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(lái)為各個(gè)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，智能制造成為各國競爭的新戰場(chǎng)。各國圍繞制造業(yè)，都提出了相應的戰略——美國的“國家制造創(chuàng )新網(wǎng)絡(luò )”、德國的“工業(yè)4.0”，日本的“工業(yè)價(jià)值鏈”，當然還有中國的“中國制造2025”。那么，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么？

1 / 對知識的理解、積累和傳承方式差異，決定了制造哲學(xué)和文化

 對制造業(yè)而言，簡(jiǎn)單地來(lái)講即是“發(fā)現問(wèn)題（比如質(zhì)量缺陷、精度缺失、設備故障、成本較高、效率低下等）、了解問(wèn)題，在此過(guò)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(wèn)題的過(guò)程。”

了解和解決問(wèn)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(guò)程和形式則決定了知識傳承的形式。這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)“人來(lái)完成”、“數據來(lái)完成”或是“系統來(lái)完成”，這也是決定一個(gè)國家制造哲學(xué)的最根本原因。

2 / 日本：“通過(guò)組織文化和人的訓練不斷改善，在知識承載上非常依賴(lài)人”

 日本獨特的克忍、服從和集體觀(guān)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(guò)組織的不斷優(yōu)化、文化建設和人的訓練來(lái)解決生產(chǎn)系統中的問(wèn)題。這一點(diǎn)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(shí)候被反復強調的3個(gè)方面就是“公司文化”、“三級組織”和“人才訓練”。最典型的體現就是日本在20世紀70年代提出的以“全生產(chǎn)系統維護（TPM)”為核心的生產(chǎn)管理體系。其核心思想可以用“三全”來(lái)概括：全效率、全系統和全員參與。實(shí)現方式主要包括在3個(gè)方面的改善：提高工作技能、改進(jìn)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(zhì)量管理體系”。

日本企業(yè)在人才的培養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(wèn)題的方式通常是：

發(fā)生問(wèn)題→人員迅速到現場(chǎng)、確認現物、探究現實(shí)（三現)，并解決問(wèn)題→分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因，通過(guò)改善來(lái)避免問(wèn)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(wèn)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(jià)值，對人的信任遠勝于對設備、數據和系統的信任，所有的自動(dòng)化或是信息化建設也都是圍繞著(zhù)幫助人去工作為目的，所以日本企業(yè)從來(lái)不會(huì )談機器換人或是無(wú)人工廠(chǎng)。如果中國想要學(xué)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(gè)十分巨大的挑戰，就是日本的老齡化和制造業(yè)年輕一代大量短缺的問(wèn)題，使得沒(méi)有人能夠去傳承這些知識。

日本也意識到了自己在數據和信息系統方面的缺失，開(kāi)始在這些方面發(fā)力。這一點(diǎn)在日本的“工業(yè)價(jià)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條與大數據直接相關(guān)?？梢哉f(shuō)日本的轉型戰略是應對其人口結構問(wèn)題和社會(huì )矛盾的無(wú)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(guò)程中同樣面臨著(zhù)許多挑戰：首先是數據積累的缺失，使得知識和經(jīng)驗從人轉移到信息化體系和制造系統的過(guò)程中缺少了依據和判斷標準。其次是日本工業(yè)企業(yè)保守的文化、造成軟件和IT技術(shù)人才的缺失，正如日本經(jīng)產(chǎn)省公布的《2015年制造白皮書(shū)》中所表達的憂(yōu)慮：“相對于在德國和美國正在加快的制造業(yè)變革，現在日本企業(yè)表現出重視軟件的姿態(tài)。”

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

德國的先進(jìn)設備和自動(dòng)化的生產(chǎn)線(xiàn)是舉世聞名的，可以說(shuō)在裝備制造業(yè)的實(shí)力上有著(zhù)傲視群雄的資格。同時(shí)德國人嚴謹的風(fēng)格，以及其獨特的“學(xué)徒制”高等教育模式，使得德國制造業(yè)的風(fēng)格非常務(wù)實(shí)，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(dòng)力短缺的間題，在2015年各國競爭力指數的報告中，勞動(dòng)力是德國唯一弱于創(chuàng )新驅動(dòng)型國家平均水平的一項。因此，德國不得不通過(guò)研發(fā)更先進(jìn)的裝備和高度集成自動(dòng)的生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)彌補這個(gè)不足。

德國的制造業(yè)解決問(wèn)題的邏輯是：

發(fā)生問(wèn)題→人（或裝備）解決問(wèn)題→將解決問(wèn)題的知識和流程固化到裝備和生產(chǎn)線(xiàn)中→對相似問(wèn)題自動(dòng)解決或避免

舉個(gè)比較直觀(guān)的例子來(lái)比較日本和德國解決問(wèn)題方式的不同：如果生產(chǎn)線(xiàn)上經(jīng)常發(fā)生物料分揀出錯的現象，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(huì )設計一個(gè)射頻識別（RFID)掃碼自動(dòng)分揀系統，或是利用圖像識別+機械手臂自動(dòng)進(jìn)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、主軸震頻補償等解決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(gè)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)現場(chǎng)追求問(wèn)題的自動(dòng)解決之外，在企業(yè)的管理和經(jīng)營(yíng)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(lái)自德國，大量的信息錄入和計劃的生成及追溯通過(guò)軟件自動(dòng)完成，盡量減少人為因素帶來(lái)的不確定性。

