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胡权:工业4.0时代的模式变革及实践
2015-12-07    来源:    发布者:
文 | 胡权:工业4.0研究院院长兼首席经济学家,本文发布在2015年7-8月刊《清华管理评论》
 
  按照德国对工业革命的阶段性描述,人类社会将逐步跨越工业3.0阶段,走向工业4.0时代。在工业4.0时代,除了生产力获得巨大提升,同时还会有商业模式的巨大变革。与时共进的企业家可以洞悉工业4.0新的价值创造方式,为自己找到新的竞争优势。

  虽然工业4.0时代具有诸多独特之处,但它仍然具有一定的经济及发展规律,企业家需深刻认识这些规律,及时调整自己的生产经营方式,为新时代的竞争做好准备,成为工业4.0时代的弄潮儿。

  一、工业4.0时代的基本特征

  人类社会发展的最大约束是技术的限制,虽然人们可以憧憬一些美好的生产或生活方式,但如果当时的技术不能支撑这些价值创造方式发生,这些美好的前景也只能存在于想象之中,并不能变为现实。工业4.0时代是人类社会发展的全新阶段,由于新技术的进步及应用,导致人类社会发展的约束条件发生了改变,从而为新的价值创造方式提供了基础。

  什么是第四次工业革命

  从德国工业4.0平台(Platform Industrie 4.0,德国各协会及企业联合成立的负责工业4.0相关体系研究及推广的一个组织)提供的定义来看,人类社会目前经历了三次工业革命,并正在迈向第四次工业革命。对于250年前发生在英国的第一次工业革命,以及150年前开始的第二次工业革命,学界及产业界几乎没有任何异议。

工业革命的技术及管理特征

  对于第三次工业革命,目前有两种说法:一种是美国一位能源专家写了一本名为《第三次工业革命》的书,把未来以能源互联网为基础的社会称为第三次工业革命;另外一种说法是,哈佛商业历史学家阿尔弗雷德·D·钱德勒在《信息改变美国:驱动国家转型的力量》一书中提出,“按照最初的构想,我们想把书名定为《第三次工业革命:信息技术在美国从殖民时代向当代变迁过程中所起的作用》”,可见德国借此明确提出以PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)为代表的工业3.0,是有一定的学术研究基础的。

  对于工业4.0,德国工业4.0平台明确定义为第四次工业革命。从工业革命的定义来看,仅仅是生产力的提升,那还只是量变,不能称为工业革命,必须有生产关系(管理变革)的改变,我们才可以称为工业革命。

  在第一次工业革命发生的时候,主要的技术创新是机械化的应用,与此相伴的是工厂的出现,并形成了一个人类社会从未出现过的阶层——工人,这对于人类社会来讲是一个革命,因为它影响到了人类社会的发展。在第二次工业革命的时候,按照钱德勒的说法,由于工业化进程继续推进,电气化和自动化的广泛应用,大规模生产开始出现,这要求有专业的管理人员来对工厂进行管理,至此,人类开始利用专业管理人员来对工厂进行管理,这大大提高了工厂的管理效率。在第三次工业革命的时候,其主要的技术创新是信息化的应用,对于第三次工业革命的生产关系改变,目前没有看到专门的文献进行解释,工业4.0研究院根据大量资料研究认为,信息工作者的出现,可以作为第三次工业革命生产关系改变的代表。

  基于以上三次工业革命的认识,我们可以对第四次工业革命进行描述,第四次工业革命是第三次工业革命之后的一次新的工业革命,它主要以CPS(Cyber-Physical Systems,信息物理融合系统)为核心技术特征。笔者认为,第四次工业革命带来的管理变革,很可能是出现新型的工作者,这种工作者可能是社会的每一个人,这主要是由互联网在生产制造领域的应用所带来的。

  因此,对于德国工业4.0平台提出的工业4.0概念,应该以一个时代来认识,其中既有技术创新所带来的生产力提升和商业模式的改变,同时也有生产关系或管理变革发生。本文主要关注工业4.0时代模式变革的规律及应用。

  工业4.0的三个高度化

  基于工业4.0研究院的研究成果,工业4.0时代具有三个高度化技术特征,也就是高度自动化、高度信息化及高度网络化。一般来讲,自动化是工业2.0时代的特征,而信息化是工业3.0时代的特征,在工业4.0时代,自动化和信息化将继续深入发展,形成高度自动化和高度信息化,同时工业4.0时代还将由于各种设备和系统实现了联网,具有高度网络化的特征,这是工业4.0时代独有的技术特征。

