可是，工业领域的高价值创新不会随心所欲发生，不会因为工程师的突发灵感或者企业家的奇思妙想就轻易出现。制造业的重大创新都会面临巨大投入和极高风险，这需要有动机、有压力，而且需要知识、经验和支持系统，创新也一定发生在某些特定的关联环境中。
所以，德国要将工业4.0上升为民族战略，美国工业巨头极力推进工业互联网，中国政府强势推动中国制造2025。工业大国都在不遗余力给产业创新升级搭框架、建系统，创造各种基础条件。
工业创新之路并非方向清晰一片坦途，后进者面临领先者高高的技术壁垒，而领先者则面临技术路线的高度不确定性，中国、美国和德国在工业体系结构上各具优势，也都不同程度遭遇了创新者的窘境。
制造业创新的三级梯队
全球制造业已基本形成四级梯队发展格局：第一梯队是以美国为主导的全球科技创新中心；第二梯队是高端制造领域，包括德国、日本；第三梯队是中低端制造领域，主要是一些新兴国家，包括中国；第四梯队主要是资源输出国，包括OpEC(石油输出国组织)、非洲、拉美国家。
全球新一轮工业革命正在发生，在智能制造或工业4.0时代，新一代信息通信技术与制造业融合发展，是新一轮科技革命和产业变革的主线。在全球制造业版图的重塑过程中，第一梯队（美国）和第二梯队（德国、日本）的地位将进一步巩固，第三梯队（中国）有望升级，并逐步纳入到全球制造业体系。决定一个国家制造业梯队层次和升级方向的关键因素，就是创新驱动。而不同路径的创新驱动，成本效率和商业回报大不一样：
美国偏重市场创造型创新
比如诞生于美国的IBM大型机最初造价高达几十万美元，且仅供一小批专业人士使用；个人电脑则将价格降至2000美元，使消费者群体扩充至几百万人；现在智能手机只要200美元，从而将消费者群体扩充至全球数十亿人。美国创新者往往通过对复杂或昂贵产品进行革命性改进，同时推进能够提高产量、降低成本的技术进步，创新商业模式，吸引新的消费者群体，创造出全新的市场。
德国日本偏重效率提升型创新
比如智能工厂和智能生产的最终实现，需要创新者对数控机床、热处理设备、机器人、AGV、测量测试等各种数字化设备进行互联互通及智能化管理，而德国基于自身雄厚的嵌入式技术、工业软件等优势，在智能制造装备、过程管理、技术应用等方面占据全球领先位置。日本则强于流程创新，例如丰田的零库存生产系统，能使公司原本两年的库存周期骤减为两个月，帮助公司释放了大量资金。
中国偏重成本创新
比如联想收购IBM个人电脑业务、X86服务器业务以及摩托罗拉移动业务，并称硬件也是一门好生意。联想何以自信能将亏损的硬件生意做成能赚钱的好生意？中国制造商大多很擅长毛巾拧水，一是做到更大规模，在原材料的采购上就会产生协同效应，降低采购成本；二是随着规模的扩大，费用率也会大幅下降。再如华为要求员工不要去重新发明轮子，强调超过30%的创新是浪费，这就是华为的研发策略。华为研发高效率的根源，就是快速进行微创新，不断优化成熟产品，然后快速转化为商业回报。
为什么中国制造业创新仍属于第三梯队？
美国靠创新产品取胜，德国、日本靠创新生产系统流程取胜，中国靠后发优势（或者跟随战略）取胜。中国社科院权威发布的《产业蓝皮书：中国产业竞争力报告（2015）》指出，中国作为一个发展中国家，与发达国家相比，产业发展水平、科技创新能力还有相当大的差距，仍有可利用的后发优势。只是在中国成为中等偏上收入国家之后，利用后发优势的难度较以前有所加大，不能简单地靠利用成本优势、资源优势把这种后发优势发挥出来，只有通过一定程度的创新才能将潜在的后发优势发掘出来。
跟随战略与成本创新
中国制造业利用后发优势的创新路径和策略，国有企业和民营企业是不一样的。
国有企业将美国、欧洲和日本现有的产业门类和技术性能作为固定靶，集中力量缩小产能与技术差距，最终形成了工业与技术上的跟随模式。在此过程中，力求用市场换技术，实现引进、消化、吸收（尤其是关键零部件国产化），沿着成熟产业链识别出那些限制中国企业获得更高附加值的核心技术，然后组织工程师进行技术攻关。跟随战略使中国工业在很多核心技术点上实现了突破，比如中国的高铁和核电产业已达到世界一流水平，并开始反攻国际市场。
用市场换技术实现产业技术的逆向创新突破，存在很大局限性必须是国家控制力很强的市场，才能换到好的技术。比如中国的高铁和核电市场有多大，完全取决于政府投资规模，海外技术输出国要是不拿出成体系的先进技术，就会丧失在华市场份额。但是，对于国家控制力不是很强的市场，比如中国汽车产业就是开放了市场却换不来好的技术。中国人偏爱哪个品牌的汽车，国家控制不了，跨国汽车公司在中国拥有多大市场份额与转让多少先进技术关系不大。
