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智能製造（zào）在美國、德國、日本有啥不（bú）同？

2017-8-9 來源（yuán）：智能製（zhì）造IM 作者（zhě）：--

在西方國家有（yǒu）這樣一句話：To live well， a nation must produce well，說明製造業是一個國（guó）家綜合國力最重要（yào）的體（tǐ）現。

在經（jīng）曆了互聯網泡沫和經濟危（wēi）機後，世界各國，尤其是發達國家開始重新意識（shí）到製造業的重要性，也在（zài）重新審視自己競爭力的優（yōu）劣勢。

第四次工業革命（mìng）的到來為各個國家提供了發展和轉型（xíng）的機遇，也麵臨競爭力格局變化的挑戰，智能製造成為各國競爭（zhēng）的新戰場（chǎng）。各國圍繞製造業，都提出了相應的戰略——美國的“國家製造創新網絡”、德國的“工業（yè）4.0”，日本的“工業價值鏈”，當然還有中國（guó）的“中（zhōng）國製造2025”。那麽，這些戰略之間有何差異呢？而形成這些差異的根本原因又是什麽？

1、對知（zhī）識的（de）理解、積累和傳承方式的差異決定了製（zhì）造哲學和文化

對製造業而言，簡單地來講即是“發現（xiàn）問題（比如質量缺陷、精度（dù）缺失、設備故障、成本較高、效率低下等）、了（le）解問題，在此過程（chéng）中獲取信息，並將（jiāng）其抽象化為知識，再利用（yòng）知識去認識、解決和避免問題的過程。”

了解和（hé）解決問題的手（shǒu）段和方法決定了（le）所獲得知識的形式，而將知識抽象化加以運用的過程和形式（shì）則決定（dìng）了知識傳承的形式。這（zhè）個過程可以通過“人來完成”、“數（shù）據（jù）來完成”或是“係統（tǒng）來完成”，這也是決（jué）定一個國家製造哲學的最根本原因。

日（rì）本

“通過組織文化和人（rén）的訓練不斷改善，在知識承載上非（fēi）常依賴人”

日本獨特的（de）克（kè）忍、服從（cóng）和集體觀念文化（huà）也深（shēn）深地影響了日本的製造文化，其（qí）最主要的（de）特征就是通過組織的不斷優化（huà）、文化建設和人的訓練來解決生產係統中的問題。這一點相信國內許多製造企業都感同身受，因為大家在接受精益（yì）培（péi）訓的時候被反複強調的3個方麵就是“公（gōng）司文化”、“三級組織”和“人（rén）才訓練”。最典型的體現就（jiù）是日本在20世紀70年代（dài）提出的以“全生產係統維護（TPM）”為核心的生產管理體係。其核心思（sī）想可以用“三全”來概（gài）括：全效率、全係統和全員參與。實現方式（shì）主要包括在3個方麵的改善：提高工作技能、改（gǎi）進團隊精神和改善工作環境，以致在20世紀90年代以後日本選擇“精益製造（zào）（Lean Manufacturing）”作（zuò）為其轉型方向，而（ér）非“6-sigma質量管理體係”。

日本企業在人才的培養方麵也（yě）是不（bú）遺餘力的，尤其是“雇員終身（shēn）製”文化，將雇員與企業的命（mìng）運緊密聯係在（zài）一起，使得人的經驗和知識能夠（gòu）在企業內部積累、運用和傳承。

　　日本企業解決問題的方式通常是：發生問題→人（rén）員迅速到現場、確認現物、探究現實（shí）（三現），並解決問題→分析問題產生的原因（yīn），通過改善來避免問題（tí）。最終（zhōng）的知識落在了人的身上，人的技能提升之後，解決和避免問題的能力也（yě）就上升了。

　　因（yīn）此對（duì）於日（rì）本企業（yè）而言，員工是最重要的價值，對人的信任遠（yuǎn）勝於對設備、數據和係統的信任，所有的自動化或是信息化建設也都是圍繞著幫助人去工作為目的，所以日（rì）本企業從來不會談機器換人或是無人（rén）工廠。如果中國想（xiǎng）要（yào）學習工匠精神，那麽最應該借鑒的是日（rì）本孕育工匠的組織文（wén）化和製度（dù）。但是這樣的文化在近幾年遇到了一個（gè）十（shí）分巨大的挑戰，就是日（rì）本的老齡化（huà）和製造業年輕一（yī）代大量短缺的問題（tí），使得沒有人能夠去傳承這些（xiē）知識。