工业4.0的三大高度化技术特征

  目前研究领域没有专家对工业4.0的技术特征进行清晰的描述,特别是针对中国的语言习惯(例如,信息化在西方语系中称为数字化),更是缺乏明确的说明。笔者结合中国对工业化和信息化等专有名词的描述,设计了三个高度化的判定标准,也就是说,我们可以利用三个高度化技术特征来对企业实践进行工业4.0判定。

  首先,我们来看看高度自动化的判定标准。自动化是第二次工业革命主要的技术创新,通过电气化的应用,实现了大规模流水线作业,这大大释放了机器的力量,避免了人的体能等约束带来的限制,因此,其生产力大幅度上升。我们可以从福特汽车自动化流水线作业的案例看到,自动化流水线给生产制造领域的效率提升带来巨大改变,正因为这种大规模制造的出现,使得普通人也可以买得起汽车。

  在工业4.0时代,自动化还会继续发展和应用。从技术发展趋势来看,自动化将呈现智能化的特征,大量的智能机器人的应用,将导致自动化生产线更具有柔性,可以实现多种产品的生产,同时随着生产制造现场的自动化设备集成度增加,实现所谓高度自动化,大量的工作将主要由自动化设备来实现,这为无人化工厂的出现提供了可能。

  其次,对于高度信息化的判定标准,我们需要认识到,生产制造企业的信息化,一般可以通过经营管理系统和生产制造系统来实现,前者主要体现为ERP、CRM和HRM等系统,而后者主要体现为PLM(Product Lifecycle Management,产品生命周期管理)、MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)及DNC(Distributed Numerical Control,分布式数控)等系统。具体来讲,经营管理信息化系统主要是为了实现涉及非生产现场的管理内容,而生产制造信息化系统主要是为了解决产品核心价值创造过程的管理,例如产品的研发设计、生产制造等。

  与自动化类似,信息化在工业4.0时代也将继续发展,它将主要以更加高度的集成为特征。一些提供智能工厂或数字化工厂解决方案的企业,把ERP、PLM、MES及SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制系统)等系统集成到一起,形成一个完整的解决方案,称为数字化工厂解决方案,的确是一个可行的方式。不过,高度信息化集成带来一个困难,针对具体的企业需求,供应商还需要进行一定的定制化开发和优化。

  最后,我们来看工业4.0时代的高度网络化特征,这是工业4.0时代独有的特征,是工业2.0和3.0都不具有的,同时也是互联网技术在生产制造领域应用的结果。需要指出的是,与传统主要服务于消费领域的TCP/IP协议组为核心的消费互联网技术不同,工业领域需要具有不同技术指标的工业级互联网,诸如实时性、安全性等特定的技术指标要求,是工业4.0时代的高度网络化所体现的一些不同。

  综上所述,工业4.0时代具有所有工业革命所具有的基本特征,那就是生产力和生产关系都会发生改变,同时工业4.0时代也具有三个高度化特征,其中高度网络化体现了互联网技术在生产制造领域的渗透,这也是工业4.0时代的最大技术特征,它带来的模式变革将是我们最应该关注的焦点。

  二、基于价值的商业模式变革

  在具有三个高度化特征的工业4.0时代,传统的以专业分工为核心的工业价值创造体系将发生改变,发生这种改变的根本原因是约束生产经营模式的条件发生了改变,其中,高度网络化的作用最为明显。由于价值创造体系发生了改变,以此为基础的商业模式就具有了变革的可能。

  全新的工业价值生态

  正如前文所述,自动化和信息化在工业革命的不同阶段大大释放了生产力,解除了人类社会发展的一些约束条件,促进了生产制造能力的大大提升。同样,网络化在工业4.0时代,将再次解除人类的约束,形成新的生产能力,并改变社会技术体系。

  在传统的工业革命时期,存在一个微笑曲线,其本质含义表明生产制造环节占有价值链上的份额比较少,攫取价值链上大部分价值的是产品设计及销售渠道环节。例如,苹果的iPhone产业链上的价值大部分被设计iPhone的苹果获取了,同时由于苹果主要通过自有线上和线下渠道销售iPhone,渠道上可以获得的价值也是有限的,为苹果加工iPhone的富士康等生产制造企业能够从iPhone产业链上分配的价值并不大。

