工业互联网与先进制造业融合发展的趋势研究

[摘要]工业互联网是新一代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新兴应用模式，它将重构经济活动各环节并从产业组织形态和产业生态等方面影响先进制造业并与之融合发展。以美国、德国等为代表的发达国家纷纷推出相关战略推动工业互联网和先进制造业融合发展，并结合自身基础与优势形成差异化发展路径。未来全球先进制造业由“制造”向“智造”转变，呈现出四大趋势：软性制造、大规模定制化、先进制造技术与信息技术互为依存以及先进制造更加绿色化和服务化。工业互联网日益成为新工业革命的关键支撑和发展先进制造业的重要基石，发展工业互联网并使其赋能先进制造业发展成为各制造强国的共同选择。

[关键词]工业互联网；先进制造业；软性制造；大规模定制

一、 引言

历经农业革命和工业革命后，人类进入信息革命时代，新一代信息技术正深度嵌入经济与社会各个领域，一系列以信息与物理融合为特征的新产品、新模式和新业态正在形成。工业互联网是新一代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新型应用模式，能够满足工业智能化的要求并在此基础上构建全新工业生态体系。2008年国际金融危机之后，发达国家开始关注虚拟经济和实体经济的协调发展，纷纷实施“再工业化”战略，力图重塑制造业竞争新优势，一些发展中国家也紧跟其后，积极实施制造强国战略[1]。2020年的新冠疫情对全球制造业影响巨大，从产业链和智能制造等方面深刻影响先进制造业的走向，更让各国对工业互联网的平台建设增加了更多期望。

美国通用电气公司于2012年发布《工业互联网： 打破智慧与机器的边界》白皮书，指出工业互联网可将传感器及其他先进的仪器仪表嵌入各种机器，收集并分析海量数据，用以改进机器性能，提高系统和网络效率[2]。此后，各国积极提出工业互联网相关战略计划，以工业互联网联盟（Industrial Internet Consortium，IIC）为代表构成了全球工业互联网协同、竞合发展的格局[3]。围绕工业互联网的理论研究主要集中于工业互联网的发展现状、网络要求和应用平台等方面[4]，也有研究结合工业革命的发展史，从信息技术层面分析5G、物联网、物理信息系统（CPS）的应用及体系等[5]。此外，工业互联网与人工智能的融合探索、大数据分析与工业智能实施路径、平台体系和工业互联网安全保障体系、工业互联网关键使能技术等也值得关注[6]。

世界制造强国在基于国家战略推动先进制造业和科技发展以应对新工业革命挑战的同时，更多地关注和推动信息通信产业与传统产业融合，以推进先进制造业发展[7]。美国政府于1992首先提先进制造业的概念，把先进制造业定义为拥有先进制造技术的行业。Zair[8]则对先进制造技术予以定义，认为其是以计算机技术为基础的技术群，包括计算机辅助设计、机器人技术等。中国对先进制造业的研究起步较晚，林汉川等[9]对先进制造业的概念进行归纳总结，认为先进制造业的发展由制造技术、生产模式、产品研发、自动化和智能化生产过程等多重因素决定。2018年，中国机械工业信息研究院发布《先进制造业定义与对策》研究报告，先进制造业是应用创新的技术、工艺、材料等要素，并能充分体现先进生产力发展方向的制造业总称。长三角地区是中国培育先进制造业集群的重点区域，学者们以长三角为研究样本围绕区域经济发展开展了系列研究，如冯德连等[10]实证检验OFDI对先进制造业发展的门槛效应，认为长江经济带OFDI对先进制造业发展水平具有显著的双重门槛效应。

随着工业互联网和先进制造业的融合发展，开始有学者关注两者之间的关联以及相互影响。相关研究主要围绕工业互联网技术赋能、企业实践和技术应用三个层面展开。第一，工业互联网赋能技术方面。工业互联网平台技术是促进工业互联网发展的重要支撑，对全球制造业的产业生态产生重大和深远的影响，但促进工业互联网的发展需要从战略和管理的角度着眼而不能仅限于具体技术[11]。随着信息技术的高速发展和工业互联网平台建立，各国在制造业发展实践中认识到要将先进制造技术转变为先进生产力，需要先进制造模式加以配合智能制造和柔性制造等[12]。第二，企业实践方面。杨凯以海尔互联工厂为例，从企业实践论证工业互联网平台将对包括传统制造业和先进制造业在内的制造业生态予以重塑，并通过支持连接智能生产关系共享信息与数据的“超连接”，对制造业生态进行重塑并形成新产业新生态。第三，技术及应用方面，Golova等[13]通过案例建模和仿真，提出了先进技术集成制造线性能分析的概念，建立了相应的绩效评估方法。在可重构自动化技术方面，制造范式的转变则通过工业移动机器人、高度自动化的生产系统和数字信息模型的参与来支持制造业[14]。Chen Wei[15]则通过对工业物联网技术及其在制造车间中的应用分析，结合WSN和RFID等关键技术，提出了面向制造车间的工业物联网解决方案、智能工厂的参考体系结构和建设路径。