　　日本也意識到了自己（jǐ）在數據和（hé）信息係統方麵的（de）缺失，開始在這些（xiē）方麵發力。這一點在日（rì）本的“工業價值鏈產業聯盟”的構架和目標上能夠清晰地看到。該聯盟提出的19條工作項目中（zhōng）有7條與大數據直接相關。可以說日本的轉型戰略是應（yīng）對其人口結構問題和社會矛盾的無奈之舉，核心是要解決替代人（rén）的知識獲取和傳承方式。

　　但日本（běn）在（zài）轉型過程中同樣麵臨著（zhe）許多（duō）挑戰：首先是數據積累的缺失，使得知識和經（jīng）驗（yàn）從人轉移到信息化體係和（hé）製造係統的（de）過程中（zhōng）缺少了依據和判斷標準。其次是日本工業企業保守的文化、造成軟件和IT技術人才的（de）缺失（shī），正如日本（běn）經產省公布的《2015年製造白皮書》中所表達的憂慮：“相對於在德國和美國正在加快的製造業變革，現在日本企（qǐ）業（yè）表現（xiàn）出重視軟件的姿態。”

　　德國

　　“通過設備和生產係統的不斷升級，將知識固化在設備上”

　　德國的先進設備（bèi）和自動化（huà）的生產線（xiàn）是舉世聞名的，可以說在（zài）裝備製造業的實力（lì）上有（yǒu）著傲視群雄的資格。同（tóng）時德國人嚴謹的風格（gé），以及其獨特的“學徒（tú）製”高等（děng）教育模式，使得（dé）德國製造（zào）業的風（fēng）格非常務實，理論研究（jiū）與工業應用（yòng）的結合也最緊密（mì）。然而德國也很早（zǎo）就麵臨勞動力短缺的間題，在2015年各國競爭力指數的報告中，勞動力是德國唯一弱於創新（xīn）驅（qū）動型國家平均水平的一項。因此，德國不得（dé）不通過研發更先進的（de）裝備和高度（dù）集成自（zì）動的生產線來彌（mí）補這（zhè）個不（bú）足（zú）。

　　德國的製造業解決問題的邏輯是：發（fā）生問題→人（rén）（或裝（zhuāng）備）解決問題→將解決（jué）問題（tí）的知識和流程固化到裝備和生（shēng）產（chǎn）線中（zhōng）→對相似問題自動解（jiě）決或避免。

　　舉個比較直觀的例子（zǐ）來比較日本和德國解決問題方式的不同：如果生產線上經常（cháng）發生物料分揀（jiǎn）出錯的現象，那麽日本（běn）的解決方式很有可能是改善物料辨識度（顏色等）、員工訓練，以及設（shè）置（zhì）複查製度。而德國則很可能會設計一個射頻識別（RFID）掃（sǎo）碼自動分揀（jiǎn）係統，或是利用圖像識別+機械手臂自動進行分揀。

　　又比如，德國很早就（jiù）將誤差補償（cháng）、刀具壽命預測、多軸同步（bù）性算法、主軸震頻補（bǔ）償等（děng）解（jiě）決方式以功能包的形式固化到了機床中，因（yīn）此即便是對製造工藝和操作並不熟練的工人也能（néng）夠生（shēng）產出可靠的產（chǎn）品。也（yě）正是這個原因成就（jiù）了德國（guó）世界第一的（de）裝備製造業大國地位（wèi）。

　　除了（le）在生產現場追求問題的自動解決之外，在企業（yè）的管理和經營方麵也能夠看到其盡力減少人為影（yǐng）響因素的努力。比如最好的ERP、MES、APS等軟件供應商都來自德國，大量的信息錄入和計劃的生成及追溯通過軟件自動完成，盡量減少人為因素帶來的不確定性。

　　然而，德國同樣對數據的（de）采集缺少（shǎo）積累，因為在德國的製造係（xì）統中對故障（zhàng）和（hé）缺陷采用零容忍的態度，出現了問題就通過裝備端的改造一（yī）勞永逸（yì）地（dì）解決。在德國（guó）人的意識（shí）中不允許出現問題（tí），也就自然不會由問題產生數據，最直接的表現就是找遍德國的（de）高校和企業，幾乎沒有人在做設備預診與健康管理（lǐ）（PHM）和虛擬測量等質量預測性分析。另外由於德國生產線的高度自動化和集（jí）成化，使得其整體設備效率（OEE）非常穩定，利（lì）用數據進行優化的空間也較小。

