第1章 云制造联盟创新生态系统概述
1.1 研究背景、目的及意义
1.1.1 研究背景
当前，制造业与互联网+、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的深度融合是全球制造业转型升级发展的重要途径[1]。特别是，以新一代信息技术为基础、实现制造企业内部资源优化配置与跨企业社会化协同制造的工业互联网，成为新一轮工业革新浪潮的驱动力。基于这样的时代背景，制造范式正在飞速演进[2]，如图1-1所示，一种新型的生产模式——云制造应运而生[3]。为实现“中国制造2025”所确定的战略目标，需构建符合我国特色的云制造联盟，并充分发挥产业链资源整合、云制造示范试点作用。云制造联盟是由制造企业为核心，联合生产性服务业的企事业单位、研究机构及其他相关组织所形成的合作网络，以创新驱动为指导，借助互联网平台，使覆盖整个产品开发生命周期的大量分布式资源得以在联盟内无缝共享，为用户在云端提供多种云制造服务，推动制造业向智能化、集成化方向发展。
习近平总书记在党的十九大报告中明确指出，创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。这是一个极为深刻的论断，也指明了中国制造业的发展方向。创新是云制造产业持续发展的助推力，也是制造企业竞争优势的重要来源[4]。云制造是产业技术创新的产物，所体现出的服务性、规模性和易扩展性等特点，满足了制造企业创新对于成本更低、应用更加广泛的追求。创新为云制造企业提供了改造产业格局，树立了行业地位的机遇。在新一轮全球产业革命中，各国都在积极建构自己的制造业体系，该体系背后是技术体系、标准体系、产业体系，核心是制造业生态系统的主导权[5]。同时，全球制造业创新体系正在经历重大转变，主要包括：创新主体从单一的个体组织发展为具有合作创新关系的多主体协作网络；创新流程从单调的线性创新模式转变为多维度、多层次的非线性创新模式，从以技术创新为核心扩展为技术创新与商业模式创新相结合，以生态协同、跨界融合为特征的全球制造业创新生态系统正在形成。
图1-1 制造范式演进过程
从创新生态系统研究的时空分布来看，自2003年这一概念兴起，到2013年得到相关研究机构、学者的重视，其研究成果主要分布在经济管理领域[6]；从创新生态系统研究的内容来看，研究主题多样化，区域创新生态系统、战略性新兴产业、创新能力、创新范式的交叉或共现成为其热点内容。目前的研究趋势应从如何建立、评估创新生态系统，转移到如何运营不同类型的创新生态系统，同时探讨随着时间、环境的演化如何更好地发挥创新生态系统的作用。由此应该加强跨学科、跨领域、跨机构的合作，互通有无，在交互中碰撞出新的研究方法、研究方向[7]。云制造联盟创新生态系统的研究正是这样一个崭新的领域，不仅开拓了云制造管理领域研究视角，而且丰富了创新生态系统应用的研究成果。同时，由于制造业创新的生态化转型，云制造联盟创新生态系统的产生也是科技进步、国际竞争及生态发展的必然结果。
云制造联盟创新生态系统不仅具有开放式创新、绿色创新、可持续创新、网络创新等多种创新模式的优势，而且是新一代信息技术与创新过程管理深度融合的产物。由于制造业的生态化转型，以平台为基础的云制造联盟创新生态系统在组织范围上突破了企业边界，在形式上体现为云服务单元的联合，社会化网络协同成为主要的创新活动方式，系统也会随着时间、环境的变化而不断进化。以此关注焦点应从云制造系统组成及平台框架等静态结构性问题，转向云制造平台生态系统内部相互作用的动态演化问题。针对这一新型的组织形式和管理问题，传统的理论和方法难以分析和解决，需要构建学科融合、多层次跨领域的研究体系。
1.1.2 研究目的及意义
1.研究目的
云制造联盟创新生态系统是一个复杂系统，在其生命周期内，要经历一系列的发展演化阶段。云制造联盟创新生态系统究竟会发展至什么状态？发展过程主要受哪些因素的影响？是否能实现预期的目的？这些都是学者普遍关心的问题。参与到云制造联盟组织中的创新个体通过彼此间的交互、影响、选择和适应，在联盟中获得生存和发展。个体间的相互作用共同维护着联盟创新生态系统的平衡与稳定，并使其持续演化。由以上分析可知，从生态学、系统论的观点研究云制造联盟创新活动，将其视为一种生态系统是可行的。同时，通过借鉴生态学中的理论与方法来分析云制造联盟创新生态系统中成员创新之间的动态、复杂关系及系统发展的演化规律并建立相应的运行机制，能够为云制造联盟创新的有序组织、运行提供指导和参考。
2.研究意义
