破局：中小制造企业“积木式”数字化转型之路-机工智库

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1 第一篇 · 构建新型制造系统，融入世界级制造 前 言 全球制造业处于转型关口 当今全球制造业正处于前所未有的转型关口。世界经济论坛在多份报告中指出，制造业正经 历一场“双重重构”：一方面，技术革命带来生产方式、供应链和产业组织方式的重塑；另一方面， 全球价值链在地缘政治、绿色转型和市场格局的叠加影响下，也在加速重组。对中国而言，这既 是挑战，也是历史性机遇。 过去四十年，中国制造业依靠规模化生产与链群融合优势，实现了从“世界工厂”到“制造大国” 的跨越。如今，随着产业复杂度的提高，中国正逐步向全球价值链的高端攀升：高端装备、智能 终端、新能源、船舶海工等复杂产品不断突破，出口商品的技术含量和附加值显著提升。可以说， 中国制造正在进入“从规模领先到质量领先”的新阶段。 这一转型并非孤立发生，而源于多重趋势的合力。首先，全球经济正处于新旧动能转换的关 键时期，新一轮科技革命推动生产方式深度变革，人工智能、绿色低碳等浪潮交织。其次，中国 政策正持续发力，从“新型工业化”到“专精特新”，从“智能制造工程”到“智能工厂梯度培育”，顶层 设计为产业升级提供了方向。再次，企业自身也在积极行动，龙头企业率先探索数字化工厂和全 球化布局，为中小企业树立了标杆。 我国中小制造企业转型之困 我们不能忽视中小企业的特殊地位。数据显示，中小企业贡献了中国制造业 70% 以上的创 新成果和 80% 以上的就业，是产业链韧性和创新活力的重要支撑。没有中小企业的积极参与， 就不可能有中国制造业的系统性升级和世界级跃升。换言之，世界级制造不仅是大企业需要回应 的命题，更是数以百万计中小企业必须回答的时代考卷。 但现实是，中小企业的转型远比大企业更为艰难。它们面临资金有限、技术储备不足、人才 短缺、数字化认知和准备度不高等共性困境。同时，市场竞争环境瞬息万变，客户需求不断迭代， 留给中小企业的调整空间更小、周期更短。在这种背景下，中小企业既需要构建系统化、完整性 的新型制造系统，又必须在有限的资源条件下，找到灵活而可持续的转型路径。 所谓新型制造系统，不再是简单的产线自动化或信息化拼接，而是以“数字”为核心驱动要素， 以“制造技术 + 数字技术”的融合创新为基本路径。它贯穿设计、工艺、生产、供应链、服务的全 价值链，实现从生产模式到价值创造方式的范式转变。这种转变的本质，是从“资源驱动”走向“数 据驱动”，从“局部改良”走向“系统优化”，从“跟随学习”走向“引领创新”。 破局之道——“积木式”数字化转型 路径选择至关重要。传统的集中式、一次性投入模式，并不适合中小企业。世界经济论坛的 研究表明，中小企业数字化转型若采取“轻量化、模块化、渐进式”的方式，更容易获得成功。这 意味着，中小企业需要一种“先诊断、后切入、小步快跑、持续迭代”的方法论，以在资源可控的 前提下逐步构建数字化能力。 基于此，西门子（中国）有限公司联合机械工业信息研究院，结合自身数十年的转型经验和 对中小企业的长期研究，提出了一个面向中小企业的数字化转型框架——立足价值流分析的“积 木式”转型路径。价值流分析不仅是一种精益管理工具，更是一种“看见全局、识别痛点、明确优 先级”的共同语言。通过它，中小企业能够清晰理解自身业务中哪些环节真正创造价值，哪些环 节成为瓶颈，进而在关键痛点处优先引入“小、轻、快、准”的模块化数字化方案。模块之间犹如 积木，可以先局部搭建，再逐步连接，最终形成一个系统性的新型制造体系。 