面向工业4.0的工业服务设计研究

金青

(常州工学院经济与管理学院，江苏常州213002)



面向工业4.0的工业服务设计研究

金青

(常州工学院经济与管理学院，江苏常州213002)

摘要：工业4.0为工业企业带来了创造价值的新途径，工业企业通过提供服务创造出更大价值。通过分析顾客在使用智能产品前、使用中和使用后的体验行程，建立了工业服务需求模型，建立了ICT技术主导下的服务行为模型和能力资源模型，提出了智能产品服务接触点的设计思路，以典型案例验证了主要观点。

关键词：工业4.0；服务设计；工业服务；智能产品；ICT技术

0引言

德国“工业4.0工作组”发表的工作报告《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》[1]中指出，工业4.0是“将基于Web网络的服务整合进工业过程”，“以高度灵活的生产方式和全局优化的决策，满足高度个性化、随时变化的需求，通过新的服务创造价值”。可见，服务在工业4.0中成为创造新价值的支点。相比于工业4.0，美国更加倡导工业互联网革命，PTC全球CEO贺普曼在谈到物联网和工业互联网带来的发展趋势时认为，未来“产品”的价值将呈现三大变化趋势：“原先硬件创造的价值正在被软件创造的价值所共享；价值正在从产品向云转变；商业模式从产品转向了服务。”[2]无论“工业4.0工作组”还是贺普曼，两者的观点都揭示了服务在未来将扮演极为重要的角色。

尽管工业服务在欧美等发达国家正如火如荼地发展，但中国国内服务业仍然以传统劳动密集型的操作性服务为主，尚很少将工业化手段用于服务业，因而不易扩大经济规模，很难满足高标准的质量要求，也达不到高的利润率和生产效率。近年来国内制造业开始涉足服务方面，尝试发展工业服务，试图通过服务拓展新业务，吸引顾客，创造新价值。但是，由于对工业服务缺乏足够的认识，对工业服务与传统服务在需求定位上的差异界定不够清晰，缺乏有效的服务手段和途径，许多企业设计出来的服务模式顾客并不买账，成效不显著。鉴于此，本文以工业4.0系统下产品及服务系统为主要研究对象，分析ICT技术支持下的顾客围绕产品的服务体验行程，建立工业企业服务需求模型，继而建立服务行为与能力模型，并对服务提供者与服务接受者之间进行互动的重要接触点提出一些设计思路。

1文献综述

近年来国内关于工业服务的研究，主要有以下几个方向：

一是从制造业转型的角度研究制造业服务化的路径和对策，如霍景东等[3]提出转向服务经济是推动制造业转型与升级的关键，是攀升全球价值链、增强产业国际控制力的需要，而转向服务经济的重要动力就是工业服务外包，围绕实体经济发展服务业，创新服务业发展模式，提升服务业效率等。

二是关于开展工业服务的影响因素、技术、知识体系等基础性研究，如：霍景东等[3]分析了影响工业服务外包的因素；许月恒等[4]指出在工业服务市场，服务质量的硬件环境质量、技术质量和功能质量均对客户重购意向和传播积极的口碑有直接的正向影响，影响大小依次为硬件环境质量、技术质量、功能质量；王毅等[5]则详细介绍了物联网在工业服务中的应用案例，以远程在线监测与诊断系统为主体，整合视频系统、呼叫中心、移动通信、卫星定位等体系，建立起强大服务后台支撑体系，实现对异地销售、技术、服务人员及客户和供应商的远程支持，实现对内的各业务板块的支持；金青等[6]提出了服务型制造模式的能力知识体系架构。

三是从工业服务创造价值的角度，研究服务从产品的附属发展成为产品及服务系统在服务形式和内容上的发展变化，如跨国公司对服务型制造价值形成的研究[7]、新型产品模式与制造范式[8]，姚远[9]结合天津A320飞机的生产实践，提出了工业服务外包形式，即：工业物业管理外包，设备维保外包，国内特种设备检测、电力设备维护、标定工作外包，第三方管理监控评价外包，工业物业管理信息化外包，进口备件物流外包等。

