智能制造在美國、德國、日本有什么不同？

     第四次工業(yè)革命的到來為各個國家提供了發(fā)展和轉型的機遇，也面臨競爭力格局變化的挑戰(zhàn)，智能制造成為各國競爭的新戰(zhàn)場。各國圍繞制造業(yè)，都提出了相應的戰(zhàn)略——美國的“國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡”、德國的“工業(yè)4.0”，日本的“工業(yè)價值鏈”，當然還有中國的“中國制造2025”。那么，這些戰(zhàn)略之間有何差異呢？而形成這些差異的根本原因又是什么？

1 / 對知識的理解、積累和傳承方式差異，決定了制造哲學和文化

 對制造業(yè)而言，簡單地來講即是“發(fā)現(xiàn)問題（比如質量缺陷、精度缺失、設備故障、成本較高、效率低下等）、了解問題，在此過程中獲取信息，并將其抽象化為知識，再利用知識去認識、解決和避免問題的過程。”

了解和解決問題的手段和方法決定了所獲得知識的形式，而將知識抽象化加以運用的過程和形式則決定了知識傳承的形式。這個過程可以通過“人來完成”、“數(shù)據(jù)來完成”或是“系統(tǒng)來完成”，這也是決定一個國家制造哲學的最根本原因。

2 / 日本：“通過組織文化和人的訓練不斷改善，在知識承載上非常依賴人”

 日本獨特的克忍、服從和集體觀念文化也深深地影響了日本的制造文化，其最主要的特征就是通過組織的不斷優(yōu)化、文化建設和人的訓練來解決生產(chǎn)系統(tǒng)中的問題。這一點相信國內許多制造企業(yè)都感同身受，因為大家在接受精益培訓的時候被反復強調的3個方面就是“公司文化”、“三級組織”和“人才訓練”。最典型的體現(xiàn)就是日本在20世紀70年代提出的以“全生產(chǎn)系統(tǒng)維護（TPM)”為核心的生產(chǎn)管理體系。其核心思想可以用“三全”來概括：全效率、全系統(tǒng)和全員參與。實現(xiàn)方式主要包括在3個方面的改善：提高工作技能、改進團隊精神和改善工作環(huán)境，以致在20世紀90年代以后日本選擇“精益制造（Lean Manufacturing）”作為其轉型方向，而非“6-sigma質量管理體系”。

日本企業(yè)在人才的培養(yǎng)方面也是不遺余力的，尤其是“雇員終身制”文化，將雇員與企業(yè)的命運緊密聯(lián)系在一起，使得人的經(jīng)驗和知識能夠在企業(yè)內部積累、運用和傳承。

日本企業(yè)解決問題的方式通常是：

發(fā)生問題→人員迅速到現(xiàn)場、確認現(xiàn)物、探究現(xiàn)實（三現(xiàn))，并解決問題→分析問題產(chǎn)生的原因，通過改善來避免問題

最終的知識落在了人的身上，人的技能提升之后，解決和避免問題的能力也就上升了。

因此對于日本企業(yè)而言，員工是最重要的價值，對人的信任遠勝于對設備、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)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，所以日本企業(yè)從來不會談機器換人或是無人工廠。如果中國想要學習工匠精神，那么最應該借鑒的是日本孕育工匠的組織文化和制度。但是這樣的文化在近幾年遇到了一個十分巨大的挑戰(zhàn)，就是日本的老齡化和制造業(yè)年輕一代大量短缺的問題，使得沒有人能夠去傳承這些知識。

日本也意識到了自己在數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)方面的缺失，開始在這些方面發(fā)力。這一點在日本的“工業(yè)價值鏈產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”的構架和目標上能夠清晰地看到。該聯(lián)盟提出的19條工作項目中有7條與大數(shù)據(jù)直接相關?？梢哉f日本的轉型戰(zhàn)略是應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的知識獲取和傳承方式。

