標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)德國工業(yè)升級——德國工業(yè)4.0中的標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略及其啟示

◆郭 政/ 文

引言

德國是一個崇尚嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膰遥瑯?biāo)準(zhǔn)在工業(yè)體系中占有舉足輕重的地位。在德國，標(biāo)準(zhǔn)不僅僅是一套技術(shù)規(guī)范，還是一種思維方式，一個戰(zhàn)略體系，一項國家戰(zhàn)略。在重大的國家級規(guī)劃中，總能發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的位置。

“工業(yè)4.0”是德國面向未來競爭的總體戰(zhàn)略方案，最早在2011年11月被德國政府作為高技術(shù)戰(zhàn)略2020行動計劃的一部分被提出。在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子、博世等學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下，德國各界經(jīng)過廣泛討論和動員，形成了工業(yè)4.0工作平臺，并在2013年4月漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出《德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃實施建議》，旨在支持德國工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，確保德國強有力的國際競爭地位。由于該計劃對全球工業(yè)未來發(fā)展趨勢進行了探索性的研究和清晰的描述，對人們預(yù)測未來10年到20年的工業(yè)生產(chǎn)方式具有重要參考價值，因此立即受到了全世界科學(xué)界、工程界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。本文目的不在于對工業(yè)4.0進行全面深入的分析，而是重點討論其中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容，從中可以借鑒發(fā)達國家是如何運用標(biāo)準(zhǔn)來引領(lǐng)其工業(yè)升級和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的。下文將分為三個部分，第一部分簡要介紹工業(yè)4.0的基本框架和內(nèi)容；第二部分介紹其中對標(biāo)準(zhǔn)化的描述；第三部分討論對我國的啟示。

一、工業(yè)4.0

德國是全球制造業(yè)中最具競爭力的國家之一，其裝備制造行業(yè)全球領(lǐng)先。這是在創(chuàng)新制造技術(shù)方面的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，以及在復(fù)雜工業(yè)過程管理方面高度專業(yè)化使然。德國擁有強大的機械和裝備制造業(yè)，占據(jù)全球信息技術(shù)能力的顯著地位，在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程領(lǐng)域具有很高的技術(shù)水平，這些都意味著德國確立了其在制造工程行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位。這些都為工業(yè)4.0奠定了堅實的物質(zhì)與社會基礎(chǔ)。

德國各界認(rèn)為，到目前為止，德國已經(jīng)完成了三次重要的工業(yè)革命，正在向以智能化為主要特征的第四次工業(yè)革命邁進。前三次工業(yè)革命分別源于機械化、電力和信息技術(shù)的應(yīng)用。18世紀(jì)末機械制造設(shè)備的引進是工業(yè)化的開端，那時像紡織機這樣的機器徹底改變了貨物的生產(chǎn)方式；繼第一次工業(yè)革命后的第二次工業(yè)革命大約開始于20世紀(jì)之交，在勞動分工的基礎(chǔ)上，采用電力驅(qū)動了產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代初，第三次工業(yè)革命又取代了第二次工業(yè)革命，并一直延續(xù)到現(xiàn)在。第三次工業(yè)革命引入了電子信息技術(shù)（ICT），從而使制造過程不斷實現(xiàn)自動化，機器不僅接管了相當(dāng)比例的“體力勞動”，而且還接管了一些“腦力勞動”。ICT使得德國工業(yè)大大提高了全球化布局和生產(chǎn)的能力，使不同的任務(wù)可由不同地理位置的不同合作伙伴來執(zhí)行。ICT已經(jīng)大約進入了德國90%的工業(yè)制造過程，越來越多的IT基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)將通過智能網(wǎng)絡(luò)（云計算）提供。比以往任何時候都更加小型化的設(shè)備與勢不可擋的互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，使無處不在的計算機成為現(xiàn)實。前三次工業(yè)革命的成功使德國具備了管理復(fù)雜工業(yè)流程的能力，也為其進入新的發(fā)展階段鋪平了道路。

現(xiàn)在，將物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)應(yīng)用到制造業(yè)正在引發(fā)第四次工業(yè)革命。功能強大的、自主的微型計算機（嵌入式系統(tǒng)）正越來越多地互相間或與互聯(lián)網(wǎng)以無線方式互聯(lián)。這正在導(dǎo)致實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界（cyberspace）的深入融合，形成“虛擬+實體系統(tǒng)”（CPS）。2012年新互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6的推出，使人們擁有足夠的網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)量支撐智能對象間大范圍的直接互聯(lián)。這意味著有史以來第一次，我們有可能將資源、信息、物品和人進行互聯(lián)，從而造就物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)。這種現(xiàn)象的影響也將反映到工業(yè)領(lǐng)域。在制造領(lǐng)域，這種技術(shù)的漸進性進步可以被描述為工業(yè)化的第四個階段，即“工業(yè)4.0”。

