重磅報告解答如何挖掘“工業(yè)4.0”的價值 - 全文

　　全球制造業(yè)的行業(yè)專家進行了一項新的調(diào)查：探索企業(yè)目前實施“工業(yè)4.0”進展如何？不可否認這一進程仍然面臨許多的挑戰(zhàn)，但更多的玩家會參與進來并開辟更多的價值路徑。

　　在過去的幾年里，“工業(yè)4.0”的概念被大肆炒作，除了讓許多企業(yè)認識到了這個概念，也在公眾心中留下了這樣的印象——老工業(yè)的復興就得靠它了！引領(lǐng)這一切的人總的來說還是保持樂觀，但是在某種程度上，幻滅也在悄悄蔓延，因為到目前為止，實施改造的結(jié)果好壞半摻。

　　一方面，我們?nèi)匀徊皇呛艽_定制造業(yè)是否真正需要實施“工業(yè)4.0”——即使許多人正準備開始朝著這個方向努力。比如，我們發(fā)現(xiàn)，只有30%的技術(shù)供應(yīng)商和16%的制造商有整體的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，并且其中只有24%有明確的計劃來實施戰(zhàn)略。另一方面，受到數(shù)字化趨勢的影響，大多數(shù)的技術(shù)供應(yīng)商已經(jīng)能夠相對快速的調(diào)整自己的項目組合。

　　尤其是當制造商不拘泥于“工業(yè)4.0”這個術(shù)語，而是把眼光聚焦于那些更有價值的、以業(yè)務(wù)為導向的應(yīng)用時，越來越多的企業(yè)有了實質(zhì)性進展。為了實現(xiàn)目標，一些企業(yè)甚至重新命名了他們的“工業(yè)4.0”規(guī)劃，以此來擺脫懷疑心理，同時保留那些能真正創(chuàng)造價值的元素。

　　為了觀察這些復雜而多樣化的進程，闡明為什么一些“工業(yè)4.0”玩家取得了進展而另一些卻沒有？我們重復了我們在2015年實施的“工業(yè)4.0”全球調(diào)查。我們關(guān)注行業(yè)對“工業(yè)4.0”的態(tài)度，但更注重實施該理念后取得的進展，尤其是在智能能源消耗、實時供應(yīng)鏈優(yōu)化、遠程監(jiān)控和控制、數(shù)字質(zhì)量管理以及數(shù)字績效管理等領(lǐng)域。

　　不過，一些企業(yè)仍然在這樣幾個領(lǐng)域里步履維艱：在企業(yè)內(nèi)部之間的各管理部門協(xié)調(diào)行動；維護網(wǎng)絡(luò)安全標準；在與第三方供應(yīng)商合作時確定數(shù)據(jù)所有權(quán)；激進改革時的勇氣以及招聘必要的人才。

　　因為制造商仍然在為如何解鎖“工業(yè)4.0”的價值而拼命掙扎，在這里，我們列出了五個務(wù)實的步驟：

　　一。制造商應(yīng)該聚焦部分“工業(yè)4.0”應(yīng)用，而不是全部

　　我們觀察到，那些能在“工業(yè)4.0”實施過程中取得重要進展的制造商大都只關(guān)注部分應(yīng)用（參見文本框1），而不是試圖同時應(yīng)用所有的“杠桿”去撬動“工業(yè)4.0”。

　　制造商正在尋找有潛力被應(yīng)用到整個制造業(yè)組織架構(gòu)中的五大“工業(yè)4.0”應(yīng)用：從上到下，從頭到尾。然而，解鎖價值并不需要企業(yè)實施所有的“工業(yè)4.0”應(yīng)用。

　　這里有一個應(yīng)用列表，正在實施“工業(yè)4.0”的制造商能從中獲取最大價值。這份列表并不是對所有的制造商都同樣適用，有的制造商可能更適合那些沒有出現(xiàn)在列表中的應(yīng)用。但是，考慮到在這些領(lǐng)域有許多成功案例，我們認為這份列表是一個很好的起點——制造商的首要目標應(yīng)該是獲取價值。

