文／李辉
在过去的20年里，西欧国家工业增加值的全球份额减少了至少10%。与之相对应的是中国等新兴国家份额的持续增加。然而面对自己的优势地位频受冲击，发达国家显得应对无力。在优厚的社会福利条件下，不仅劳动力数量有限，工人愿意投入的劳动时间也十分有限。与此同时，发达国家担心的中国等后发国家，却也同样面临诸多挑战。以廉价劳动力和环境代价换取微薄利润的生产方式，已经陷入了劳动力红利渐失和环境污染难以承受的窘境。传统强国期待升级，维持竞争优势；后发国家期待转型，提高竞争力。新近的信息技术与工业融合所带来的“工业革命”，为双方提供了一次机会，未必均等但确实是众所期待的机遇。 “新”工业革命
在2013年汉诺威工业博览会上，德国，“工业4．0”工作组发布了《保障德国制造业的未来：关于实施工业4.0战略的建议》，将“工业4.0”定义为德国工业未来的发展方向。在这一年，中国国内正在热议由英国《经济学人》于2012年4月的《第三次工业革命：制造业与创新》专题报道、美国著名未来学者杰里米·里夫金于2011年出版的《第三次工业革命》一书所提出的“第三次工业革命”。少被人们注意但同样值得关注的一则同类消息是，2013年12月12日美国白宫召开了第一次CPS全体成员会议。这次会议以及美国之前的一系列相关动作，将美国工业的未来发展聚焦在CPS方向。
CPS即Cyber-Physical System,译作“信息物理系统”，或者“虚拟网络一实体物理系统”。按照美国加利福利亚大学Edward A．Lee教授在其2008年的技术报告《信息物理系统：设计挑战》中的解释： “CPS是计算过程和物理过程的集成系统，利用嵌入式计算机和网络，对物理过程进行监测和控制，并通过反馈环实现计算过程和物理过程的相互影响。”这一定义并非共识，据说学术界的CPS定义有十余种。但是这一还在完善定义的术语所指代的内容，俨然已成为了工业未来发展的基础。
按照德国文件中的说明， “工业4.0”，即以CPS为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标识的工业新范式。美国白宫所启动的CPS项目更不必说，依照美国国家科学基金会智能维护系统产学合作中心主任李杰教授反客为主的解读，“德国的‘工业4,0’其实就是美国的CPS”。关于“第三次工业革命”，按照复旦大学芮明杰教授的理解，“实质就是以数字制造技术、互联网技术和再生性能源技术的重大创新与融合为代表，从而导致工业、产业乃至社会发生重大变革”。其实这也是与CPS类似的内容。
在国内的讨论中，因为没有工业革命在历史上经历了两次还是三次的纠结，这场正在发生的工业变革，无论在国外被称为是“工业4.0”、“第三次工业革命”，还是CPS，都是区别于传统工业的新工业而已。因此人们逐渐采用“新产业革命”将这些说法概而称之（产业革命和工业革命并不完全等同，但这是一种约定俗成的说法，在此我们不作深究）。在这样的语境下，关于新产业（工业）革命的讨论就是聚焦于究竟“新”在何处的讨论。
对此，李杰提出的5M和6C的说法颇有影响。传统工业内涵丰富，不过按照李杰的概括，主要包含5个方面：材料( Material)、机器( Machine)、方法(Methods)、测量( Measurement)和建模( Modeling)。简言之，传统工业就是将材料经过机器设备生产出产品。这5个方面的英文字母都以M开头，因此被称为5M。
而经过CPS改造后的新工业，被他称为6C:连接(Connection)、云( Cloud)、虚拟网络(Cyber)、内容( Content)、社群(Community)与客制化( Customization)。用传统工业的理念来理解这6个C并不容易。但这正是革命的应有之义——容易理解和接受的通常都只是小的改革。新工业内涵：CPS为基础的6C
在过去30年左右的时间里，信息革命为我们生活和工作的世界带来了根本性的改变。尤其是随着个人计算机和互联网的普及，一个坐在电脑前的德国人和一个坐在电脑前的中国人，可以在虚拟世界中面对面的交流。