民营企业进行技术创新主要以市场回报为导向，只要创新策略得当，工业1.0的中国制造商可以打败工业3.0的国际对手。以比亚迪为例：比亚迪最初从生产电池起家。很多年前，创始人王传福带着200万人民币去日本准备购买电池生产线，惊异地发现一条生产线要数百万美元。对于中国企业来说，买不了生产线，与这个项目没法做是同一个意思。但王传福不这么想，他知道他要的，说到底是把电池生产出来，而不是某条特定的生产线。于是他把生产流程分解为一个个可以由人工完成的工序，发明了一种半自动生产线，这种以手工＋工具方式进行产品制造的生产线，成本只要100万元。锂电池生产线之所以昂贵，是因为整个生产线必须在全封闭的无尘室中。比亚迪的设计人员发现，真正要防尘的是电池而不是人，所以设计出一个两端有手套的透明无尘操作箱。因为这一系列奇特的生产方式，使比亚迪的固定资产投资是日本同类企业的1/15到1/10，而产品的价格又能做到比对手低40%。
中国民营制造商通常是自以为能行，实则是贸然行动，捉襟见肘、跌跌撞撞走到了今天，又确实抓住了历史机遇。民营企业大多是先冲业务后做技术，有了业务就敢融资买技术，而且更看重技术的实用性，更偏重成本创新。
多年追随战略和成本创新的努力使中国制造业体系获得可观的规模优势。根据美国《纽约时报》的调查：中国工业拥有世界最完整的供应链条。中国是世界上唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类(39个工业大类、191个中类、525个小类)的国家，形成了门类齐全、独立完整的工业体系。小到螺丝钉等基础零件，大至通信、航天、高铁，这样就可以随时就地取材，整装待发。
同时，在中国迈向高收入国家行列的过程中，中国制造业的后发优势要再挖掘更多潜力，已变得非常困难。你在后面跟着跑的时候，技术路线是清晰的，你很清楚方向在哪里，你不必因技术方向的不确定性承受太多风险成本。当你接近领先者（或者成为领先者）的时候，你前面将是层层迷雾。你不会总能预见未来是怎样的世界，你只能先假设未来世界会怎么样。假设对了，你就成功了，引领创新潮流。假设错了，就可能陷入类似索尼、夏普、松下一样的衰退局面。你选错了方向，将资源用错了地方，当然就衰落了。当今制造业的研发资源极其昂贵，稍微方向不对，就会造成巨大的浪费。但你做技术创新，怎么可能保证不出错？未来，中国制造业的创新研发会面临越来越大的试错成本。
主导产业生态比主导产业链更重要
眼下，全球正在孕育一场以智能制造为核心的产业剧变，中国制造业已经站在十字路口上。3D打印、智能机器人、物联网、智能工厂接踵而来。中国制造远不像人们想象的那么强大，西方工业也没有衰退到依赖中国的程度。
欧美工业强国正在加紧勾勒未来工厂的蓝图：比如你想要一台智能电视，你只需要打开App，输入你的定制化要求，信息就会发送给工厂，工厂将你表达的产品种种特性转化成数据，然后通过计算来安排物料的配送、零件的打磨以及机器的组装。最重要是，这条流水线上每个元件都是按照你的意志生产的，它有自己的身份信息，机器也会解读这些信息，如果不符合马上就调整，然后自动装配。当然，整个过程几乎无人参与其中。
智能制造要达到这样一种效果：你的可乐根据你的肥胖程度来添加糖分，你的香水按照你的性格来调制，你吃的药依据你的基因去配方这就满足了现今人们对于多样化、个性化产品的追求。
在智能制造和工业无人化的大趋势下，中国制造业转型升级所面临的最大创新窘境是缺乏体系主导力。
当今全球产业和技术竞争的关键点，已经从产业链转向产业体系（产业生态系统）。比如，谁能掌握航空发动机的核心技术，谁就能控制飞机产业链的关键点，谁能掌握CpU芯片的核心技术，谁就能控制pC产业链的关键点，这就是产业链竞争。但智能制造除了要控制产业链的关键点，更要控制形成产业生态的关键系统。
工业4.0或者工业互联网要实现产品定制化、多样化，必将产生海量数据，以德国安贝格工厂为例，其生产线上的在线监测节点超过1000个，每天采集数据逾5000万个。如何监测并追踪这些数据，传感系统和云计算系统非常关键，一定要有能精确跟踪生产过程的高敏感度传感器，并搭建起高效可靠的云计算网络，但世界上能够供应高端工业传感器的厂商屈指可数，能够提供完整云计算解决方案的更是时代王者。
