二、制造业数字化转型的基本概念

（一）制造业数字化转型的相关规律

1.产业发展演进规律

从产业发展演进规律来看，人类经历了以机械技术、电气技术和信息技术为标志的三次工业革命，目前正在进行第四次工业革命。历次产业变革，在主导技术、管理模式、生产方式、产品供给和服务模式方面呈现出不同的水平与状态，详见表1-1。

主导技术由机械技术向新一代信息技术升级。第一次工业革命以机械技术为引领，以热能为新动力，以机械传动、机械加工和机械材料为典型技术。第二次工业革命以电气技术为引领，以电能为新动力，以电气控制、电气驱动和电机电气为典型技术。第三次工业革命以信息技术为引领，核能成为新动力，以计算机、微电子、信息通信、传感和软件为典型技术。第四次工业革命以新一代信息技术为引领，数据成为新动力，以互联网、大数据、云计算、人工智能和区块链为典型技术。

管理模式由经验式向数字化、网络化、智能化演进。第一次工业革命，工厂成为典型企业形态，形成直线型组织形式，实行经验式管理，实现了初步分工。第二次工业革命，公司成为典型企业形态，形成科层制组织形式，实行规范化、标准化管理，实现了专业化分工协作。第三次工业革命，集团成为典型企业形态，形成矩阵式组织形式，实行基于信息化的精益管理，实现了流程化、一体化的协同分工。第四次工业革命，平台成为典型企业形态，形成扁平化组织形式，实行基于新一代信息技术应用的数字化、网络化、智能化管理，实现了社会化分工协作。

生产方式由机械化生产向大规模、网络化、个性化生产转型。第一次工业革命，机器生产代替手工劳动，实现机械化生产，手工绘图成为主流的设计方式，机械设备和机械材料成为关键生产要素。第二次工业革命，电力设备成为主要生产工具，实现流水线的规模化、标准化生产，机械制图成为主流的设计方式，电气设备成为关键生产要素。第三次工业革命，计算机控制的生产线成为主要生产手段，形成产业链和供应链，实现大规模标准化生产，计算机辅助设计（CAD）成为主流的设计方式，信息技术和数控设备成为关键生产要素。第四次工业革命，新一代信息技术用于配置生产资源，形成产业网络和供应网络，实现大规模、网络化、个性化生产，平台化设计成为主流的设计方式，数据和智能设备成为关键生产要素。

产品供给由单一功能产品向智能化产品升级。第一次工业革命，产品功能单一，开展经验式的产品质量管理，产品的技术参数和规格没有标准化，不能对产品性能的一致性、可靠性和稳定性做出明确要求。第二次工业革命，产品具备传感、控制等功能，实现了产品标准化，开展规范化的科学质量管理，保证产品技术参数、规格与标准基本符合，可对产品性能的一致性、可靠性和稳定性做出明确要求。第三次工业革命，产品具备信息感知、远程控制和自动交互等功能，实现了产品数字化，开展覆盖产品全生命周期的全面质量管理，保证产品技术参数、规格与标准精准符合，可对产品的一致性、可靠性和稳定性做出量化要求。第四次工业革命，产品具备自学习、自决策、自控制、自优化和人机智能协作等功能，实现了产品智能化，开展基于工业互联网平台的智能质量管理，保证产品技术参数、规格与标准互动改进，产品的一致性、可靠性和稳定性可实现迭代优化。

服务模式由基于经验的现场服务向线上线下协同的一体化服务转变。第一次工业革命，开展基于经验的现场服务，服务响应时间长，服务成本高。第二次工业革命，开展标准化的现场服务，服务响应时间较长，服务成本较高。第三次工业革命，建立了以线下为主、线上为辅的标准化服务体系，实现了用户需求的快速响应，服务成本较低，大幅提升了用户满意度。第四次工业革命，建立了线上线下协同的一体化服务体系，实现了用户需求的实时响应与智能服务，开展设备远程运维、故障预测和健康管理等增值服务。

2.技术产业融合发展规律

制造业数字化转型是推动数字技术与实体经济深度融合发展的过程。随着新一代信息技术与产业的交叉融合，产业发展和结构演变呈现出新的共性规律，产业边界日益模糊、制造业服务链加速延伸、软件与硬件持续融合、闭源与开源的创新理念相互碰撞。