未來，企業(yè)可以建立起全球網(wǎng)絡(luò)，把它們的機器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施融入到CPS中。在制造業(yè)CPS中，包括智能機器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施等在內(nèi)的物理單元，能夠相互獨立地自動交換信息、觸發(fā)動作和自我控制。這將從根本上改善包括制造、工程、材料使用、供應(yīng)鏈和生命周期管理的工業(yè)過程——工廠將變?yōu)橹悄艿?，自我管理的。在智能工廠中，在制品通過獨特的形式被識別、可以在任何時候被定位、并能知道它們自己的過去、當(dāng)前狀態(tài)和為了實現(xiàn)其目標(biāo)狀態(tài)的替代路線；嵌入式制造系統(tǒng)在工廠和企業(yè)之間的業(yè)務(wù)流程上實現(xiàn)縱向網(wǎng)絡(luò)連接，在分散的價值網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)橫向連接，并可進行實時管理——從下訂單開始，直到外運物流。工業(yè)4.0所描述的世界，簡而言之，是一個智能化、網(wǎng)絡(luò)化的世界。

在這個智能化、網(wǎng)絡(luò)化的世界里，物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)將滲透到所有的關(guān)鍵領(lǐng)域。工業(yè)4.0的最終目的是創(chuàng)造智能的產(chǎn)品、程序和過程。智能產(chǎn)品自身能夠存儲分析制造信息，能夠自我識別并回答諸如“我是什么時候被制造的”“我應(yīng)具備哪些性能參數(shù)”“我應(yīng)該被傳送到哪里”等問題。同時，智能物流、智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等與之相互聯(lián)接，各種制造程序和流程實現(xiàn)自我控制。實現(xiàn)這一切，需要建設(shè)“智能工廠”。

智能工廠使個體顧客的需求盡可能得到滿足，這意味著即使是生產(chǎn)一次性的產(chǎn)品也能獲利。在工業(yè)4.0中，動態(tài)業(yè)務(wù)和工程流程使得生產(chǎn)在最后時刻也可以變化，也可能為供應(yīng)商對生產(chǎn)過程中的干擾與失靈作出靈活反應(yīng)。制造過程中提供的端到端的透明度有利于優(yōu)化決策。工業(yè)4.0也將帶來創(chuàng)造價值的新方式和新的商業(yè)模式。特別是，它將為初創(chuàng)企業(yè)和小企業(yè)提供發(fā)展良機，并提供下游服務(wù)。另外，工業(yè)4.0對人口和社會結(jié)構(gòu)也將產(chǎn)生深刻影響。智能輔助系統(tǒng)將工人從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來，使它們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動——體力勞動將大幅減少，這將允許年長的工人延長其工齡，保持更長的生產(chǎn)力，有助于解決德國即將面臨的技術(shù)工人短缺問題；靈活的工作組織形式使得工人能夠?qū)⑺麄兊墓ぷ骱退饺松钕嘟Y(jié)合，并且繼續(xù)進行更加高效的專業(yè)發(fā)展，在工作和生活之間實現(xiàn)更好的平衡。最終，這一切都將歸結(jié)于德國國際競爭力的提升，使得德國在新一輪技術(shù)革命中走在前列，同時保有本國的高工資、高福利和高競爭力。

二、標(biāo)準(zhǔn)化和開放的標(biāo)準(zhǔn)體系

工業(yè)4.0是一個美好藍(lán)圖，它的實現(xiàn)必然需要克服重重困難，包括技術(shù)的、制度的、甚至是文化與倫理上的。工業(yè)4.0工作組認(rèn)為需要在以下八個關(guān)鍵領(lǐng)域采取行動（參見表1）。

值得我們關(guān)注的是，標(biāo)準(zhǔn)化排在所有8項計劃的第一位。

工業(yè)4.0認(rèn)為，實現(xiàn)目標(biāo)的核心和關(guān)鍵是建立一個人、機器、資源互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化社會，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)化的智能聯(lián)接必然要求一個系統(tǒng)框架，在這個框架內(nèi)，各種終端設(shè)備、應(yīng)用軟件，它們之間的數(shù)據(jù)信息交換、識別、處理、維護等必須基于一套標(biāo)準(zhǔn)化的體系。

時至今日，制造業(yè)系統(tǒng)包括多個復(fù)雜的模塊，不同模塊間所需的接口與集成都需要標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)。

由于工業(yè)4.0將需要公司之間在機械和設(shè)備制造、自動化工程和軟件業(yè)之間進行合作，標(biāo)準(zhǔn)化的第一步是要在共同基本術(shù)語上達成一致。

