一、 制造業的戰略地位

   近年來，發達國家大力推進再工業化與制造業回歸。2011年6月，美國正式啟動“先進制造伙伴計劃”，旨在加快搶占21世紀先進制造業制高點。2012年2月進一步推出“先進制造業國家戰略計劃”，通過積極政策，鼓勵制造企業回歸美國本土。2012年3月，奧巴馬首次提出建設“國家制造業創新網絡”。2013年1月，美國總統執行辦公室、國家科學技術委員會和高端制造業國家項目辦公室聯合發布了《國家制造業創新網絡初步設計》，投資10億美元組建美國制造業創新網絡，集中力量推動數字化制造、新能源以及新材料應用等先進制造業的創新發展，打造一批具有先進制造業能力的創新集群。與德國不同，美國將工業4.0概念被稱之為“工業互聯網”。

   歐盟也及時部署。歐洲各國在2030再工業化戰略中將努力探索如何開拓綠色制造業、價值鏈中的制造業、知識與信息時代的制造業等問題。歐洲技術發展論壇“制造業(manufacture)的未來”為歐洲制造業2020制定了路線圖。根據德意志銀行的報告，德國未來仍將高度依賴制造業，占本國GDP的33%，其他歐盟國家如意大利將占13%，法國10%，英國10%，西班牙7%。德國政府2011年11月公布的《高技術戰略2020》中明確提出工業4.0戰略，旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新，保持德國的國際競爭力。2013年4月，德國機械及制造商協會、德國信息技術、通訊與新媒體協會、德國電子電氣制造商協會合作設立了“工業4.0平臺”，提出德國向工業4.0轉變需要采取雙重策略，即德國要成為智能制造技術的主要供應商和CPS技術的領導者。

   各國大力推動制造業振興的背景主要有五點：一是制造業直接影響各國在全球的競爭力。2002年，哈佛大學商學院戰略系教授邁克爾?波特教授在對美國經濟發展路徑的反思中，多次談到發展本地經濟和可貿易經濟(traded economy)的重要性?？少Q易經濟以制造業為核心，通過國內制造和國際銷售，在國際市場獲得高收益的同時提高國民收入，同時提供更多就業機會。2008年的金融危機證明卓越制造業的抗風險能力，對國家經濟穩定和安全具有重要作用。二是制造業與就業高度相關。2012年美國總統科學顧問委員會發布的《在先進制造領域獲得國內競爭優勢》報告中提到，美國制造業就業從1960-1990年的1700-1800萬人下降到2010年的1200萬人，美國在去工業化過程中對以先進制造為基礎的技術投入落后于德國、韓國、日本和中國，制造業的萎縮直接影響了美國國際競爭力和國家創新能力。另據德意志銀行的報告，由于制造業外包，經濟合作與發展組織(OECD)成員國占全球GDP比重不斷下降，歐洲在去工業化過程中GDP損失了本該有的1/3，未來30年將失去近1/3的就業機會。再工業化是對去工業化的校正。三是制造業對國家安全具有戰略意義。從軍事和國家安全角度考慮，制造業可以確保產品的可靠性、安全性和真實性（特別是電子類產品）；同時，還能保證國家需求的自給自足。四是先進制造與創新相互關聯。全球擁有先進制造業的地方，同時還吸引了更多研發人員參與。研發與制造在地理位置上的共生是創新經濟的基礎，特別是在創新的初始階段。在美國，部分人認為美國可以專注于研發，將勞動密集型的制造工作轉移到發展中國家。但近年來的研究表明，制造業外包將同時導致研發能力的衰減和制造業的喪失，使創意更難產生。五是制造業對稅收的貢獻，制造業外包導致稅收難以回到國內。

二、未來制造業的三元能力

   世界主要發達國家再工業化進程已經毋庸置疑，但關鍵問題是，未來制造業將以何種模式發展將決定它的競爭力和戰略價值，我們看到，一系列新的概念在不斷涌現，如工業4.0、CPS、智能制造、工業互聯網、產品互聯網、物聯網、工業機器人、3D打印等，在這些概念背后，都有一個共同的特征，就是網絡信息技術、人工智能與制造業的深度融合。在這些概念中，我們特別重點關注上述技術對制造業的影響是局部、靜態和技術連接層面的，還是整體、動態與社會體系層面的。