这种方法的核心价值在于：它避免了“一刀切”的大投入，也克服了“零散化”的盲目尝试；它 强调根据企业发展阶段、市场环境和竞争压力，因地制宜地设计转型路径；它既帮助企业解决当 下的生产效率与成本压力，又为未来的全球价值链升级预留空间。 我们相信，在全球制造业深度调整的大背景下，中小企业只有抓住这个窗口期，才能在新一 轮全球竞争中找到自己的位置。中国制造能否实现真正意义上的世界级跃升，取决于是否有一大 批中小企业能够跨越“数字化门槛”，进入系统化转型的快车道。 本报告的目标，正是为中小企业提供一套方法论：从理解大势，到认知挑战；从发现问题， 到设计方案；从“积木式”搭建，到系统化升级。我们希望，本报告能成为中小企业穿越不确定性 的灯塔，成为推动中国制造走向世界级制造的实践指南。 在本报告的编写过程中，我们得到了多方面的支持与帮助，在此表示衷心的感谢 ! 首先，我们要感谢本报告核心编写团队的所有人员，机械工业信息研究院的陈琛、朱辉杰、 赵娟、黄伟东、袁雪峥、韩军、周彦锟等各位产业专家，以及西门子数字化工业集团的顾欣、舒 悦、王熙等数字化转型专家，大家协力完成了报告的主线策划、信息分析和内容编制工作。其次， 衷心感谢西门子数字化工业集团的冯晨、叶岚、梁建平、雷扬、高琦、陆晨等数字化转型顾问， 在知识体系、项目经验等方面提供的无私帮助和专业指导。 最后，向所有关心和支持本报告编写工作的朋友们表示诚挚的谢意！ 01 构建新型制造系统，迈向世界级制造…………………………… 1 1 中国制造进入价值创造新阶段……/……2 2 世界级制造的 “四化” 特征……/……4 3 新阶段：中小制造企业需要构建新型制造系统…/……4 02 聚焦业务场景，优选 AI 联合方案… ……………………………… 7 1 中小制造企业数字化转型七大业务痛点和场景……/……8 2 数字化转型解决方案组合……/……21 03 价值流分析，驱动企业持续进化的“飞轮”……………………23 1 价值流分析：看清企业生产运营的 “价值河流”……/……24 2 中小制造企业的应用图景：把 “看见” 和 “迭代” 变成企业的能力…/……27 3 案例：找到瓶颈，就能撬动利润杠杆…/……31 04 搭建积木，构筑企业数字化转型的完整体系… ……………35 1 数字化转型三大特征：长期性、系统性和持续迭代……/……36 2 搭建积木：数字化转型 “四步走”……/……36 3 某汽车零部件企业数字化转型案例……/……41 05 强化数智能力，走向数字化创新……………………………………44 1 第一层能力：“数据炼金”，形成数据底座……/……45 2 第二层能力：“积木搭船”，保持可扩展性…/……45 3 第三层能力：“掌舵远航”，人才与组织顺势调整……/……46 目 录 CONTENTS 前 言 结 语 图 1 中小制造企业“积木式”数字化转型方法论 1 第一篇 · 构建新型制造系统，融入世界级制造 构建新型制造系统，迈向世界级制造 第一篇 中国制造业发展正置身一个前所未有的“临界期”，众多行业出现流 程再造和系统重构，中国的龙头企业开始在价值链网络中占据主导地位。 未来十年是变革的关键窗口期，对中小制造企业来说，既提供了跃升的 机会，也存在落后的风险。为在未来实现领先，走向专精特新发展，企 业需要改变认知、抓住机会、调整战略，更需要在微观上持续投入，打 造新型制造系统，在数字驱动下形成精益、强健和灵活的业务能力，创 造出独特价值。 01 2 破局：中小制造企业 “积木式” 数字化转型之路 1 中国制造进入价值创造新阶段 中国制造业正在进入一个以质量和复杂度为核心的新阶段。它不再仅依赖规模扩张，而是通 过创新深化和产业升级，展现出更高的技术复杂性与更快的迭代节奏。在全球价值链分工中，中 国开始承担制造复杂产品和系统集成的任务，产业链与区域集群的耦合使外部效应被充分释放。 