　　德國依靠裝備和工業產品的出口獲得（dé）了巨大的經濟回報，因為產品優秀的質量和可靠性，使得德（dé）國製造擁有（yǒu）非常好的品牌口碑。然而德國近年來也（yě）發現了一個問題，那就是（shì）大多數工（gōng）業產品本身隻能夠賣一次，所以賣給一個客戶（hù）之後也就少了一個客（kè）戶。同時，隨著一些發（fā）展中國家的裝備（bèi）製造和工業能力的崛起，德國的市場也在不斷被擠壓。因此，在2008—2012年的5年時間裏，德（dé）國工業出口幾乎沒有增長。由此，德國開始意識到賣裝備不如賣整（zhěng）套的解決方案，甚至同時如果還能（néng）夠賣服務就更好了（le）。

　　於是，德國提出的工業4.0計劃，其背後是德國在製造係統中所（suǒ）積累的知識體（tǐ）係集成後所產（chǎn）生的（de）係統產品，同時將德國製造的知識以軟件或是工（gōng）具包的形式提供給客戶作（zuò）為增值服務，從而實現在客戶身上的可持續的盈（yíng）利能力。這一點從（cóng）德國的工（gōng）業（yè）4.0設計框架中能夠十分明顯地看（kàn）到，整個框架中的核心要素就是“整合”，包括縱向的整合、橫向的整（zhěng）合和端到端（duān）的整合等，這簡直太像（xiàng）德國製造體係的風格了，既是德國所擅長的，也為其提供增值服務提供（gòng）了途徑。所以第四次工業（yè）革命中德國的主（zhǔ）要目的是利用知識進一步提升其（qí）工業產品出口的競爭力，並產生直接的經濟回報。

　　美國

　　 “從數（shù）據和移民（mín）中獲得新的知識（shí），並擅長顛覆和重新定義問題”

　　與日本和德國相比，美國在解決問題的方式中（zhōng）最注重數據的作用，無（wú）論是客戶的需求分析、客（kè）戶關係管理（lǐ）、生（shēng）產過程中的質量管理、設備的（de）健康（kāng）管理、供應鏈管理、產品的服役期管理和（hé）服務等方麵（miàn）都大量地（dì）依靠數據進行（háng）。這也造成（chéng）了20世紀90年代後美國（guó）與日本選擇了兩種不同的製造係統（tǒng）改善方式，美國企業普遍選擇了非常依賴數據的（de）6-sigma體係（xì），而日（rì）本選擇了非常依賴人和製度的精益管理體係。

　　中國的製造企（qǐ）業（yè）在2000年以後的質量（liàng）和管理改革上，大多選擇了精益體（tǐ）係這條道路，一方麵因為中國與日本文化的相（xiàng）似性，更多的還是因為中（zhōng）國企業普遍（biàn）缺乏數據的積累和信息化基礎，這個問題到現在也（yě）依然沒（méi）有解決（jué）。

　　除了從生產係統中獲取數據以外，美國還在21世紀初提出了“產品全生命周期管理（PLM）”的概（gài）念，核心是對所有與產品（pǐn）相關的數據在整個生命周期內（nèi）進行管理，管理的對象即為產品的數據，目的是全生命周期的增值服務和實現到設計（jì）端的數據閉環。

　　數據也是美國獲取知識的最重要途徑，不僅（jǐn）僅是（shì）對（duì）數據（jù）積（jī）累的重視，更（gèng）重要的是對數據分析的重視，以及企業（yè）決策從數據所反映出來的事實出發的管理文（wén）化。從數據中挖掘出的不（bú）同因素之間的關聯性、事物之（zhī）間的因果關係，對一個現象定性和定量的描述和某一個問題發生的過程等，都可以通過分析數據後建立的模型來（lái）描述，這也是知識形成和傳承的過程。

　　除了（le）利用知識去解決問題以外，美國也非常擅長（zhǎng）利用知識進行顛覆（fù）式創新，從而對問題進行重新定義。例如美（měi）國的航空發動機製造業，降低發動機的油（yóu）耗（hào）是需（xū）要解決的重要問題。大多數企業會從設計、材料、工藝（yì）、控製優化（huà）等角度去解（jiě）決這個問題，然而通用電（diàn）氣公司（GE）發現飛機的油耗與飛行（háng）員的駕駛習慣以及發動機（jī）的保養情況非常相關，於是（shì）就（jiù）從製造端跳出來轉向運維端去解決這（zhè）個問題，收到的效果比從製造（zào）端的改善還要（yào）明顯。這也就是GE在推廣工業互（hù）聯網時所提出的“1%的力量（Power of 1%）”的依（yī）據和信心來源，其實與製造並沒有太大的關係。所以美國在智能製造革命中的關鍵詞依然是“顛（diān）覆”，這一點從其新（xīn）的戰略布局中可以清（qīng）楚地看到，利用工業互聯（lián）網顛覆（fù）製造業的價值體係，利用數字化、新材料和新的生產方式（3D打印等）去顛覆製造業的生產方式（shì）。