   為了解決上述關注，我們特別研究了CPS（Cyber-PhysicalSystem）框架及相關研究。CPS的概念是2006年由美國科學家Helen Gill在美國國家科學基金會上提出，很快引起美國政府、學術界和產業界的高度重視，2007年美國總統科學技術顧問委員會(PCAST)提交總統的報告《挑戰下的領先—競爭世界中的信息技術研發》中，提出了未來具有重要影響的8項關鍵信息技術，CPS位居首位。歐洲聯盟在2008年啟動的嵌入式智能系統的領先研究與技術項目中， CPS作為智能系統的一個重要研究方向。根據Helen Gill的看法：CPS是網絡世界與實體世界的融合，通過多種方式與人類進行互動的新一代系統。美國國家自然科學基金委員會(NSF)對它的定義是：CPS是“計算資源與物理資源間的緊密集成與深度協作”；Lee等人提出CPS是“實體資產與計算能力之間互聯管理系統的轉型技術(transformative technologies)。它通過嵌入式計算機和網絡實現對物理流程的監控，通過閉環反饋回路相互影響?！盋PS的發展源自傳感器、數據獲取系統和計算網絡技術成本的下降，可獲得性的增加，以及傳感器和網絡機器產生的大數據；同時，CPS能夠實現管理大數據、提升機器互聯、建設智能化、提升對設備管理彈性和自適應能力等目標。如果將CPS與生產、物流和服務進行集成，可以將工廠轉型為工業4.0的工廠，真正實現用高科技手段和方法管理工廠。”

   目前國內外對CPS的研究重點是技術視角，社會視角的研究剛剛起步。技術視角關注系統設計、整體架構、技術認證、技術標準、應用評估、系統特征、模型、安全等視角，其研究關鍵詞按出現頻率降序排列為信息技術集成、物理集成和ICT系統組件、智能制動、智能感知技術、嵌入式系統、分布式系統、高可擴展性系統和系統能力、實時系統、智能和智能并行。

   社會視角則更多關注CPS的管理機制、產業應用和競爭空間。從管理機制看，CPS的發展受到政策、機制、總體設計架構和平臺、標準、產業推進、安全可靠性、跨越數字鴻溝的工程設計、協作網絡與人機交互、人才培養等因素的影響。從產業應用看，CPS的將對產業互聯網與工業互聯網產生巨大影響，在美國，這種影響將重點發生在七個產業，分別為制造業（智能生產設備、流程、自動化、控制、網絡和新產品設計）、交通系統（智能汽車和交通控制，智能結構和道路）、基礎設施（智能網格和智能建筑結構）、健康醫療（身體網絡與輔助系統）、緊急響應（識別和健康系統、通訊網絡、緊急響應設備）和國防（士兵設備系統、武器系統、系統體系、后勤保障）。從競爭空間看，重點關注發展國家領先制造業的戰略是什么、最前沿的技術創新領域、如何推動政府、大學與產業的深度合作以加速新知識的產生和應用。由于CPS具有在空間和時間維度感知和處理外部環境復雜性的能力，因此、它絕不僅僅是局部和靜態的技術解決方案，而是對制造業的硬件設備、工廠、移動設備、物流、服務和人和過程進行連接、整合、分析和動態調整，具有鮮明的跨界特征。它的空間“連接”和智能化能力將會對全球未來再工業化競爭路線、模式、管理和運營產生長遠而深刻的影響(董小英 2016)。以CPS三個字母為核心的三元體系，構成了未來制造業的三元能力：

   第一元能力是實體空間的數字化能力。數字化能力代表將實體空間要素（包括設備、移動終端、工廠、流程、服務等供應鏈中所有環節）進行數字化呈現與連接的能力。數字化連接的廣度、深度和速度對未來制造業的運營效率至關重要。在CPS連接體系架構中，由感知設備（如傳感器、感應器、分布式控制器等）、嵌入式計算設備(如分布式控制器)、企業制造控制系統（如ERP\MES\SCM和CMM），將過程中的行為和狀態以數字化的方式呈現，當信息基礎設施配置在適合的時空位置上時，數字可以脫離實體載體存在，在網絡空間實現即時聚集、整合和傳播，大大改變了嵌入在設備、流程、生產、物流和服務過程中的信息的采集、加工、處理和傳播方式，逐步實現萬物互聯。

