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【科研成果】汽車產業變革的特征、趨勢與機遇

說兩句

圈子: 2018-10-22 13:05:38

【科研成果】汽車產業變革的特征、趨勢與機遇

【作者】趙福全,劉宗巍*,郝瀚,史天澤


【單位】清華大學汽車產業與技術戰略研究院


【期刊】《汽車安全與節能學報》2018年第9卷第3期


【摘要】針對當前汽車產業正在發生深刻變革的復雜局面,從引發產業變革的根本驅動力切入,從價值鏈規律、產業格局重構、產品屬性變化等不同維度,系統分析了產業變革的特征與趨勢,指出汽車產業的內涵與外延正在不斷擴展;綜合辨析了智能化與網聯化的關系、發展路徑、商業模式、產業平臺公司及出行轉型策略等智能網聯汽車的關鍵問題;全面闡述了汽車智能制造的體系內涵、戰略要點、未來圖景及升級路徑等核心觀點。最后基于產業跨界融合發展的前景,指明了制造體系升級和服務體系升級兩大戰略方向,指出了當前中國汽車產業的主要發展機遇。


【關鍵詞】汽車; 智能網聯汽車(ICV);智能制造; 跨界融合; 產業變革; 科技革命; 發展策略



1  汽車產業進入全面變革的驅動力


以互聯網、大數據、云計算、人工智能等技術為代表的新一輪科技革命,正在引發全球制造業的深刻變革。作為傳統制造業中的集大成者,汽車產業也正步入前所未有的變革期。互聯網公司、大數據公司、科技公司以及新型模式運營公司等外部力量紛紛跨界進入汽車領域,與傳統整車企業和零部件企業一起推動產業加速轉型升級,受此影響,車輛本身、車輛與用戶、車輛與車輛以及車輛與外部環境之間的商業模式與生態結構將完全不同。在本輪變革過程中,汽車產業將與信息等相關產業實現空前緊密的相互融合,不僅改變汽車產業格局,而且波及能源、環境、交通等領域并最終改變人類社會生活的方方面面,孕育著廣度和深度空前的發展機遇。


如圖1所示,當前汽車產業的深刻變革是科技革命與制約因素內外共同作用的結果。一方面,新一輪科技革命的主要代表技術都將在汽車領域得到廣泛應用,從而為產業升級提供了強有力的科技驅動;另一方面,能源消耗、環境保護、交通擁堵和行車安全即所謂汽車社會的“四大公害”,給產業可持續發展帶來的壓力與日俱增,要求汽車產業必須化壓力為動力,把握機遇提供全新的解決方案。由此導致本輪變革呈現全面轉型升級的特征,涵蓋了產品形態的重新定義、產業發展的全面創新、制造體系的重大升級和產業生態的深度重塑。

                            

圖1  汽車產業的深刻變革


本輪全面變革的驅動力,可以歸納為能源、互聯和智能3大革命以及由此引發的6大革命性變化。能源革命,意味著電池、電機、電控即所謂“三電”,將成為新的核心技術,圍繞“三電”技術將出現與傳統產業鏈條并行的全新產業鏈。互聯革命和智能革命,兩者相輔相成,互為促進,意味著新的汽車核心技術、新的汽車制造模式、使用模式、維護模式以及新的基礎設施,將會催生全新的產業生態。由此帶來汽車的六大革命性變化:一是由信息“孤島”向信息“海洋”轉變;二是由人駕駛車向車自駕駛轉變;三是由耗能機械向可移動的儲能供能單元轉變;四是由擁有使用向共享使用轉變;五是由汽車制造向汽車“智能制造”轉變;六是由移動工具向出行服務轉變,具體如圖2所示。這是本輪汽車產業深刻變革的根本原因,將會帶來前所未有的新機遇和新挑戰。


圖2  三大革命驅動汽車產業深刻變革


2 汽車產業深刻變革的特征與趨勢


2.1 汽車產業價值鏈變化的特征與趨勢


從價值鏈維度看,汽車產業價值鏈已不能再以原有規律進行分析和評估。基于汽車產業“連接+數據”趨勢對各個環節全面影響的系統研究,作者對制造業“微笑曲線”理論進行了修訂和發展,從理論層面闡釋了未來汽車產業的價值鏈規律,即在新形勢下汽車產業價值鏈將呈現“總量上升、重心后移”的基本特征與發展趨勢。總量上升意味著汽車產業價值體量將整體上揚,比以前創造更大的商機和價值;重心后移則是指汽車產業價值內涵向服務端,尤其是出行領域深度擴展,這一傳統汽車企業很少關注的領域,將由于汽車產業價值鏈外延而產生巨大的商業發展空間,具體如圖3所示,其中C2B是指……,B2B是指……。


圖3  汽車產業價值鏈的顛覆性改變


傳統汽車產業價值鏈聚焦“制造”,而未來新的汽車產業價值鏈則是“制造+服務”的集成。“服務”的增加并不只是體現在微笑曲線的后端,而是貫穿于汽車設計研發、采購物流、生產制造、銷售及售后服務的各個環節,包括設計端的軟硬分離、眾籌眾包,制造端的分散式制造、模塊化分工,銷售服務端的用戶畫像、精準營銷以及全新的保險、金融等。這些都是“價值體量上升”的根本原因。