一是第一、二、三产业加速融合。产业融合是指在时间上先后产生、结构上处于不同层次的农业、工业、服务业在同一产业链、产业网中相互渗透、相互包含、融合共生的经济增长方式。在新一代信息技术的驱动下，产业的渗透、交叉和重组，促使第一、二、三产业的生产方式、企业形态和商业模式上不断趋同。一方面产业链加速延伸，第一、二、三产业渗透融合的路径已经产生，传统农业向农产品加工业、农村服务业演进发展，传统制造业向咨询服务业、生产性服务业升级的趋势明显。另一方面产业范围加速拓展，产业融合发展的新技术、新模式、新业态持续涌现，农业旅游、工业电子商务、工业物流服务成为产业转型升级的新热点。

二是产品和服务加速融合。互联网时代，市场从产品价格主导消费向价值消费与体验消费升级，用户体验成为产品价值认同的决定性因素之一。例如，通过提升用户黏性以口碑营销形式获取经济社会效益成为一种新的商业运作模式，用户体验的过程在很大程度上决定了供给侧的价值。在此背景下，制造和服务之间的界限越来越模糊，市场需求正从产品导向向产品服务导向转变，制造业企业从单纯提供产品向提供“产品+服务”转变。融合主体日趋广泛。产品和服务融合不是始于今天，但两者的融合对于制造业而言从来没有像今天这样广泛、深入和彻底。产品和服务融合正在演变成制造业头部企业的共同战略和群体行为，制造业头部企业大多已成功转型为服务型制造业。无论是IBM、卡特彼勒等国际巨头，还是陕鼓、徐工等国内领先企业，均从单纯的制造业企业向“制造业企业+服务商”转型，为用户提供多元化增值服务，以提升企业的利润空间。融合业态日渐多元。当前，新一代信息技术融合应用不断丰富服务手段和形态，服务和产品如影随形，服务活动以各种形态贯穿到产品全生命周期的各个环节，融入产品设计、生产过程、流通交付、维护管理和价值提升的方方面面。融合价值持续凸显。产品和服务融合是全球制造业价值链的主要增值点，是国际产业竞争的焦点，也是制造业企业走向高端的战略必争领域。打造产品的多元服务价值已成为制造业企业转型升级的重要支点，也是我国产业链价值链提升的必由之路。

三是软件和硬件加速融合。软件是互联网、大数据和人工智能等新一代信息技术的灵魂，随着新一代信息技术与产业的深入融合，软件产业的重要作用日益凸显，“重硬轻软”的发展趋势逐渐向“软硬并重”转变。一方面，工业软件与生产设备加速融合。软件产业紧随全球产业发展脉动，步入加速创新、加速迭代、群体突破的新时期，产品形态不断丰富，应用领域快速扩展，软件和硬件融合发展呈现新格局。工业软件通过与生产设备、生产设施等物理世界的互联互通，成为整个智能系统的一部分，实现数字化、网络化和智能化的生产模式，推动软件技术充分应用于制造业生产经营的各个环节。另一方面，工业软件与产品加速融合。随着人工智能、大数据和区块链等新一代信息技术的推广应用，企业生产对象从功能产品向智能互联产品演进，硬件通用化、软件个性化成为趋势。使用工业软件远程采集产品的数据壁垒，可实现远程运维和预测性维护，打通消费和生产、服务和制造之间的数据，重塑产品功能与性能，提升产品质量、使用效率与用户体验，并促进以智能产品为核心的服务生态。

四是开源和闭源加速融合。开源软件的蓬勃发展不仅有力支撑着软件产业的创新发展，也持续推动着新一代信息技术领域的整体格局演进。随着开源技术和商业模式的不断成熟，开源模式逐步颠覆了传统的闭源创新生态，并与闭源模式加速融合。一方面，“开源+闭源”的组合商业模式蓬勃发展。众多头部企业调整商业策略，通过开源社区汇聚智慧与力量，研发建设通用组件模块，以节省研发资金、激发创新活力，同时利用内部闭源方式开发核心模块、实现特色功能，以提升技术产品的可靠性和安全性。与此同时，头部企业会利用部分产品收益反哺开源社区和第三方开发者，以实现头部企业与社会创新力量的互促共赢。另一方面，开源模式成为达成闭源优势的必要手段。闭源的本质是垄断。以华为、谷歌等为代表，部分领先企业探索建设开放式技术创新平台，培育低门槛、广覆盖、有活力的创新生态系统，持续拓展开发者和消费者群体，支持全球开发者通过开源社区进行技术开发、维护和完善，吸引广大消费者通过终端开展技术导入、应用和优化，从而加速其核心技术创新突破和传播推广，充分释放其平台效应、网络效应和规模效应，以打造并巩固其技术领先地位和产品竞争优势。