   第二元能力是網絡空間數據整合分析能力。實體空間要素被數字化通過信息基礎設施傳輸被集成到網絡空間，網絡空間的能力有兩個層面，一是對數據進行集成分析后增值的能力，二是在大數據基礎上發展人機智能的能力。掌握這兩種能力的企業演化為新型平臺企業和數字生態系統。從增值能力看，在信息中心匯集海量信息基礎上，每臺互聯機器的信息都被推送到此并形成機器網絡，通過數據挖掘和分析可以對每臺機器狀態的進行比對和洞察，由此，機器具有了自我比較能力。每臺機器的表現都能夠在整個體系中進行排序和比較，通過記錄機器運行的歷史數據和對數據的追溯比較，預測機器未來的狀況。資源集成主體通過網絡空間集成信息的能力對實體空間的進行管控，掌握領先集成資源的組織能夠整合其他資源。從人機智能看，隨著機器學習、深度學習、人工智能等認知技術和人工智能的發展，掌握數據資源的組織具有模擬與綜合集成、遠程可視化、協同診斷的能力，計算機智能擁有了全面監控系統的知識和能力，同時能幫助實體空間做出正確決策。由于網絡層資源密度帶來的信息集成廣度、深度和速度優勢，認知層的智能決策能力大大超越了實體空間人類的決策能力，由此構建核心競爭優勢。

   第三元能力是網絡-實體空間交互能力。在認知層的指導下，智能系統從網絡空間將信息反饋給實體空間，通過指導性控制使機器具有自適應和自配置能力，機器通過彈性控制系統(RCS)做出修正性和預測性決策。包括傳統生產順序的改變；通過軟件實現并行工程開發和商品制造的提速(Boehm and Turner 2002)；地點配置指數字化和網絡改變了地點的概念，使生產企業與消費者、合作伙伴、供應商之間建立全球網絡，消費者和使用者有機會參與到產品和服務提供者的價值共創過程中；形成價值網絡和商業生態。CPS實現了對不確定信息的實時可靠處理、動態資源與能力的有機協調、對環境的自適應控制，構建高度自主感知、自主判斷、自主調節和自治能力，能夠實現虛擬世界和實際物理世界互聯與協同。在匯集海量數據和智能分析的基礎上，CPS可以最大化實現其戰略、商業和應用價值。

   三元能力之間具有依次遞進、內在關聯、動態發展、動態組合等特性，依次展現了制造業未來發展的格局與路線圖，需要在短、中與長期發展中構建戰略認知和布局。尤其是第一元能力的建設，需要較長的時間和進程，特別是對于傳統制造業來說，如何實現數字化面臨著巨大的轉型挑戰和壓力。在第二元能力構建中，新興互聯網企業擁有較多優勢，但如何與傳統制造業對接是一個大的問題。

三、三元能力與制造業的競爭優勢

   CPS系統與傳統網絡的區別在于：一是異構集成。CPS具備“深度嵌人、泛在互聯、智能感知和交互協同”的特點，體系結構具有開放性、異構性、動態性、松耦合和多維度等特點；二是智能管控。CPS在物與物互聯的基礎上，CPS強調對物的實時、動態信息控制與服務，在實時性、安全性和可靠性方面的要求更高；三是交互適應。自主適應實體環境的動態變化，必須滿足實時性、可靠性和安全性方面的要求。

   從智能制造到智能管理。CPS能夠使智能制造應用通過大規模異構組件構成的互聯系統在工業生產的過程中進行集成化計算。這些控制系統通過控制循環，即傳感器和制動器、傳感器相連，和生產線交互，來提供獨立的生產過程控制。這些高度集成的生產網絡能夠很大程度上改善工業流程的效率。在智能管理上做到：（1）通過數字控制系統，具有嵌入式自動化的過程控制、處理工具和服務信息系統，最優化工廠運作和安全。（2）資產管理，使用預測性的維護工具、統計評估和測量最大化生產的可靠性。（2）智能傳感器可以消除異?，F象，幫助規避不正常甚至是災難性的事件。（3）智能系統在工業能源管理系統內部集成，在外部上用智能網格使實時能源優化成為可能。

