當前，中國經濟正面臨重大轉折和調整，政府和學界已形成共識，即產業升級是中國經濟持續增長的方向和途徑，產業升級的重心在于制造業，而中國制造業正處在轉型升級爬坡過坎的關鍵時期，突破困境的根本出路在于創新驅動。
       可是，工業領域的高價值創新不會隨心所欲發生，不會因為工程師的突發靈感或者企業家的奇思妙想就輕易出現。制造業的重大創新都會面臨巨大投入和極高風險，這需要有動機、有壓力，而且需要知識、經驗和支持系統，創新也一定發生在某些特定的關聯環境中。
       所以，德國要將工業4.0上升為民族戰略，美國工業巨頭極力推進工業互聯網，中國政府強勢推動“中國制造2025”。工業大國都在不遺余力給產業創新升級搭框架、建系統，創造各種基礎條件。
       工業創新之路并非方向清晰一片坦途，后進者面臨領先者高高的技術壁壘，而領先者則面臨技術路線的高度不確定性，中國、美國和德國在工業體系結構上各具優勢，也都不同程度遭遇了創新者的窘境。
       制造業創新的三級梯隊
       全球制造業已基本形成四級梯隊發展格局：第一梯隊是以美國為主導的全球科技創新中心；第二梯隊是高端制造領域，包括德國、日本；第三梯隊是中低端制造領域，主要是一些新興國家，包括中國；第四梯隊主要是資源輸出國，包括OPEC(石油輸出國組織)、非洲、拉美國家。
       全球新一輪工業革命正在發生，在智能制造或工業4.0時代，新一代信息通信技術與制造業融合發展，是新一輪科技革命和產業變革的主線。在全球制造業版圖的重塑過程中，第一梯隊（美國）和第二梯隊（德國、日本）的地位將進一步鞏固，第三梯隊（中國）有望升級，并逐步納入到全球制造業體系。決定一個國家制造業梯隊層次和升級方向的關鍵因素，就是創新驅動。而不同路徑的創新驅動，成本效率和商業回報大不一樣：
       美國偏重市場創造型創新
       比如誕生于美國的IBM大型機最初造價高達幾十萬美元，且僅供一小批專業人士使用；個人電腦則將價格降至2000美元，使消費者群體擴充至幾百萬人；現在智能手機只要200美元，從而將消費者群體擴充至全球數十億人。美國創新者往往通過對復雜或昂貴產品進行革命性改進，同時推進能夠提高產量、降低成本的技術進步，創新商業模式，吸引新的消費者群體，創造出全新的市場。
       德國日本偏重效率提升型創新
       比如“智能工廠”和“智能生產”的最終實現，需要創新者對數控機床、熱處理設備、機器人、AGV、測量測試等各種數字化設備進行互聯互通及智能化管理，而德國基于自身雄厚的嵌入式技術、工業軟件等優勢，在智能制造裝備、過程管理、技術應用等方面占據全球領先位置。日本則強于流程創新，例如豐田的零庫存生產系統，能使公司原本兩年的庫存周期驟減為兩個月，幫助公司釋放了大量資金。
       中國偏重成本創新
       比如聯想收購IBM個人電腦業務、X86服務器業務以及摩托羅拉移動業務，并稱“硬件也是一門好生意”。聯想何以自信能將虧損的硬件生意做成能賺錢的好生意？中國制造商大多很擅長“毛巾擰水”，一是做到更大規模，在原材料的采購上就會產生協同效應，降低采購成本；二是隨著規模的擴大，費用率也會大幅下降。再如華為要求員工“不要去重新發明輪子”，強調“超過30%的創新是浪費”，這就是華為的研發策略。華為研發高效率的根源，就是快速進行“微創新”，不斷優化成熟產品，然后快速轉化為商業回報。
       為什么中國制造業創新仍屬于第三梯隊？
