语学院教授 寇蔻/北京外国语大学德语系讲师

2018-07-11 10:04 来源:澎湃新闻

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德国的“工业4.0”战略早已不是独一无二,各国都在发力抢占下一次工业变革的制高点。图为当地时间2015年4月14日,德国汉诺威,汉诺威工业展举行。视觉中国 资料
在2011年的汉诺威博览会上,“工业4.0”的概念被第一次提出,两年后德国政府将其纳入到“高科技战略”的框架之下,并制定出了一系列相关措施。彼时“工业4.0”刚刚兴起,德国也仍处在探索的初期,各项配套措施都还亟待完善。
如今几年过去,“第四次工业革命”的观念已经影响到世界主要国家的决策层,中国政府也在2015年提出了“中国制造2025”战略,以应对新一轮的科技革命和产业变革。此外,包括美国、法国、日本在内的其他主要制造业大国也纷纷制定了自己的新产业发展战略,力图占据新产业变革的制高点。德国作为最早提出“工业4.0”的国家,在此期间也采取了一系列措施,进一步推进“工业4.0”的实施,目标是到2025年,在“工业4.0”方面成为世界上领先的技术供应方。
本文将首先回顾2016年底到2017年期间德国创新政策的变化,重点分析“工业4.0”的进展情况,然后分析其对德国经济社会带来的影响和存在的风险,最后对“工业4.0”和“中国制造2025”的实施进行比较。
一、德国加强实施“工业4.0”战略的紧迫性
创新对德国的经济增长和社会发展至关重要,德国经济的国际竞争力和成就主要归功于创新驱动,德国在汽车、机械制造、化工以及电气技术方面依旧保持世界领先的地位。但随着互联网经济的迅猛发展,德国企业在尖端技术以及数字化方面的劣势开始显现出来。
根据德国研究与创新专家委员会(EFI)的报告,德国陷入了一个“能力陷阱”(competence trap),即在已有优势产业不断吸引研发投资和优秀科研人员的时候,新出现的产业并没有获得充分的发展,有时还会失去优秀人才,形成了路径依赖的“锁定效应”。下图是德国大型企业与国际平台级的高科技公司在最近五年来业绩情况的比较,可以看出,不管是从营业收入、盈利情况,还是从雇员数量以及市值方面来比较,德国经济界的领头羊都远远落后于新兴的、以数字技术和互联网技术为基础的国际企业。
图1:德国大型企业与国际高科技企业的营业情况比较(2012年到2016年年均增长率),单位:%
注:国际高科技企业包括:谷歌(Alphabet/Google)、亚马逊(Amazon)、苹果(Apple)、脸书(Facebook)、腾讯;德国企业包括:巴斯夫(BASF)、拜耳(Bayern)、戴姆勒(Daimler)、汉高(Henkel)、西门子(Siemens)。
来源:BMWi, “Digitale Plattformen und deutsche Industrieunternehmen im Fünf-Jahres-Vergleich”, http://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Infografiken/Digitale-Welt/weissbuch-02.html

自从2011年“工业4.0”的概念被德国首次提出,到今天已经有多个国家跟进,制定了自己的新型工业化战略,德国的“工业4.0”战略早已不是独一无二,各国都在发力抢占下一次工业变革的制高点。下表展示了主要工业国家的智能制造和生产网络化的新工业战略(平台)。
表1:主要工业国家的新产业战略
来源:Acatech,“Industrie 4.0-Voraussetzungen und Herausforderungen für Unternehmen (Fokus Deutschland/China)”, https://www.plattform-i40.de/I40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation-gesamt/Deutsch-chinesisches%20Symposium/acatech-i40-voraussetzungen-und-herausforderungen.pdf?__blob=publicationFile&v=1.