然而，德國同樣對數據的采集缺少積累，因為在德國的制造系統中對故障和缺陷采用零容忍的態(tài)度，出現了問(wèn)題就通過(guò)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問(wèn)題，也就自然不會(huì )由問(wèn)題產(chǎn)生數據，最直接的表現就是找遍德國的高校和企業(yè)，幾乎沒(méi)有人在做設備預診與健康管理（PHM)和虛擬測量等質(zhì)量預測性分析。另外由于德國生產(chǎn)線(xiàn)的高度自動(dòng)化和集成化，使得其整體設備效率（OEE）非常穩定，利用數據進(jìn)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(zhì)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(lái)也發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題，那就是大多數工業(yè)產(chǎn)品本身只能夠賣(mài)一次，所以賣(mài)給一個(gè)客戶(hù)之后也就少了一個(gè)客戶(hù)。同時(shí)，隨著(zhù)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(chǎng)也在不斷被擠壓。因此，在2008—2012年的5年時(shí)間里，德國工業(yè)出口幾乎沒(méi)有增長(cháng)。由此，德國開(kāi)始意識到賣(mài)裝備不如賣(mài)整套的解決方案，甚至同時(shí)如果還能夠賣(mài)服務(wù)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中所積累的知識體系集成后所產(chǎn)生的系統產(chǎn)品，同時(shí)將德國制造的知識以軟件或是工具包的形式提供給客戶(hù)作為增值服務(wù)，從而實(shí)現在客戶(hù)身上的可持續的盈利能力。這一點(diǎn)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(gè)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(jiǎn)直太像德國制造體系的風(fēng)格了，既是德國所擅長(cháng)的，也為其提供增值服務(wù)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(jìn)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：“從數據和移民中獲得新的知識，并擅長(cháng)顛覆和重新定義問(wèn)題”

與日本和德國相比，美國在解決問(wèn)題的方式中最注重數據的作用，無(wú)論是客戶(hù)的需求分析、客戶(hù)關(guān)系管理、生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)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(wù)等方面都大量地依靠數據進(jìn)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改善方式，美國企業(yè)普遍選擇了非常依賴(lài)數據的6-sigma體系，而日本選擇了非常依賴(lài)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(zhì)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)普遍缺乏數據的積累和信息化基礎，這個(gè)問(wèn)題到現在也依然沒(méi)有解決。

除了從生產(chǎn)系統中獲取數據以外，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(guān)的數據在整個(gè)生命周期內進(jìn)行管理，管理的對象即為產(chǎn)品的數據，目的是全生命周期的增值服務(wù)和實(shí)現到設計端的數據閉環(huán)。

數據也是美國獲取知識的最重要途徑，不僅僅是對數據積累的重視，更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(lái)的事實(shí)出發(fā)的管理文化。從數據中挖掘出的不同因素之間的關(guān)聯(lián)性、事物之間的因果關(guān)系，對一個(gè)現象定性和定量的描述和某一個(gè)問(wèn)題發(fā)生的過(guò)程等，都可以通過(guò)分析數據后建立的模型來(lái)描述，這也是知識形成和傳承的過(guò)程。

 除了利用知識去解決問(wèn)題以外，美國也非常擅長(cháng)利用知識進(jìn)行顛覆式創(chuàng )新，從而對問(wèn)題進(jìn)行重新定義。例如美國的航空發(fā)動(dòng)機制造業(yè)，降低發(fā)動(dòng)機的油耗是需要解決的重要問(wèn)題。大多數企業(yè)會(huì )從設計、材料、工藝、控制優(yōu)化等角度去解決這個(gè)問(wèn)題，然而通用電氣公司（GE)發(fā)現飛機的油耗與飛行員的駕駛習慣以及發(fā)動(dòng)機的保養情況非常相關(guān)，于是就從制造端跳出來(lái)轉向運維端去解決這個(gè)問(wèn)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(shí)所提出的“1%的力量（Power of 1%)”的依據和信心來(lái)源，其實(shí)與制造并沒(méi)有太大的關(guān)系。所以美國在智能制造革命中的關(guān)鍵詞依然是“顛覆”，這一點(diǎn)從其新的戰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(jià)值體系，利用數字化、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(lái)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(gè)國家對智能制造革命的理解、側重點(diǎn)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略方向差異的關(guān)鍵因素，其中各國在制造價(jià)值鏈的分布和未來(lái)布局的不同起了決定性的作用。

生產(chǎn)活動(dòng)中的價(jià)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(shù)→關(guān)鍵裝備與核心零部件→生產(chǎn)過(guò)程與生產(chǎn)系統→產(chǎn)品和服務(wù)。