而随着计算机的微型化和移动互联网的发展，不仅电脑之间，不同的产品、机器之间，也都可以通过网络互联，因为每个事物都可以置入或者“穿戴”一台微型计算机（也称“嵌入式系统”）。其结果就是，一辆嵌入微型计算机的行驶在汉诺威路面的汽车，和一辆同样嵌入微型计算机的行驶在上海路面的汽车，可以在虚拟世界中直接对话。
这也就是CPS所带来的影响。这种影响扩展到生产领域，使产品、生产乃至工厂的定义都发生了根本的改变。
在产品方面，比如，传统的飞机发动机只是为了提供飞机的动力功能，但是当它置入微型计算机后，它就可以感知飞机的飞行路线，并通过网络将这些信息传给其他的机器。在马航MH370事件中，是该飞机的发动机供应商，而不是马来西亚航空公司，提供了该飞机航线的一些基本数据。与此类似的，一个轮胎可以提供一辆汽车的行驶性能，但在置入微型计算机后，它还能感知汽车的速度变化，并因此可以总结出驾驶员的驾驶习惯。很显然，这些有着CPS属性的发动机、轮胎，已经具有了其“前辈”完全不曾有的价值。
由于CPS的存在，工厂中的生产环节也得以改变。美国国家科学基金会智能维护系统产学合作中心的“预测型制造”，就是这种改变的一个案例示范。在传统工厂中，机器在失灵时维修，带来大面积的停工；如果定期检修，又会对不需要维修的零部件造成损耗。但是在机器零部件中嵌入微型计算机后，由机器传出的信号可以以数据的形式传输到互联网上。一旦有零部件的数据出现反常，即刻就能有针对性地检修。维修成为可预测的事情，制造过程因此也变得可预测。
不仅仅是设备，工厂中的所有内容都可以连接。按照德国人工智能研究中心“工业4.0”示范项目SmartfactoryKL的设计，组成生产系统的所有组件都可以成为网络节点，并集成到基于IP的网络，工厂的运行情况因此也都可以实时反映。当然按照工业4.0的愿景设想，不仅仅是工厂内部，工厂与工厂之间，乃至工厂与外部（如消费者和供应商）之间，都可以通过网络的互联，形成一个整体。
在如此一个微型计算机嵌入、各个模块互通互联的工作环境下，我们所熟悉的从原材料到设备到产品的生产过程已经淡化，取而代之的，是物体中微型计算机的置入，是物与物之间网络的构建，是网络上数据的存储、传输，是对海量数据的挖掘分析。
这些，就是新工业的特征，也就是李杰所归纳的6C，连接 ( Connection)、云(Cloud)、虚拟 网络( Cyber)、内容(Content)， 社群( Community)与客制化( Customization)。6个C具体的含义可能会有异议，但它确确实实代表了一个前所未有的工业范式。
新生态系统：更多的连接与现实的基础
一个被人忽视的事实是，虽然具有CPS属性的产品已经出现，但整个工业体系的“工业4.0”革命并没有实现。从2005年就开始智能工厂探索的德国人工智能研究中心创新工厂系统部研究主任Detlef Zohlke教授说，“到目前为止‘工业4.0’只能说是一个愿景，我们还没有符合该概念并能够让客户购买的产品”。
在技术成熟的情况下，为什么“工业4.0”的深入如此之难？这是因为，在传统工业中，更换一台机器，甚至重建一个工厂，都是在某一个公司或者组织的能力范围之内可以完成的。但是工业4.0的全面实现，意味着整个网络的重构。它牵涉的是每一个制造业企业，甚至与制造型企业完全不同领域的其他类型企业。
公司层面目前能做的是进行工厂的智能化升级，从而让自己的工厂具备内部的互联，并为未来与其他工厂或者与供应商、消费者的互联打下基础。在这个过程中，将会有两类“工业4.0”型企业出现。如果用中国的电商来类比，一类是阿里巴巴类型提供平台的，一类是利用平台开张营业的。西门子等龙头企业，正在力推它们所建立的“工业4.0”样板工厂。如果越来越多的工厂购买西门子有关“工业4.0”的成套设备、IT解决方案，那么西门子的技术平台就会逐渐占领市场，并最终居于这个新工业生态的核心位置。利用西门子平台的用户企业当然也提高了自身的生产效率。 “工业4.0”生态系统建立的过程，其实也就是企业未来位置的确立过程。