这也反映出“工业4.0”战略的必要性和紧迫性:对内德国需要尽快实现产业升级,促进数字技术等新兴行业的发展,尽快摆脱“路径依赖”的负面效应;对外又要同时面对美国等发达国家和以中国为代表的新兴国家在国际市场上的竞争
二、“工业4.0”战略的新发展
在经济结构亟待革新的背景之下,德国政府近两年在“工业4.0”的实施上又有了新的进展,本节将这些新变化分为五个部分进行分析。
1.重塑组织框架、增加投入
高科技战略是塑造德国创新体系和提高创新能力的重要措施,也是影响创新发展的核心,“工业4.0”作为德国高科技战略的重要组成部分,是德国引领新的产业变革的关键政策。2013年成立的“工业4.0”合作平台(Plattform Industrie 4.0),已经成为世界上最大、也是最成功的推进制造业企业数字化转型的平台之一,成为连接德国政府决策层、商界、学界、工会等行为者的桥梁,同时促进了德国“工业4.0”方面的国际合作。
在制定和推进高科技战略,特别是“工业4.0”战略方面,德国政府重新整合了专业资源,确立了以高科技平台(Hightech Forum)、创新对话机制(Innovationsdialog)和德国研究与创新专家委员会为基础的三大专家咨询机构。其中德国研究与创新专家委员会和创新对话机制成立时间较早,分别成立于2006年和2008年,而高科技平台则是德国政府最新成立的专家机构。创新对话机制依托于德国国家科学与工程院(Acatech),是一个联邦政府(联邦总理、经济部长、教育和研究部长)与商界和学界的对话平台。德国研究与创新专家委员会则由六位在科研和创新政策方面顶尖的德国学者组成,侧重于创新政策的分析和评估。(参见图2)
图2:创新政策与咨询委员会的关系
来源:http://www.hightech-forum.de/fileadmin/PDF/hightech-forum_ergebnisse.pdf;http://innovationsdialog.acatech.de/uploads/pics/Innovationsdialog_Beratung_1.png。作者有所修改。

2015年,德国联邦教育和研究部宣布为高科技战略设立专家委员会(高科技平台),为德国联邦政府的创新和科技政策提供咨询以及具体的实施建议。该委员会每年举行三次会议,并撰写与高科技政策相关的研究报告。
2016年9月,高科技平台就中小企业的创新提升提出了建议,该委员会指出,近些年来德国中小企业的创新动力出现了下降,究其原因,主要是:(1)创业率的下降,知识密集型行业的初创企业正在减少;(2)专业人员紧缺;(3)战略性的创新能力较弱,比如数字化水平;(4)融资难。资金是困扰中小企业的一个普遍问题,一方面中小企业资金较少,另一方面创新的成本高。
高科技平台建议,政府应采取措施鼓励企业家精神,促进初创企业的发展;针对工业变革对社会以及劳动力市场带来的冲击,建议加强员工的培训和深造;创造更加有利于创新的框架条件,包括更加灵活的资助项目、合作与转移以及加强中小企业创新;重视跨机构跨领域的创新政策。
德国研究与创新专家委员会在评估报告中也指出,德国在数字化、风险投资发展和中小企业的创新方面,仍然存在不足。他们建议,加大投入,提高德国大学在国际上的竞争力;促进风险投资的成长;重视数字化基础设施的建设,在数字化转型过程中占据世界领先位置。
专家委员会与政府和商界的良好互动,使得科研成果和企业在运营中遇到的实际问题能够很快传递给政府,政府可以通过新的创新政策不断进行调整和优化。
另外一个关于创新促进的十分重要的指标是研发投入占国内生产总值的比重。德国高科技战略之前提出的3%的目标,在2015年已经实现。随后,德国研究与创新专家委员会和高科技平台均提出建议,到2025年这一比例应达到3.5%。这一建议很快受到政府的重视,德国联邦教育和研究部部长万卡(Johanna Wanka)在2017年3月表示,政府将努力在2025年达到3.5%的目标。
此外,在2017年的联邦议会大选中,联盟党则已经将3.5%的目标写入了竞选纲领当中,同时承诺将在未来提供20亿欧元的税收优惠,以支持中小企业的科研和创新。在2018年德国政府财政预算中,对教育和科研的支出也将达到175亿欧元,比2010年高出75%。
2.实际生产应用
虽然德国政府提出“工业4.0”已经有六年时间,但“工业4.0”如今在生产当中还未大范围推广,更多仍旧像是一个“科研议程”(Forschungsagenda),真正具备“工业4.0”特征的产品和具体实施方法仍然数量有限。
作为“工业4.0”核心的信息-物理融合系统(Cyber-PhysicalSystem, CPS)的应用情况效果不一,主要的挑战在于如何将CPS技术融合到现在的生产体系当中,以及员工如何适应新的生产形式。“工业4.0”在关键问题上的研究成果需要在实际的工业生产中实现落地,这种科研与生产相分离的问题急需解决。
此外,在实施过程暴露出来的另一个问题是相关标准的缺失。虽然已经有了政府指导的行业领域,但具体哪些技术才会在未来具有竞争力还是未知数,特别对于中小企业来说,这样的风险是巨大的。所以德国联邦教育和研究部在2017年发布了一份报告,在展示了一些成功资助的“工业4.0”实际案例的同时,也希望能够帮助企业,特别是中小企业在实际生产运用时,能够从众多CPS技术当中找到合适的技术,应用到企业的生产系统中,以解决实际问题。
2015年,德国联邦教育和研究部发起了“‘工业4.0’:从科研到企业落地”计划,旨在帮助中小企业实现“工业4.0”在实际生产中的应用问题。截至2016年底,该计划已经资助了12个应用导向的研究项目,联邦教育和研究部总共投入配套资金超过3000万欧元,在每个项目中的出资比例都超过50%。这些项目均由多家企业,或高校与研究机构共同组成,全都集中在CPS、通信和信息技术等领域。
除了“企业落地”计划,联邦教育和研究部还通过其他计划对这类科研项目进行资助,仅2017年上半年,就已经资助了18个项目,其中涉及的领域包括技术融合、3D打印、自动化等等。如今,联邦教育和研究部资助的“工业4.0”的正在进行的科研项目已经达到325个,涉及的领域包括嵌入式系统、CPS、物联网、虚拟现实和增强现实技术、智能制造等,分布在全德国,主要集中在慕尼黑周边、斯图加特周边、鲁尔区以及柏林-波茨坦地区。(参见图3)
图3:“工业4.0”项目的分布
来源:https://www.bmbf.de/_mapplication/index.php?AD_CONTENT=475&AD_CONTEXT=488&AD_VERSION=0&ALL=0&D=733&F=0&LANG=DEU&LAYOUT=BMBF2015&M=434