大規模定制。CPS能夠在制造業創新方面提供多種可能，主要體現在在智能產品、生產，以及產品安全、可靠和可持續性的生命周期設計方面。這些領域范圍得益于CPS的概念和信息基礎設施建設，包括家居、軍事物流和武器系統、健康、衣服、農業、食物加工和準備、自動航空器。通過CPS組件的整合，產品需求呈現安全、可靠、“即插即用”的趨勢，并呈現高度的定制化可能。

   集成透明高效價值網。CPS對制造業從工廠運作到供應鏈的所有方面進行高度整合。產品的完全生產周期能夠被追蹤，包括流程、資源等，使得制造業環境靈活，能夠優化績效和效率。CPS的先進能夠降低產品和系統對市場的響應時間，促進供應鏈的創新、競爭和彈性。由于生產更靠近原材料、科技技術中心或者客戶群體，這些優勢使得成本和市場能更靈活地優化，制造業的未來勞動力的工作重點和技能集中在創新和研究等核心知識領域。

   與消費者深度融合的價值共創體系。在傳統制造業，由于企業間信息化數字化水平較低，制造商和消費者之間信息不對稱，供應鏈搭建起制造商和消費者之間的橋梁來應對兩者之間的物理鴻溝，橋梁的中間商包括批發商、零售商等，這種供應鏈結構具有強關聯特征，在網絡空間，企業間和與消費者間的結構關系呈現出從供應鏈到價值網絡的轉化。數字化使得制造商、中間商、消費者之間可以共享信息，實現信息的對稱流動，供應鏈通過搭建物理橋梁幫助傳遞信息的作用在減弱。由于信息對稱性，企業可以預先獲得消費者偏好并通過縱向或橫向資源整合形成價值共創，消費者需求成為產業研發的一部分，隨著消費需求和情景的轉變，企業通過數字化而非實體連接快速形成大量松耦合結構，不相關主體根據市場需求的變化快速組合和解散，共享的信息把各方相關利益者組成價值共創網絡。

四、全球競爭格局下我國智能制造的戰略意義

   美國戰略是將網絡空間的優勢輻射到實體空間。美國從上世紀70年代開始構建信息產業在全球的領導地位，目前已經形成了網絡與信息技術的完整生態系統，包括從部件、系統連接到云應用的產業生態與格局(ofpresident 2010)。在此基礎上，美國將CPS作為構建全球產業領導力的重要引擎。根據美國標準與技術研究院2013年的報告(Ying 2013)，CPS作為新一代智能系統對美國未來的經濟影響巨大。其中顛覆性技術會為未來的產業發展提供巨大的空間和引擎，創造全新的市場和增長平臺，新產品和新服務會創造和保留大量就業機會。可以看到，美國的戰略布局是將網絡空間的優勢輻射到實體空間。美國從2006年開始就對CPS未來發展中涉及的關鍵問題（如系統的安全性和可靠性、網絡的連接、交互和人機互動、跨越數字—實體鴻溝的工程方法、CPS的架構和平臺、勞動力的教育培訓與技術轉型）直接向美國總統稟報并展開全面布局(Ying 2013)。

   德國戰略是將實體空間的優勢延展到網絡空間。德國憑借著制造業百年積淀的技術研發、工程師文化、工匠精神、管理改善和漸進式創新基礎，依托德國的連接電子工程、機械工程和信息技術的跨學科研究團隊與能力，良好的教育體系，設備供應商與用戶之間良好的伙伴關系，自動化方面的創新領導力和更靈活的生產方法，強有力的中小企業隱性冠軍及在全球細分市場上的專業能力，將實體空間的優勢拓展到網絡空間。因此，德國又將CPS稱為產業集成(integrated industry)(Heng 2014)，旨在通過數字化轉型，實現設備、工廠、流程、服務、人與客戶之間的廣泛連接和集成。根據德國國家科學工程科學院(NASE)估算，工業4.0將使勞動生產率提高30%。為此，歐盟將每年投資3.4億歐元連續10年，通過CPS相關研發實現其“世界領導者”的地位。另據弗勞恩霍夫協會與德國信息產業、電信和新媒體協會(Bitkom)的聯合報告，工業4.0帶給德國的總增值將達到2670億歐元，這些貢獻主要來自六個領域：機械與設備安裝與運轉過程（2013-2025，230億歐元）；機動車輛與汽車零配件（150億歐元）；信息與通訊技術（140億歐元）；電子設備與化工產業（120億歐元）；農業和林業（30億歐元）。這些領域的收益將占到總增值2670億歐元中1/3(Heng 2014)。