工业4.0时代的价值分配机制

  在工业4.0时代,生产制造环节占取整个产业链上价值不高的现象不会改变,甚至会更为突出。业内有专家认为智能制造可以帮助企业获得更多的价值,这实际上是一种一厢情愿的想法,或者说这种想法是基于其他环节的利益相关者不愿意争取更多份额的假设,这是不成立的。

  按照迈克·波特所构建的竞争分析模型来看,通常对于一个以生产制造为核心的价值链,如果不能控制创新的环节——例如,产品设计和产品服务化,那么这个企业是不能获取较大的价值份额的,因为价值链上的其他企业不会让渡其价值的。我们从苹果在iPhone设计、制造和销售这个完整的价值链环节上的表现就可以看到这样的证据。

  为什么会出现这样的现象呢?工业革命以来,特别是第二次工业革命以来出现的专业化分工以及流水线,导致无差异化的工厂越来越突出,使得工厂拥有者难以“逼迫”供应链降价以及提高产品的出厂价,除非这家企业自己控制了设计这个环节,可以让消费者对工厂的品牌有很好的认知度。例如,家电企业海尔就拥有工厂,在市场上可以获得消费者的支持,因此还具有一定的市场定价权。

  即便在工业4.0时代实现了智能工厂和智能制造,仍然不能改变工厂的生产制造环节难以从价值链上获得更多利益的结果,由于智能工厂的标准化和网络化,也许可以把无差异化发挥到极致,从而会形成所谓商品化的结果,也就是任何一位拥有投资能力的企业家,都可以通过一定的投资购买一个智能工厂,从而为自己生产产品提供可能。事实上,诸如苹果、小米和华为,正是因为中国制造的成熟和完备,通过在产品设计和产品服务上的创新,很快成为市场上的翘楚,我们可以看到智能工厂的无差异化为他们的战略提供了可能和方便。

  正如互联网在消费领域的应用一样,互联网在生产领域的应用,将大大促进生产力的提升。更重要的是,由于生产制造的网络化,将导致原有的价值创造体系发生革命性的变化,从而会产生大量的创新商业模式,促进新工业价值生态的产生和发展。

  基本的工业4.0模式

  从德国工业4.0体系来看,将来会出现三大集成,分别是纵向集成、端到端集成和横向集成,这也反映了三大商业模式的形态。从集成发生的边界来看,纵向集成发生在车间,也就是工厂内部;端到端集成涉及到产业链,是产业链边界的体现;而横向集成是跨越了多条产业链,可以体现为产业生态的边界,这也是最大范畴的集成活动。

工业4.0时代的三大集成及模式

  集成的边界实际上代表着网络化程度的不同。一般来讲,网络化程度代表着其商业模式的复杂度,同时也代表其持续性,一个较为复杂的价值网络,可以形成更好的网络外部性,为企业提供更好的竞争优势来源,这是我们关注工业4.0时代商业模式的根本理由。

  演化经济学家威廉·拉佐尼克在《车间的竞争优势》一书中指出,迄今为止的历次工业革命,都是从车间的技术革新开始的。我们很容易理解,第一次工业革命产生工厂以来,人类社会就形成了一个个以工厂形式存在的生产单元,这也是现代工业文明的一种存在状态。在工业4.0时代,车间的革命将继续,由于网络化在生产制造价值创造体系中的存在,将产生一种新的工业价值生态,这种新工业价值生态将是人类生产力得以释放的最突出特征。

  在工业4.0时代,除了传统的车间革命,网络化为产业链的信息集成提供了便利。处于产业链上主导地位的企业,有机会后向集成供应链的信息,从而为智能工厂提供更好的原材料供应能力,为企业实现大规模定制提供可能性;另外,企业还可以利用智能工厂带来的优势,进一步延展价值链,介入到渠道服务中去,一方面可以直接通过服务互联网 (IoS,Internet of Services) 提供消费互联网类似的电子商务服务,另外一方面,考虑到智能工厂的能力,企业还可以提供应用商店,通过类似苹果App Store一样的方式,扩展产品的增值服务范畴。

  更进一步,当网络化在多个行业得到应用后,如果拥有一定的标准化数据及信息标准,不同行业代表的产业链将产生交织,形成横向集成的模式,最终促进新工业价值生态的诞生。

  从价值创造的角度来看,横向集成所产生的新工业价值生态更具有颠覆性,因为它很可能会产生在传统的产业边界内无法创造的价值。这正是横向集成所带来的优势,也是互联网技术对人类社会最大的贡献。与此对比,传统消费互联网的改变可能是微不足道的,因为人类社会的大部分价值创造,还主要发生在物理世界,高度网络化在工业领域的应用,促使了这种改变的发生。