 但日本在轉型過程中同樣面臨著許多挑戰(zhàn)：首先是數(shù)據(jù)積累的缺失，使得知識和經(jīng)驗從人轉移到信息化體系和制造系統(tǒng)的過程中缺少了依據(jù)和判斷標準。其次是日本工業(yè)企業(yè)保守的文化、造成軟件和IT技術人才的缺失，正如日本經(jīng)產(chǎn)省公布的《2015年制造白皮書》中所表達的憂慮：“相對于在德國和美國正在加快的制造業(yè)變革，現(xiàn)在日本企業(yè)表現(xiàn)出重視軟件的姿態(tài)。”

3 / 德國：“通過設備和生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷升級，將知識固化在設備上”

德國的先進設備和自動化的生產(chǎn)線是舉世聞名的，可以說在裝備制造業(yè)的實力上有著傲視群雄的資格。同時德國人嚴謹?shù)娘L格，以及其獨特的“學徒制”高等教育模式，使得德國制造業(yè)的風格非常務實，理論研究與工業(yè)應用的結合也最緊密。然而德國也很早就面臨勞動力短缺的間題，在2015年各國競爭力指數(shù)的報告中，勞動力是德國唯一弱于創(chuàng)新驅動型國家平均水平的一項。因此，德國不得不通過研發(fā)更先進的裝備和高度集成自動的生產(chǎn)線來彌補這個不足。

德國的制造業(yè)解決問題的邏輯是：

發(fā)生問題→人（或裝備）解決問題→將解決問題的知識和流程固化到裝備和生產(chǎn)線中→對相似問題自動解決或避免

舉個比較直觀的例子來比較日本和德國解決問題方式的不同：如果生產(chǎn)線上經(jīng)常發(fā)生物料分揀出錯的現(xiàn)象，那么日本的解決方式很有可能是改善物料辨識度（顏色等）、員工訓練，以及設置復查制度。而德國則很可能會設計一個射頻識別（RFID)掃碼自動分揀系統(tǒng)，或是利用圖像識別+機械手臂自動進行分揀。

又比如，德國很早就將誤差補償、刀具壽命預測、多軸同步性算法、主軸震頻補償?shù)冉鉀Q方式以功能包的形式固化到了機床中，因此即便是對制造工藝和操作并不熟練的工人也能夠生產(chǎn)出可靠的產(chǎn)品。也正是這個原因成就了德國世界第一的裝備制造業(yè)大國地位。

除了在生產(chǎn)現(xiàn)場追求問題的自動解決之外，在企業(yè)的管理和經(jīng)營方面也能夠看到其盡力減少人為影響因素的努力。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(shù)據(jù)的采集缺少積累，因為在德國的制造系統(tǒng)中對故障和缺陷采用零容忍的態(tài)度，出現(xiàn)了問題就通過裝備端的改造一勞永逸地解決。在德國人的意識中不允許出現(xiàn)問題，也就自然不會由問題產(chǎn)生數(shù)據(jù)，最直接的表現(xiàn)就是找遍德國的高校和企業(yè)，幾乎沒有人在做設備預診與健康管理（PHM)和虛擬測量等質量預測性分析。另外由于德國生產(chǎn)線的高度自動化和集成化，使得其整體設備效率（OEE）非常穩(wěn)定，利用數(shù)據(jù)進行優(yōu)化的空間也較小。

德國依靠裝備和工業(yè)產(chǎn)品的出口獲得了巨大的經(jīng)濟回報，因為產(chǎn)品優(yōu)秀的質量和可靠性，使得德國制造擁有非常好的品牌口碑。然而德國近年來也發(fā)現(xiàn)了一個問題，那就是大多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品本身只能夠賣一次，所以賣給一個客戶之后也就少了一個客戶。同時，隨著一些發(fā)展中國家的裝備制造和工業(yè)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年時間里，德國工業(yè)出口幾乎沒有增長。由此，德國開始意識到賣裝備不如賣整套的解決方案，甚至同時如果還能夠賣服務就更好了。