四是关于服务开发设计研究。目前国内这类文献尚较多地集中在商业服务设计、公共服务设计研究和网络信息平台服务设计研究上，如顾客体验的综合交通枢纽服务设计研究[10]、图书馆空间和服务设计应用研究[11]等。关于工业产品乃至工业产品服务系统的服务设计研究，如手持移动设备的服务设计[12]、基于服务设计的洗衣机创新设计研究[13]等，这类文献很少，而这恰恰是工业企业开展与产品相关联的工业服务创新最需要的，也是最具有直接指导作用的部分，是广大工业企业最为关心的研究领域。本文的研究成果就属于这一类。

2工业4.0系统的价值创造新途径

工业4.0系统为工业企业带来了价值创造的新途径，如图1所示，可概括为四方面：一是以智能产品和智能服务为引领，构建新的用户价值；二是以智能工厂、智能生产为引领，构建新的价值产出系统；三是通过工业互联网获取最佳的优势资源；四是衍生出新的商业模式，解决业务运营过程中诸如合作模式、营销渠道、收益模式、利益分配模式等问题。

图1　工业4.0系统的价值创造新途径

工业4.0的最终产品及服务应具备以下几个特征：

1)产品本机将具备更多智能化、自动化、软件化的新功能，替代或减少顾客操作使用的作业量，从而提高顾客自身价值。

2)产品的个性化元素将不断增加，不仅在外观上、配置上，而且在操作、使用上更加适应个人习惯。为此，必须能采集用户使用环境和使用习惯等信息，并且能运用大数据分析技术和基于嵌入式软件的智能技术等来满足个性需求。

3)借助产品本机的数据采集和通信功能、嵌入式软件功能、联网功能，向客户提供更多的服务。服务大致有3类：一是帮助客户监测产品的使用状态并提供报警、预测等功能；二是提供产品使用过程的管理、控制和优化；三是提供更深入、更宽泛的合约服务，例如中央空调的能耗管理服务、金融服务等。前2类服务主要是以减少客户使用(或产品运行)过程中的事务或麻烦，更高效地使用产品为目的；第3类服务则对于B2B、集团用户设备以及单用户产品中价值高、使用寿命长的产品具有非常广阔的应用前景，可以使企业产出的重点从产品转向服务，企业创造价值的过程(即价值链)由产品“使用前”向“使用中”“使用后”的整个产品生命周期扩展、延伸，为客户创造更大价值，企业收益也由“一次收益”变为“持续收益”。

4)通过产品服务平台系统，提供数据分析、咨询以及技术支持等深度服务，例如安全隐患分析、FMEA失效模式分析、寿命预测等分析，以及故障、隐患排除等方法(知识)的技术支持。这一点尤其适用于重要度高或价值高的设备或设施。

5)智能产品还将成为介质般的角色，通过产品连接到各种网络运营平台，使客户享受到各种网络服务，例如手机、谷歌眼镜、带芯片功能的手表、磁卡(芯片卡)，甚至未来的汽车等。

3工业企业在工业4.0系统中的价值创造与传统价值创造的对比——工业服务需求分析

如图2所示，传统工业企业的价值创造绝大部分是集中在产品使用前的阶段，一旦产品交付给顾客后，除了通过提供配件或修理零件产生一些价值外，所提供的服务大多是免费的，增值服务很少。而在顾客这一侧，以往顾客使用阶段操纵和使用产品创造价值的过程由他自己掌控，工业企业只作为产品维修服务和零部件的提供者偶然介入。同样，在使用前的阶段中，顾客也只是偶而或几乎不参与工业企业的价值创造过程。

图2　传统工业企业与面向工业4.0的工业企业在创造价值上的转变

随着ICT技术越来越广泛地应用于服务领域，极大地改善了服务的手段和方式，提高了服务的效率和满足需求的有效性，推动了服务理念不断更新，工业企业开始从“产品或零部件的提供者”向“服务提供者”转变，通过提供服务“介入”到顾客创造价值的过程，并逐渐承担了顾客价值创造过程中的大部分工作，如图2所示。

工业企业在顾客创造价值过程中所创造价值的大小，是随着它对顾客创造价值过程支持程度的加大而不断增大的，因此，详细分析顾客在使用产品前、使用产品中和使用产品后的体验行程，可以发现存在的和潜在的与工业企业进行互动或让企业提供服务的机会，也就是服务需求，如图3所示。

图3　顾客服务体验行程图(服务需求模型)