　　 2、製造（zào）中價值鏈的位量是競爭力的決定性（xìng）因素

　　我們從日本、德（dé）國和美國三（sān）者之（zhī）間文化差異性方麵分析（xī）了三個國家對智能製造革命的理解（jiě）、側（cè）重點和目的（de）的不同。除此以外（wài），這些國家的競爭力差異也是造成其戰略方向差異的關鍵因素，其中各國（guó）在製造價值（zhí）鏈的分布和未來布局的不同起了決定性的作用。

　　生產活動中（zhōng）的價值要素分布（bù）從上遊（yóu）到下遊依次是：想法創新與需求創造→原材料（liào）與基礎使能技術（shù）→關鍵裝備與核心零部件（jiàn）→生產過程與生產係統→產品和服務。

　　在整個價值要素的分布中，中國在生產過程與生產（chǎn）係統這兩（liǎng）個環節具有優勢（主要體現（xiàn）在勞動成（chéng）本和生產（chǎn）能力方麵），但是在其它各個環節中均處於劣勢（shì）。

　　那麽，如果進行橫向比較，世界各主要國家在生產活（huó）動中價值要素的地位，以及（jí）未（wèi）來（lái）改革的布（bù）局是怎樣的？

　　美國

　　 “牢牢占據生產要素的上遊，努力向下遊延伸”

　　美國在生產活動要素的分布中，在想法創新和需求（qiú）創造、原材料（liào）和使能（néng）技術，以及產品增值（zhí）服務（wù）端，具有明顯優勢。美國工業係（xì）統（tǒng）的核心競爭力主要來源於“6s的生（shēng）態體係”：

　　（1）航天航（háng）空：為美國製造業積累了大量技術紅利，成為美國工業（yè）係統中基礎使能技術（shù）最主要的（de）來源。

　　（2）半導體：近（jìn）年來在低耗能半導體（tǐ）材（cái）科的研發投入巨大，在未來智能化技術的核（hé）心（xīn），低耗能高性（xìng）能芯片技術上具有明顯優勢。

　　（3）頁岩氣：布局未來新（xīn）能源和清潔能源（yuán）領域，已成為美國最主要的替代能源。

　　（4）智能（néng）化服務創造經濟（jì）：借助美國在計算機和信息化技術領域（yù）的優勢，在利潤最高的（de）製造業服務端進行布局。

　　（5）矽穀（gǔ）為代表的創（chuàng）新精神：通過不斷創新挖掘用戶的潛在需求，從而不斷獲得新的市場和商業機會的藍海（hǎi）。

　　（6）可持續人才資源（yuán）。

　　在第四次工業革命的戰（zhàn）略布（bù）局方麵，美國白宮（gōng）在2012年3月提出了“國家製造創新網絡計劃”，在製造業的4大領域（yù）建立9個研究創新中（zhōng）樞（如下圖）。

智能製造在美國、德國、日（rì）本有啥不同？

　　分析美國‘6S’生態係（xì）統和製造（zào）業發展（zhǎn）戰略布局，我們不（bú）難發現，美國力圖在生產係統最基礎的原料端（能源和材料）、工業（yè）產品的使用服務端（互聯網技術和ICT服務（wù）），以及不斷（duàn）由創新驅動的商業模式端，牢牢掌握住（zhù）工業價值鏈當中價值含量最高的幾部分，這樣即便德（dé）國（guó）的製（zhì）造設備再先（xiān）進、中國的製造（zào）係統再高（gāo）效，都可（kě）以從源頭和價值的投放端確保其競爭力的核心（xīn）優（yōu）勢。

　　德國

　　 “充分發揮在（zài）關鍵裝備與零部件、生（shēng）產過程與生產係統領域的技術優勢，通（tōng）過（guò）服務增強盈利能力與競爭力（lì）”

　　德國在關鍵裝備與核（hé）心零部件，以及（jí）生產過程與生（shēng）產（chǎn）係統兩個環節上具有十分明顯的技（jì）術優勢，這主要得益於以中小企業為核心（xīn）的隱形冠軍企業，以及德國務實（shí）的學徒製雙元教育，這兩者為德國工業提供了（le）紮實的基礎（chǔ），是德國製造難以被撼動的地基。

