工业互联网平台的国际横向比较与影响因素研究
作者
曹建海王高翔
发表于《学习与探索》
2023年06期
摘要
工业互联网平台是新一代信息技术与智能制造系统高度融合的重要基础设施。当前，美国、德国、日本、中国等主要制造业大国均把工业互联网及其平台发展作为提升实体经济竞争力的关键手段，横向比较结果表明，各国在工业互联网发展的战略意图、发展路径、关键领域与推动力量方面均有差异。本文以近五年面板数据为基础，利用可行的广义最小二乘法（FGLS）对影响工业互联网平台的影响因素进行了定量研究，结果表明电子信息产业、智能制造设备产业与工业增加值对工业互联网产业总体规模具有显著影响，工业互联网政策及信息服务贸易出口对工业互联网规模增量具有显著影响。根据横向比较及面板实证分析，本文提出了相应的对策建议。
关键词
工业互联网平台；横向比较；广义最小二乘法
基金
中国社会科学院创新工程项目“产业融合与推动经济体系优化升级研究”（GJSCX2021-02）；中国社会科学院登峰战略优势学科（产业经济学）项目。
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引言
工业互联网平台是新一代信息技术与智能制造系统全方位融合所形成的生态化平台体系，发展工业互联网平台对于提升制造业高端化、智能化水平具有十分重要的意义。当前，全球工业互联网平台通过突破产业、行业、企业之间的边界，有效推动制造能力、技术、资金的共享流转，更高效地完成了企业传统生产方式与现代科学管理方法之间的解构和重构，并通过优化生产流程与价值流程，变革企业开发、设计、制造、管理、市场营销和售后服务的方法，精确洞悉企业需要，有效支持供应链协调管理与智能决策，进一步驱动产品创新，在现阶段的制造业数字化转型过程中发挥了核心作用。
为抢占工业互联网平台新的发展制高点，各国在鼓励制造业发展的指导政策上，围绕工业互联网平台的定义、核心标准、技术等方面，系统谋划了本国在工业互联网平台领域的布局，强有力地支持了工业互联网平台的发展。工业生产互联网理念最开始在美国提起，2012年美国通用电气明确提出了工业生产互联网的理念，并与思科、IBM、英特尔和AT&T等公司，于2014年主导建立了美国工业互联网产业联盟，并推出了工业生产互联网参考框架IIRA；德国政府推出了工业4.0，构建了工业生产互联网参照框架模型RAMI4.0；日本以产业价值链规划IVI为核心，驱动了工业生产联网系统从设备到服务信息系统的端到端的全面优化。
近年来，我国高度重视工业互联网平台建设和工业互联网产业发展，工业互联网已连续5年写入政府工作报告，成为促进产业融合与升级的重要载体。其中，2015年我国提出了“研究工业互联网网络架构体系”；2017年国务院出台《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，标志着发展工业互联网上升为国家战略；2021年工信部出台《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》，强调从“建平台、用平台、筑生态”方面推进工业互联网发展。此后各级政府部门密集出台了一系列鼓励、支持政策，逐渐搭建了中国工业互联网平台顶层设计框架，形成了相对完备的政策支撑体系。同时，党的二十大报告明确提出，加快建设制造强国，推进新型工业化，推动制造业高端化、智能化、绿色化发展。
综上所述，本文通过研究美国、德国、日本等主要国家工业互联网平台建设情况，进而与我国工业互联网平台发展特点进行横向比较，并通过数据分析，对美国、德国、中国、日本四个制造业大国工业互联网平台发展的水平及影响因素进行定量比较，以期为我国工业互联网平台发展提供参考与借鉴。
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文献回顾
工业互联网以及工业互联网平台相关研究已经成为学界和业界关注的热点问题，国内外研究学者均从不同角度对此展开了深入研究。目前，国内外学者关于工业互联网的研究主要集中在平台内涵、平台生态构建、平台评价体系和平台发展路径等方面。