2020年的新冠疫情对全球制造业及产业链带来冲击和调整，也对全球先进制造业的发展趋势产生影响。疫情影响全球供应链造成的停工停产与贸易受阻等问题，使制造业意识到数字化、网络化和智能化生产方式转型的重要性，也加深了制造企业对大数据及工业互联网平台建设价值的认知。本文将在对工业互联网与先进制造业的融合机理进行分析的基础上，结合主要国家的发展实践分析其未来发展趋势，这对中国实现制造业高质量发展、打造世界级先进制造业集群、挤入制造业强国队伍等系列目标的实现具有重要的理论和实践意义。

二、 工业互联网及其对先进制造业的影响分析

1. 工业互联网及其在先进制造领域的应用

金融危机后，全球新一轮产业变革蓬勃兴起，欧美等发达国家和地区均加快发展先进制造业，美国“工业互联网”与德国“工业4.0”最为典型，其引发了全球制造业产品开发、生产模式和制造价值实现方式的转变[16]。工业互联网是满足工业智能化发展需求的关键网络基础设施，是新一代信息技术与先进制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式[17]。工业互联网的发展以大数据和物联网为基础，通过对“端到端”的工业数据进行处理，对生产流程进行智能控制，形成协同制造、定制服务等新型制造模式，实现工业先进制造技术的智能升级。制造业的转型需求与信息技术加速渗透，催生了工业互联网平台并通过数据驱动推动工业互联网和先进制造业相互融合。简言之，工业互联网在推动先进制造业发展战略方面的优势使其成为各国先进制造业发展的趋势选择（图1）。

先进制造业的发展离不开两个基础支撑——工业制造技术和工业互联网。工业制造技术主要决定先进制造业的发展水平和先进水平的基础支撑，而科技的高速发展使制造业的资源配置和制造技术的生产方式均发生了根本性的变化，从而推动先进制造业的不断发展和进步。工业互联网则基于新一代信息技术并借助工业互联网平台通过提高生产效率、优化资源配置效率、推出差异化产品及实现服务增值，为先进制造业发展提供关键的基础设施和平台支撑。工业互联网将重构经济活动的主要环节如生产、分配、交换、消费等，并从企业智能化发展、价值链延伸和制造业与服务业融合等方面影响先进制造业的商业模式并与之融合发展[18]。

2. 工业互联网深入影响先进制造业的产业组织形态

（1）促进企业组织形态及运行模式创新

数字经济时代，大量工业数据汇聚于工业互联网平台，和其他生产要素一起融入经济价值创造的过程中，将推动先进制造企业形成先进的生产力，并促进企业组织形态和管理流程的再造与创新。同时，工业互联网将推动先进制造业用工模式的变化，尤其是在后疫情时代，员工可以受雇于不同的先进制造企业，灵活的用工模式可使先进制造企业在减少用工成本的同时通过信息交互等实现共享和知识溢出。基于工业互联网平台，先进制造业供给端和需求端的连接更为便利，而区块链技术的发展使去中心自治组织等可能将成为先进制造企业组织形态创新的重要方向。从现实实践来看，企业平台化、决策分散化、用户交互化的趋势愈加明显，一些组织结构松散但活跃度较高的开发者社区，逐渐成为先进制造企业组织生态中重要的组成部分[19]。

作为新的工业组织形式，工业互联网把工业的组织体系变为全要素的组织过程，企业则通过工业互联网平台实现从生产到消费的互动。借助以数字化、智能化为核心的工业互联网，企业在生产环节的关键技术得以优化，产业组织形式和工业形态也得以改造。基于端到端的云数据平台，先进制造业可以通过工业互联网实现全面链接，对生产和经营过程的数据予以智能反馈，优化资源配置效率，实现制造全过程的效率提升，进而为实现技术创新和组织管理变革提供重要保障[20]。