这种顾客与工业企业之间的互动和服务在ICT技术的支持下，正变得越来越方便，且更加高效，服务的形式也多种多样，如图4所示。工业企业不仅可以提供面对面的服务，而且可以提供远程服务；服务可以由产品提供方提供，也可以由多方或第三方提供；可以是操作性的服务，也可以是知识、信息类服务；可以是产品的维护性服务，也可以是拓延的捆绑服务；可以是顾客在需要时请求的支援性服务，也可以是以合约的形式代替顾客从事原先由他自己操作、管理的部分工作的替代性服务。服务的个性化程度也大大提高，由传统的共性需求转变为大量的个性需求。

图4　工业企业所提供的服务的类型

由此，服务的频次由原来出现问题时的补充性服务(Job)，发展成时时刻刻的伴随性服务(Always)或日常性服务(Daily)，因而工业企业深深地介入到了顾客的价值创造流程中，成为了其价值的共创者、利益共同体。

4工业4.0趋势下的工业服务行为与能力资源设计

服务需求是通过一系列服务行为，运用已有的能力和资源来满足的。在ICT技术支持下，服务行为和服务资源与传统相比，发生了很大的改变，知识和信息在其中发挥着越来越大的作用。

4.1工业4.0的智能产品对服务的支持分析

在服务主导逻辑中，服务被定义为通过应用已有能力(主要是知识和技能)来为另一方提供便利、好处的过程[14]，产品是提供服务、传递服务的载体。

建立在ICT技术高度发达的物联网环境下的工业4.0系统，生产出的智能产品不再是单一的实体产品，而是植入芯片的，与软件、互联网和物联网等设施集成了的系统性产品，与传统产品的概念有很大的区别，“具有环境感知、自身识别、信息接收和行为决策等智慧特征”[15]。故而，智能产品能够被识别，可以在任何时候被定位，并能知道它们自己的历史，收集当前状态数据，能进行数据通信，还能够理解自身如何被使用，并能通过寻优确保其在工作范围内发挥最佳作用。这些优点在产品“使用前”“使用中”和“使用后”的服务中被充分利用，强化了服务的能力，扩大了服务的范围。主要体现在：

1)智能产品是服务的“接触点”，通过它可以连接更加丰富的服务资源(如服务平台)。

2)智能产品可采集用户使用过程的数据(包括环境数据)，或者可视化记录用户与产品交互的过程，是开展个性化服务活动的数据源。

3)智能产品可随时确认自身的损耗程度、能耗情况以及与环境相关因素的情况，这些信息可以汇集起来反馈给制造环节和物流、商业、保养等服务环节参考，以更好地优化这些环节。

4)智能产品的数据可连接到PLM数据管理系统，支持全生命周期的数据追溯，供用户或产品商业过程的参与者使用。

5)某些智能产品在授权的情况下能实现远程操控，替代用户操纵甚至管理智能产品的部分或全部工作。

4.2产品“使用中”的服务行为和能力资源

由图3可以看出，“使用中”的服务需求较为旺盛，也最有收益，因此是工业企业开发设计服务项目的重头。

4.2.1服务行为

服务行为是顾客(包括工业用户)与服务提供者之间相互作用的活动[16]，包括听、说、看、写、触(操作)，甚至闻、尝等顾客能感觉到的一切活动。通过这一系列的行为，实现顾客心理、生理、情感、信息知识、财产和物质等方面的转换，满足顾客的需求。在ICT技术的支持下，智能产品“使用中”的服务行为除了以往常见的上门服务、门店服务等面对面的互动之外，增加了许多新的互动方式，例如交流咨询服务、信息知识查询服务、远程技术支援服务、捆绑支援服务和合约服务等。基于ICT技术的“使用中”服务行为模型如图5所示。

图5　基于ICT技术的“使用中”服务行为模型

其中：远程支援服务主要是通过远程操作、控制和指导来给予顾客技术、技能方面的支持，是基于软件的；合约服务主要是服务提供者作为协作者承担顾客价值创造技术流程中的一些工作，并担负部分责任，是一种长期的伴随性服务，如设备设施维保服务、产品和组件开发设计服务、定制服务、运营数据服务、运营管理服务、租用服务、效用服务(以服务替代产品)，以及专业性强的状态监测、远程诊断、深入调查、提出优化解决方案等服务；捆绑服务则是给予顾客多方面的支援，亦即支援集成，捆绑价值链上关联的供应、物流、金融、工程、回收等多环节的业务，给顾客提供“一站式”服务，从而提升顾客的价值体验。