另一方面,汽車服務體系的升級與擴展趨勢更為突出,不僅將對整個汽車后市場,更將對人類出行方式產生深刻影響,從而形成全新的出行生態圈。在自動駕駛技術的支撐下,汽車共享程度將逐步提高,使汽車如何擁有、使用、維護、管理、服務以及回收等都發生根本性改變,出行服務逐漸被越來越多的汽車企業所關注并作為核心業務來布局發展,由此汽車產業的微笑曲線呈現出“價值重心后移”的新特征。


為應對上述變化,各類企業都必須努力圍繞汽車全產業鏈實現數據的打通和價值的深度挖掘。對于汽車企業來說,要重視自身全產業鏈的數字化、信息化、智能化升級,這將帶來企業運營效率的全面提升,并產生新的商業價值;對于信息通訊技術企業而言,應把握機遇重點探索云平臺、大數據、人工智能在汽車產業的系統化應用的戰略機遇。


2.2 汽車產業格局變化的特征與趨勢


從產業格局維度看,汽車領域的競爭格局正在發生重大改變,呈現“多方參與、競爭合作,你中有我、我中有你”的復雜態勢。除了傳統整車企業、供應商和經銷商以外,信息通訊技術企業(以互聯網公司最具代表性)、全新硬軟件科技公司、新的運營商、服務商、內容商以及基礎設施公司等不斷融入汽車產業,使原本垂直線型的產業價值鏈逐漸演變成交叉網狀的出行生態圈。在汽車發展史上第1次進入產業漸趨無邊界的局面。產業可以無邊界,但企業經營不能無邊界。汽車產業漸趨無邊界與企業經營必須有邊界,正在成為新時代汽車產業的主要矛盾。汽車產業格局重構帶來的最大挑戰在于,無論新舊企業都面臨著同樣一個難題:究竟未來產業的核心在哪里?自己的核心業務應該如何定位?如圖4所示,汽車產業從未像今天這樣生機勃勃而又倍加復雜,諸多不同參與方都成為了未來出行服務生態圈不可或缺的重要組成部分,而沒有任何一類企業能夠擁有全部所需的能力。換言之,任何一類參與方其實都是不可或缺的,每一方都有各自的優勢和短板,也都有不同的機遇和挑戰。


圖4  未來汽車產業競爭格局的變化


為應對產業生態發生的巨變,各類企業都必須理清關鍵問題,找準自身定位,明確產業分工,調配內外資源,構建起自己的產業“朋友圈”并不斷擴展,同時不斷提升自身在“朋友圈”中不可替代的獨特能力和優勢,進而搶占未來競爭的戰略制高點。實際上,當前全球主流車企幾乎都在以收購、合資、戰略合作以及孵化等手段,加強在車聯網、大數據、自動駕駛和移動出行服務等領域的布局。作為案例之一,圖5總結了豐田汽車構建自身“朋友圈”的情況,這家原本相對保守的傳統汽車企業正以前所未有的力度不斷加大出行服務領域的投入,以應對日益復雜的產業生態重塑,確保自己的核心戰略地位。


圖5  豐田汽車的出行生態布局(截至2017年)


總體而言,本輪產業格局重構將會引發汽車產業的本質發生改變,本文中將其總結概括為汽車產業即將進入全新的3.0時代。汽車誕生之初的1.0時代,是一個企業也即一家工廠獨自打造汽車;在福特“流水線”出現之后的2.0時代,形成了真正意義上的汽車產業,即出現了產業分工,形成了整車制造商、配套供應商以及汽車銷售商的完整產業鏈,最終演變成今天這樣一個健全產業打造汽車的繁榮局面;而即將進入的3.0時代,則是汽車圍繞出行功能形成跨界交融的產業生態圈,多個產業一起參與打造基于汽車的未來移動出行(mobility)新業態。如圖6所示。

 

圖6  汽車產業的演變


正因如此,汽車產業的屬性及其重要度也將發生改變。如果說,過去作為制造業的集大成者,汽車主要與制造業的安全息息相關;隨著規模躍升至全球翹楚,汽車又成為國家能源安全、環境安全和交通安全的關鍵所在;那么,未來汽車的智能化網聯化升級則將使其成為信息安全的重要組成部分。全球對于汽車產業的重視程度不斷提升,中國汽車產業在國民經濟中的地位更是前所未有,且還在與日俱增。顯然,對于后發的中國而言,汽車產業正迎來前所未有的戰略機遇。


2.3 汽車產品屬性變化的特征與趨勢


從產品屬性維度看,汽車將逐步由帶有電子功能的機械產品,向帶有機械功能的電子產品轉變。在此過程中,汽車產品中硬件和軟件的構成比例將發生顯著變化。如圖7所示,當前,汽車主要還是硬件主導定義產品,各個不同的汽車品牌也主要基于硬件性能區分各自的產品定位和差異;未來,汽車中軟件的比重將越來越大,直至超過硬件,由此汽車的產品屬性和品牌定義都將發生根本性改變;同時,硬件和軟件的開發基于完全不同的思維邏輯:硬件靠換代升級才能實現技術進步,而軟件則可以通過迭代開發及“空中下載” (over the air, OTA)技術進行在線升級,來實現產品的不斷完善和技術的升級進步,以滿足日益提升的用戶體驗需求。相應的,硬件的開發也必須采取全新的理念,即必須為支撐軟件的不斷迭代升級而做充分的預留。未來最好的汽車產品必須做到軟硬最好的結合,為此制造業思維和互聯網思維必須相互融合、有效組合。