（2）有助于推动形成新的产业空间组织形式

信息技术的极速推进对产业集群的发展和演化影响深远，由此带来的挑战和契机也不断更新着对产业集群包括先进制造业集群的理解和认知，由信息技术驱动的产业集群空间组织变革引起地理学家们的进一步关注和重视[8]。一方面，信息技术使信息和知识传递的时空阻碍性大幅度降低，使空间和距离对经济活动的限制越来越低，产业集群正在逐渐丧失其集聚力量。另一方面，信息技术的普及使企业市场透明度不断提高、产品生命周期越来越短、企业之间竞争不断加剧，从而导致企业商业运行模式的变化，如“即时生产”方式的出现，这要求企业在空间上临近，因而会使产业空间集聚加剧。这两种力量相互作用将深刻改变产业集群的空间组织和空间结构，进而带来新的产业空间组织模式如虚拟集聚。

传统制造业的空间组织形态是地理空间集聚，而互联网和工业互联网引致网络空间而非地理空间的虚拟集聚。虚拟集聚是新一代信息技术下产业变革进程中产业组织的新形态，是资源空间配置的新方式[21]。工业互联网引致的虚拟集聚降低了传统产业地理空间集聚的优势效应，新物流形式的形成降低了地理空间集聚的运输成本，使知识溢出对地理邻近性的依赖大幅下降，而网络交流方式则大大节约了交易成本、信息匹配和选择成本[22]。这一优势在后疫情时代全球供应链深度调整后将更加凸显。虚拟集聚扩展地理空间更适合先进制造业的成长，逐步发展成为世界级先进制造业集群的重要空间组织形式。

（3）平台经济成为新的产业组织形态

平台经济是以数字技术为基础，以数据为生产要素，以高效配置为目标的新型经济系统，是基于数字平台的各种经济关系的总称，已成为新的产业组织形态[23]，正逐渐成为引领经济增长和推动社会发展的新引擎。德国的“工业4.0”和美国通用电气公司提出的工业互联网等概念或模式，其在实质上都隐含着产业组织形态向平台化方向的转型。目前，中国工业互联网平台应用发展迅速，平台功能丰富，更重视资源的优化配置应用，能满足众多细分行业需求，发展潜力巨大。在数字经济迅速发展的背景下，谷歌、阿里巴巴、腾讯等互联网科技企业依托自身优势快速成长为第一批平台型企业，这标志着全球正步入平台经济时代。

平台经济为先进制造业和先进制造业集群的创新发展提供了动力支持。首先，在信息技术的推动下，平台经济借助数据优势通过网络平台促进制造业商业模式创新。随着全球经济一体化发展，制造业社会分工开始向以消费者价值最大化为核心转变。依据互联网平台提供的基础服务所积累和变现的平台用户，并通过连接模糊消费者和供应商之间的界限，平台经济得以占据相当大的细分市场份额。借助平台经济的互联互通，企业可以专注自身竞争力的提高，与其他供应商实现竞争与合作共存，形成相互提供服务的新型商业模式。其次，工业互联网配套下的物流体系为先进制造业商业模式创新提供了重要支撑。平台经济可以通过信息技术实现制造业企业的线上交易，但线下交割需要物流体系的支持，国内迅速发展的高效协同的供应链物流服务体系，能够为制造企业商业模式创新提供高效率、系统化的服务和支撑，基于工业互联网的异地协同制造正在成为先进制造业的新模式[24]。

3. 工业互联网平台重构先进制造业生态

（1）工业互联网平台将重塑产业价值

先进制造企业通过工业互联网优化研发、生产、经营和管理等流程，改善企业资源配置效率。工业互联网平台的使用将推动先进制造业在更大空间内突破企业的物理和组织边界，实现数据要素在企业内外供应链之间共享和资源有效协同，最终实现价值链在传统价值链基础上的延伸和拓展。先进制造企业通过工业互联网影响生产环节的各要素并进行数据化和信息化处理，进而为产业价值重塑和价值创造提供广阔的空间，也为要素的最优化配置提供新的可能。数据作为与土地、劳动力、资本、技术等并列的生产要素，正成为先进制造企业新的生产要素，而工业互联网对工业数据的挖掘使数据在采集、分析和应用方式上发生了深刻转变，也为先进制造业创造价值开辟了更广阔的空间。