從工業革命的三個要素去理解工業4.0

-新技術，生產力，商業模式

引言

工業4.0是不太好理解的，這是因為對於工業4.0，人們普遍只會從生產力的角度去審視，事實上這是個很普遍的錯誤。作為一次工業革命，理解工業4.0應該抓住三個要素：新技術，生產力與商業模式

作者在2019漢諾威工業展上採訪了西門子，ABB，華為，貝克福（BECKHOFF）以及菲尼克斯電氣的管理與技術人員，在討論過程中，他們的經驗與觀點極大的啟發了作者的思考，在此向他們致謝。

工業革命的啟示

工業4.0是德國政府提出並主導的一項高科技計劃，2011年開始研究論證，2013年德國政府在漢諾威工業展上首次提出「工業4.0」概念，並試圖將此概念定義為第四次工業革命。

從前三次工業革命得出的歷史規律是，每一次工業革命勢必會有重要技術突破來驅動整個發展過程，無論是生產效率與方式，還是商業模式都會受到相當程度的提高或者被重塑。十九世紀第一次工業革命，由於技術相對簡單，對生產效率與商業模式的改變可以比較好的被理解。

隨著水車，蒸汽機等新技術的應用，人類生產製造方式逐漸機械化（Mechanization），紡織機將紡織業的產量提高了40%，棉花處理效率提高了50%。羊毛和亞麻的紡織和編織也有生產率的大幅提高。

工業革命的重要技術發明與年份
1200年到2000年間英國國民生產凈值（NNP）變化，在十九世紀工業革命後的指數型上漲

由於生產力的提升，商業組織與商業模式也會發生重塑。

在工業革命前，舊的生產模式是人力獸力生產，行會的師徒作坊是主要生產制度，而行會控制了從生產技術到銷售的多方面環節，也就是產銷一體，這種商業模式受制於生產能力以及交通運輸水平的低下，需求與供給不匹配，也無法覆蓋遠處的市場 「Farmers and townspeople produced goods for market in their homes, often described as cottage industry」。

而工業革命後，機械化技術讓生產開始集中，工人們在工廠工作，小工坊開始消失，而掌握銷售渠道的商人們開始組織生產，社會分工更加精細。這種被工業革命催生出的新商業模式更大程度的提高生產效率，降低了成本，生產方可以更好的滿足世界各地區的生產需要。

總結工業革命的這種變革模式，即「數種新技術的應用促使工業生產效率大幅度提升，並且重塑商業模式」 。 新技術，生產模式，商業模式是每一次工業革命都不可或缺的「變數」。

19世紀中後期第二次工業革命帶來了電力，內燃機，流水線，電話，電報。而20世紀中期第三次工業革命開始應用半導體電子技術，工業計算機，以及網路通信技術，此時除了更高的自動化，生產也開始更加互聯。

如果要說技術突破，筆者認為技術發展的目標都是： Higher Productivity（蒸汽機，流水線，工業計算機），Higher Connectivity(火車，電話/電報，互聯網)，Connectivity主要是一種需求端與供給端的聯繫，更高的連接性意味著更高的市場覆蓋與更快對需求做出反應的能力。

工業革命的技術進步

同樣的，隨著更高的生產力與更強的連接性，商業模式也會跟著發展，見下圖

技術推動商業模式的改變

工業4.0的提出背景

物理信息系統是主要技術之一

回到工業4.0的內容，隨著通訊基礎設施的發展與日漸完善的部署，互聯網產業化已經給傳統行業帶來衝擊與重塑。雲技術、物聯網以及能源管理技術的湧現，互聯網的創新理念，模式與方法的形成最先推動了能源領域的產業革命，互聯網技術在新能源領域的應用就是這次變革的原動力。

新技術帶來的能源產業革命

而且同時，互聯網時代，由於其信息的開放性，技術發展的快速性以及人們對新生事物的渴望都要求製造業擁有更高的Productivity 與 Connectivity,這一次體現在提高生產效率，縮短產品研發周期，客制化生產（Customized Massive Production），增強生產靈活性。

為了應對互聯網所帶來的市場大背景的變革，更為了擁抱互聯網作為工業生產發展的新技術之一，德國政府委託德國工程院（ACTECH）進行理論論證工作，並於2013年推出《實施工業4.0的戰略目標的建議》。

工業4.0架構與技術特徵

工業4.0，或者說第四次工業革命比以往三次都更不好理解，除了身處這個時代，第四次工業革命的驅動型技術突破都是非常前沿而讓其陌生，更重要的是任免普遍的認知中都淡化了工業革命對於商業模式的重塑。

第四次工業革命的技術突破比較多樣化，儘管標準尚未落定，但目前普遍被承認的突破性技術應用包括

1. Cyber physical system 「CPS」 (物理信息系統)

2. Internet of Things 「IoT」(物聯網)

3. Cloud Computing （雲計算）

4. Cognitive Computing (人工智慧)

5. Cobots (具有協作能力的下一代機器人)

6. AR/VR

7. Big Data (大數據)

上述技術的創新突破在於深度應用信息通信技術，推動實體物理世界和虛擬網路世界的融合，在製造領域形成資源、信息、物品和人相互關聯的「信息物理融合系統（CPS）」，以此為手段，推進傳統製造業向智能製造轉型。傳統製造業向智能製造轉型過程中，除了涉及製造技術、產品的創新外，還包含模式、業態、產業組織等多方面的創新，例如通過大數據技術，將價值鏈橫向與縱向整合，推動傳統製造業從大規模生產轉向個性化定製，從生產型製造轉向服務型製造。

下圖的工業4.0 工具環展示了新技術在生產管理的應用。

麥肯錫工業4.0工具環

整體上去審視第四次工業革命，會發現在生產上，通過IoT,下一代機器人組成的柔性生產線，人工智慧等技術，使得製造企業更好的管理物料與消耗（供應端優化），更智能靈活的產品生產策略，甚至能夠主動排除生產故障，以及實現大規模定製化生產，而這些將會使企業生產靈活性與速度大大提升的同時降低生產成本。

數據化與數字化商業模式與對應的技術手段

同時，通過大數據平台分析，除了實現對於生產的精準管理與監控，還能更快制訂滿足客戶需求的成套方案，生產就是服務，同時在價值鏈上下游通過數據共享的方式集成更多商業夥伴，建立更完善的售後服務，AR/VR的技術應用也將重塑銷售與產品體驗。

工業4.0的意義，並不是單單創造新的工業技術，而是著重在將現有的工業相關的技術、銷售與產品體驗統合起來，是創建具有適應性、資源效率，對於產品的影響不僅僅在於生產環節，而是life cycle impacts。

References

1.工業4.0如何助推中國工業轉型

drcnet.com.cn/www/Train

2. GERMAN INDUSTRY 4.0 INDEX 2018

staufen.ag/fileadmin/HQ

3. 2011-2016年, 工業4.0概念及體系演進歷程

sohu.com/a/123342539_52

4. THE INDUSTRIAL REVOLUTION AS A DEMOGRAPHIC EVENT

faculty.econ.ucdavis.edu

5. Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0

din.de/blob/76902/e8cac


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