   在新一輪制造業的國際競爭中，我國制造業面臨著兩翼競爭。根據工信部苗圩的看法，2010年，中國人經過150年的努力奮斗，終于重回世界第一制造業大國的位置。但在全球競爭格局下，我國制造業大而不強的問題仍然存在，在全球制造業競爭優勢的陣營中，美國為第一陣營，德國日本為第二陣營，我國為第三陣營。因此，中國企業面臨的壓力與挑戰比德美企業更大。一方面，在實體空間，中國企業面臨著傳統制造業轉型升級的艱難挑戰，在產品質量、技術含量、運營體系和品牌建設上與德國企業有較大差距；在網絡空間，雖然我國的消費類互聯網近年來得到很大發展，但在企業、產業和工業互聯網領域，與德國和美國的企業仍有很大距離；在實體與網絡連接的系統層面，美國已經建立了一定的領先優勢。為了進一步縮小與領先國家的距離，我國政府相繼提出的“互聯網+”和“中國制造2025戰略”是制造業和互聯網產業同步發展的戰略設計，國務院和工信部相繼推出了《中國制造2025》（2015年5月，國務院）、《關于積極推進“互聯網＋”行動的指導意見》（2015年7月，國務院）、《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》（2015年11月，國務院）、《智能制造發展規劃（2016-2020）》（工信部）、《智能制造工程》（工信部）等一系列政策指導大力推進這一進程。在這種背景下，我們建議：

   一是整體規劃布局三元能力建設。通過對CPS戰略價值的解讀，我們可以預見未來工業化進程與制造業的發展將取決于三種能力：一是數字化能力。即通過推進組織、行業和國家層面的信息化，實現實體空間資源的數字化及向網絡空間聚集的能力；二是數字集成與分析的能力。既在網絡空間發展領先智能資源，支持對海量數據的集成、處理、分析挖掘、決策支持與預判。三是價值共創的能力。在信息資源集成能力的基礎上，我國制造業在應對環境復雜性、消費者需求個性化和情境動態化的過程中，通過發展共享經濟和平臺經濟，以最優成本和最高效率滿足客戶和市場的需求，隨需而變、供需匹配，，從而確保制造業的高適應性、可靠性、實時性、安全性及競爭優勢。

   二是通過漸進式創新強化制造業的品質與品牌。中國制造企業應該堅信卓越產品的恒久價值。從全球視野看，對產品卓越品質的追求這一價值觀在互聯網大潮中并沒有改變。中國在大力推進發展互聯網產業的同時，需要同樣高度重視實體經濟的轉型升級與可持續發展。我們需要特別借鑒德國的經驗，接受美國在制造業大量外包轉移時所帶來的實體經濟空心化的教訓。中國作為人口大國，就業問題直接關系到社會穩定和經濟繁榮，應該把互聯網企業與制造業作為互補的戰略伙伴，而不是相互替代的競爭對手。從全球工業發展的歷史視角看，我國制造業發展仍處在初級階段，需要以堅定不移的目標、堅忍不拔的毅力和堅持不懈的努力，繼續推進信息化與工業企業的深度融合，在這個過程中，一方面要扎扎實實以工匠精神打好基本功，深化技術能力，改善管理體系，加強研發投入、塑造卓越品質和品牌，把中國制造打造成象德國制造一樣的有國際競爭力的產品；另一方面通過重點突破、彎道超車的機會，實現國際級水準的智能制造。