其中，关于工业互联网平台的定义方面，SisinniE[1]对物联网、工业互联网与“工业4.0”的概念进行了对比分析，并研究了范式转变带来的机遇；KochC[2]对比了中国、德国和美国工业互联网标准的异同；Leminen[3]等以价值创造特征为分类依据研究工业互联网平台的商业模式类型。随着工业互联网平台深入发展，许多学者将关注点聚焦于全球与我国工业互联网平台发展的路径异同。李晓华[4]对全国工业互联网的发展进行了多维度比较，指出世界各国的工业互联网参考框架既存在共性，也互为重要参考；杨帅[5]立足中国视角比较分析了工业4.0与工业互联网的差异，并提出了相应的应对策略。
当前，完善具有中国特色和世界影响力的工业互联网平台是统筹推进“制造强国”建设，做大做强实体经济的有效路径。然而，对各国工业互联网平台的比较研究仍属于初级阶段，鲜有应用定量分析方法对国际工业互联网平台发展的横向比较研究。因此，本文以工业互联网平台为研究对象，综合运用横向与实证研究的方法，采集了近五年面板数据，对工业互联网平台的影响因素进行分析。相关研究结论对于丰富工业互联网平台发展理论，促进工业互联网发展具有重要理论意义和现实意义。
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主要国家工业互联网平台的横向比较
1.美国工业互联网平台发展状况
2009年金融危机之后，美国政府充分认识到了实体经济对国家整体竞争力的必要性和重要性，制定了《重振美国制造业框架》，推动实现“再工业化”的国家战略。在此背景下，美国通用电气公司在2012年提出了工业互联网的构想，以期以工业互联网为载体实现由设备制造商向智能设备、智能分析、智能角色的综合性智能服务提供商转型。2014年，美国通用电气联合了IBM、思科、英特尔和AT&T等IT公司，共同组建了工业互联网联盟（简称IIC）。目前，工业互联网联盟成员已经达到158家单位，分布在全球近40个国家和地区。
从政策来看，美国并没有把发展工业互联网上升到国家战略，但始终与国家智能化、数字化战略协调促进。美国政府没有常设专门的工业互联网推进机构，但仍存在一些具有政府背景或由联邦财政资助的工业互联网推进机构。美国政府谋划建设“国家制造业创新网络”，其中的物理信息系统、大数据分析、网络信息安全等关键技术，为工业互联网发展提供了强大技术支持。除此之外，通过赞助设立“数字化制造与创新设计研究中心”、搭建“数字生产公共服务平台”等方法，美国逐渐引导中小企业技术创新组织和初创型公司开展研发不同制造商生产技术的应用解决方案。
从技术体系设计来看，由美国主导的工业互联网联盟（IIC）一直较为谨慎对待“标准制定”，原因在于联盟内的企业多样化、利益复杂。联盟担心一旦推进统一标准和标识解析工作，可能会加大各大企业之间的竞争烈度，影响联盟内在耦合性。出于此原因，由IIC提出的IIRA（IndustrialInternetReferenceArchitecture）架构，侧重于设备跨业界的通用度和互操作性，并主要提出了一整套方法论和模式，以大数据分析技术为内核，促进了工业端联网设备从设备到MIS的端到端全面优化。
从发展模式与战略意图来看，美国由跨国巨头等企业主导，注重利用在ICT领域的科技优势与资金优势，与本国智能化、数字化战略的协同推进下，以互联网技术主导工业，强化ICT技术对制造业的“吞并”与主动融合，在国际技术标准、产业标准等方面占领主动，进而在全球竞争中占据主导地位。
2.德国工业互联网平台发展状况
德国工业互联网平台是德国工业4.0体系的重要组成部分。2011年，德国在“工业1.0”（机械制造设备的引入）、“工业2.0”（电气化的应用）和“工业3.0”（信息化的发展）的基础与延伸上提出了“工业4.0”的概念，随后由相关行业协会、中小企业、政府、高校和科研机构等专家组成了“工业4.0”领导小组并开展研究工作。在2013年德国联邦政府提出的《高技术战略2020》中，“工业4.0”战略纳入十大未来项目中，成为德国国家战略的重要内容。“工业4.0”战略主要是以物联网和务联网为基础，以快速蓬勃发展的新型网络信息技术为载体，加速向工业经济和实体经济全面渗透。
从政策来看，德国各级政府均为“工业4.0”与工业互联网平台提供全面的资助和扶持。2019年，德国经济与能源部发布《德国工业战略2030》，明确提出加速推动机器与互联网互联的颠覆性创新技术，以保证在国际竞争中保持领先地位。截至目前，德国联邦教育与研究部累计拨付上亿欧元经费支持“工业4.0”技术研发项目，德国经济与能源部出资5600万欧元建立10个中小企业数字化能力中心。