       美國靠創新產品取勝，德國、日本靠創新生產系統流程取勝，中國靠后發優勢（或者跟隨戰略）取勝。中國社科院權威發布的《產業藍皮書：中國產業競爭力報告（2015）》指出，中國作為一個發展中國家，與發達國家相比，產業發展水平、科技創新能力還有相當大的差距，仍有可利用的后發優勢。只是在中國成為中等偏上收入國家之后，利用后發優勢的難度較以前有所加大，不能簡單地靠利用成本優勢、資源優勢把這種后發優勢發揮出來，只有通過一定程度的創新才能將潛在的后發優勢發掘出來。
       跟隨戰略與成本創新
       中國制造業利用后發優勢的創新路徑和策略，國有企業和民營企業是不一樣的。
       國有企業將美國、歐洲和日本現有的產業門類和技術性能作為“固定靶”，集中力量縮小產能與技術差距，最終形成了工業與技術上的跟隨模式。在此過程中，力求用市場換技術，實現引進、消化、吸收（尤其是關鍵零部件國產化），沿著成熟產業鏈識別出那些限制中國企業獲得更高附加值的核心技術，然后組織工程師進行技術攻關。跟隨戰略使中國工業在很多核心技術“點”上實現了突破，比如中國的高鐵和核電產業已達到世界一流水平，并開始反攻國際市場。
       用市場換技術實現產業技術的“逆向創新突破”，存在很大局限性——必須是國家控制力很強的市場，才能換到好的技術。比如中國的高鐵和核電市場有多大，完全取決于政府投資規模，海外技術輸出國要是不拿出成體系的先進技術，就會喪失在華市場份額。但是，對于國家控制力不是很強的市場，比如中國汽車產業就是開放了市場卻換不來好的技術。中國人偏愛哪個品牌的汽車，國家控制不了，跨國汽車公司在中國擁有多大市場份額與轉讓多少先進技術關系不大。
       民營企業進行技術創新主要以市場回報為導向，只要創新策略得當，工業1.0的中國制造商可以打敗工業3.0的國際對手。以比亞迪為例：比亞迪最初從生產電池起家。很多年前，創始人王傳福帶著200萬人民幣去日本準備購買電池生產線，驚異地發現一條生產線要數百萬美元。對于中國企業來說，買不了生產線，與這個項目沒法做是同一個意思。但王傳福不這么想，他知道他要的，說到底是把電池生產出來，而不是某條特定的生產線。于是他把生產流程分解為一個個可以由人工完成的工序，發明了一種“半自動”生產線，這種以“手工＋工具”方式進行產品制造的生產線，成本只要100萬元。鋰電池生產線之所以昂貴，是因為整個生產線必須在全封閉的無塵室中。比亞迪的設計人員發現，真正要防塵的是電池而不是人，所以設計出一個兩端有手套的透明無塵操作箱。因為這一系列奇特的生產方式，使比亞迪的固定資產投資是日本同類企業的1/15到1/10，而產品的價格又能做到比對手低40%。
       中國民營制造商通常是自以為能行，實則是貿然行動，捉襟見肘、跌跌撞撞走到了今天，又確實抓住了歷史機遇。民營企業大多是先沖業務后做技術，有了業務就敢融資買技術，而且更看重技術的實用性，更偏重成本創新。
       多年追隨戰略和成本創新的努力使中國制造業體系獲得可觀的規模優勢。根據美國《紐約時報》的調查：中國工業擁有世界最完整的供應鏈條。中國是世界上唯一擁有聯合國產業分類中全部工業門類(39個工業大類、191個中類、525個小類)的國家，形成了“門類齊全、獨立完整”的工業體系。小到螺絲釘等基礎零件，大至通信、航天、高鐵，這樣就可以隨時就地取材，整裝待發。