工業(yè)4.0指出：盡管一些既定的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在各種技術(shù)學(xué)科、專業(yè)協(xié)會和工作組中使用，但是缺乏對于這些標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)。因此，有必要將現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，如在自動化領(lǐng)域（工業(yè)通信、工程、建模、IT安全、設(shè)備集成、數(shù)字化工廠等）納入一個新的全球參考體系。參考體系不能以自上而下的方式發(fā)展，因為它需要整合幾個不同的視角，而自上而下的方法通常會花費太長的時間。因此，從不同的出發(fā)點推動參考體系漸進性地發(fā)展更合乎情理。在這方面，已有的互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定將給我們啟發(fā)。它是不同于目前機械和設(shè)備制造業(yè)的新的標(biāo)準(zhǔn)化模式，強調(diào)的是開放性。成功的案例包括：

表1 工業(yè)4.0行動計劃表

——開放的作業(yè)系統(tǒng)：例如Linux公司，一個由100多個國家的超過2000名來自企業(yè)、研究機構(gòu)的員工和個人組合到一起的企業(yè)，發(fā)展和維護成世界上最成功的操作系統(tǒng)之一。

——開放式開發(fā)工具：一個包括超過1500名開發(fā)人員和以百萬計的用戶參與軟件開發(fā)的行業(yè)，為要求苛刻的應(yīng)用程序建模。

——開放式通信基礎(chǔ)設(shè)施：“征求意見稿”是由成立于1969年7月4日的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會出版的技術(shù)和組織文件。它們被廣泛接受和使用，從而被轉(zhuǎn)化為事實上的標(biāo)準(zhǔn)。著名的例子包括因特網(wǎng)協(xié)議和電子郵件協(xié)議。

工業(yè)4.0工作組建議在工業(yè)4.0平臺下成立一個工作小組，專門處理標(biāo)準(zhǔn)化和參考體系的問題。工作小組將著重承擔(dān)表2所示的任務(wù)。

工作組還建議建立適當(dāng)?shù)钠炫烅椖?，以展示成功開發(fā)和部署的參考體系。參考體系的其他主題包括終端到終端工程產(chǎn)品及其相關(guān)的制造系統(tǒng)或管理和控制制造工藝的高動態(tài)技術(shù)的實時進程通信。

三、啟示

德國工業(yè)4.0中的標(biāo)準(zhǔn)化計劃在以下幾個方面需要引起我們的深思和借鑒。

1.對標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識

德國人對待標(biāo)準(zhǔn)，是真正將標(biāo)準(zhǔn)放到引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，關(guān)系國計民生的高度上。根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（DIN）的計算，1960—1996年間，每年3.3%的國民生產(chǎn)總值增長中，標(biāo)準(zhǔn)的貢獻率占0.9%，僅次于資本投入，比國內(nèi)創(chuàng)新和直接從國外購買技術(shù)等更加重要[1]中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院編著.2008國際標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展研究報告.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社。通過標(biāo)準(zhǔn)的推廣和應(yīng)用，德國的技術(shù)創(chuàng)新得以迅速擴散，并轉(zhuǎn)化為實在的生產(chǎn)力提升。在德國，政府用標(biāo)準(zhǔn)推廣先進，淘汰落后；企業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)取得發(fā)展，贏得競爭；消費者用標(biāo)準(zhǔn)保護權(quán)益，指引生活。反觀我國，更多將標(biāo)準(zhǔn)視為約束，企業(yè)對標(biāo)準(zhǔn)多是被動接受，而非主動引進。

表2 工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化工作小組重點承擔(dān)的任務(wù)

特別是近年來，隨著技術(shù)變革的加速，德國進一步闡明了標(biāo)準(zhǔn)對科技的重要性。在德國政府與DIN的《合作協(xié)議》中專門指出：“科技已經(jīng)滲透到并將繼續(xù)滲透到人類生活的各方面，而標(biāo)準(zhǔn)特別是關(guān)于安全、健康、環(huán)境保護、以及消費者保護等方面的標(biāo)準(zhǔn)，代表著掌控科技、掌控科技的進一步發(fā)展?！币虼耍诠I(yè)4.0中將標(biāo)準(zhǔn)作為首要之事不過是德國重視標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)的一貫延續(xù)。

2.戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化模式

傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化模式是當(dāng)產(chǎn)品在技術(shù)成熟后才進行標(biāo)準(zhǔn)制訂，屬于后補性模式。這種模式適用于技術(shù)變革慢，產(chǎn)品成熟期長，基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)積累多的產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品。而在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，上述產(chǎn)業(yè)特征幾乎無一存在，給我們擅長的后補性標(biāo)準(zhǔn)化模式帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。工業(yè)4.0中的標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略帶有明顯的“前導(dǎo)+研發(fā)”模式特征，即伴隨先進技術(shù)的研發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)化同步甚至超前進行，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展勾勒出整體框架。