圖7  未來汽車產品競爭力的改變


當然,硬件和軟件其實是不可分割的,硬件仍然是未來汽車的根基和必要條件,而軟件則是未來汽車的靈魂和充分條件。軟件的強大必須基于優秀的硬件來實現,如果沒有好的硬件,軟件將成為無本之木;反過來說,如果沒有好的軟件,再優秀的硬件也無法發揮出最佳的效能,難以構成最優質的產品。因此,在面向全新屬性的汽車產品開發過程中,為了給軟件迭代打好基礎,汽車設計師必須給硬件做好預留,以確保升級后的軟件能夠很好地發揮作用。這種為軟件做硬件能力預留的設計方法是傳統汽車設計師不曾采用的,它既挑戰中國汽車產業對未來硬軟件發展速度的準確判斷,也影響產品投入初期的性價比。為了有效解決這一矛盾,一些企業也開始嘗試通過可拓展模塊的設計理念來實現硬件升級迭代的目的。總而言之,隨著軟件在汽車產品中作用的不斷增大,未來汽車設計師必須導入全新的產品設計與試驗驗證理念:為有效實現產品設計功能,必須“軟硬并重”;為將產品性能發揮到極致,必須“軟硬融合”;從產品開發方法及開發周期差異化的角度,必須“軟硬分離”;從產品性價比的角度,必須“軟硬平衡”。硬軟兩方工程師的優勢互補、互為支撐是成功開發未來汽車的基礎和前提。


2.4 汽車產業的內涵與外延正在不斷擴展


與一般制造業不同,關聯廣泛、高度復雜的汽車產業在本輪深刻變革中呈現制造體系與產品形態雙向并行、互為促進的趨勢。一方面,汽車將為整個工業體系的智能化升級提供先導、基礎和載體,也唯有汽車智能制造體系方能滿足打造未來智能汽車的需求;另一方面,未來智能汽車將為智能制造體系的升級提供最強的拉動,兩者互相影響、互為促進,進而形成全新的汽車產業。汽車將與未來科技、未來產業、未來產品、未來社會以及未來能源、未來環境、未來交通、未來生活形成緊密而全新的關系,從而使汽車的內涵與外延得到不斷擴展。在此過程中,汽車將以出行、互聯、共享、服務等全新特征,在大交通、大能源和大環境中扮演全新角色,并催生出產品、技術、用戶體驗、商業模式和應用場景等多維度全面立體的創新機遇。具體如圖8所示。接下來,本文就從智能汽車及智能制造兩個層面來展開論述。


圖8  汽車產業與產品的內涵和外延不斷擴展


3 智能網聯汽車發展的關鍵問題


3.1 車輛智能化與網聯化的相互關系


智能網聯汽車又稱智能汽車,是全球業界公認的發展方向和重大機遇,包含了車輛智能化與網聯化這兩個緊密關聯但并不相同的維度。如圖9所示,傳統汽車以及新能源汽車作為產品載體,通過智能化和網聯化的技術賦能,實現與外界環境的充分聯接,這樣才構成了智能網聯汽車的全部內涵。其中,主要使用電能直接驅動的新能源汽車是智能網聯技術的最佳載體,而傳統燃油車通過電子電器架構升級,同樣可以而且也必須向智能化、網聯化方向進化。車輛本身的智能即智能化,主要體現在自動駕駛和人機交互兩方面,前者將由當前的輔助駕駛系(advanced driver assistance system, ADAS)逐步發展而來,后者最終將以智能座艙的形式體現在汽車產品中,同時人工智能是自動駕駛和人機交互獲得能力提升的關鍵;而車輛與外界的互聯即網聯化,主要體現在通過端、管、云,打通車內與車外,實現云-端一體化的融合計算及服務。而車輛一旦與外界環境,包括人、其他車輛、基礎設施、其他智能硬件以及各種服務設施聯通,就可以為各種商業模式的創新和出行服務的集成創造無限可能的發展空間。


圖9  車輛智能化與網聯化的關系辨析


對于智能汽車而言,智能化和網聯化都是不可或缺的重要內容,企業的關注點絕不能僅限于自動駕駛,像產品載體的升級、人機交互、端管云乃至外部生態,同樣是未來汽車產品競爭力的核心組成部分。總體而言,實現智能是目的,網聯是核心手段,兩者密不可分、互為支撐。汽車的智能需要網聯才能真正發揮作用,而網聯將使汽車智能的水平進一步提升;兩者共同作用,才能確保未來汽車能夠更加聰明,進而更好地服務人、解放人、理解人,這也是智能網聯汽車的終極訴求所在。


3.2 發展智能網聯汽車的路徑識別


基于上述分析,提升車輛智能化這一終極目標,可以分解為自動化(以自動駕駛水平為依據)和網聯化水平(以車輛網聯的廣度和深度為依據)兩個方面。如圖10所示,車企如果僅僅關注自動化或者網聯化而忽略另一個方面,最終是難以實現產品的高度智能化的。而根據自身的實力和定位,目前車企實際上正在通過3條不同的技術路徑來提升自身產品的智能化程度。如圖所示,集團1類企業,優先打造網聯化核心競爭力,以互聯服務為特色形成自身產品賣點;集團2類企業,優先攻關自動駕駛技術,以取得相對領先位置;集團3類企業,兼顧網聯化和自動化,在重視人機交互技術以打磨產品亮點的同時,發力自動駕駛技術;而集團4所處位置,則是各家汽車企業為之努力的理想目標,即實現自動駕駛和全面網聯的同步升級,達到車輛充分智能化的目的。