（二）制造业数字化转型的本质

1.IT与OT融合

IT与OT融合是制造业数字化转型的重要动力。IT是新一轮科技革命中研发投入最集中、创新最活跃、应用最广泛和辐射带动作用最大的技术创新领域，具有高渗透性、高倍增性、高带动性和高创新性等特点。IT与OT的融合为传统制造业插上信息化的翅膀、注入数字化的基因，能够深刻改变产业结构、技术经济模式、生产制造方式和组织管理体系，加速推动传统制造业数字化转型。与此同时，IT与制造、能源、材料等技术加速融合，带动分布式能源、智能材料、柔性电子和增材制造等交叉领域蓬勃发展，孕育出工业互联网、能源互联网和新材料等新兴产品和业态，整体提升我国制造业创新发展的速度和质量。

2.资源要素变革

资源要素变革是制造业数字化转型的驱动引擎。历史经验表明，每一次经济形态的重大变革，必然催生也必须依赖新的生产要素。劳动力和土地是农业经济时代新的生产要素，资本和技术是工业经济时代新的生产要素。进入数字经济时代，数据正逐渐成为驱动经济社会发展的关键生产要素和新引擎。数据资源具有可复制、可共享、无限增长和无限供给等特点，能够打破传统要素有限供给对增长的制约，为持续增长和创新发展提供了新的可能。通过深度挖掘工业数据的潜在价值，不断提高数据流、物资流和资金流集成协同能力，充分发挥数据对传统生产要素的叠加、聚合和倍增效应，打造泛在连接、全局协同、智能决策的新型制造体系，可促进制造业全要素生产率和核心竞争力的大幅提升，为制造业数字化转型提供重要动力。

3.生产方式重构

生产方式重构是制造业数字化转型的重要组成部分。当前，随着产品分工日益细化，产品复杂程度日趋提升，技术集成的广度和深度大幅拓展，依靠单个企业、单个部门无法覆盖企业的创新和生产活动。当前，网络化协同的生产方式正成为制造业数字化转型的必然选择，每一次生产方式的重构都以生产效率的提升作为目标。随着新一轮科技革命和产业变革，新一代信息技术引领生产方式由线性链式向协同并行转变，带动“人、机、料、法、环”等资源要素的泛在连接、汇聚整合和按需供给，其不仅通过资源的优化配置，带来了成本下降、产量提升和质量改进等生产效率的单点提升，更重要的是通过价值模型的重塑，极大拓展了生产效率优化的范围，构建了资源共享、业务协同和互利共赢的新型制造网络，实现了生产效率的整体提升。

4.企业形态转型

企业形态转型为制造业数字化转型注入源源不竭的内在动力。企业形态是企业商业模式、经营管理模式、生产组织模式和服务模式等的具体承载与体现。随着生产力、生产关系的持续变化，企业形态不断进行着“平衡—发展—突变”的演化。在数字经济的时代背景下，企业形态正朝着扁平化、网络化和自组织的方向发展，通过跨企业的业务流程体系、充分的员工赋权及精准的绩效激励，可突破企业边界和规模，形成以激发人的创造性为导向的自组织和价值网络，从高度集中的决策中心向分散的多中心组织转换，强化企业内部、企业之间，以及企业与用户之间的资源整合和业务协同，从而最大程度地满足用户的需求，提高可持续发展的能力。

5.业务模式创新

业务模式创新是制造业数字化转型的直接体现。传统的企业模式优化着重于借助信息系统将已有业务从线下迁移到线上，利用信息技术提高效率、降低成本。而数字化转型背景下的企业模式创新则强调通过新一代信息技术与业务的全方位、多层次深度融合，重塑企业的业务架构。近年来，数字化管理、平台化设计、网络化协同、智能化制造、个性化定制和服务化延伸等一批基于平台的创新模式层出不穷，推动企业生产方式、组织模式和商业范式深刻变革，实现更大范围的资源配置、更高效率的协作分工和更高价值的创造实现。融合发展新模式为制造业企业数字化转型注入了新动能，明确了制造业企业创新发展的方向，成为制造业高质量发展的重要潮流和趋势。