　　數(shù)字績效管理

　　由于最小的資源需求和簡單、快速部署的解決方案，數(shù)字績效管理可謂是一扇通向數(shù)字制造業(yè)的大門。該應(yīng)用加速了現(xiàn)有的精益管理流程，幫助企業(yè)建立數(shù)字化能力和數(shù)據(jù)驅(qū)動的理念體系，為更加先進的數(shù)字技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。我們已經(jīng)見識了一些數(shù)字化管理工具，如支持性能對話的數(shù)字儀表板，在三個月內(nèi)實現(xiàn)了高達20-50%的OEE（設(shè)備綜合效率）提升。此外，數(shù)字性能數(shù)據(jù)支持標準化的計算和報告，使得KPI、工廠和業(yè)務(wù)部門都能實現(xiàn)共享，這不僅保持了一致性，還方便各個部門隨時進行最佳實踐分享。

　　預(yù)測型維護

　　盡管預(yù)測型維護這個術(shù)語已經(jīng)存在多年，但是在數(shù)據(jù)可獲得性、機器學習技術(shù)和云計算方面的重大進展都能為其提供全新的方法：新式預(yù)測型維護集成了不同的數(shù)據(jù)集，并且使用復雜的深度學習算法，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在引入新式預(yù)測型維護算法后，機器的壽命增加，而維護成本能夠明顯下降10-15%。企業(yè)要想成功應(yīng)用預(yù)測型維護，需要三個必不可少的組成部分：對各自資產(chǎn)深度維護的專業(yè)技術(shù)和理論知識，強大的先進分析技術(shù)，能夠適當靈活變更的管理能力。

　　收益、能源和生產(chǎn)量的優(yōu)化

　　將過程控制集成數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)——比如成本數(shù)據(jù)——進行集成，將對企業(yè)收益、能源和生產(chǎn)量的優(yōu)化大有幫助。我們看到，制造商已經(jīng)通過結(jié)合那些容易獲得的工廠數(shù)據(jù)和正確的軟件，對工廠實施了不小的改善。此外，他們必須建立正確的算法。最后，同時為最初的試點和由此擴展的不同站點提供支持是成功的關(guān)鍵因素。

　　下一層次的自動化

　　幾乎所有的公司，都還存在很多潛在的可以增加使用自動化的藍領(lǐng)和白領(lǐng)階層工作。就拿藍領(lǐng)階層的工作來說，我們預(yù)計在未來的5到10年內(nèi)，工廠里機器人的使用將實現(xiàn)顯著增加。直到2020年，工業(yè)機器人的成本都將以每年10%的速度下降，而傳感器技術(shù)和人工智能技術(shù)卻在不斷進步——這將促使機器人被應(yīng)用于更復雜的系統(tǒng)和情形中——驅(qū)動發(fā)掘自動化的潛在價值。我們還發(fā)現(xiàn)在白領(lǐng)階層的工作方面，供應(yīng)鏈中的需求規(guī)劃（預(yù)測性分析的使用）和訂單管理（非接觸式訂單管理）過程中具有值得優(yōu)化的潛力。

　　數(shù)字質(zhì)量管理

　　通過開始實施數(shù)字文檔系統(tǒng)——幫助記錄和存儲與質(zhì)量、生產(chǎn)和服務(wù)的相關(guān)信息，制造商嘗到了甜頭。先進的質(zhì)量控制，包括使用新式傳感技術(shù)（比如計算機視覺）和半自動質(zhì)量控制（如機器人）可以解鎖更多的價值。更高級的玩家正在使用先進的算法和大數(shù)據(jù)質(zhì)量分析來加強他們的數(shù)字質(zhì)量管理。

　　二．別怕變通，今日之變是為明日更完善的解決方案奠定信息基礎(chǔ)

　　通常有一些客戶由于缺乏實際經(jīng)驗而無法開始實施“工業(yè)4.0”，在很多情況下，從重要的“工業(yè)4.0”應(yīng)用中捕捉價值就會涉及到許多制造商需要解決的障礙和問題。