（1）理论意义。从生态系统视角，利用三螺旋理论、网络演化模型等方法探索联盟内多主体活动规律，从互动演化、种群演化、网络演化三方面揭示云制造联盟创新生态系统演化机理，构建一套完整的云制造联盟创新生态系统运行机制，可丰富和扩展现有关于云制造联盟创新管理的相关理论与方法。使云制造产业更加符合网络经济要求，提升云制造创新资源含量及利用效率，为构建按需使用、易拓展、计费灵活的云制造联盟创新管理机制提供理论指导与解决方案。
（2）实践意义。将云制造联盟创新生态系统演化机理及运行机制的研究成果应用于云制造服务平台的管理规则中，可有效管理参与联盟内创新活动的个体，建立可信任的云服务环境，让参与云制造的个体获得更高的收益，逐步由制造型企业向服务型企业转型，对于保障云制造联盟可持续、健康的生态化发展具有重要意义。同时为制定生态化创新政策、完善制造业创新环境、增强云制造的创新能力、嵌入全球价值链等，提供切实可行的办法及方向性指导。
1.2 云制造
1.2.1 云制造内涵及特征
目前，国内外对云制造均有不少相关的研究。国内学者在863计划、国家重点研发计划的资助下，展开大量的科研和实践，收获了很多成果。李伯虎院士等昀先在2010年提出了云制造模式，并指出其与云计算的关联，在云制造领域成为领军人物并起到了很大的引领作用[3]。而后，李伯虎等又对云制造的技术内涵、典型特征以及应用进行了补充阐述，再一次推动了云制造的发展。国外奥克兰大学的 Xu于2012年描述了从云计算到云制造的发展历程[8]。佐治亚理工学院的 Wu等发表了相关文献研究云制造的概念、现状、关键技术等[9]。
李伯虎等提出云制造的定义为：云制造是一种利用网络和云制造服务平台，按用户需求组织网上制造资源（制造云），为用户提供各类按需制造服务的一种网络化制造新模式。云制造综合体现为“智能化制造技术特征”，具体可以概括为：制造资源与能力的物联化、制造资源与能力的虚拟化、制造资源与能力的服务化、制造资源与能力的协同化、制造资源与能力的智能化[3]。
1.2.2 云制造产业应用
云制造形成了独*的支持广泛网络资源和环境的制造平台，为客户提供高附加值、低成本的服务，其应用方向如图1-2所示。
云制造产业的应用方向主要包含五大类。①针对大型集团企业的研发设计能力服务平台，市场上的大型集团大都具有自主研发能力，但这样的能力也会带来技术发展的桎梏，例如大型企业的自研框架很难得到继承，其外包公司或者底层公司无法将这些体系进行复用，增加了工程开发的时间和人力成本，自研上云就是解决这一问题的很好思路。②区域性加工资源共享服务平台，这一理念的产生是基于上一条存在的缺陷，上云后的业务无法进行自动整合，需要大量的人工撰写说明文档或手动整理，非常耗时耗力，使用共享服务平台，将这些步骤进行自动化管理，可以实现其高效利用。③制造服务化支持平台，这一理论的起源依托于 Google内部运维体系的建立。如何对企业内部的产品进行规范化的监控和优化，对此Google提出了模型，该模型详细地描写了在企业中如何对产品进行数据监控、数据埋点、数据诊断，可以促进企业的良性循环发展。④面向中小企业的公共服务平台，目前市场的份额大量掌握在大型集团或企业手中，中小型企业缺少核心竞争力，又没有完善的制度吸引人才，缺乏资金，没有合理的发展规划，导致市场发展逐步向不均衡靠近，而面向中小型企业的公共服务平台则为它们提供了一系列的解决方案和应用案例等。⑤物流拉动的现代制造服务平台。针对我国制造业物流成本高等现状，利用射频识别、物流优化等技术，研究整机制造企业、零部件制造企业和物流企业的多方协作模式和第三方服务模式，建立物流拉动的现代制造服务平台，为制造业的整机制造企业、零部件制造企业和物流企业协作提供服务，促进制造业发展[10]。
国家智能制造系统创新研究院数据显示，全球云制造产业市场规模由2015年的178.3亿美元发展到2019年的473.9亿美元，增势迅猛，如图1-3所示。2018年中国云制造产业市场规模达到933.8亿元，同比增长30.4%。与之对比，2019年的增速略低，为27.9%，而此时的市场规模已超过1000亿元[11]。
图1-2 云制造应用方向
图1-3 2015～2021年全球云制造产业市场规模（其中2020年、2021年为预计）
在今后的发展中，依仗于政府有效的政策调控和企业之间的良性竞争，中国云制造产业不断提高创新能力、深化改革管理模式，中国制造业与云产业的共同发展也将趋于常态化。
从云制造产业格局分布角度来看，如图1-4所示，当前云制造产业主要分布在装备制造、国防军工、通信工程等领域，其中，装备制造业占比远远高于其他行业。随着云制造产业技术和平台的不断完善，更多领域和行业开始利用云制造平台技术为企业赋能提升价值。
图1-4 2019年中国云制造产业行业结构
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