　　德國的隱形冠軍企業幾乎不（bú）被外界所關注，它們規模都不大，但卻在其領域占領（lǐng）著很高的（de）市場份額，在全球位列前（qián）三。這些中小企業占據了德（dé）國出口（kǒu）總量的70%，它（tā）們的銷售回報率均超過德國（guó）普（pǔ）通企業的兩倍，擁有高水平的研發能力與技術創新能力，注重產品價值與客戶的貼合、高質量高效（xiào）率的製造能力和精益化、柔性化的全球化高效運營體係，它們中的很大一部分已經傳承了百年。

　　高素質的（de）技術工（gōng）人和工程技術專業人才曆來被看作是德國經濟發展的支注，是（shì）“德國（guó）製造”產品的質量保障。旨在培養（yǎng）專業技術（shù）工人的職業教育在德國社會發展中承擔著重（chóng）要的角色，並形成了一套相對完備而（ér）且不斷調整的法規體係，保障了以（yǐ）雙元製為（wéi）主要特（tè）征的職業教育長期穩定的發（fā）展。學徒（tú）不僅（jǐn）要在生產（chǎn）車間裏跟（gēn）隨師傅學習實用技術，還要到學校（xiào）裏學習必要的理論知識。在德國，每年約計60萬（wàn）年輕人開始接受雙元製職業教（jiāo）育，約占同齡人（rén）數的三分之二。

　　德國是一（yī）個工業產品外向型的國家，由（yóu）於國內市場較小和自身需求的薄弱，其工業產品幾（jǐ）乎全（quán）部用於出口，也因此成就了德國製造業設備出口第一大國的地位。然而，由於以“金磚四國”為（wéi）代表的新興經濟體已基本完成了工業化，東南亞（yà）和非洲國家的新一（yī）輪增長（zhǎng）引擎還沒有完全開啟，導致了德國的工業裝備產品需（xū）求停滯不前（qián）。從（cóng）這幾年德國的工業出口總（zǒng）值上來看，幾乎沒有任何的增長（zhǎng），這（zhè）也從一定程度上影響了德國的經濟發（fā）展。由此（cǐ）可見，德國提出工（gōng）業（yè）4.0的核心目的主（zhǔ）要有兩方麵：

　　一是（shì），增強德國製造的競爭力，為德國的（de）工業設備出口開拓新的市場；

　　二是，轉變以（yǐ）往隻賣（mài）設備而服務性收（shōu）入（rù）比重較小的狀態，將重心從產品端向服務端轉移，增強德國工業產品的持續盈利能力。

　　日本

　　 “雖然在產品這個環節中丟失大量市場，但產業競爭力（lì）在向上轉移”

　　以往（wǎng）日本製造的核心競爭力主要在（zài）於（yú）生產過程與生（shēng）產係統、產品以及服務端（duān）。近兩（liǎng）年來，日本兩個最強勢的傳統產業，汽車製造和消費（fèi）電子產業中的市場份額（é）不斷被韓國、美（měi）國和中國占據，看似在產品端的優勢已經喪失殆盡。然而在《2015年（nián）全球創新創業百強》榜單（dān）中，日本以（yǐ）40家入圍（wéi）企業成為全球最具創新（xīn）力的國家。同時，在2015年的《全球（qiú）製造力競爭指數》報（bào）告中，日本也由前一年的第10位上升至第4位（wèi）。其實，日本在消費電子領域的衰退（tuì）背後是日本創新方向的轉（zhuǎn）變，日本開始在上遊的原材料及使能技術和關鍵裝（zhuāng）備及（jí）關鍵零部（bù）件領域擁有更多的話語權。

　　例如鬆下在失去電氣行業的優勢後，在汽車電子、住宅（zhái）能源和商務解決方案等領域找到了新的發展機會，同（tóng）時也成為世界上最先進的電池生（shēng）產商，特斯（sī）拉電動車（chē）使用的就是鬆（sōng）下18650電池。索尼在喪失消費電子領域老大的地位後，在醫療領（lǐng）域（yù）取得突破（pò），已經占據了醫療內窺鏡全球80%以上的份額（é）。夏普（pǔ）也將核心業務轉向智慧醫療、智能住宅、食（shí）品、水、空氣安（ān）全以及教育產業。在日本（běn）發（fā）布的《2015年製造業白皮書》中，將人工（gōng）智能和機器人領域作為重點發展方（fāng）向，同時也將加強在（zài）材料、醫療、能源和關鍵零部件領域的投入。

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