圖10  發展智能網聯汽車的技術路徑


目前,本土汽車企業及科技公司采取集團1的發展路徑即優先網聯產業化的偏多。這些企業通過人機交互、網聯服務來打造差異化競爭力,即有效利用中國信息產業和互聯生態的優勢,以快速形成獨特的產品特色。對于習慣于享受互聯服務的中國消費者而言,這條路徑顯著地提升了產品的魅力指數。而自動駕駛技術涉及到感知、控制、執行等功能相關的一系列硬軟件核心技術和關鍵零部件,也與傳統汽車技術水平息息相關。客觀上講,發展高級別自動駕駛技術挑戰汽車企業的技術積累及對全球新技術的整合能力。集團2的發展路徑多為技術積累較為雄厚的歐美汽車企業及高科技公司所采用。本文中認為本土汽車企業及科技公司應采用集團3的發展路徑,即在積極推進網聯技術產業化的同時,加大自動駕駛技術的持續攻關,有效平衡好網聯技術與自動駕駛技術的投入,力爭實現智能技術的全方位引領,最終向集團4靠攏。


3.3 發展智能網聯汽車的商業模式


針對發展智能網聯汽車的具體商業模式,作者經過綜合研究分析提出了“1+1+1”模式,3個“1”分別代表3個不同的資源參與方,具體如圖11所示。首先,整車及零部件企業仍然是發展智能網聯汽車的主角和基礎,即所謂的第1個參與方“1”;進入智能網聯時代,IT及科技企業將成為不可或缺的重要一極,它們所提供的信息、網聯、人工智能等技術支撐決定了汽車智能化的程度,這是發展智能網聯汽車的第2個參與方“1”;而提供公共資源的政府將成為極為重要的第3個參與方“1”,因為在智能網聯汽車產業化進程中,基礎設施建設、城市及交通平臺的搭建以及政策法規標準制定等,無不有賴于政府強有力的推進。


圖11  發展智能網聯汽車的商業模式


綜上所述,以上3方力量在發展智能網聯汽車的征程中缺一不可,唯有有效集成,才能最終實現產品的快速產業化。對于汽車企業和IT/科技企業來說,前者為后者提供最有價值的應用載體(汽車產品),后者為前者實現最廣泛的賦能,雙方既要對自身優勢抱有充分自信,更要積極爭取對方的有力支持。而政府往往是容易被忽視的一方,實際上對于智能網聯汽車生態構建而言,政府力量從未像今天這樣如此重要且不可或缺,這也正是中國充分發揮體制優勢,實現智能網聯汽車趕超的機遇所在。為此,地方政府應積極謀劃以智能汽車示范帶動智慧城市建設,并加緊實施;而各類不同企業在推進智能網聯生態構建的過程中,也要主動積極尋求政府力量的有效支持。最終,智能汽車(smart vehicle, SV)的發展需要智能交通(smart transportation, ST)及智慧能源(smart energy, SE)的有力支撐,而三者的有效聯動是建設智慧城市(smart city, SC)的關鍵。


3.4  汽車產業平臺公司的發展趨勢與演進方向


隨著物聯網技術的進一步普及,作者認為產業平臺公司將是跨界整合并在重構前景下有效平衡產業無邊界與企業經營有邊界之間矛盾的關鍵,這也將是汽車產業升級的演進方向。如前所述,在產業深刻變革的進程中,傳統公司與新技術公司各具獨特優勢,也都有各自缺項,未來的贏家一定是能將各方資源最有效組合的集大成者,即產業平臺公司。汽車產業平臺公司是未來汽車產業生態中為各類不同公司提供共性的業務服務及管理支持的并可用于衍生其他產品的全新服務公司。而產業平臺公司不可能一蹴而就,其發展預期會遵循如圖12所示的進程。首先出于迎接未來競爭的需要,主流大型企業(包括整車企業、也包括互聯網/IT企業)將構建起自身平臺,整合內外部的各種資源,并積累平臺運營、數據交互和信息安全等方面的經驗。但由于僅限于企業自身資源,從長遠來說這類平臺的服務能力是非常有限且不可持續的。繼而一些企業之間會進行深度合作與聯盟,把彼此的企業平臺連接起來形成聯合平臺,以期拓展服務能力。這類聯盟構架下的平臺公司將初具規模,成為繼續升級的堅實基礎。最后通過競爭與合作,聯合平臺將進一步整合形成產業大平臺,即具有汽車產業特色的智能網聯平臺公司。該類產業平臺公司類似于互聯網產業的BAT(百度、阿里、騰訊)等巨頭,但在業務功能方面具有較強的物聯網特色,能有效服務于特定產業。