于是，德國提出的工業(yè)4.0計劃，其背后是德國在制造系統(tǒng)中所積累的知識體系集成后所產(chǎn)生的系統(tǒng)產(chǎn)品，同時將德國制造的知識以軟件或是工具包的形式提供給客戶作為增值服務，從而實現(xiàn)在客戶身上的可持續(xù)的盈利能力。這一點從德國的工業(yè)4.0設計框架中能夠十分明顯地看到，整個框架中的核心要素就是“整合”，包括縱向的整合、橫向的整合和端到端的整合等，這簡直太像德國制造體系的風格了，既是德國所擅長的，也為其提供增值服務提供了途徑。所以第四次工業(yè)革命中德國的主要目的是利用知識進一步提升其工業(yè)產(chǎn)品出口的競爭力，并產(chǎn)生直接的經(jīng)濟回報。

4 / 美國：“從數(shù)據(jù)和移民中獲得新的知識，并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最注重數(shù)據(jù)的作用，無論是客戶的需求分析、客戶關系管理、生產(chǎn)過程中的質量管理、設備的健康管理、供應鏈管理、產(chǎn)品的服役期管理和服務等方面都大量地依靠數(shù)據(jù)進行。這也造成了20世紀90年代后美國與日本選擇了兩種不同的制造系統(tǒng)改善方式，美國企業(yè)普遍選擇了非常依賴數(shù)據(jù)的6-sigma體系，而日本選擇了非常依賴人和制度的精益管理體系。

中國的制造企業(yè)在2000年以后的質量和管理改革上，大多選擇了精益體系這條道路，一方面因為中國與日本文化的相似性，更多的還是因為中國企業(yè)普遍缺乏數(shù)據(jù)的積累和信息化基礎，這個問題到現(xiàn)在也依然沒有解決。

除了從生產(chǎn)系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)以外，美國還在21世紀初提出了“產(chǎn)品全生命周期管理（PLM)”的概念，核心是對所有與產(chǎn)品相關的數(shù)據(jù)在整個生命周期內進行管理，管理的對象即為產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，目的是全生命周期的增值服務和實現(xiàn)到設計端的數(shù)據(jù)閉環(huán)。

數(shù)據(jù)也是美國獲取知識的最重要途徑，不僅僅是對數(shù)據(jù)積累的重視，更重要的是對數(shù)據(jù)分析的重視，以及企業(yè)決策從數(shù)據(jù)所反映出來的事實出發(fā)的管理文化。從數(shù)據(jù)中挖掘出的不同因素之間的關聯(lián)性、事物之間的因果關系，對一個現(xiàn)象定性和定量的描述和某一個問題發(fā)生的過程等，都可以通過分析數(shù)據(jù)后建立的模型來描述，這也是知識形成和傳承的過程。

 除了利用知識去解決問題以外，美國也非常擅長利用知識進行顛覆式創(chuàng)新，從而對問題進行重新定義。例如美國的航空發(fā)動機制造業(yè)，降低發(fā)動機的油耗是需要解決的重要問題。大多數(shù)企業(yè)會從設計、材料、工藝、控制優(yōu)化等角度去解決這個問題，然而通用電氣公司（GE)發(fā)現(xiàn)飛機的油耗與飛行員的駕駛習慣以及發(fā)動機的保養(yǎng)情況非常相關，于是就從制造端跳出來轉向運維端去解決這個問題，收到的效果比從制造端的改善還要明顯。這也就是GE在推廣工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時所提出的“1%的力量（Power of 1%)”的依據(jù)和信心來源，其實與制造并沒有太大的關系。所以美國在智能制造革命中的關鍵詞依然是“顛覆”，這一點從其新的戰(zhàn)略布局中可以清楚地看到，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)顛覆制造業(yè)的價值體系，利用數(shù)字化、新材料和新的生產(chǎn)方式（3D打印等）去顛覆制造業(yè)的生產(chǎn)方式。