  工业4.0模式演进路径

  从工业4.0三大基本模式涉及的边界来看,其难度各不相同。纵向集成一般可以通过工厂管理者统一要求,比较容易实现,因为工厂管理者拥有较大的资源调动权;端到端集成涉及到产业链上的不同利益相关者,因此实现的难度会增加,主要是利益的问题不容易获得统一;当然,横向集成涉及到不同行业的企业,其利益协调会更加困难,实现难度会更高。

  实际调研结果显示,目前主要的工业4.0实践大都发生在车间,体现为所谓智能工厂或数字化工厂改造,一方面是因为目前工厂的主要价值创造过程仍然在工厂,另外一方面,基于工厂边界的模式变革,相对容易实现,也容易从效率提升等方面得到管理层的一致认同。相对而言,端到端集成和横向集成涉及到单一或多条价值链,协调的利益要更多,实现起来也更不容易,在短期内缺乏恰当的技术和用户基础,还需要更多时间的试验和优化。

  一般的情况,当生产制造企业完成了智能工厂的改造,这就为企业实现模式变革提供了最基本的条件,企业会尝试走向端到端集成的模式。在实现端到端集成模式的时候,应该分为面向企业和面向消费者,因为这会影响其价值创造方式。

  针对企业的端到端集成将主要体现为制造业服务化,目前主要体现为预测性维护等增值服务,这是企业愿意为之付费的服务。为航空公司提供发动机的通用电气正是通过预测性维护,创造了上百亿美元的市场;同样,为企业提供挖掘机的三一重工,也通过类似的预测性维护服务,创造了新的服务机会。

  针对消费者的端到端集成主要体现为大规模定制及增值服务。对于面向消费者的产品,大部分消费群体有个性化产品的需求,这给生产厂商提供了创造价值的机会。例如,为消费者提供家电的海尔,就发现消费者有个性化颜色、形状及功能等多种特性的要求,而且他们愿意为此支付更多的费用。事实上,即便消费者不支付更多的溢价,企业也可以通过提供差异化的产品及服务,在市场竞争中获得有利的地位。

  毫无疑问,纵向集成和端到端集成模式变革为消费者及客户提供了新的价值,但这还是量变,如果在生产制造领域可以实现多个不同领域的融合,那么这种横向集成带来的将是全新的价值创造可能。例如,当汽车、IT和保险三大领域的企业联合起来,就可以实现提供工业云及大数据服务的IT公司从汽车制造商获得汽车实时数据,打包成一种信用服务,提供给保险公司,而保险公司可以设计新的保险产品,消费者由此获得更好更便宜的保险产品服务。

  因此,纵向集成到端到端集成以及横向集成的商业模式演进路径,能够成为工业4.0时代的主要演进路径。纵向集成将成为端到端集成和横向集成的基础,端到端集成也会促进横向集成的发生。

  三、开放驱动工业4.0模式实践

  为了获得竞争优势,企业会利用开放的方式来改变原有的价值创造方式。对于传统以车间为基础的核心价值创造过程,在短期内不太容易发生改变,但在工业4.0体系中的物联网及服务互联网领域,将产生一些新的价值创造者,它们为了追求自己的竞争优势,会利用开放的手段,加强开放战略的制定和执行。

  工业4.0时代的开放战略

  在工业4.0时代,由于其特定的高度网络化,将导致工业领域出现大量的跨越传统车间边界的价值创造过程,这些过程将导致面向价值的商业模式设计发生改变,这种改变要求企业采取开放战略。

  笔者发布在2014年第9期《清华管理评论》上的《新竞争优势:移动互联网时代的商业模式设计》一文中,曾指出了开放战略的含义,那就是把企业的核心资源能力开放出来,可以以收费或免费的方式,让利益相关者使用,从而推动获得开放资源能力的企业创造新的价值。一般情况下,采用开放战略的企业都是为了实现自己的核心产品或服务的创新,而为自己创造良好的生态环境,推动产业生态良性发展。

  与互联网领域的极端开放模式不同,处于生产制造领域的创新企业,会很小心地界定开放模式的实施边界,因为只有通过恰当的边界设定,才可以保护核心价值创造者有足够的动力去创新,同时也可以为自身找到重新分配生态价值的机会。更重要的是,新玩家可以通过开放模式的逐步演进,保证整个生态的有效,避免伤及自身利益。