   三是增強網絡空間能力建設。鑒于CPS在智能電網系統、智能交通系統、航空航天電子系統、智能醫療系統、智能家電系統、環境監測、智能建筑、工業控制、國防系統、武器系統等領域的戰略意義和廣泛應用價值，筆者建議政府與學術界、企業通過建立聯盟的方式聯合進行前瞻性與應用性并行的研究與開發，利用我國的創新和市場優勢，力爭成為國際標準的參與者與制定者。研究的范圍應是綜合性的，涉及核心技術體系和架構的開發，及服務和社會體系的探索與創新。通過前瞻性戰略研究，提供實體經濟與網絡經濟共贏發展的綜合性框架，為企業提供長期、穩定的政策設計與環境營造，將實體與網絡經濟的發展打造成互利互惠、共同發展的伙伴關系。

   四是加速發展工業和產業互聯網，重視相關人才培養。鼓勵我國互聯網企業強化在網絡空間能力的轉移，并在與制造業的交集領域實現能力轉型與創新，推進工業互聯網、產業互聯網與專業互聯網的發展。在政策上，支持消費類互聯網利用其與客戶價值共創和大數據開發的能力，通過建立聚合消費者和廠家資源的平臺，形成逆向整合產業資源的“龍頭模式”，從而提升制造業的運營效率及與市場動態接軌的能力，用逆向倒逼方式整合產業鏈，使中國的相關產業不僅在智能制造環節發力，而且能在人、設備、服務、流程等各環節連接，形成價值網絡的智能化。在這個過程中，我國需要一大批在計算機、專業、創新、商業模式設計方面具有綜合能力的人才，在美國，專家已建議排名在前200的大學中25%的學校設立CPS學位，本科層面的CPS項目將在2017年正式推出，通過在這一階段的人才培養，為企業節約大約5年的培訓時間。

   五是持續推進企業數字化與信息化轉型。企業通過信息化和數字化手段不斷優化供應鏈、提升現有供應鏈價值，并在此基礎上逐漸實現系統互聯，為價值網絡的形成打下堅實的基礎。由于我國制造型企業眾多、信息化和數字化水平參差不齊，三元能力的構建過程必將經歷一段歷史進程，這個過程要經歷領導人認知模式、管理模式和業務模式的轉型與變革，將遇到很多困難，政府和企業在推動信息化過程中投入了不懈努力，今天應該以更大的力度沿著這個目標走下去。

   六是發揮中國的綜合優勢，尋求彎道超車機會。中國市場廣闊，消費群體眾多，消費者對產品質量的要求不斷升級。在這個大環境下，我國已經涌現出小米、京東、阿里巴巴、騰訊、滴滴等互聯網企業，或者用互聯網思維做實體企業的范例。同時在高鐵、造船、航空航天、電信設備等領域有一大批具有國際競爭力的制造型企業。建議企業之間通過建立聯盟的方式共同探索工業發展的頂層設計、標準制定、路線圖規劃和示范模式，尋求共同推進與中國制造2025戰略高度關聯的基礎設施、核心架構、核心技術、標準規范、軟件應用、服務創新、商業生態和模式創新的探索性研究與知識產權保護，使我國在新一輪的工業化國際競爭中獲得更多的影響力和主動地位。

董小英，北大本-碩-博；現為博士生導師，光華管理學院管理科學與管理信息系統系副教授，案例研究中心學術主任，中國信息經濟協會副理事長，信息產業部中國信息通訊委員會委員。曾在美國哈佛大學，匹茲堡大學，澳大利亞國立大學等多所大學短期學習或做訪問學者。主持聯合國教科文組織、國家自然科學基金（2項）和國家社科基金項目。主要學術著作5部。發表中英文論文50余篇。研究領域包括高科技企業創新、雙元能力、知識管理、信息平臺與商業模式創新，傳統企業互聯網轉型、醫療信息化平臺和工業4.0。教學領域包括知識管理與創新，領導者創新思維、競爭情報與創業設計。近年來在國際和國內學術期刊上發表的深度案例研究有思科、華為、李寧、京東等企業。擔任企業知識管理與創新、企業信息化方面顧問。為光華ExEd行動學習的主要倡導者和實踐者，擁有為近20多家企業設計、管理和實踐行動學習的實戰經驗。