（三）制造业数字化转型的核心理念

制造业数字化转型是一项涉及战略调整、能力建设、技术创新、管理变革和模式转变等多种创新的复杂系统工程，由数据、软件、模型、平台和价值绩效等多种元素构成。推进制造业数字化转型，需以数据为核心要素，以软件为主要工具，以工业互联网平台为基础支撑，以数字化、网络化、智能化为发展方向，以价值提升为终极目标。因此，制造业数字化转型的核心理念主要包括数据驱动、智能主导、软件定义、平台赋能和服务增值，如图1-4所示。

1.数据驱动

数据驱动是指通过整合和提炼数据施加“外力”，辅助决策和行动。数据驱动集中体现在用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新和用数据赋能等方面。例如，利用电子病历数据库，通过历年数据积累，在电子病历和健康档案中记录患者的健康状况，并通过数据分析个人的身体状况，提醒就医时间，在就医时，医生可以非常便利和准确地了解既往的就医记录；制造业企业通过跟踪产品及零部件供应链的实时数据，可及时调整生产计划，降低库存，减轻企业的资金压力。

海量数据资源在数字化转型过程中的价值愈加凸显。与传统的土地、劳动力和资本等要素的稀缺性和易耗性不同，数据资源具有可复制、可共享、无限增长和无限供给等特点，越使用价值越大。一方面，数据是数字化转型的“石油”，是新型“燃料”，数据流动（石油燃烧）产生动力，动力带来价值，数据的流动带动技术流、物资流、人才流和资金流的集成协同，发挥叠加、聚合和倍增效应，加快制造业数字化转型的步伐。另一方面，数据是数字经济时代的“钻石矿”，通过挖掘提炼产生价值，体现在通过多维度、多领域数据揭示单一数据无法展示的规律，增加确定性、可追溯性、可预判性，降低风险，实现用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新和用数据赋能。

2.智能主导

智能主导的本质是以智能化引领制造业数字化转型。万物互联、深度学习、人工智能、虚拟现实、量子计算等新一代信息技术共同驱使人类智能迈向更高境界，引发多领域的系统性、革命性和群体性技术突破，将制造业带入一个感知无所不在、连接无所不在、数据无所不在的新时代，带入一个独立要素可不断整合为小智能系统、进一步实现小智能系统不断融入大智能系统、大智能系统不断演进为超级复杂智能系统的新时代，从而引领制造业创新发展。

智能主导强调局部优化向全局优化转变。如果说自动化是单点、低水平和有限的资源优化，那么智能化就是多点、高水平和全局的资源优化。智能化的核心是以网络空间的信息流优化物理世界全要素、全价值链、全产业链的资源配置效率。其中，最具代表性的结果是实现智能制造与智能产品：从智能制造来看，智能主导强调推动生产管理与生产制造的全面自感知、自优化、自决策和自执行，实现生产设备、生产线、车间及工厂的智能运行；从智能产品来看，智能主导强调产品逐渐从功能性向智能性演进，形成可实现泛在感知、智能响应和自我优化等功能的智能产品。

3.软件定义

定义是对事物的本质特征或概念内涵和外延的说明。对产品来说，定义通常是指产品的功能。软件定义是指利用软件程序对产品赋予应用功能和使用价值，满足用户日益复杂的多样化需求。例如，通常情况下，智能手机每增加一个App，就增加一项功能，这时就要对智能手机重新定义。智能手机既是传统的无线电话，也是计算器、照相机、电视机、录音机、镜子、导航仪、指南针、游戏机、公交卡和信用卡等产品的集成，上述功能均由软件实现，即“软件定义手机”。同样，数控机床每增加一个软件，就增加一项功能，就要对数控机床重新定义。目前，软件定义的理念已得到广泛的实践。例如，“软件定义网络”“软件定义制造”“软件定义服务”等。基于软件定义的理念，一方面是在产品硬件受限的条件下，尽可能用软件去拓展产品的功能，实现功能最大化、价值最大化；另一方面也是要不断用软件去替代硬件的功能，实现硬件技术软件化，降低产品成本，增加灵活性和扩展性。