圖12  汽車產業平臺公司的發展趨勢


在產業大平臺上,一方面眾多參與者各有分工,既有主導平臺管理和維護的大企業,也有從不同層面接入和使用平臺的各類企業,其中不乏中小企業;另一方面,汽車產業平臺公司將具有集成效應,其他工業品也很有可能匯聚到集大成的汽車產業平臺上打造。由此可見,具有相當規模和實力的大企業,應系統思考是否以及如何向產業平臺公司方向升級發展的策略和路徑;而產業平臺公司的前景也并不意味著中小企業將毫無機會,實際上平臺公司主要提供共性的基礎服務,針對客戶具體的個性化需求仍需要各類參與企業自行提供。因此,具有獨特能力能夠提供差異化服務且具有品質保障的中小企業,在產業平臺上將是不可或缺的,并有望借助產業平臺的力量更大限度地發揮個性化作用;反之,沒有能力接入產業平臺的中小企業將會面臨被加速淘汰的命運。


3.5  車企面向出行服務商的轉型策略


面向產業價值鏈向后端特別是出行服務領域延展的趨勢,當前全球已有很多主流汽車企業宣稱,將由汽車產品制造商向出行服務提供商轉型,這就引出業界關注的另一個關鍵問題:整車企業向出行服務商轉型的目的、定位和策略。必須明確的是,智能網聯汽車的設計制造與使用服務是完全不同的兩種核心能力,前者的遠景目標是圍繞汽車產品實現大規模個性化生產,即智能制造;后者的終極訴求則是提供全天候汽車共享的出行服務。對于主流汽車企業而言,其優勢在于更具“造好車”的基礎,有能力打造未來個性化的汽車產品;而“用好車”的能力在于使汽車產品的使用更加高效便捷,這與“造好車”雖有交集,但重心不同,所需核心能力也完全不同,如圖13所示。


圖13  汽車設計制造與使用服務需求的不同能力


在制造服務化的前景下,“造好車”和“用好車”其實都涉及到全新的2C和2B模式,但內涵截然不同:“造好車”面向車輛綜合服務,2C的重點是提供定制化產品及涵蓋車輛全生命周期的車主服務,2B的目標則是提供全產業鏈服務,即打造符合用戶個性化需求的車輛;“用好車”面向移動出行服務,2C的訴求是基于智能化網聯化提供定制化的出行方案,2B的訴求則是與其他行業共同提供聯合服務。這需要完全不同的能力、資源和相應的布局。車企如果追求“造好車”,這實際上是現有業務的延伸,需要打造智能制造的“小”平臺,以實現車輛產品本身價值的最大化;而如果追求“用好車”,則是全新業務的拓展,需要打造出行服務的“大”平臺,在此過程中要逐漸淡化車輛產品而強化出行服務。


因此,整車企業向出行服務商轉型先要想清楚的是:究竟是為了更好地賣車,還是為了實現業務的轉型?前者應圍繞圖13中左側“造好車”的基礎,適當向右側擴展;后者則應考慮在右側“用好車”的范疇內選擇核心點切入,并反過來對左側提出與傳統用車完全不同的需求。顯然,不同的企業一定有不同的最佳答案,并非所有的企業都適合向出行服務商轉型。作者認為中小企業更應把精力放在“造好車”上;而大型車企向出行服務商轉型的大方向無疑是正確的,但在具體實踐中也不可能一步到位,必須思考資源匹配以及投入產出比等現實問題。如果過多過早地遠離自身原本的優勢領域進行嘗試,就要有在相當一段時間內得不償失或入不敷出的充分準備。實際上,智能網聯汽車本身的發展也將是一個漸進的過程,企業不同、階段不同、側重點不同、所需能力也不同。為此作者建議,整車企業應當明確目標,逐步培育新能力,進而有序擴大出行服務業務的新嘗試,包括與其他車企建立合作聯盟,以有效控制投入、加快擴大新業務規模。


4 汽車智能制造的核心要素與發展前景


4.1 汽車智能制造升級具有特殊重要價值


與智能網聯汽車產品同步并行的是汽車智能制造體系,實際上智能制造是一個全球共同的大趨勢。新一輪科技革命正引發全球制造業進入空前廣度、深度和速度的轉型升級期,并將由此改變全球經濟與科技競爭的總體格局。為搶占先進制造的戰略制高點,各主要工業強國相繼提出了指向智能制造的制造業轉型升級國家戰略,如德國的“工業4.0”、美國的“工業互聯網”、日本的“再興戰略”、法國的“新工業法國”等。對于中國而言,一方面產業基礎仍相對落后;另一方面,國民經濟已步入增長速度趨緩的“新常態”,增長方式亟待轉變。正因如此,中國提出了《中國制造2025》等綱領性文件,致力于通過工業化與信息化的深度融合,不斷實現“提質增效”,最終走向“智能制造”,建成制造強國。


而汽車產業正是中國實現工業化與信息化的深度融合和制造業轉型升級的最佳載體和突破口。以充分互聯協作為基礎、大規模定制化生產為目標的智能制造,越是在復雜的產業上實現,就越為困難,但也越能產生更大的效果和價值。產業鏈條長、涉及環節多、差異化消費需求強烈的汽車產業,既是智能制造應用最難的產業,又是其應用效果最大的產業。作為制造業的集大成者,汽車產業不僅自身是實現智能制造、建成制造強國的最佳載體、龍頭和抓手,而且也對裝備制造業、工業軟件與操作系統等提出了更高需求。因此,在深刻理解智能制造核心要素的基礎上,加快汽車領域的布局與推進,具有特殊重要的戰略意義。