整体而言，这一转型意味着中国制造正在由“成本驱动”迈向“创新驱动”，并在全球产业体系中逐 渐扮演规则塑造者的角色。 1.1 产业攀峰：制造更复杂的产品 中国制造的产品正变得更加复杂精密且质量更好。根据经济复杂性观察站（OEC）的数据显 示，在过去 20 年，中国经济的复杂度指数由全球 46 名上升到 18 名；重工业生产的高技术、 高附加值产品所占比重持续上升；2024 年高技术制造业增加值占规模以上工业增加值的比重为 16.3%。中国在新能源汽车、先进电池、5G、商用无人机、先进制造等领域技术领先。复杂度 的微观基础是无数企业的通力协作，目前国内形成了专精特新中小企业 14.1 万家，专精特新“小 巨人”企业 1.46 万家，这些企业是全球价值链高端的关键组成，善于制造中高技术产品，正在成 为细分领域高端制造的参与者和主导者。 （注：该平台由麻省理工学院媒体实验室 César A. Hidalgo 和哈佛大学肯尼迪政府学院的 Ricardo Hausmann 共同开发。） 1.2 创新深化：数字化与服务化驱动变革 进入新阶段，最显著的特征是新产品、新技术、新模式和新业态层出不穷，一些企业正在成 为新的生活方式和制造方式的定义者。在生活领域，很多企业通过产品和模式的创新引领品类进 化，中国在全球扫地机器人领域占据了 50% 以上的市场份额，并开始向草坪维护、泳池清洁、 建筑外墙清洁等新的领域拓展。在生产领域，中国灯塔工厂数量全球第一，占比超过 40%。企 业加速应用工业互联网、人工智能等技术，实现生产过程的智能化和柔性化。一些行业出现了模 式和业态的变化，例如在纺织行业，一些平台型企业基于数据驱动，通过供应链资源集成实现小 单快返，促进成千上万企业的协同，快速满足上亿消费者的个性需求。 1.3 链群融合：产业链供应链的协同与集群化 在迈向高质量发展的过程中，中国正着力打造更强大的产业链供应链体系和世界级产业集群。 通过数字化的连接不断提升“链”的韧性和“群”的力量，最终成为制造业构建世界级竞争力的重要支撑。 不同的产业链和集群相互交织、嵌套、融合，新能源汽车、电子通讯、工业机器人、人工智能、 数控机床、智能家居、集成电路等赛道正在发生深度融合，形成相互叠加的产业生态效应，每个 行业的进步也会强化其他行业的竞争优势。 3 第一篇 · 构建新型制造系统，融入世界级制造 1.4 疾速奔跑：“专精特新”需要越来越快的移动速度 市场需求变化日益频繁和多样化，促使制造业从过去冗长滞后的供给响应模式，转向高敏捷、 高响应的新模式。无论是在工厂内部还是产业链上下游，信息流通的速度和广度前所未有，为快 速响应创造了技术基础。中国新能源汽车平均 1.3 年进行一次车型更新，较传统车企快了 3 倍。 在消费电子、小家电领域，中国企业更新时间是 6~12 个月，显著快于国际竞争对手。机工智库 对机械、电子和家电等领域专精特新企业的调研发现，中小制造商的交付速度从 4~6 周缩短到 2~3 周以内。在小单快返模式下，玩具、服装等行业往往需要在 14 天内完成从新产品设计到量 产再到交付的全过程。 图 2 中国制造进入新阶段的四大特征 2000 2005 2015 2020 2025 SCADA 流媒体 数控装备 近场通信 APS 社交媒体 标准 管理 电商 ERP 网上银行 搜索引擎 5S标准管理 中国制造进入价值创造“临界期”四大特性 “人带产线” 设备联网 积木式拓展应用 边缘计算 工业智能体 APP应用 数据要素× 三年行动 VMS 全息工厂 新质生产力 工业大模型 数字孪生 5G+工业 互联网 平台化 制造 柔性制造 预测性 维护 产业攀峰 制造更复杂的产品 创新深化 数字化与服务化驱动变革 链群融合 产业链供应链协同与深度融合 疾速奔跑 专精特新需要更快移动速度 AIGC 4 破局：中小制造企业 “积木式” 数字化转型之路 2 世界级制造的“四化”特征 中国制造加速迈进高质量发展的新阶段，中小制造企业也要和大企业一样加快迈向世界级制 造。