新一代信息技术的发展离不开软件技术的进步与推动。互联网通过软件实现信息的分享、互动、虚拟和服务，其中工业互联网平台本质是工业操作系统，其应用服务层的核心是工业App。云计算通过底层资源虚拟化、平台资源调度等软件技术，实现对大规模计算资源和存储资源的整合。大数据从数据的采集、存储与管理，到挖掘、分析、应用、运维及交易，均是以软件产品或服务的方式来落地的。人工智能的核心是软件开发框架，实现对智能算法的封装、数据的调用，以及计算资源的分配使用。区块链的本质是一种分布式数据库软件，具有分布式记账、点对点组网、非对称加解密、数字签名和智能合约等软件技术。数字孪生以数字化方式复制物理对象，模拟物理对象在现实环境中的行为，对产品、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真，使企业能够感知设备的实时状态，及时预测和诊断问题，这一过程实际上就是硬件、知识和工艺流程的软件化，进而实现软件的平台化。

软件定义已经成为制造业数字化转型的关键支撑。从生产全产业链来看，软件正深刻改变着研发设计、生产制造和企业管理环节。制造业的数字化、网络化、智能化实质就是制造业的软件化。在研发设计方面，制造业企业利用数字孪生技术，可直接在数字空间进行模拟，实现更加便捷的设计，改变了过去要先造一个模具的方式。在生产控制方面，软件技术全面融入生产制造全过程。例如，西门子德国安贝格利用工业软件进行生产控制，实现多品种工控机的混线生产，产品合格率高达99.99%。在企业管理方面，各类管理软件成为提升企业管理能力的关键，其本质是管理理念和方法的软件化。世界一流企业在软件化发展方面，都将管理软件作为重中之重。

4.平台赋能

平台是数字经济时代协调和配置资源的基本经济组织，是价值创造和价值汇聚的核心。平台新主体快速涌现，商贸、旅游、交通和工业等垂直细分领域平台企业发展迅猛。从特征上看，平台是“双边市场”，不仅直接提供产品和服务，还为供需双方提供“交易场景”。平台价值创造的根本在于对用户数据的采集、传输、处理和分析，并基于算法推荐，最终实现供需双方的精准匹配。

平台从商业领域向制造业领域扩展，成为制造业数字化转型的关键支撑。当前，平台加速向制造业领域扩展渗透，促进工业生产分工协作方式从线性分工向网络化协同转变。未来，制造业之争是平台之争，谁掌控了平台，谁将拥有规则的制定权、标准的话语权和生态的主导权，也将抢占到制造业竞争的制高点。作为平台经济最活跃的新业态，工业互联网平台不断汇聚工业企业，并撮合应用开发者和企业用户之间交互，构建一个网络化的工业生产协作生态，实现数据资源、制造资源、设计资源等的汇聚整合和高效利用，驱动规模经济向范围经济转变，传统的单品种、大批量、标准化的生产方式向多品种、小批量、个性化、定制化的生产方式转变。

5.服务增值

制造业服务化的过程，是企业竞争优势重塑的过程。我国制造业长期以加工制造为主，处于价值链的中低端，加快从传统单一的制造环节向两端延伸，提高产品附加值是我国产业高端化发展的关键。随着新一代信息技术在制造、服务环节的应用协同，制造业服务化趋势愈加明显，从提供产品向提供“产品+服务”快速转变。越来越多的制造业企业围绕产品全生命周期的各个环节，不断将能够带来商业价值的增值服务融入其中，推动原有制造业业务向价值链高端迈进。

制造业数字化转型加速服务链延伸，为制造业带来新增价值。在制造业数字化转型的过程中，制造业企业充分发挥互联网无缝连接用户的优势，以提升用户体验为目标，借助移动互联网、物联网、虚拟现实和人工智能等技术实现远程运维、互动营销、产品追溯和虚拟体验等多种增值服务，加速从卖产品向卖服务转变。随着新一代信息技术与制造业融合深度与广度的持续拓展，制造业的价值链将日趋延展、服务范围持续扩大、服务方式日益多样，这不仅为制造业带来更多的新增长点和附加价值，也为用户提供更全面、更便捷和更灵敏的增值服务。