美國、日本、德國

未來改革的布局是怎樣的

 我們從日本、德國和美國三者之間文化差異性方面分析了三個國家對智能制造革命的理解、側重點和目的的不同。除此以外，這些國家的競爭力差異也是造成其戰(zhàn)略方向差異的關鍵因素，其中各國在制造價值鏈的分布和未來布局的不同起了決定性的作用。

生產(chǎn)活動中的價值要素分布從上游到下游依次是：想法創(chuàng)新與需求創(chuàng)造→原材料與基礎使能技術→關鍵裝備與核心零部件→生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)→產(chǎn)品和服務。

在整個價值要素的分布中，中國在生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)這兩個環(huán)節(jié)具有優(yōu)勢（主要體現(xiàn)在勞動成本和生產(chǎn)能力方面)，但是在其它各個環(huán)節(jié)中均處于劣勢。

那么，如果進行橫向比較，世界各主要國家在生產(chǎn)活動中價值要素的地位，以及未來改革的布局是怎樣的?

1 / 美國：“牢牢占據(jù)生產(chǎn)要素的上游，努力向下游延伸”

美國在生產(chǎn)活動要素的分布中，在想法創(chuàng)新和需求創(chuàng)造、原材料和使能技術，以及產(chǎn)品增值服務端，具有明顯優(yōu)勢。美國工業(yè)系統(tǒng)的核心競爭力主要來源于“6s的生態(tài)體系”：

（1）航天航空：為美國制造業(yè)積累了大量技術紅利，成為美國工業(yè)系統(tǒng)中基礎使能技術最主要的來源。

       （2）半導體：近年來在低耗能半導體材科的研發(fā)投入巨大，在未來智能化技術的核心，低耗能高性能芯片技術上具有明顯優(yōu)勢。

（3）頁巖氣：布局未來新能源和清潔能源領域，已成為美國最主要的替代能源。

（4）智能化服務創(chuàng)造經(jīng)濟：借助美國在計算機和信息化技術領域的優(yōu)勢，在利潤最高的制造業(yè)服務端進行布局。

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

（6）可持續(xù)人才資源。

在第四次工業(yè)革命的戰(zhàn)略布局方面，美國白宮在2012年3月提出了“國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡計劃”，在制造業(yè)的4大領域建立9個研究創(chuàng)新中樞（如下圖）。

分析美國‘6S’生態(tài)系統(tǒng)和制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略布局，我們不難發(fā)現(xiàn)，美國力圖在生產(chǎn)系統(tǒng)最基礎的原料端（能源和材料）、工業(yè)產(chǎn)品的使用服務端（互聯(lián)網(wǎng)技術和ICT服務），以及不斷由創(chuàng)新驅動的商業(yè)模式端，牢牢掌握住工業(yè)價值鏈當中價值含量最高的幾部分，這樣即便德國的制造設備再先進、中國的制造系統(tǒng)再高效，都可以從源頭和價值的投放端確保其競爭力的核心優(yōu)勢。

2 / 日本：“雖然在產(chǎn)品這個環(huán)節(jié)中丟失大量市場，但產(chǎn)業(yè)競爭力在向上轉移”

 以往日本制造的核心競爭力主要在于生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)、產(chǎn)品以及服務端。近兩年來，日本兩個最強勢的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，汽車制造和消費電子產(chǎn)業(yè)中的市場份額不斷被韓國、美國和中國占據(jù)，看似在產(chǎn)品端的優(yōu)勢已經(jīng)喪失殆盡。然而在《2015年全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)百強》榜單中，日本以40家入圍企業(yè)成為全球最具創(chuàng)新力的國家。同時，在2015年的《全球制造力競爭指數(shù)》報告中，日本也由前一年的第10位上升至第4位。其實，日本在消費電子領域的衰退背后是日本創(chuàng)新方向的轉變，日本開始在上游的原材料及使能技術和關鍵裝備及關鍵零部件領域擁有更多的話語權。