總體來看，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)具有以下特點：

——顯著的高技術(shù)性。標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)體現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化等未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本屬性；

——更強的系統(tǒng)性和協(xié)調(diào)性。產(chǎn)業(yè)內(nèi)和產(chǎn)業(yè)間的重組、分工、關(guān)聯(lián)、協(xié)作要求標(biāo)準(zhǔn)能夠成體系地推進配套和系統(tǒng)的研制應(yīng)用，共性技術(shù)和模塊接口成為標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容；

——靈活的動態(tài)性與適應(yīng)性。技術(shù)變革不斷加快和生命周期不斷縮短，要求標(biāo)準(zhǔn)必須處在實時的演進中，以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)實踐的跨越。圖1顯示技術(shù)范式的變動加快，原本采用的5年一個標(biāo)準(zhǔn)修訂周期在高技術(shù)化的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)不再適用。有時，5年已經(jīng)足夠一代技術(shù)的變遷完成了。

上述特點都意味著“前導(dǎo)+研發(fā)”的標(biāo)準(zhǔn)制定模式在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)將成為主流，但我國在這方面準(zhǔn)備不足。從研發(fā)強度、人才儲備、標(biāo)準(zhǔn)化制度等方面限制重重，如何解決應(yīng)成為下一步標(biāo)準(zhǔn)化工作改革的重點之一。

3.標(biāo)準(zhǔn)制訂的協(xié)調(diào)機制

“前導(dǎo)+研發(fā)”模式同時還提出一個新問題，誰來主導(dǎo)并協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)制訂？對于工業(yè)4.0，可以預(yù)計的是，在其推進過程中必然存在大量的不確定，包括技術(shù)的、社會的、甚至是政治的，技術(shù)不確定是最主要的。同時，不同主體間也必然存在不同的利益訴求。協(xié)調(diào)不同主體面對和克服不確定性，必然要有一個合適的協(xié)調(diào)機制。

圖1 技術(shù)替代而非技術(shù)改進

標(biāo)準(zhǔn)制訂的協(xié)調(diào)機制有三種基本形式：政府協(xié)調(diào)、非官方委員會協(xié)調(diào)和市場（企業(yè)）協(xié)調(diào)。工業(yè)4.0中指出，不能以自上而下的方式發(fā)展，自下而上才是合適的。它給出的方案是由企業(yè)成立一個“工業(yè)4.0社區(qū)”來負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架的制訂協(xié)調(diào)工作。這基本否決了政府主導(dǎo)的協(xié)調(diào)模式，克努特?布林德研究指出，“在技術(shù)變革中，基于政府協(xié)調(diào)的方案是最不可靠的。我們無法預(yù)期政府決策者能夠充分了解技術(shù)開發(fā)的市場機會，并且能夠作出最優(yōu)決策?！盵2]克努特·布林德.標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)濟學(xué)——理論、證據(jù)與政策.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社因此，工業(yè)4.0中的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)機制更像一個介于市場協(xié)調(diào)和委員會協(xié)調(diào)之間的過渡機制。相較于市場協(xié)調(diào)，它更加開放；而相較于委員會協(xié)調(diào)，它更加靈活。工業(yè)4.0高度強調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的開放性和動態(tài)性。開放性能夠保證各利益相關(guān)方的參與和調(diào)節(jié)，而動態(tài)性則有助于避免技術(shù)不確定帶來的整體性錯誤。但是，工業(yè)4.0也意識到自下而上方式所需的時間、協(xié)調(diào)成本以及可能的利益沖突，所以指定標(biāo)準(zhǔn)工作組還應(yīng)給出一個自上而下的方案以便于達成共識。這種“自下而上”與“自上而下”互相結(jié)合，互補利弊的標(biāo)準(zhǔn)體系制定方式值得我們借鑒。

我國現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)機制仍帶有明顯的政府色彩，國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會更多承擔(dān)了管理職能而非協(xié)調(diào)職能。標(biāo)準(zhǔn)制修訂權(quán)力過于集中，給基層留有的操作空間不大，因此企業(yè)參與制訂標(biāo)準(zhǔn)的動力不足，從而形成一個惡性循環(huán)。即，政府不放權(quán)——企業(yè)沒動力——企業(yè)投入不足——企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化能力缺失——政府更加集中管理。在技術(shù)變革日新月異的今天，可以說目前的機制已經(jīng)制約了我國的標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新，應(yīng)加以改革。