如同前面所分析的，整个“工业4.0”的建立，不仅需要制造型企业转型，还需要与供应商、消费者等其他领域互联网络的搭建。这就考验一个国家既有的工业和信息产业的能力。
事实上，大规模、全面性的“工业4.0”升级改造，并不是任何国家都可以做到的。德国著名咨询公司罗兰·贝格曾经按照工业基础（一个国家工业占GDP的比例）和准备程度（包括网络设施、工人技能，以及未来的融合能力等），来分析欧洲各国进行工业4.0革命的能力。最后得出的结果是，德国、瑞典等工业基础与互联网发展较好的国家，处于领跑的地位；而西班牙、葡萄牙等国家，则基本没有能力做“工业4.0”。基于这份分析报告，中国也被认为属于第二集团。
毫无疑问，在可以进行“工业4.0”升级的国家中，如果某一国家具有“工业4.0”平台建设能力的西门子类型公司越来越多，也就意味这个国家将在新的制造业生态系统中居于中心，在新的制造业全球格局中占据优势。各国的新比较优势
罗兰·贝格分析的只是关于“工业4.0”起点的一个综合成绩，从单科和未来发展前景来看，每个国家也都有自己的优势和劣势。
就德国而言，工业专业知识在全球遥遥领先于其他国家。它的工业生态系统也非常出色：产业与学校之间有着高效且长期的合作；高比例的中小型企业与大企业有着稳定的合作关系；生产厂家与客户之间有着直接对话的紧密联系。如果说“工业4.0”的核心是网络，是将原本隔离的围绕产品的各种模块进行融合，那么这样的经济结构无疑为“工业4.0”的开展提供了完美的物理基础（CPS中的P）。但在“工业4.0”中，这些物理存在的传统制造业体系需要信息化（CPS中的C）。而德国本身的信息产业在国际上的地位与它的制造业并不相当，除了SAP，没有其他大的IT公司。这也是德国的困境所在，如果缺乏了IT产业的支撑，德国制造业仍是传统的而非“工业4.0”的。
对于美国而言，工业专业知识同样全球领先，以硅谷为首的信息产业更是全球的领导者。以谷歌、脸书、亚马逊等为代表的互联网企业，已经将它们的产品融入了现代人生活的方方面面，也融入了制造业，比如谷歌所研制的无人驾驶汽车。但美国的传统制造业生态系统并不平衡。在过去很长一段时间里，美国按照生产集约化方式，将核心技术保留在国内，将生产工作离岸外包给低工资国家，这种做法的后果，就是将自己的工程和现代化生产运营能力大大削弱。虽然这几年美国决意“再工业化”，但效果不佳。如果要建设“工业4.0”网络，它的很多节点都在国外，数据也在国外，所以是有很大难度的。
再来看看中国，笼统而言的“中国制造”，工作环境不安全、生产过程不环保、产品性能不稳定，总之问题多多；而且由于不掌握核心技术和高端装备，整个制造业压抑在加工制造一隅。但是从“工业4.0”的全新生态系统的视角来看，中国也具备着得天独厚的优势。
在工业4.0体系中，消费数据作为重要的组成部分也位于其中。而中国有着13亿的消费者，每个人不断变化的需求所带来的海量数据，对供应商而言都是未来产品的信息源。这些数据对于传统工业强国而言，是可望而不可及的。中国的信息产业虽不及美国，但已经有了全球性的企业出现。尤其近年来电商极其发达，消费者的需求和评价，都可以直达生产厂家，并被用来做分析下一步生产的基础。另外，中国在低端制造领域的长期积累，也掌控了这一制造业生态系统必不可少的组成部分的主导权，这也是比如美国等不参与低端制造的国家所缺乏的。
关于中国在“工业4．O”的道路选择上，有人认为既然“工业4.0”是以数据和数据分析为基础的6C模式，那么中国就应当利用好自己手中的数据并加强自己的数据分析能力；有人认为，中国制造业企业普遍还没有实现信息化，所以应该先进行必要的信息化，再考虑工业4.0。不管哪一种方案，都是在向“工业4.0”这一目标前进。但无论怎样，在这样的变革之际，最不需要的就是妄自菲薄。每一次工业革命，都有先行者落寞而去，都有后来者逆袭上位。在这一次的新产业革命中，中国是具有后来居上资格的一方。别忘了，无论是德国的“工业4.0”，还是美国的CPS，其原初的压力和动力，也都来自于中国等后来者的步步紧逼。
（作者单位：上海市科学学研究所）