 例如松下在失去電氣行業(yè)的優(yōu)勢后，在汽車電子、住宅能源和商務解決方案等領域找到了新的發(fā)展機會，同時也成為世界上最先進的電池生產(chǎn)商，特斯拉電動車使用的就是松下18650電池。索尼在喪失消費電子領域老大的地位后，在醫(yī)療領域取得突破，已經(jīng)占據(jù)了醫(yī)療內窺鏡全球80%以上的份額。夏普也將核心業(yè)務轉向智慧醫(yī)療、智能住宅、食品、水、空氣安全以及教育產(chǎn)業(yè)。在日本發(fā)布的《2015年制造業(yè)白皮書》中，將人工智能和機器人領域作為重點發(fā)展方向，同時也將加強在材料、醫(yī)療、能源和關鍵零部件領域的投入。

3 / 德國：“充分發(fā)揮在關鍵裝備與零部件、生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)領域的技術優(yōu)勢，通過服務增強盈利能力與競爭力”

德國在關鍵裝備與核心零部件，以及生產(chǎn)過程與生產(chǎn)系統(tǒng)兩個環(huán)節(jié)上具有十分明顯的技術優(yōu)勢，這主要得益于以中小企業(yè)為核心的隱形冠軍企業(yè)，以及德國務實的學徒制雙元教育，這兩者為德國工業(yè)提供了扎實的基礎，是德國制造難以被撼動的地基。

德國的隱形冠軍企業(yè)幾乎不被外界所關注，它們規(guī)模都不大，但卻在其領域占領著很高的市場份額，在全球位列前三。這些中小企業(yè)占據(jù)了德國出口總量的70%，它們的銷售回報率均超過德國普通企業(yè)的兩倍，擁有高水平的研發(fā)能力與技術創(chuàng)新能力，注重產(chǎn)品價值與客戶的貼合、高質量高效率的制造能力和精益化、柔性化的全球化高效運營體系，它們中的很大一部分已經(jīng)傳承了百年。

高素質的技術工人和工程技術專業(yè)人才歷來被看作是德國經(jīng)濟發(fā)展的支注，是“德國制造”產(chǎn)品的質量保障。旨在培養(yǎng)專業(yè)技術工人的職業(yè)教育在德國社會發(fā)展中承擔著重要的角色，并形成了一套相對完備而且不斷調整的法規(guī)體系，保障了以雙元制為主要特征的職業(yè)教育長期穩(wěn)定的發(fā)展。學徒不僅要在生產(chǎn)車間里跟隨師傅學習實用技術，還要到學校里學習必要的理論知識。在德國，每年約計60萬年輕人開始接受雙元制職業(yè)教育，約占同齡人數(shù)的三分之二。

德國是一個工業(yè)產(chǎn)品外向型的國家，由于國內市場較小和自身需求的薄弱，其工業(yè)產(chǎn)品幾乎全部用于出口，也因此成就了德國制造業(yè)設備出口第一大國的地位。然而，由于以“金磚四國”為代表的新興經(jīng)濟體已基本完成了工業(yè)化，東南亞和非洲國家的新一輪增長引擎還沒有完全開啟，導致了德國的工業(yè)裝備產(chǎn)品需求停滯不前。從這幾年德國的工業(yè)出口總值上來看，幾乎沒有任何的增長，這也從一定程度上影響了德國的經(jīng)濟發(fā)展。由此可見，德國提出工業(yè)4.0的核心目的主要有兩方面：

一是，增強德國制造的競爭力，為德國的工業(yè)設備出口開拓新的市場；

二是，轉變以往只賣設備而服務性收入比重較小的狀態(tài)，將重心從產(chǎn)品端向服務端轉移，增強德國工業(yè)產(chǎn)品的持續(xù)盈利能力。

11月4日-10日，中國綠公司聯(lián)盟2018海外考察將訪問德國。在這一周內，代表團將走進庫卡、戴姆勒、拜騰、SAP等知名企業(yè)和機構，了解德國工業(yè)數(shù)字化的特點與優(yōu)勢，體驗工匠精神的細致嚴謹，學習隱形冠軍的管理模式。