　　當整合數(shù)據(jù)的時候出現(xiàn)這些問題，項目往往會被迫停止，然后等待數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、ERP系統(tǒng)的重啟，或者一些其它嘗試。但事實是，出色的客戶管理即使在困難的情況下，（如缺失數(shù)據(jù)，不兼容的IT系統(tǒng)，人才的短缺）也能成功地完成項目。

　　例如，在做生命科學客戶收益率優(yōu)化管理時，我們發(fā)現(xiàn)一些問題——整個文檔的批閱只能在紙上進行，但是只有輸入電腦的數(shù)據(jù)才能用于分析。他們并沒有選擇等待兩年等數(shù)字檔案建立好或者數(shù)字數(shù)據(jù)積累到足夠的量，而是選擇掃描了所有的物理數(shù)據(jù)表（15000頁），然后在印度找了一個第三方供應(yīng)商將其轉(zhuǎn)換為機器可讀數(shù)據(jù)標簽。這花了兩周的時間和非常多的努力，最終實現(xiàn)了約1%的產(chǎn)量提高。

　　云平臺解決方案也能無風險的實現(xiàn)同步處理。公司可以嘗試用云平臺方案來解決基礎(chǔ)設(shè)施方面的問題。

　　盡管早期航天飛行很成功，大規(guī)模的“工業(yè)4.0”應(yīng)用還是需要大量投資和技術(shù)的進步。包括其他物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用、業(yè)務(wù)邏輯的整合以及數(shù)據(jù)的積累。

　　由于 “工業(yè)4.0”技術(shù)比較新，成功案例仍然有限，所以不能有某一個商業(yè)案例的成功證明數(shù)據(jù)投資的正確性。盡管如此，這些投資打下的基礎(chǔ)仍是必不可少的，早期的“工業(yè)4.0”應(yīng)用將引導整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展。除了技術(shù)上的投資，公司組織架構(gòu)上也需要建立清晰的業(yè)務(wù)所有權(quán)管理和客戶數(shù)據(jù)管理制度。不過，這項努力必須轉(zhuǎn)化為專業(yè)化數(shù)據(jù)操作模型，而不是私有數(shù)據(jù)存儲，才能有意義。最后，數(shù)據(jù)管理辦公室應(yīng)研究出最佳的總體數(shù)據(jù)架構(gòu)，包括一個面向目標的清晰路線圖。

　　這其中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何將現(xiàn)有主數(shù)據(jù)和流動數(shù)據(jù)實現(xiàn)集成，并利用傳感器等技術(shù)發(fā)掘先進的的分析能力，以便在復雜事件中實現(xiàn)實時處理。制造商必須從啟動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之初就著眼于從產(chǎn)品規(guī)劃和工程制造銷售等方面考慮到在整個產(chǎn)品生命周期里增加集成數(shù)據(jù)。

　　世界領(lǐng)先企業(yè)奧迪已經(jīng)開始努力鞏固和“清理”他們生產(chǎn)數(shù)據(jù)了，以此建設(shè)先進“工業(yè)4.0”應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。

　　我們的目標是在效率和速度上，亦在在工程、控制、管理和決策取得巨大的進步。但只有在整個生命周期中成功整合數(shù)據(jù)，這個突破才會實現(xiàn)。

　　——奧迪數(shù)字化生產(chǎn)主管Fred Schulemann

　　三。組建一個第三方技術(shù)供應(yīng)商的平臺

　　奮斗在“工業(yè)4.0”的路上，企業(yè)需要考慮清楚以整體價值鏈上的哪個點作為戰(zhàn)略性“控制點”，基于這個點如何創(chuàng)建和保持內(nèi)部功能和數(shù)據(jù)的安全，從而獲得巨大的競爭優(yōu)勢。此外，還需考慮清楚的是，哪一塊具有真正的商業(yè)價值，并且這種商業(yè)價值能夠通過一個強大的第三方平臺伙伴就可以進行最優(yōu)化處理。

　　針對前面提出的這一點問題，目前已經(jīng)有越來越多的“工業(yè)4.0”解決方案以供企業(yè)從中選擇，比如西門子公司的MindSphere工業(yè)云平臺，它充當著一個集成了制造商眾多數(shù)據(jù)的第三方應(yīng)用平臺。從現(xiàn)有的解決方案來看，它們可以幫助企業(yè)實現(xiàn)利用專業(yè)技術(shù)以更快的素的實現(xiàn)“工業(yè)4.0”。