截至2017年底,投入实际应用的“工业4.0”案例已经达到317个,大部分都集中在生产领域的解决方案。
从区域来看,“工业4.0”案例出现了明显的分布不均,巴登-符腾堡州和北莱茵-威斯特法伦州的数量远远领先其他地区,而新联邦州,比如梅克伦堡-前波莫瑞州、石勒苏益格-荷尔斯泰因以及萨克森-安哈尔特州则比较落后,这也与各地区的经济发展水平差距相对应。
从企业规模来看,250人以下的中小企业的“工业4.0”应用案例达到129个,虽然绝对数量上要多于其他规模的企业,但考虑到中小企业巨大的总量,可以认为,中小企业对“工业4.0”的接受和吸收程度仍然不高。(参见表2、表3)
表2:按地区分,“工业4.0”应用案例的分布
来源:德国联邦教育和研究部
表3:按企业规模分,“工业4.0”应用案例的分布
来源:德国联邦教育和研究部

3.数字化
“工业4.0”是数字议程的核心之一,数字化是实现“工业4.0”的基础条件,只有数字化进程得到推进,未来生产网络才能得以建立,所以数字化可以看作是为“工业4.0”“铺设管道”。
如今已经有超过200亿件机器设备通过网络连接了起来,预计到2030年这一数字将达到5000亿,因此数字化和网络化将是经济增长关键推动力。而数字经济不仅是一个重要的经济领域和技术领域,还意味着商业模式以及整个社会的变革,而且不仅是企业需要实现数字化,劳动市场、消费者的购物方式和生活方式也要实现数字化。
早在2014年,德国政府就提出了“数字议程2014-2017”(Digitale Agenda 2014-2017),这是德国数字化政策具有里程碑意义的一项措施,可以算是数字化进程中的纲领性文件。三年过后,“数字议程2014-2017”制定的目标基本全都实现,它们包括:
(1)增长与就业
根据德国联邦经济和能源部的数据,到2016年,27%的德国工商业企业已经实现高度数字化。在德国联邦经济和能源部提出的一系列数字化战略中,中小企业的数字化占有重要位置,对德国经济整体而言,中小企业对经济增长、就业以及整个国家的国际竞争力都起到了重要作用;对中小企业自身来说,数字化能力是其进一步提高竞争力的保障。中小企业由于资源的局限,在数字化进程上可能会出现一些障碍,所以在这方面就更需要政府的促进和服务。
截至2017年,德国已建立了22个“中小企业4.0能力中心”(Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum),为中小企业提供数字化、生产流程网络以及“工业4.0”应用方面的支持。这样的网络化中介组织2017年在德国其他地方继续推广。
(2)数字化入口建设
在网络建设方面,网络联盟(Netzallianz)的工作实现了大幅推进。Netzallianz是2014年成立的一个由联邦交通与数字基础设施部发起,旨在扩大宽带网络建设的投资和创新平台,由包括德国电信、沃达丰等多家德国通讯公司组成。2015年和2016年,Netzallianz每年在扩大高速网络建设上投入了80亿欧元,联邦交通与数字基础设施部投入了40亿欧元。
通过企业平台与政府的合作,德国实现了网络使用环境的优化,无线网络覆盖范围比之前大为扩大,宽带的铺设范围大大增加,如今50 Mbit/s 以上网速的网络已经覆盖了75%的德国家庭,这一比例比2013年提高了超过26%。到2018年,这样的网络要实现德国家庭100%的全覆盖。Netzallianz计划到2023年总共投入1000亿欧元建设网络,联邦政府也将每年相应投入30亿欧元的配套资金,以实现联邦政府提出的“千兆比特社会”(Gigabit-Gesellschaft)计划。