从技术体系设计来看，德国通过RAMI4.0（ReferenceArchitectureModelIndustrie4.0）工业互联网框架模型，深度聚焦制造过程与价值创造过程的全生命周期，为零部件、设备、产线、工序、车间、工厂甚至信息化系统在内的所有资产均提供了一个统一的数字化CPS模型，为所有生产要素之间的交互提供完整的通讯协议、句法和语义界面，有效推动了制造环境的各个系统与要件之间的全方位互联互通。
从发展模式来看，德国通过智能技术赋能生产自动化，在实现了替代过高的人力成本的同时，以设备与系统固化的“Know—How”扩大了生产性服务业环节领先优势。此外，德国通过强调ICT技术与工业本身的结合，以工业4.0继续保持在高端环节的引领，树立了德国制造的技术标准，进一步巩固了全球影响力。
3.日本工业互联网平台发展状况
2015年以来，日本高度重视物联网、AI技术，加快第四次工业革命的技术创新与产业相融合。2015年发布的《新机器人战略》明确提出，“建设具有高附加值产品生产能力的生产系统，并在全球范围内实现对数据的高效灵活配置”。2017年，日本提出了“互联工业”的概念，标志着日本将更加积极加入工业互联网发展大潮中。“互联工业”即“社会5.0”战略，是在社会生产生活的各个方面积极导入新一代ICT技术，并着重关注企业之间的链接，努力形成使社会所有市场主体均获益的网络工业体系。
从政策来看，日本在实施互联工业时高度重视对供应链上下游中小企业的技术改造。针对中小企业缺乏足够的知识和人才的问题，日本由财政出资，设立了31个智能制造支持中心，专门帮助中小企业应用机器人、物联网等技术。除此之外，日本政府还为工业互联网的科技研究、相关人才技术培养、数据信息资源共享、基础设施建设等多个方面提供了大量的资金投入。
从技术体系设计来看，不同于其他国家聚焦企业内部的互联互通，日本工业互联网更加关注企业与企业之间的链接，其工业互联网平台标准更注重解决不同制造业企业之间的“互联制造”问题，让不同企业通过“宽松标准”接口进行信息传递，建立企业间易于互联互通的宽松接口，在实现企业间互联互通的同时保证各家企业的竞争优势与市场地位不受影响。2016年12月，日本工业价值链促进会提出了IVRA工业价值链参考框架，并于2018年提出了新一代参考框架IVRA—Next，形成了独特的日本智能制造顶层架构。
从发展模式来看，日本发展工业互联网是为了解决国内老龄化、少子化带来的劳动力供给不足与新一代信息技术应用引领性不足等问题，更加强调以数字化技术构建智能社会，探索确立了具有日本特色、以“互联工业”为核心的“社会5.0”战略模式。日本在推动工业互联网平台发展中高度重视人员和知识的共同价值，通过构建“数字化三胞胎”即信息世界、物理世界以及人的世界，将人作为整个生产体系的关键部分，通过组织文化和人的训练不断改善智能化水平。
4.我国工业互联网平台发展状况
我国高度重视工业互联网发展，十九大报告提出要“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”，2017年国务院发布了《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，标志着工业互联网成为我国建设制造强国的重要组成部分。当前，我国工业互联网平台新型基础设施不断夯实，新模式新业态创新活跃，各地方、产业各界对工业互联网平台的共识不断凝聚，原材料、装备、消费品、电子、能源、医疗、制药、建材等重要产业和重大应用领域的工业生产网络信息平台总量持续上升，呈现蓬勃发展态势。
从政策引导来看，我国目前已形成较为完整的工业互联网顶层政策体系，为产业发展起到了重要指引作用。近年来，我国陆续发布了十余项文件，实施了工业互联网创新发展工程，建设了一批工业互联网关键技术公共服务平台。2021年1月，我国发布了《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》，明确了11项重大行动，全面深入地对我国工业互联网创新发展进行了部署，对新时期我国推动工业互联网的概念普及和落地实施起到重要指引作用。结合国家和地方工业互联网平台相关政策，我国工业互联网政策特点主要表现为以下四个方面：一是突出目标导向。采取从上至下的方式，从战略性引领到产业发展指导，从整体统筹到局部突破，随着产业发展不断完善丰富。