世界级制造不只是成本和良率的领先，更是面向全球市场的组织能力、面向高端场景的产品 与工艺、以数据为内核的端到端运营以及以净零为约束的价值链协同。世界级制造具有“四化”特征。 图 3 世界级制造所具有的“四化”特征 3 新阶段：中小制造企业需要构建新型制造系统 3.1 新型制造系统的理念和架构 进入新阶段，中小制造企业要在全球竞争中保持活力，就必须打造以数据为核心的新型制造 系统（Next-Generation Manufacturing System for SMEs，NGMS-SME）。这一系统不仅仅 是对现有工艺流程的数字化改造，更强调通过平台化方式沉淀和复用能力模块，以支撑企业快速 应对市场和客户的变化。 很多中小制造企业未能做到与时俱进，问题的根源不在于员工或设备，而是在于我们缺少一 个现代化的“作战指挥系统”。 新型制造系统具有几个显著特征： • 轻量化与模块化：中小制造企业可以从关键痛点环节切入，逐步积累数字能力，而非一 次性投入巨资建设庞大的集中式平台。这种“小步快跑、快速迭代”的路径更契合中小制造 企业资源有限但灵活度高的特点。 • 开放与协同：系统强调嵌入产业链数字生态。通过平台化手段融入链主企业和行业生态， 中小制造企业能够弥补自身在资金、人才和技术上的不足，借助大企业和生态伙伴的赋 5 第一篇 · 构建新型制造系统，融入世界级制造 能实现能力跃升。 • 数据驱动与价值导向：数据不再只是记录，而是成为研发、生产、质量、供应链等端到 端流程的驱动力。正如国际领先制造企业的经验所显示，基于互联互通的业务流程和数 字技术构建数字化生态，是赢得市场先机的关键。 3.2 新型制造系统的架构 从架构上看，新型制造系统呈现出“基础—业务—智能”三层递进： • 基础层：实时感知与互联互通 依托工业互联网、传感器、边缘计算和云平台，打通“设备—产线—工厂—供应链”的多层数 据链路，实现过程可视、状态可控、资源透明。 • 业务层：数字化驱动核心流程 数字化工具深度嵌入生产、质量和研发，实现端到端协同。生产运营可通过高级计划与调度 （APS）、数字孪生优化交付周期；质量管理从事后检测转向实时监控与预测；研发设计通过仿 真与模块化平台缩短新产品导入周期。 • 智能层：AI 与大模型赋能智慧化运营 人工智能和大模型技术将数据转化为智能化能力，支持预测、生成与自学习。例如，面向管 理者的智能体助理（AI Agent）可以实时分析多源数据，生成排产方案、质量诊断或运营建议， 使企业从“数字化”走向“智慧化”。 图 4 中小制造企业新型制造系统的三层架构 基于工业互联网、传感器、边缘计算和云平台，形成“设备—产 线—工厂—供应链”的多层数据互联，实现实时感知和透明化管理 基础层 业务层 智能层 ——现实时感知和互联互通 通过数字化工具深度嵌入生产、质量和研发，推动核心业务的协 同与优化。例如生产运营用高级计划与调度（APS）、数字孪生 等手段缩短交付周期、提高资源利用率。 ——通过数字化工具驱动核心流程 利用人工智能和大模型技术，把数据转化为智能化的业务能力，实 现预测、生成与自学习。例如使用管理者的智能体助理（AI Agent） 实时给出运营建议的大模型 ——推动AI与大模型驱动的智慧化运营 6 破局：中小制造企业 “积木式” 数字化转型之路 3.3 中小制造企业面临的七大壁垒 在实际构建过程中，中小制造企业往往会遭遇来自不同方面的七大障碍，如同七堵难以逾越 的高墙。 