       同時，在中國邁向高收入國家行列的過程中，中國制造業的后發優勢要再挖掘更多潛力，已變得非常困難。你在后面跟著跑的時候，技術路線是清晰的，你很清楚方向在哪里，你不必因技術方向的不確定性承受太多風險成本。當你接近領先者（或者成為領先者）的時候，你前面將是層層迷霧。你不會總能預見未來是怎樣的世界，你只能先假設未來世界會怎么樣。假設對了，你就成功了，引領創新潮流。假設錯了，就可能陷入類似索尼、夏普、松下一樣的衰退局面。你選錯了方向，將資源用錯了地方，當然就衰落了。當今制造業的研發資源極其昂貴，稍微方向不對，就會造成巨大的浪費。但你做技術創新，怎么可能保證不出錯？未來，中國制造業的創新研發會面臨越來越大的試錯成本。
       主導產業生態比主導產業鏈更重要
       眼下，全球正在孕育一場以“智能制造”為核心的產業劇變，中國制造業已經站在十字路口上。3D打印、智能機器人、物聯網、智能工廠接踵而來。“中國制造”遠不像人們想象的那么強大，西方工業也沒有衰退到依賴中國的程度。
       歐美工業強國正在加緊勾勒“未來工廠”的藍圖：比如你想要一臺智能電視，你只需要打開APP，輸入你的定制化要求，信息就會發送給工廠，工廠將你表達的產品種種特性轉化成數據，然后通過計算來安排物料的配送、零件的打磨以及機器的組裝。最重要是，這條流水線上每個元件都是按照你的意志生產的，它有自己的身份信息，機器也會解讀這些信息，如果不符合馬上就調整，然后自動裝配。當然，整個過程幾乎無人參與其中。
       智能制造要達到這樣一種效果：你的可樂根據你的肥胖程度來添加糖分，你的香水按照你的性格來調制，你吃的藥依據你的基因去配方……這就滿足了現今人們對于多樣化、個性化產品的追求。
       在智能制造和工業無人化的大趨勢下，中國制造業轉型升級所面臨的最大創新窘境是缺乏“體系主導力”。
       當今全球產業和技術競爭的關鍵點，已經從“產業鏈”轉向“產業體系（產業生態系統）”。比如，誰能掌握航空發動機的核心技術，誰就能控制飛機產業鏈的關鍵點，誰能掌握CPU芯片的核心技術，誰就能控制PC產業鏈的關鍵點，這就是產業鏈競爭。但智能制造除了要控制產業鏈的關鍵點，更要控制形成產業生態的關鍵系統。
       工業4.0或者工業互聯網要實現產品定制化、多樣化，必將產生海量數據，以德國安貝格工廠為例，其生產線上的在線監測節點超過1000個，每天采集數據逾5000萬個。如何監測并追蹤這些數據，傳感系統和云計算系統非常關鍵，一定要有能精確跟蹤生產過程的高敏感度傳感器，并搭建起高效可靠的云計算網絡，但世界上能夠供應高端工業傳感器的廠商屈指可數，能夠提供完整云計算解決方案的更是時代王者。
       CPS（一個綜合計算、網絡和物理環境的多維復雜系統）被德國視為工業4.0的核心，這是德國工業創新的方向。注意：CPS不是一種技術或軟件，而是一種行動目標，一種包羅萬象的系統工程。CPS是以萬物互聯為基礎、對數字計算和物理過程兩方面的協調管理，追求生產制造系統的數字化與虛擬化，以及數字虛擬工廠與實際工廠之間的緊密對接和高度一致。
       CPS將全球制造業帶入“系統競爭”時代，不同CPS（及相應的產業生態系統）將對市場主導地位展開激烈爭奪。如果在系統層次、發展方向上受制于人，對任何局部技術和解決方案（如機器人、傳感器等）的攻關都將事倍功半。
       如此看來，中國制造業創新升級的核心要點在哪里？國內更關切中國是否要像歐美國家那樣經歷一個大規模“機器換人”的過程？當今中國工業體系中的巨大存量能否有益于中國產業升級，實現存量升級的關鍵環節和微觀基礎是什么？
       將這些具體問題上升到更高層次，智能制造、工業4.0和工業互聯網，概念不同但指向一致，都是系統工程、系統競爭，喪失系統主導權的后果將是后續的知識密集型服務（維護、咨詢、升級）拱手讓人。