　　“工業(yè)4.0”是促使單一供應(yīng)商，模式轉(zhuǎn)向集成技術(shù)供應(yīng)商模式的最直接原因，為了在這個領(lǐng)域取得更大的成功，制造商需要一個發(fā)展成熟的平臺以及強大合作伙伴管理方法。而這些都是建立在選擇了合適的合作伙伴、對市場有深入的理解以及創(chuàng)建一個最佳供應(yīng)商結(jié)構(gòu)的管理能力的基礎(chǔ)上的。

　　此外，對于原始設(shè)備制造商和軟件提供商來說，強有力的管理能力是為正確的數(shù)據(jù)所有權(quán)結(jié)構(gòu)提供了保障。有一個現(xiàn)象值得我們注意，就是許多制造商并不知道什么情況下可以放棄數(shù)據(jù)的所有權(quán)（可參考文本框2的內(nèi)容）。因此，在簽訂合同之前，制造商必須認真考慮哪些數(shù)據(jù)需要訪問。

　　最近，在主要的半導體制造商中開始了一種所謂的跨越數(shù)據(jù)障礙的方式——通過部署一種先進的預(yù)測分析工具，能夠?qū)收霞爱a(chǎn)量問題進行預(yù)測。最終，這些企業(yè)成功做出了驗證：相比于使用傳統(tǒng)的方法，通過這種方法能夠降低超過8%的運維成本，但是這一路上還會遇到一些障礙：

　　數(shù)據(jù)所有權(quán)

　　基于這一點，半導體制造企業(yè)不得不針對該企業(yè)所使用的工具重寫合同，從而具有訪問和存儲數(shù)據(jù)的權(quán)限。如果沒有明確的條款寫進合同里面，設(shè)備供應(yīng)商幾乎很少會主動提供“數(shù)據(jù)ID”這項服務(wù)，同樣也很少針對跨設(shè)備的集成需求提出相應(yīng)的“數(shù)據(jù)需求”。所以有必要想出一種改進方法，利用這種方法能夠?qū)⑿枨蠛喜⒌焦?yīng)商和制造承包商的服務(wù)中。

　　數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)

　　對于一家工廠來說，50%的數(shù)據(jù)會被丟棄。畢竟，等級數(shù)據(jù)的實時追蹤并不是任何情況下都適用，再加上對“歷史”系統(tǒng)的訪問是一件很困難的事情。為方便訪問，需要一個全新的方式以轉(zhuǎn)向云架構(gòu)。

　　分析能力

　　企業(yè)需要意識到，他們可能需要挖掘眾多的模式，這些模式能夠在十多個獨特的機器學習算法和上百個資產(chǎn)失效模式之間達到最好的匹配。概念性驗證方案為故障類型提供了一種即插即用的驗證方式。這里需要注意的是，由于缺乏可以部署先進算法的科學家，企業(yè)有必要將合同外包出去。

　　四。建立一個思維敏捷的內(nèi)部團隊

　　要真正從“工業(yè)4.0”中獲取價值，企業(yè)內(nèi)部需要強大的能力——最重要的就是建立一個專門的跨職能團隊，能夠基于開放性的文化和試驗推動創(chuàng)新。

　　人才對任何一家公司都必不可缺，比如數(shù)據(jù)科學家中的IT人才，他們可以幫助企業(yè)開發(fā)復雜的算法，作為敏捷的軟件開發(fā)者，他們還能在內(nèi)部建立新的應(yīng)用。