(3)信任和安全
数字化会带来经济结构上的变革,与此相应的法律框架结构需要适时变化。2015年德国的IT安全法(IT-Sicherheitsgesetz)已经生效。2017年6月,德国《反对限制竞争法》第九次修正案正式生效,此次修正案主要目的是在数字化程度越来越深的今天,让竞争法规更好地适用于现在的市场。
通常,法律条款的更新总是滞后于技术的进步,数字化对产业形态以及企业的经营模式都带来了巨大变革,竞争与垄断也出现了新的形式,这对监管机构提出了新的挑战。作为保障德国市场竞争秩序的重要法律,《反对限制竞争法》适时进行了调整和修正。比如在互联网领域比较常见的、以广告为主要收入的搜索引擎或产品服务比较网站,卡特尔局会更多地关注其产业特有的指标要素,以及一些通过用户网络和规模效应实现的市场集中,在这些领域卡特尔局未来会加强监管。对企业间并购的控制,法律的适用范围也扩大到那些营业收入不高,但是收购价很高的企业。
在欧盟层面,2016年欧盟颁布了数据保护基础规定,并将于2018年5月在所有成员国实行,这也是欧盟第一个统一的数据保护标准,各成员国的现行规定都必须与之相适应。
2016年的汉诺威消费电子、信息及通信博览会(CeBIT)大会上,德国联邦经济和能源部提出了“数字战略2025”,以推进德国的数字化转型。一年之后的CeBIT大会上,德国联邦经济和能源部进一步发布了《数字平台白皮书》(Weißbuch Digitale Plattformen),提出制定“数字化的秩序政策”,为数字化世界建立公平的竞争环境,保障个人基本权利和数据主权。
4.中小企业
在高科技战略实施中,德国政府采取措施改善中小企业创新促进的原因主要来自以下三个方面:
首先,中小企业是德国创新体系的重要支柱之一,在德国经济中的地位举足轻重。中小企业占到德国企业数量的99.6%,创造的就业岗位占总量的58.5%,销售额占总量的35.3%。
其次,近年来创新研究理论的发展促进政策观念上的变革。创新是企业家对生产要素的新组合,产生于网络化的合作活动,其中异质性群体之间的学习、知识交流和转移起到核心作用,以往德国的创新促进并未给予创新合作和创新成果转化足够的重视。
第三,以往的创新促进往往分散在不同的促进项目中,这虽然保证了德国在广泛的制造业具有领先优势,但重点不突出,目的不明确,在一定程度上导致了前沿研究领域的创新不足。
德国企业整体而言对待“工业4.0”的态度是比较积极和乐观的,特别是不少大企业将其看作是一次巨大的机遇,从“工业4.0”推出的过程中,也能够看到西门子这样的大型跨国企业的积极推动。中小企业对“工业4.0”的认知则出现了较大的不同。根据德国国家科学与工程院的报告,78.8%的大型企业认为数字化和“工业4.0”是一次机遇,而持同样观点的中小企业只有不到60%;将近38%的中小企业认为数字化和“工业4.0”机遇和风险各占一半,而有这样观点的大企业只有20%;认为数字化和“工业4.0”纯属风险的中小企业比重也高于大企业。(参见图4)
图4:德国企业对数字化和“工业4.0”的评价
来源:Acatech,“Kompetenz für Industrie4.0”, http://www.acatech.de/fileadmin/user_upload/Baumstruktur_nach_Website/Acatech/root/de/Publikationen/Stellungnahmen/161202_POS_Kompetenz_Industrie40_Web.pdf