二是坚持重点突出。我国工业互联网发展始终坚持“网络是基础，平台是核心，安全是保障”的总体原则和思路，围绕“5G+工业互联网”“工业互联网平台体系”“工业互联网APP”“工业互联网安全”“工业互联网数据中心建设”“工业互联网产业生态”和“工业互联网在各行业的应用及拓展”等重点领域展开。三是聚焦精准发力。通过试点示范，稳步推进，从试点走向更深更广的应用。2017年以来，工业和信息化部先后公布了三批工业互联网试点示范项目名单，覆盖了全国近30个省（自治区、直辖市）以及大部分的工业行业门类。四是强化协同联动。通过各地区的积极响应，形成地方与中央上下联动、“全国一盘棋”的发展格局。目前，全国重点省份和地区均结合本地产业特色制定差异化的工业互联网发展政策，并利用多元化的政策工具支持产业应用发展，区域错位发展体系初步构建。
从工业互联网平台特征看，我国工业互联网平台可分为“双跨综合型”“行业特色型”与“技术专业型”三大类。双跨综合型工业互联网平台是指跨行业跨领域综合型工业互联网平台。2019、2020和2022年，工业和信息化部开展了3批跨行业跨领域工业互联网平台遴选工作，包括海尔、东方国信、百度、用友等29家工业互联网平台获批国家级双跨示范平台，广泛汇聚产业资源，有效实现了创新引领。行业特色型工业互联网平台聚焦特定行业、特定区域，目标在于围绕行业的共性问题提升系统解决能力，形成根植于行业的差异化发展路线。根据所服务行业不同，行业特色型工业互联网平台可以分为两个维度，一是重点行业应用的工业互联网平台，旨在服务数字基础较高、带动性较强的重点行业领域，提升其共性技术解决能力；二是面向重点区域块状经济升级的工业互联网平台，旨在发挥工业互联网平台作用，推动区域特色产业集群的整体转型升级。在2020年制造业与互联网融合发展试点示范和2021年新一代信息技术与制造业融合发展试点示范工作中，工业和信息化部共遴选出104个特色型工业互联网平台，其中，面向重点行业的有88个，面向重点区域的有16个。技术专业型工业互联网平台旨在突破国产工业互联网关键技术瓶颈，目前技术专业型工业互联网平台不断涌现，围绕特定工业场景和前沿信息技术进行重点突破，截至2021年工业和信息化部一共遴选出28个面向特定领域的专业型工业互联网平台。
从重点区域来看，全国已有近30个省（区、市）出台相关政策，从工业互联网的实施路径、平台应用、发展模式等方面开展积极探索。其中，广东、江苏、山东、浙江、上海等省市工业基础好、产业门类多，工业互联网发展处于全国第一梯队。广东省培育了华为、腾讯等4个跨行业跨领域工业互联网平台，建设了106个省级工业互联网平台，打造了200多家工业互联网应用标杆企业。江苏省提出“全国工业互联网看江苏”口号，培育了汉云、紫光云2个“双跨”平台，建设了86个省级工业互联网平台，打造了95家工业互联网应用标杆企业。浙江省以阿里supET、蓝卓supOS两个“双跨”平台为核心，着力打造“1+N”工业互联网平台体系，培育了210个省级工业互联网平台。上海市实施“工赋上海”三年行动计划，重点培育宝信xln3Plat“双跨”平台，建设62个市级工业互联网平台，并组织300多家大型企业建设应用工业互联网。安徽、四川、重庆等中西部省市也在积极引进工业互联网平台企业，赋能当地企业发展，加快推进工业互联网平台建设，力求实现“换道超车”。
从发展趋势来看，我国工业互联网平台正处于快速发展期，产业发展将呈现三大趋势，从发展环境看，工业互联网平台发展动力将由政策驱动转向企业自发需求。工业互联网平台、网络、安全等配套政策及行业政策体系正趋于完善，工业互联网市场、网络、信息安全等相关政策法规和产业政策机制正不断健全，建设工业互联网平台创新体系已成为各大龙头企业重塑产业竞争地位、促进企业转型升级的重要共识。从技术演进看，新一代信息技术将加速与工业互联网平台技术融合。大数据、人工智能、5G、区块链等新一代信息技术日趋成熟，持续为领先制造企业和信息技术企业发展拓展新空间。新一代信息技术与工业互联网平台的融合发展从简单到复杂、由单点聚焦到全面开花，衍生出更多新模式新业态，实现应用创新，加速融合创新应用的落地，推动新一代信息技术与制造业的深度融合。从行业赋能看，传统产业基于平台的数字化转型步伐将进一步加快。随着工业互联网创新发展战略的深入推进，平台赋能水平显著提升，成为企业推进数字化转型的切入点，基于平台的制造业生态体系日趋完善。未来，伴随着国家工业互联网创新发展战略工程的不断深化与落实，企业平台服务模式能力、工业设备上云能力、企业数字化生产管控能力、试验检测能力和重要领域服务能力将显著提高，由此，也会促进企业建立多元化平台服务发展体制，并促进工业设备数字化转型提升和新型科技新业态新产品培育。