  对于开放模式的边界选择,需要遵循一定的规则。简单地讲,应该遵循三大基本商业模式的演进路径,即纵向集成、端到端集成和横向集成。由于三大基本商业模式拥有自身的价值创造边界,那么在选择开放边界的时候,自然要小心翼翼,充分考虑边界的范围。

  在工业4.0时代,开放战略主要体现在底层的物联网和服务互联网,这两个层面的开放,将促进新的工业价值生态产生。

  物与物连接的物联网,能够在一定程度上实现生产能力的虚拟化,这是一个很重要的趋势,这种虚拟化有点类似云计算,云计算实现了计算能力的虚拟化,用户可以自由地按需使用计算能力,而物联网的连接,将促使生产能力的联网,从而实现生产制造能力按需使用。目前一些企业正在做这方面的工作,例如,富士康就有类似的实验项目,沈阳机床也计划推动机床的网络化,其目的也是为了实现机床生产加工能力的虚拟化。

  服务互联网是工业4.0体系中的概念,跟传统的消费互联网概念有些不同,服务互联网体现了制造服务化趋势,让传统的普通产品变成智能产品,智能产品可以不断反馈各种信息给工厂内部的服务中心,这个过程实际上有消费者及用户的参与,体现了开放战略的价值。

  利用开放战略获得优势

  目前有一些领先的企业,根据自身行业特点及企业资源能力优势,设计了新的价值创造体系,形成了独特的工业4.0模式实践,其核心仍然是基于开放的生态构建方式。例如,通用电气的Predix开放工业云平台、海尔推动的以互联工厂为核心的U+智慧生活平台、三一重工计划利用自身设备构建众创空间等。

面向价值创造的开放模式

  企业在推行开放战略的时候,一般需要把自身的核心资源和能力开放给产业链或产业生态的利益相关者,从而整体提升以自身为核心生态的竞争优势。商业发展史上不乏这样的经典案例,例如,英特尔通过购买主板厂商并把相关标准免费开放,大大促进了以英特尔芯片为核心的PC生态的繁荣。

  在工业4.0时代,高度网络化在工业领域的应用,也将促使生态型企业的出现,这也要求这些企业可以突破交易型的传统思维,切实地把构建生态作为其战略发展的核心目标。一般来讲,为了促进有利于自身的生态发展,采用开放战略的企业必须小心设定开放的节奏和范围,盲目地开放不仅不能给企业带来好处,还会冲击企业原有价值体系的稳定。

  通用电气利用自身在航空发动机领域长期积累的数据,推出了工业云平台Predix,该平台主要为航空公司提供预测性维护的服务。所谓预测性维护,就是利用部署在设备上的传感器,收集设备的各种数据,并把这些数据传送到工业云平台上去,通用电气在全球设立了多个专业的大数据服务中心,他们会对收集回来的数据进行分析,判断发动机的运行状况,提前对发动机是否维修做出决策,从而避免飞机飞行过程中出现故障,降低事故发生的可能性。

  在为自身核心产品提供预测性维护之后,通用电气积累了丰富的经验,逐步形成了“工业互联网”的概念,并联合全球一些大型企业,创建了工业互联网联盟 (IIC,Industrial Internet Consortium) ,期望为工业领域的互联网应用创建标准,延续美国互联网在工业领域的辉煌。

  国内一些工业企业也意识到开放战略的重要性,其中家电企业海尔和机械制造企业三一重工的实践值得关注。

  海尔利用端到端集成的方式,围绕互联工厂打通了供应链和电子商务,为了发挥社会的创新力量,推出了海尔开放创新平台 (HOPE,Haier     Open Partnership Ecosystem) ,有意愿参与家电设计的团队或个人,可以利用逐步完善的HOPE平台,把创意通过海尔的互联工厂生产出来,并有可能形成一个新的产品种类。

  三一重工也计划利用开放的方式,把一些剩余的产能虚拟化,让全社会有创新意愿的团队使用这些虚拟生产力,实现真正的创新创业,据三一重工负责该项目的领导透露,为了促进该项目的发展,三一集团还成立了专门的工业4.0投资团队,利用资本来推动创新项目的快速发展。

  工业4.0研究院认为,在高度自动化、高度信息化和高度网络化为特征的工业4.0时代,人类发展的约束条件大大减少,生产力将获得巨大的提升,生产方式也因为高度网络化发生根本性的改变,正因为这些改变,将给企业家带来商业模式变革的机会。企业家可以利用开放战略,推进有利于自己的新工业价值生态的产生,为企业的发展找到新的竞争优势来源。

 

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