CpS（一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统）被德国视为工业4.0的核心，这是德国工业创新的方向。注意：CpS不是一种技术或软件，而是一种行动目标，一种包罗万象的系统工程。CpS是以万物互联为基础、对数字计算和物理过程两方面的协调管理，追求生产制造系统的数字化与虚拟化，以及数字虚拟工厂与实际工厂之间的紧密对接和高度一致。
CpS将全球制造业带入系统竞争时代，不同CpS（及相应的产业生态系统）将对市场主导地位展开激烈争夺。如果在系统层次、发展方向上受制于人，对任何局部技术和解决方案（如机器人、传感器等）的攻关都将事倍功半。
如此看来，中国制造业创新升级的核心要点在哪里？国内更关切中国是否要像欧美国家那样经历一个大规模机器换人的过程？当今中国工业体系中的巨大存量能否有益于中国产业升级，实现存量升级的关键环节和微观基础是什么？
将这些具体问题上升到更高层次，智能制造、工业4.0和工业互联网，概念不同但指向一致，都是系统工程、系统竞争，丧失系统主导权的后果将是后续的知识密集型服务（维护、咨询、升级）拱手让人。
赢得系统主导权的一方，智能制造、机器换人实现后释放的人力资源，将会进入更高价值的知识服务领域。中国若是输掉系统主导权，机器换人只能导致中国经济内部就业岗位的净减少，中国制造业仍徘徊在产业链低端环节，将长期困守全球制造业创新的第三梯队。
以柔性制造应对全球产业变局
中国制造业因为不掌握系统主导力，哪怕是实行多年的跟随战略和成本创新现在也难以为继，开始遭遇不小的创新阻力。美国、德国站在全球产业剧变的最前沿，难免也前路不明、不断试错，面临不同程度的创新窘境。
美国企业家擅长从零到一的创新，很多创新都是颠覆性的，一个创新出来其他相似的行业都要死掉。德国企业家强于从一到N的创新，专注搞中间技术。工业4.0就是用更为系统化、集成化和整体化的思路去提升制造水平，能使制造业变得更精密、更高效。可是，德国并未推出多少先进科技产品，先进科技产品还是美国推出最为密集。
在市场需求多样化、定制化的当代世界，高科技含量的新产品更新换代的速度也越来越快，这对制造业灵活度的要求也越来越高。
很多大型工业企业都有过受制于ERp（企业资源计划）的时候，高度自动化的ERp系统很早就大规模应用于德国工业领域，能提高集成度，但是会降低灵活度。产品最好不要修改，一旦要修改就会遇到大麻烦，因为缺乏适应性。这是德国制造业创新面临的一大窘境。
科技原创力很强的美国，往往受困于资本环境。由于美国投资者笃信资本效率的重要性，金融界衡量利润能力的工具，早已不是赚进多少美元、日元和人民币，而是净资产回报率（ROE）和投资资本回报率（ROIC）等财务指标。高价值的原始创新往往需要5到10年的投资回报期，而效率提升型创新只要1到2年就能见效。当美国投资者用财务指标衡量一些创新时，耗时甚久的高价值原始创新无疑很难胜出。
美国政府力推再工业化战略，主动资助多个IMI（美国制造业创新机构），引导懂得进取的企业领导人意识到，工厂是一个值得投资的创新和利润中心，而不仅仅是一个只需要削减成本、有时甚至因为战略价值低而进行海外外包的成本中心。而哈佛商学院著名教授克里斯坦森仍大感困惑：即便资本成本已创下历史新低，怀揣着巨额现金储备的企业依旧不愿投资那些可能促进发展的创新活动。穆迪投资者服务公司的公开数据显示：2015年美国非金融类企业的现金储备总额达1.73万亿美元，其中近1/3掌握在苹果、微软、谷歌、思科和甲骨文这五大科技巨头手中。
中国制造业光谱非常宽泛，从工业1.0到工业3.0甚至工业4.0的各种成分同时存在于单一经济体系内部，转型升级的创新动力很难再靠跟随美国或者跟随德国，况且无论是美国GE的智慧工厂还是德国博世力士乐的思考型工厂，都还只是一种将来时的概念。
突破制造业创新窘境的根本出路，一定是基于本国产业生态的核心优势。中国制造业产能世界第一，拥有比日本大四倍多的供应商体系、1.5亿富有经验的产业工人和相当现代化的基础设施。中国规模巨大的本土市场和发展健全的供应链，可以实现创新（技术和产品）的快速商业化，并使中国企业获得成本优势。
必须看到，工业4.0、智能制造并不是一场革命，不会导致中国现有工业体系一夜之间江山变色。全球经济对精密复杂产品的灵活制造需求，美国、德国都不能完全满足。而中国工业体系需要将柔性生产、敏捷制造视为创新突破的重要方向，尽快走出创新窘境。中国必须固守全球制造业中心地位，以持续的开放性和灵活性应对近在眼前的全球产业变局。
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