图 5 中小制造企业构建新型制造系统存在七大壁垒 • 指企业在数字化与流程重构过程中，因观念滞后、机制未对齐、 透明恐惧和路径不清，引发“不愿变、不会变、不敢变”的系统 性阻力 • 缺少清晰的转型目标和路线图，对怎么转没有头绪 • 往往停留在”点状应用“而非”端到端“改造 • 容易陷入盲目跟风或顾此失彼的困境 • 中小企业生产设备大多数据无法自动采集，系统间数据孤岛现 象突出；缺少标准化、数字化的流程基础，直接上马新系统可 能水土不服 • 软硬件、人员培训、系统维护等方面进行持续较大投入 • 面临“ROI”收益不确定性 • 部门壁垒明显，难以适应跨部门协同的数字化变革，容易形成 一堵难以逾越的“机制之墙” • 中小企业往往难以吸引和留住既懂业务又懂数字技术的复合型 人才 • 市场上的解决方案往往过于复杂或过于昂贵，缺乏适配中小企 业规模与行业特征工具；错误选择可能降低了显性成本但无形 中提高了隐性成本 NMS 击破 中小企业面临七大壁垒 新型制造系统赋能路径 • 将试点收益与绩效挂钩 • 一线参与低代码共创，灰度发布、滚动扩面 • 画现状/目标双层价值流图 • 以“点→链→面”编排季度试点 • 从最痛的环节切入，小步快跑，分期投入，避免巨额资本支出 • 融入产业链数字生态，借助平台和伙伴的外部赋能，弥补自身 人才短板 • 解决实际业务问题为唯一标准，避免为技术而技术，确保每一 分投入都产生回报 • 打通“计划-产线-质量-服务”的最短数据链 • 关键设备先上边缘网关与轻量IoT • 将“交付/质量/库存”纳入例会仪表盘 • 用看板替代口头协同，问题闭环到人到时 变革阻力与 数字思维壁垒 战略规划壁垒 资金投入壁垒 数字人才壁垒 技术方案壁垒 基础设施壁垒 组织与文化壁垒 价值流视角 端到端看问题 顶层规划设计 轻量化与模块化 生态伙伴与赋能中心 数据驱动与价值导向 数据为纲 流程Owner制 （端到端负责） 7 第二篇 · 聚焦业务场景，优选 AI 联合方案 聚焦业务场景，优选 AI 联合方案 第二篇 传统“技术先行”的数字化转型路径往往陷入“为数字化而数字化”的误 区，结果是上了大量的数字化系统，却不仅无法增效，反而形成新的“数 据孤岛”。因此，在构建数字化架构之前，必须深入场景、直面痛点。基 于对百家中小制造企业的深入调研，本篇章系统梳理了七大典型业务痛 点场景，将业务挑战转化为可行动的模块化解决方案。 02 8 破局：中小制造企业 “积木式” 数字化转型之路 1 中小制造企业数字化转型七大业务痛点和场景 中小制造企业的数字化转型面临七大彼此关联的业务痛点：研发与生产脱节导致数据源头混乱 和标准缺失，业务与数据难以闭环，形成数据孤岛与流程断链。这一数据基础缺陷使企业运营成为 不可见的“黑箱”，生产进度与资源状态无法透明化，不仅造成难以追溯的成本失控现象——损耗持 续发生却难以遏制，更导致数字化投入难以量化价值，引发转型动力不足的问题。内部运营的不透 明迫使管理者只能依赖经验做出决策，进一步削弱企业协同能力，严重制约国际竞争力。由此可见， 数字化转型是一项必须系统应对的链式挑战，唯有以系统性视角审视这一链条，以“积木思维”整合技术、 数据与业务，才能从根本上打破困局，构建韧性、高效、可持续的数字化未来。 1.1 内部根源问题——数据孤岛 “数据孤岛”是制约业务协同与效率提升的核心内部根源，其本质是部门壁垒未打通、系统间缺 乏统一语言与集成机制，导致数据难以流动、业务难以协同，进而阻碍企业整体数字化价值的实现。 1.1.1 场景一：图纸到成品的反复“试搭” 在制造业竞争日益激烈、市场窗口期缩短及客户需求加速迭代的背景下，企业常面临这样的 困境：明确的市场需求已出现，却受制于研发周期过长