4.2.2服务能力资源

围绕智能产品服务所需的资源更多的是操作性资源。需要高素质的人员、知识、技能、信息和整体解决方案等能力资源，同时要借助于产品上的嵌入式ICT技术和一些ICT设施(如Web服务平台)，使资源的使用更加方便、快捷和优化，如图6所示。

图6　“使用中”服务能力资源模型

在服务主导逻辑中，服务提供者的知识和技能(包括技术)才是创造价值的源泉，而不是偶尔用来承载服务过程的产品。因此，高技术含量的解决方案及服务能力资源的建设，才是服务创造高价值的关键，应以最新的先进技术为支撑，如传感器技术、嵌入芯片技术、嵌入式软件技术、智能技术、移动通信技术、大数据分析技术、远程诊断技术、联网技术、云计算技术等。

4.3产品“使用前”的服务行为和能力资源

在服务需求越来越个性化的当下，最重要的“使用前”服务行为是请顾客(包括工业客户)“介入”到企业的开发、制造过程中来，目的是充分了解顾客的需求，设计和制造出更好、更有创意、更符合顾客心意的产品。对于那些力图成为客户的性能合伙人、价值合伙人的工业企业，“使用前”的服务行为更加重要。

在信息通信技术高度发达的今天，研发端与客户之间应建立起非常便利的交互渠道，如交流平台、数据共享、软件共享通道等，使研发端不再受物理距离的限制，与客户能“亲密”接触，方便而友好地支持客户与研发者一起交流、构思、创建原型和反复交互，直至修改满意；生产端应能随时接受定制订单，敏捷地组织生产系统，高效产出个性化产品，还可以及时提供顾客关注的进程、物流状态等信息反馈。“使用前”最主要的服务行为如图7所示。

图7　“使用前”服务行为模型

所需的服务能力资源对软硬件技术、知识和技能的要求更高，主要涉及基于Web的用户需求服务平台、需求分析和挖掘技术、快速原型技术、PLM数据管理技术、大规模定制技术、制造过程可视化技术、物流动态跟踪系统、基于知识库的异常问题处理系统等。

4.4产品“使用后”的服务行为和能力资源

“使用后”的服务需求主要是替换、转让和淘汰处理，其主要服务行为方式如图8所示，包括提供统一的PLM数据共享，追溯智能产品设计参数、物料参数、制造过程数据和维护过程数据，提供多种有利于生态环境保护的回收再利用或废弃处理等处置方式。所需服务资源主要包括统一的PLM数据管理系统、高效的“替转淘”解决方案、高素质的合作伙伴，以及相关信息和知识。

图8　“使用后”服务行为模型

5服务接触点设计

服务是通过人与组织互动、协作完成的，因而在服务提供者与服务接受者之间存在一个服务界面，在服务界面上分布着不同的服务接触点，如图9所示。工业企业所提供服务的形式和内容都体现在服务界面的接触点上，包含了顾客的感官能看到、听到、触到，甚至闻到、尝到的一切。顾客通过服务界面的接触点感知服务的内容和形式，支付报酬并进行评价。因此，服务界面上的每个接触点都是宣传品牌、延伸价值创造、提高顾客认可度和满意度的好机会，故而接触点的设计非常重要。

图9　服务接触点

对于智能产品，除了传统的门店等面对面接触点、电话或即时通讯工具接触点之外，其本身就是服务接触点，顾客通过它连接到包括服务平台在内的多种服务资源，而网络服务平台则是工业产品提供增值服务的最重要接触点。因此：

1)在智能产品设计时应考虑将其与网络服务平台一起构成“前台-后台”一体的服务系统，智能产品作为与顾客交互、“接触”的前台，网络服务平台作为提供强大服务功能和服务资源的后台。

2)网络服务平台不仅要提供强大的服务资源，还要展示企业文化，并作为深度服务的接口。因此，在设计时应考虑到以下内容：①展示的内容，例如企业文化宣传，产品和服务品牌宣传，新品和新服务的发布，促销及市场信息等；②服务功能模块，例如各种服务应用(含可信的第三方应用)，操作说明或演示，服务的流程，规范要求，支持性知识文档和商业表格，成功案例，以及团队、合作者、利益相关者等信息；③技术支持，包括使用前、使用中、使用后3个阶段的技术支持方案，如选型方面、使用方面、维护方面，以及淘汰处置方面的支持；④平台互动，包括咨询留言、建议与反馈、调查与投票、经验分享，以及论坛等；⑤进行深入接触和深度服务的渠道，例如远程专家连线、邮件、即时信息工具(QQ、微信)等。