4.2 智能制造體系的內涵和戰略要點


智能制造的內涵是大規模定制化的制造體系,顯然,這與制造業的本質,即以最低成本、最快速度、最高質量滿足消費者的個性化需求,實現更加精益求精的制造,正相符合。具體來說,這將是一個由數據驅動的互聯、互動、智能的制造體系,無論工業4.0還是“中國制造2025”的指向都在于此。作者對智能制造體系進行了系統的梳理,它不僅包括智能工廠,也包括智能設計、智能生產、智能物流和智能服務等,具體如圖14所示。


圖14  智能制造體系的內涵


圖14中所示的智能工廠和傳統意義上的工廠截然不同,它是未來企業的數據中心、交互中心、判斷中心、決策中心和控制中心,是面向整個產業生態的一個總體概念和實施平臺。同時,智能工廠還必須與智能生產、智能物流等相互匹配和有效集成,從而把需求、設計、生產、物流和服務等各個環節徹底打通,充分實現互聯、互動和智能,由此才能真正實現大規模定制化的生產。這將是未來制造業轉型升級的必然方向。


而對于智能制造的戰略要點,作者將其提煉概括為:由萬物互聯到大數據,再到標準與端口,最后實現全面大集成。這種大集成既是指縱向的集成,即企業沿著產業鏈與上下游的其他企業聯系在一起;也是指橫向的集成,即企業打通自己內部的需求、設計、生產、物流、服務等環節,從而跨越原有產業鏈,完成端到端的聯接,創造全新的價值。也就是說,互聯是基礎,數據是核心,標準是規則,集成是終極形態,最終實現更加智能的制造業。具體可參見圖15。


圖15 智能制造的戰略要點


4.3 智能制造時代的未來圖景與升級路徑


展望智能制造時代的未來圖景,企業的核心競爭力將大不相同。如圖16所示,從工廠的變化來看,當前工廠是集中式、計劃式、強中心化和固定配置資源的,而未來工廠是分散式、需求式、去中心化和動態配置資源的;當前工廠只生產產品,通過價值鏈來實現價值,而未來工廠不僅僅生產產品,還會產生大量數據,并且通過數據來產生和驅動價值;當前工廠主要靠品質競爭,通過過硬的產品質量乃至品質來支撐品牌,而未來工廠既要做好質量,更要實現定制化的產品以及個性化的服務,并由此定義品牌內涵,相比之下,制造出高質量的產品只是一個基礎條件,而通過定制化產品來滿足個性化需求的服務,才是“新制造”更核心的競爭力。


圖16  智能制造時代的圖景


而智能制造的升級路徑可劃分為三個階段,即數字化、數字化+網聯化、數字化+網聯化+智能化。其中,數字化是基礎,將貫穿智能制造的始終,通過將信息轉變為數據,為網聯化提供支撐;網聯化是在數字化之上實現互聯,從而實現分散資源的集成利用,同時使人可以更靈活地控制機器;最后智能化則是在數字化、網聯化之上增加了人工智能,由此機器與機器之間可以進行互動,從而使網聯的效果更為顯著。發達國家在制造體系升級過程中先后經歷了數字化、網聯化和智能化,既有基礎牢固的優勢,也有逐次升級的不足。對中國而言,則應充分發揮后發優勢,并行推進三化,前瞻實施融合發展,即站在智能化需求的視角和高度對數字化和網聯化進行系統布局。這其中,如果說人工智能是通向智能制造的橋梁,那么數字化則是重要的橋頭堡,因此數字化是中國企業的當務之急。而在實施智能制造三化升級的進程中,作為制造業的集大成者,汽車產業將是最佳的應用平臺。同時,汽車產業的智能制造也是打造智能汽車的重要支撐和先決條件。


5 汽車產業跨界融合發展的方向與機遇


涉及范圍廣、影響深度大、關聯因素多、復雜程度高的汽車產業,原本就是最具綜合性的支柱產業之一。而伴隨著工業化和信息化的深度融合,汽車產業的跨界融合正成為新形勢下的發展方向和重要機遇。2017年中華人民共和國工業和信息化部(簡稱:工業和信息化部,工信部)發布了《汽車產業中長期發展規劃》,明確提出了“‘汽車+’跨界融合工程”,并將其列入未來汽車產業的重要工程之一。如圖17所示,汽車產業的固有特點、產業變革帶來的新需求以及格局重構需要的新能力,三者互為支撐、互相推動,使“汽車+”具有了豐富的內涵和廣泛的可能。無論是汽車產業、企業,還是汽車技術、人才,其承載的內容都遠超從前。正因如此,汽車不僅僅是支撐我們日常生活的重要產品,更是支撐國民經濟發展的支柱性產業,是制造業的龍頭、載體和抓手。隨著產業邊界的不斷擴大,汽車產業的載體作用也在不斷放大:從學科的角度看,汽車不僅僅是有著清晰特性的復雜學科,更是能夠有效融合其他多學科特點的學科載體,同時汽車又是創新的載體、技術的載體、應用的載體、集成的載體、成果的載體以及價值的載體。不能簡單地從產品或產業發展的角度去理解汽車,更要從汽車在未來科技、產業、經濟、社會發展的角度去有效挖掘其作為載體的引領性作用。