       贏得系統主導權的一方，智能制造、機器換人實現后釋放的人力資源，將會進入更高價值的知識服務領域。中國若是輸掉系統主導權，機器換人只能導致中國經濟內部就業崗位的凈減少，中國制造業仍徘徊在產業鏈低端環節，將長期困守全球制造業創新的第三梯隊。
       以柔性制造應對全球產業變局
       中國制造業因為不掌握系統主導力，哪怕是實行多年的跟隨戰略和成本創新現在也難以為繼，開始遭遇不小的創新阻力。美國、德國站在全球產業劇變的最前沿，難免也前路不明、不斷試錯，面臨不同程度的創新窘境。
       美國企業家擅長“從零到一的創新”，很多創新都是顛覆性的，一個創新出來其他相似的行業都要死掉。德國企業家強于“從一到N的創新”，專注搞中間技術。工業4.0就是用更為系統化、集成化和整體化的思路去提升制造水平，能使制造業變得更精密、更高效。可是，德國并未推出多少先進科技產品，先進科技產品還是美國推出最為密集。
       在市場需求多樣化、定制化的當代世界，高科技含量的新產品更新換代的速度也越來越快，這對制造業靈活度的要求也越來越高。
       很多大型工業企業都有過受制于 ERP（企業資源計劃）的時候，高度自動化的ERP 系統很早就大規模應用于德國工業領域，能提高集成度，但是會降低靈活度。產品最好不要修改，一旦要修改就會遇到大麻煩，因為缺乏適應性。這是德國制造業創新面臨的一大窘境。
       科技原創力很強的美國，往往受困于資本環境。由于美國投資者篤信資本效率的重要性，金融界衡量利潤能力的工具，早已不是賺進多少美元、日元和人民幣，而是凈資產回報率（ROE）和投資資本回報率（ROIC）等財務指標。高價值的原始創新往往需要5到10年的投資回報期，而效率提升型創新只要1到2年就能見效。當美國投資者用財務指標衡量一些創新時，耗時甚久的高價值原始創新無疑很難勝出。
       美國政府力推“再工業化”戰略，主動資助多個IMI（美國制造業創新機構），引導“懂得進取的企業領導人意識到，工廠是一個值得投資的創新和利潤中心，而不僅僅是一個只需要削減成本、有時甚至因為戰略價值低而進行海外外包的成本中心。”而哈佛商學院著名教授克里斯坦森仍大感困惑：即便資本成本已創下歷史新低，懷揣著巨額現金儲備的企業依舊不愿投資那些可能促進發展的創新活動。穆迪投資者服務公司的公開數據顯示：2015年美國非金融類企業的現金儲備總額達1.73萬億美元，其中近1/3掌握在蘋果、微軟、谷歌、思科和甲骨文這五大科技巨頭手中。
       中國制造業光譜非常寬泛，從工業1.0到工業3.0甚至工業4.0的各種成分同時存在于單一經濟體系內部，轉型升級的創新動力很難再靠跟隨美國或者跟隨德國，況且無論是美國GE的智慧工廠還是德國博世力士樂的思考型工廠，都還只是一種將來時的概念。
       突破制造業創新窘境的根本出路，一定是基于本國產業生態的核心優勢。中國制造業產能世界第一，擁有比日本大四倍多的供應商體系、1.5億富有經驗的產業工人和相當現代化的基礎設施。中國規模巨大的本土市場和發展健全的供應鏈，可以實現創新（技術和產品）的快速商業化，并使中國企業獲得成本優勢。
       必須看到，工業4.0、智能制造并不是一場革命，不會導致中國現有工業體系一夜之間江山變色。全球經濟對精密復雜產品的靈活制造需求，美國、德國都不能完全滿足。而中國工業體系需要將柔性生產、敏捷制造視為創新突破的重要方向，盡快走出創新窘境。中國必須固守全球制造業中心地位，以持續的開放性和靈活性應對近在眼前的全球產業變局。