中小企业的问题,一方面是因为在当前的生产中,数字化技术和价值链流程的应用还比较少,中小企业在“工业4.0”应用方面的意识还不强;另一方面,中小企业缺少实施“工业4.0”战略计划的资源,包括软硬件设备不足,以及专业人员缺失。
此外,在“工业4.0”实施方面,中小企业遇到的一个较大问题是缺少测试环境(testenvironment),即没有足够的条件对新的软硬件的运行进行测试和模拟。不同的测试环境都较为“去中心化”,中小企业缺少足够的信息去了解具体的运用问题适合什么样的测试环境,也没有足够的资源去搭建相应的研发网络和相关专业人员。因此,政府需要在提高参与“工业4.0”的意识,改善“工业4.0”解决方案的测试条件方面对中小企业提供帮助。
针对这一问题,德国联邦教育和研究部于2016年开始开展了一个针对中小企业与研究机构合作、进一步促进研发能力的项目。德国的研发机构基本上都具有不同测试环境,中小企业不仅可以得到软硬件的支持和技术帮助,还能进行员工的相关专业培训。企业最多可以从政府获得10万欧元的资助(12个月),该项目将一直持续到2018年。2017年开始的第一轮资助中,有四个项目脱颖而出,研究方向包括生产自动化、传感器等智能工厂领域,主要负责研发的合作伙伴是斯图加特大学,四个项目共获得约39万欧元的资助,资助持续到2018年3月底。
5.国际合作
“工业4.0”并不是一个封闭的、只针对于某个国家的概念,而是一个需要跨地区、跨国界协同合作的战略。只有在不同国家之间建立起一个长效合作网络,才能保证企业在“工业4.0”生态体系中找到最合适的合作伙伴,而知识以及专业性资源的跨地区流动,可以激发出创新的灵感,进一步推进各方的发展。
第四次工业革命的概念自提出以来,已经在世界上多个制造业大国引起了巨大反响。在后金融危机时代,人们一方面重新意识到制造业的重要性和不可替代的地位,另一方面,以互联网和IT为代表的新技术的发展,使得原有工业制造业必须进行彻底的革新,不少制造业大国纷纷提出自己的工业计划。
近年来,欧盟各国在创新政策上独立分割的时代已经成为历史,欧盟层面的创新政策日益重要,国家之间政策方面的合作越来越密切。对这一点,德国早已有了足够的认识,继续加强与不断发展其科研创新政策的欧洲维度,也符合德国的利益。
2016年,德国“工业4.0”应用平台(Plattform Industrie 4.0)和法国未来工业联盟(Alliance Industrie du Futur)就数字化工业生产发布了行动方案,将在新工业形式下的生产应用、技术和测试设施、标准化以及职业培训方面展开合作。双方于2017年12月在柏林举行峰会,交流双方在工业生产应用方面的案例和经验。2017年1月,德国联邦经济和能源部和意大利经济发展部正式在“工业4.0”方面展开合作,具体合作内容包括三大主题:标准化、中小企业支持以及员工培训。
除了与法国和意大利的双边合作,2017年,德法意三国又将“工业4.0”的合作推向了一个新的阶段,6月份,德国“工业4.0”应用平台、法国未来工业联盟和意大利国家“工业4.0”计划(Piano nazionaleIndustria 4.0)三家机构代表三个国家就生产数字化的三方合作达成一致,并发表行动方案,合作的核心领域包括:
(a)标准化(领导国:德国);(b)中小企业促进与实验台(Testbed,领导国:意大利);(c)欧洲层面的政策支持(领导国:法国);(d)技能发展和职业资质(领导国:德、法、意三国)。
2017年10月,三个国家的代表在德国最终敲定了“标准化”部分的路线图。三个国家的合作成果将与欧盟委员会以及其他欧盟国家共同分享。
在欧盟层面,至今已经有了超过30个与“工业4.0”相关的国家级行动计划,欧盟希望能将欧洲不同国家的“工业4.0”计划建立成网络,并对具体的行动进行资助和促进,形成欧盟框架内的“工业4.0”合作。
在欧盟之外,日本也是德国在“工业4.0”方面合作的重点国家。2016年起,德国联邦经济和能源部和日本的经济产业省(Ministryof Economy, Trade and Industry, METI)以及总务省(Ministryof Internal Affairsand Communications, MIC)合作,在德国“工业4.0”应用平台与日本的“机器人革命行动”(Robot Revolution Initiative)的基础之上,在工业数字化转型方面建立起了合作,旨在提供新的技术和数字化解决方案、跨国境的工业合作,促进教育体系和职业培训体系,以适应数字化带来的劳动市场变化。(待续)
(本文原题:“德国‘工业4.0’战略的进展与挑战”。原刊于《德国发展报告(2018):默克尔4.0时期的德国何去何从》,郑春荣主编,社会科学文献出版社2018年出版,页105-127。略去注释,正文略加编辑并由作者审定。经授权刊用。)
责任编辑:李旭澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 德国工业4.0

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