圖17  未來汽車產業呈現跨界融合的發展趨勢


與此同時,跨界融合既給汽車產業帶來空前機遇,也使產業復雜程度急劇增加、挑戰不斷加大。為此,接下來作者將對汽車產業跨界融合的戰略方向和發展機遇,進行系統梳理和綜合分析,以助力業界準確識別科學路徑、合理界定各方分工。


5.1 跨界融合發展的方向辨識


汽車產業跨界融合趨勢體現了科技革命引發產業革命、進而延展成為生態革命的發展趨勢。作為最能承載和呈現工業化與信息化深度融合效果的領域,汽車產業跨界融合的重點方向可以概括為“制造體系升級”和“服務體系升級”,其內容全面涵蓋了汽車與先進制造、信息、能源、環境、交通、服務、城市規劃及社會生活等諸多領域的深刻關聯與相互影響,代表著以汽車為突破口,建設制造強國以及促進產業生態和生活模式轉變的廣闊前景。


制造體系升級的最終目標是以數據驅動、互聯協作的智能制造體系。如前所述,該體系是一個由需求、設計、生產、物流與服務等各個環節融合而成的整體智能系統,在本質上追求的是大規模制造與個性化、定制化生產的統一,最終指向“按需生產”的制造業“理想境界”。當前,IT、互聯網、人工智能等信息產業力量已經深度融入汽車產業,不僅將為構建全新的汽車信息化、智能化產業鏈提供支撐,也將為汽車產業鏈與其他領域、環節的有效聯接創造條件。因此,汽車制造體系的跨界融合升級已是大勢所趨,更是時不我待。


服務體系升級結合了信息化、智能化技術的進步,為更好地滿足交通出行需求以及解決現有交通問題創造了全新的可能。智能化、網聯化、共享化已逐漸成為汽車出行服務的重要趨勢,將會深刻改變交通系統和汽車生活。汽車作為出行服務的關鍵節點,在向低碳化、信息化、智能化不斷升級的過程中,也與交通出行系統更加緊密地融合起來,進而影響整個交通的大格局。同時,智能交通系統的升級也對未來汽車提出了新的要求。此外,未來汽車還可提供可移動的儲能供能服務,基于V2G技術,對整個能源系統產生重大影響,進一步豐富了服務體系升級的內涵。因此,實現未來汽車產業服務體系的升級,具有重要的戰略必要性和緊迫性。


5.2 汽車產業制造體系升級的戰略方向與發展機遇


5.2.1 加強數字化工廠建設


新型數字化工廠可以在計算機虛擬環境中,對整個生產過程進行仿真、評估和優化,并將虛擬運行進一步擴展到整個產品生命周期;同時利用物聯網技術和監控技術,可以實現全方位的工廠信息化管理,提高生產過程的可控性,減少生產線人工干預;最終集智能硬軟件管理系統于一體,構建形成高效、節能、環保、舒適的高度智能化新型工廠。汽車產業數字化工廠建設涉及多個領域的交叉融合,其核心是構建汽車制造業的賽博物理系統。為此,既需要數據管理軟件、仿真測試系統、虛擬工廠設計、大數據分析、數字化管理及數字化工廠模擬等軟件系統;也需要可靠的基礎網絡、物聯網基礎設施、柔性的制造系統、工業機器人、傳感器、射頻識別裝置等硬件設備。以期在汽車生產及服務領域,將大數據資源充分利用起來,幫助汽車企業提升競爭力。


汽車產業數字化工廠建設,對專用裝備的制造提出了更高要求。為滿足需求,裝備制造業必須吸納融合IT、材料等相關產業的創新成果,加快轉型升級,才能真正為汽車強國建設提供有力支撐。目前中國特別是在工業控制軟件系統方面,遠遠落后于德國、美國等先進國家,因此在該領域加快追趕是非常緊迫的當務之急。


5.2.2  推行設計/制造/服務一體化工程


設計/制造/服務一體化是指基于充分網聯,聯通產品全生命周期內的設計、制造和服務環節,變封閉串聯為開放并聯的結構,形成三者的緊密協同、同步聯動,以充分傳遞和應用數據流,有效調配資源,快速響應市場,提升產品競爭力。與傳統封閉串聯的系統不同,設計/制造/服務實現一體化可以構成開放并聯的系統。在此系統中,設計環節以用戶需求為主導,實現開源的信息化;制造環節轉變為需求式、去中心化,工廠車間采用動態配置實現柔性化生產和個性化定制,同時實現生產管控的高度智能化;服務環節則表現為全流程打通的新型商業圈,實現用戶與企業的零距離互動。總之,未來的設計/制造/服務一體化必須把需求鏈、工程鏈、供應鏈充分互聯起來,通過實時交互的信息和順暢流動的數據,實現增值。設計/制造/服務一體化工程最終將使全產業鏈數據實現有效集成,并在企業內、企業間乃至產業間實現交融互通,從而開啟通向智能制造體系的大門。


5.3 汽車產業服務體系升級的戰略方向與發展機遇


5.3.1  構建一體化智能出行平臺


未來的移動出行模式將呈現為多種交通工具并存、多元出行方式組合的形態,而一體化智能出行平臺是其載體和中樞,其核心是通過聯網通訊實現出行工具與交通設施的高效協同運行,具體如圖18所示。