5.四国工业互联网平台发展比较研究
工业互联网作为全球新兴事物，世界主流制造大国对其均有布局，实体经济基础、科技技术优势及发展理念决定了各自差异化的发展路径。从共性来看，美中德日四国均把工业互联网及其平台发展作为提升实体经济竞争力的关键手段，并从政策制定、行业组织、资金投入、技术研发、人才培育等多个方面搭建了政策体系。与此同时，各国均研究发布了具有国家特色的参考框架体系，强调物理世界与数字世界的融合。但各国工业互联网的发展模式与战略意图也存在着明显差异。
第一，战略意图不同。
各国工业化发展阶段与优势竞争领域不同，这就带来各国在布局发展工业互联网平台的战略意图有一定差异。美国产业空心化严重，金融危机后实体经济薄弱严重影响了国家竞争力，但雄厚的产品定义能力和互联网产业优势支撑了美国以发展工业互联网等智能制造技术实现“再工业化”，补齐实体经济发展短板。德国、日本作为传统制造强国，本身就处于向先进制造、智能制造转型的阶段，但在发展过程中面临了一系列瓶颈问题，两国均提出通过发展工业互联网平台探索相应解决方法。德国生产制造环节自动化水平较高，但知识与经验等“Know—How”更多是嵌入到装备中的编码式创新，与之配套的生产型服务业发展缓慢，导致德国制造标准与品牌难以有效向其他区域扩展，故德国选择推进“工业4.0”保持制造业技术在高端环节的引领，树立了德国制造的技术标准。而日本当前国内老龄化、少子化问题突出，劳动力供给严重不足，同时新一代信息技术应用引领性不足，通过积极发展“互联工业”及工业互联网，进一步提升劳动生产力，保持日本制造业的整体竞争优势。中国作为全球制造业第一大国，智能制造整体水平偏低，制造业发展质量不高、竞争力不强问题较为突出，通过实现工业互联网创新发展，一方面可以加快提升我国整体智能制造水平，另一方面也可以发挥我国产业优势与场景优势，为融合性产业领域提供更多的发展空间。
第二，发展路径不同。
基于不同的战略意图，各国工业互联网发展的路径也有一定的差异。美国互联网经济发展但制造业相对较弱，其发展工业互联网更多强调以互联网主导制造业，采用ICT领域核心技术与资本向工业互联网领域渗透融合，实现工业互联网的发展。德国则以“工业4.0”为重点，依托领先的智能制造设备向提供数字化服务或者工业产品服务延伸。日本的“互联工业”是“社会5.0”的重要组成部分，强调在构建“超级智能社会”中推动物联网技术向工业领域迁移。我国的工业互联网发展则充分发挥行业优势，通过在重点行业试点示范，稳步推进，从试点走向更深更广的应用，实现了工业互联网平台从局部突破到体系构建。
第三，关注领域不同。
横向比较来看，各国在构建工业互联网平台体系的过程中，关注的重点领域也有一定差异。美国更强调工业端联网设备与MIS系统的端到端数据沟通，因此其工业互联网框架更突出数据分析能力的方法论与模型。德国RAMI4.0工业互联框架模型强调物联网和务联网的深度融合，为制造业各环节的所有资产均构建了统一的CPS模型。日本在推进“互联工业”的过程中更突出人的因素，以建立“数字化三胞胎”即信息世界、物理世界以及人的世界来发挥人的能动性改善智能化水平。我国则更关注IT端、OT端和CT端形成合力，发挥协同创新优势，实现工业互联网的全面发展。
第四，推动力量不同。
美国工业互联网推进高度市场化，最早由通用电气提出，大型跨国企业在美国工业互联网建设中发挥了重要的作用。德国的“工业4.0”最开始由民间机构发起，随后经过科研院所、智库讨论完善后才被纳入国家战略，行业协会、科研机构及重点企业是“工业4.0”的重要推动者。日本的“互联工业”是由政府提出，随后由行业组织提出并发布了工业互联网参考架构。我国工业互联网发展充分发挥了制度优势，采取从上至下的方式，从国家战略性引领到产业发展指导，从整体统筹到局部突破，地方与中央上下级联动实现了区域错位发展的良序竞争局面。
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