在整個(gè)價(jià)值要素的分布中，中國在生產(chǎn)過(guò)程與生產(chǎn)系統這兩個(gè)環(huán)節具有優(yōu)勢（主要體現在勞動(dòng)成本和生產(chǎn)能力方面)，但是在其它各個(gè)環(huán)節中均處于劣勢。

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

1 / 美國：“牢牢占據生產(chǎn)要素的上游，努力向下游延伸”

美國在生產(chǎn)活動(dòng)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(shù)，以及產(chǎn)品增值服務(wù)端，具有明顯優(yōu)勢。美國工業(yè)系統的核心競爭力主要來(lái)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(shù)紅利，成為美國工業(yè)系統中基礎使能技術(shù)最主要的來(lái)源。

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

（3）頁(yè)巖氣：布局未來(lái)新能源和清潔能源領(lǐng)域，已成為美國最主要的替代能源。

（4）智能化服務(wù)創(chuàng )造經(jīng)濟：借助美國在計算機和信息化技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢，在利潤最高的制造業(yè)服務(wù)端進(jìn)行布局。

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

（6）可持續人才資源。

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

分析美國‘6S’生態(tài)系統和制造業(yè)發(fā)展戰略布局，我們不難發(fā)現，美國力圖在生產(chǎn)系統最基礎的原料端（能源和材料）、工業(yè)產(chǎn)品的使用服務(wù)端（互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和ICT服務(wù)），以及不斷由創(chuàng )新驅動(dòng)的商業(yè)模式端，牢牢掌握住工業(yè)價(jià)值鏈當中價(jià)值含量最高的幾部分，這樣即便德國的制造設備再先進(jìn)、中國的制造系統再高效，都可以從源頭和價(jià)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(gè)環(huán)節中丟失大量市場(chǎng)，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(guò)程與生產(chǎn)系統、產(chǎn)品以及服務(wù)端。近兩年來(lái)，日本兩個(gè)最強勢的傳統產(chǎn)業(yè)，汽車(chē)制造和消費電子產(chǎn)業(yè)中的市場(chǎng)份額不斷被韓國、美國和中國占據，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(shí)，在2015年的《全球制造力競爭指數》報告中，日本也由前一年的第10位上升至第4位。其實(shí)，日本在消費電子領(lǐng)域的衰退背后是日本創(chuàng )新方向的轉變，日本開(kāi)始在上游的原材料及使能技術(shù)和關(guān)鍵裝備及關(guān)鍵零部件領(lǐng)域擁有更多的話(huà)語(yǔ)權。

 例如松下在失去電氣行業(yè)的優(yōu)勢后，在汽車(chē)電子、住宅能源和商務(wù)解決方案等領(lǐng)域找到了新的發(fā)展機會(huì )，同時(shí)也成為世界上最先進(jìn)的電池生產(chǎn)商，特斯拉電動(dòng)車(chē)使用的就是松下18650電池。索尼在喪失消費電子領(lǐng)域老大的地位后，在醫療領(lǐng)域取得突破，已經(jīng)占據了醫療內窺鏡全球80%以上的份額。夏普也將核心業(yè)務(wù)轉向智慧醫療、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(shū)》中，將人工智能和機器人領(lǐng)域作為重點(diǎn)發(fā)展方向，同時(shí)也將加強在材料、醫療、能源和關(guān)鍵零部件領(lǐng)域的投入。

3 / 德國：“充分發(fā)揮在關(guān)鍵裝備與零部件、生產(chǎn)過(guò)程與生產(chǎn)系統領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，通過(guò)服務(wù)增強盈利能力與競爭力”

德國在關(guān)鍵裝備與核心零部件，以及生產(chǎn)過(guò)程與生產(chǎn)系統兩個(gè)環(huán)節上具有十分明顯的技術(shù)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(wù)實(shí)的學(xué)徒制雙元教育，這兩者為德國工業(yè)提供了扎實(shí)的基礎，是德國制造難以被撼動(dòng)的地基。

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

高素質(zhì)的技術(shù)工人和工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才歷來(lái)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(zhì)量保障。旨在培養專(zhuān)業(yè)技術(shù)工人的職業(yè)教育在德國社會(huì )發(fā)展中承擔著(zhù)重要的角色，并形成了一套相對完備而且不斷調整的法規體系，保障了以雙元制為主要特征的職業(yè)教育長(cháng)期穩定的發(fā)展。學(xué)徒不僅要在生產(chǎn)車(chē)間里跟隨師傅學(xué)習實(shí)用技術(shù)，還要到學(xué)校里學(xué)習必要的理論知識。在德國，每年約計60萬(wàn)年輕人開(kāi)始接受雙元制職業(yè)教育，約占同齡人數的三分之二。

德國是一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品外向型的國家，由于國內市場(chǎng)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(cháng)引擎還沒(méi)有完全開(kāi)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(lái)看，幾乎沒(méi)有任何的增長(cháng)，這也從一定程度上影響了德國的經(jīng)濟發(fā)展。由此可見(jiàn)，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(kāi)拓新的市場(chǎng)；

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

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