圖18  一體化智能出行平臺的邏輯關系圖


作者認為未來城市智能出行系統需要逐步達成“公共交通為主+私人交通為輔+智能交通為核心+多種交通工具有效組合”的綜合發展目標。首先,公共交通為主,大力優化大中城市高運量的軌道、路面等多種公共出行解決方案,并配套以更加完善的“最初、最后一公里”出行手段確保便捷接駁。在這方面,可自動駕駛的微型電動汽車具有良好應用前景和低能耗、高環保優勢,國家應予充分重視,盡快完善安全、質量等標準規范并引導產業優化布局。其次,私人交通為輔,引導私家車在節約型社會中合理使用,同時鼓勵分時租賃等共享交通創新模式;基于自動駕駛和車聯網技術的普及發展,重點推進乘用車的全天候共享化應用,提高交通工具的利用率,在有限的資源約束下滿足更高的出行需求并提升出行效率;推廣綠色出行的生活理念,并培育“輕擁有、重使用”的汽車共享文化。最后,智能交通為核心,推進信息技術、移動互聯技術與傳統交通行業深度融合;打造融合各種交通工具及基礎設施信息于一體的多元出行服務平臺,基于實時的信息交互,實現出行效率的有效提升。由此,實現交通系統中各子元素(人、交通工具和基礎設施等)之間的智能互動和無縫連接,從而顯著提升整個社會的運轉效率和出行者的極致體驗。


本質上講,一體化出行平臺可以視為一種由各類信息平臺中心、網絡通訊、大數據、云計算、智能基礎設施支持的,具有實時在線、共享服務、無人駕駛等特點的全新出行生態系統。而智能汽車作為這一生態系統的重要節點,將全面信息化、智能化、服務化,并通過綜合出行信息服務平臺,有效匯集和使用交通大數據,實現城市內和城市間的無縫出行。


5.3.2  推動共享交通


共享交通在汽車產業服務體系升級中占有重要地位。特別是汽車共享模式可以有效提高單臺車輛的使用效率,能夠在資源整體約束下,用相同的汽車保有量滿足未來更大的出行需求,因此具有重要的戰略價值。中國未來的發展,要求與之相匹配的移動運載能力,而按照現有的用車模式,社會資源/環境都難以承受所需的巨大汽車保有量帶來的壓力。為解決這一問題,一方面應大力發展公共交通(本質上其實也是一種共享交通),完善多種交通工具及其有效組合;另一方面,則應充分利用信息化、智能化技術手段,通過商業模式創新,提升車輛的利用率。共享交通是以智能化、網聯化為基礎的共享出行模式,其發展將是一個逐步發展、漸趨成熟的進程。互聯通訊技術和大數據平臺將使充分的共享交通真正成為可能。自動駕駛技術滲透率的提升是重要支撐,高等級的自動駕駛將使車輛可以在更多場景下實現無人移動和接駁,從而可以極大提升用戶體驗和共享效率,支撐共享出行模式的廣泛推廣。而移動出行逐漸生活化和服務化是其最終生態,并使車輛真正成為可移動的“第三”生活空間。


5.3.3  加深汽車與能源領域的融合


汽車與能源領域的融合主要體現在電動汽車作為可移動的儲能供能單元,與電網的融合。這項工作具有戰略價值:一方面,汽車動力源趨向電動化的持續演進和共性節能技術的不斷進步,將使車輛本身更加節能、低碳;另一方面,電動汽車作為國家戰略加快發展,也要求我國必須加快以清潔能源替代煤電的能源結構調整。兩方面相互結合,將使電動汽車在平衡電網負荷、提高電網效率方面發揮重要作用。


為使電動汽車同時作為能源需求側和供給側的相應資源發揮作用,充分體現其分布式移動儲能的功能,作者建議國家應推動建設電動汽車與大電網及可再生能源相互融合的能源系統;開發并推動汽車與電網融合(vehicle-to-grid, V2G)技術的產業化;鼓勵政府、電網及企業加強互動,共同推動智能充電體系建設,并有效融入能源互聯網。


6 總 結


在能源、互聯和智能3大革命的驅動下,汽車產業正在經歷前所未有的深刻變革,引發競爭格局與產業生態的全面重構,進而帶來寶貴的戰略機遇,不僅將對未來汽車以及相關眾多產業產生全方位的深遠影響,而且將會影響整個人類社會的生活形態,并為經濟可持續增長創造全新活力。展望新時期汽車產業的發展機遇,其廣度和深度都是空前的。在新能源方面,包括電池、電機、電控以及新材料、新工藝等;在智能網聯方面,涉及大數據、云計算、人工智能、信息安全以及傳統技術的電控升級等;在自動駕駛方面,諸如感知(攝像頭、雷達等傳感器)、控制、執行等核心硬軟件亟待攻關;在基礎設施方面,充電網絡、道路環境數字化建設等方興未艾;在智能制造方面,物聯網、3D打印、機器人以及新裝備、新材料、新工藝等如火如荼。可以說在產業深刻變革重構期,機會無處不在。因此,對于未來的汽車產業、企業、產品、技術與商業模式等,我們必須重新認識、重新出發。如果說過去一百年,汽車改變了人類社會,那么未來一百年,人類將通過改變汽車,進而享受更加美好的汽車生活。本次汽車產業的重構,對于后發的中國來說是一次千載難逢的歷史機遇,我們必須積極把握住汽車產業變革的戰略契機,為早日建成汽車強國并建設好和諧健康的汽車社會,積極穩步地推進汽車產業的轉型升級。


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