6典型的工业服务案例

1)远大集团通过能源合同为顾客创造新价值。远大集团不仅生产中央空调主机和一体化空调输配系统，还提供专业的合同能源管理，冷热电联产运营服务和区域能源系统的投资、建设、运营一体化整体服务解决方案[17]。与客户签订节能合同，投资节能空调系统，并且为客户提供包括能源审计、节能投资、采购、施工、安装调试等一系列服务，最后在节能收益中按一定比例逐步收回设备投资，与客户分享节能收益。这是一个典型的、成功的合约服务案例。

2)罗尔斯·罗伊斯公司运营中心通过数据和信息服务为客户创造非凡价值。罗尔斯·罗伊斯是全球最大的飞机引擎和汽油涡轮机制造商。最初，公司仅是一个提供相关技术支持的原材料供应商和发动机制造商，现如今公司的业务更多地着眼于为客户提供低风险、易管理、可预估成本的全面维护与资产管理服务。2004年成立了罗尔斯·罗伊斯运营中心，目标就是为全球大型宽体机提供技术支持，包括发动机动态数据采集、在线监控、分析诊断、维修支持服务，以及在数据库基础上为客户的整个机队制订发动机的大修、修理和检查等管理规划，为发动机的升级做计划，进行发动机安全检查(缺陷监督)和可靠性管理，确保按照客户的机队规模实现全部低成本运营等。此外，罗尔斯·罗伊斯运营中心还为各航空公司提供快捷有效的决策工具和操作程序来保护航线的运营。根据设定，飞机的数据可以在5 min之内由卫星传输回运营中心，运营中心通过数据系统、安全监视系统和技术数据来支持快速决策，当决策被批准后再反馈给飞机，指导其完成飞行航程。

罗尔斯·罗伊斯案例充分印证了其飞机发动机产品的“智能”设计和基于信息及知识的高端云服务设计，通过植入芯片技术、传感技术、M2M通信技术等，使发动机产品投入使用后其运行过程的数据能不断被采集并实时发回，通过大数据分析提供信息和知识服务，帮助客户进行飞机“使用中”的专业的运营管理和维护管理。

7结论

1)工业企业所从事的工业服务是从产品应用体系扩展而来的，工业4.0系统的工业服务需求越来越集中在产品“使用中”的阶段，工业企业也因此较大程度地介入到顾客创造价值的过程中，承担部分原先由顾客自己从事的工作，从而开辟出新的价值空间，创造出更大的价值。

2)围绕智能产品的服务行为除了传统的面对面上门服务和门店服务外，增加了许多新的ICT技术主导的服务行为，例如交流咨询服务、信息查阅服务、远程技术支援服务、较为长期的合约服务和多种业务的集成捆绑服务，以及使用前的设计服务、定制服务等，构成了一个围绕产品应用的服务体系。

3)智能产品服务所需的资源，越来越倚重知识、技能、技术、数据以及解决方案和高素质人员等资源，而非传统的物质资源。

4)服务接触点在产品及服务系统中起着越来越重要的作用。不仅具有采集用户使用过程数据、环境感知等功能，而且有M2M通信、联网功能，通过连接后台的数据和服务中心向客户提供更多深度的专业化服务。

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责任编辑：唐海燕

doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2016.03.015

收稿日期：2016- 03- 22

基金项目：江苏省社会科学基金项目(13ZHD013);江苏省教育厅高校哲学社会科学研究基金指导项目(2014SJD500)

作者简介：金青(1967—)，女,硕士,副教授。

中图分类号：F406.3;TB472

文献标志码：A

文章编号：1671- 0436(2016)03- 0066- 07

Industry 4.0-orientd Industrial Service Design

JIN Qing

(School of Economics and Management,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213002)

Abstract：Industry 4.0 will bring new ways of creating value for industrial enterprises;industrial enterprises will create greater value by providing services.By analyzing customers′ experience before,during and after using intelligent products,an industrial service demand model was established.A service behavior model and a capacity- resource model both supported by information communication technology (ICT) were constructed successively.The idea for designing intelligent service touchpoints was put forward.In conclusion,typical cases were given to verify the main points.

Key words：Industry 4.0;service design;industrial service;intelligent product;ICT