　　鑒于這個角色的高需求和有限的供應(yīng)，從制造商的角度來看，雇傭他們需要清晰的價值定位。一些制造商走向人才所在地，例如硅谷、柏林。

　　與此同時，這些富有IT人才的部門必須無縫對接制造商。這里沒有各種傳統(tǒng)的那些造成內(nèi)部分離的障礙?！肮I(yè)4.0”需要運營專家（擁有技術(shù)領(lǐng)域的知識），IT專家（擁有先進的分析力和公司的IT架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施），和業(yè)務(wù)專家（知道如何將投資和清晰的商業(yè)案例對接）的協(xié)作。在緊密的合作之下，運營、IT、業(yè)務(wù)將定義并執(zhí)行“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。例如，一個公司在每個功能區(qū)創(chuàng)建了代表專案組，定期開會，討論已存在的“工業(yè)4.0”項目和必要的支持他們的資源。這個專案組有權(quán)進入每一個流程、系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。其他玩家甚至可在一個新的組織的單位整合“工業(yè)4.0”的相關(guān)功能。

　　鞏固專業(yè)知識以駕馭數(shù)字化的力量并集中戰(zhàn)略

　　2015年機械化公司Voith 建立了一個新的集團公司——Digital Solutions，為了利用這個專業(yè)公司鞏固其在“工業(yè)4.0”領(lǐng)域中所有的數(shù)字化和自動化行為。新公司的重點將放在新式數(shù)字業(yè)務(wù)模式的發(fā)展上，這種模式既包括Voith公司已經(jīng)提供的也包括新公司正在探索的。因此，Voith正在建立一個包含自動化、軟件、IT、數(shù)字化和傳感器技術(shù)等專業(yè)領(lǐng)域的部門，而先前這些技術(shù)都分散在不同的部門組。另外，Vioth計劃在新公司中重置所有的商業(yè)投資，并且啟動在數(shù)字領(lǐng)域的活動。

　　五。嘗試新的商業(yè)模式

　　在以前的出版物中，我們強調(diào)過如何讓“工業(yè)4.0”技術(shù)不僅讓運營效益得到改善，還能提供數(shù)字化整合以驅(qū)動新的商業(yè)模式，就像“平臺即服務(wù)”或“數(shù)據(jù)驅(qū)動即服務(wù)”作為一種商業(yè)模式那樣。大多數(shù)早期實施“工業(yè)4.0”并取得成效的企業(yè)都發(fā)現(xiàn)了快速提高運營效率的方法。企業(yè)希望 “工業(yè)4.0”不僅僅只是為他們帶來短期回報，更希望其能讓制造商在未來混亂的市場競爭來臨之前做好準備，并進行新的業(yè)務(wù)模式試驗。

　　尋找新的商業(yè)模式時，制造商可以以CLAAS公司和TRUMPF公司的案例為例（見文本框4），圍繞客戶需求建立新的模式，并借鑒其深厚的專業(yè)知識和現(xiàn)有的安裝基礎(chǔ)。

　　2013年，許多公司都在尋找新的“工業(yè)4.0”商業(yè)模式，農(nóng)業(yè)機械制造商CLAAS通過其深厚的專業(yè)知識了解客戶需求，并建立了子公司365FarmNet，它提供了一整套的農(nóng)場操作系統(tǒng)，包括規(guī)劃、管理、文檔和分析工具等。通過這一舉措，CLAAS擴展了他們的商業(yè)模式，比如一個機器制造商為其客戶提供軟件即服務(wù)（SaaS）的服務(wù)，并在不斷增長的智能養(yǎng)殖軟件市場將自己定位。

　　我們預(yù)計將有越來越多的廠商能夠從實時數(shù)據(jù)中獲取他們的客戶群，并為客戶提供新的增值服務(wù)。過去制造商和他們的產(chǎn)品之間的聯(lián)系大部分是通過背后的經(jīng)銷商，而新的傳感器和通信技術(shù)使制造商能夠從他們運作的計算機中收集實時數(shù)據(jù)。這為制造商改善現(xiàn)有的售后服務(wù)將提供了新的可能性，并從客戶群的數(shù)據(jù)中開發(fā)出新的增值服務(wù)。

　　舉個例子，德國的壓縮空氣系統(tǒng)供應(yīng)商凱撒空壓機公司，通過基于SAP HANA的先進的預(yù)測性維護模型提高了機器的性能，并且最近還增加了一個“按每立方米壓縮的空氣數(shù)支付”的組合服務(wù)。