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工业4.0构想下制造业价值源及行动指南

未知 2019-10-17 09:59

  2016年4月,麦肯锡咨询公司发布了《工业4.0构想下制造业价值源及行动指南》报告。该报告总结了多方对工业4.0战略的评价,跟踪分析了工业4.0的发展情况以及企业实施过程中面临的问题,并提出相应的解决方案和建议。报告指出,实施工业4.0战略是一个长久过程,企业应从五方面入手:关注重点领域应用技术,逐个突破;做好IT支撑,为未来发展奠定基础;建立第三方技术供应商数据库;建立强大的内部支持智库;尝试新型商业模式。赛迪智库工业经济研究所对该报告进行了编译,希望能为我国相关决策部门提供参考。

  2016年1月,麦肯锡公司启动第二轮关于工业4.0发展情况的全球专家调查。调查小组由300名来自德国、美国和日本的行业专家构成,涉及汽车、化工、消费品、医疗、纸张和包装、软件、运输和物流、工业设备、工业自动化和半导体等诸多领域。调查涵盖了工业4.0发展过程中涉及到的技术供应商和制造商,主要衡量了专家对于工业4.0发展情况的态度,反映了工业4.0取得的成就和目前进程,以及在实施过程中存在的障碍。

  一、工业4.0概念提出后制造业发展情况

  (一)企业对工业4.0的期望居高不下

  从宏观层面上来看,技术供应商和制造商都对工业4.0信心十足。去年相关调查结果显示,90%的公司认为工业4.0是机遇而非挑战,其中德国和美国保持更加乐观的态度(占比分别为92%和90%),日本也维持了较高信心(占比为78%)。

  受访者对于工业4.0对其产生的影响也持乐观态度,90%的受访者认为在工业4.0进程中,公司竞争力可以维持或超越现状,而仅有10%的人认为在这个过程中公司竞争力会减弱。

  部分专家认为,竞争力的提高更多体现在运营效率的提升而非商业模式的转变,这个观点在德国得到了更广泛的认可,调查中91%的德国受访者认为工业4.0能够提升公司的运营效率,有76%的德国人认为工业4.0会带来公司商业模式的转变。同时55%的德国受访者认为行业外竞争者会利用工业4.0的契机冲击传统产业,而美国和日本分别有81%和75%的受访者认为这种现象极有可能发生。

图一:对于工业4.0发展所持态度的情况

图二:在工业4.0进程中公司竞争力变化的情况

  (二)小部分制造业取得进展

  虽然目前成果较少,但大多数公司仍对工业4.0将带给个人和集体的影响充满信心。有60%的受访者表示去年一年中工业4.0的策略和规划没有或者仅取得了有限的进展,而剩余40%的受访者表示公司取得了实质性的进展。而在工业4.0技术应用方面,供应商的调查结果为47%,略高于用户及制造商的调查结果(37%)。同时,这项调查也存在比较明显的地区差异:德国公司取得了更多的进步,受访者中56%认为公司取得了好的或是实质性进展,紧随其后美国占比50%,日本则对此信心略显不足,仅有16%受访者认为工业4.0带来实质性进展。

图三:2015年工业4.0的进展情况

  公司是否对工业4.0发展做了充分的准备对于调查结果影响较大,尤其在制造商调查结果中具有显着影响:对于那些在工业4.0进程中取得有限进展的制造商的调查结果显示,70%的受访者没有制定工业4.0发展战略,也没有划分明确的责权,同时缺乏现实的发展规划。对于那些反映取得了好的和实质性进展的受访者调查结果显示,低于20%的人缺乏上述规划元素。

  研发支出是影响工业4.0发展的第二因素。对于那些反映取得了好的和实质性进展的受访者调查结果显示,他们花费在工业4.0发展中的平均研发预算约为18%,而在工业4.0进程中没有或者取得了有限进展的受访者花费则低于8%。

  第三个影响因素是企业对于工业4.0发展的关注程度。90%取得成功的制造商优先采用工业4.0的研发成果,而这个群组有70%的人认为他们取得的成果有限。在所有可能应用的工业4.0研发成果中,成功的制造商频繁应用的技术为以下几方面:数字绩效管理、实时供应链优化、数字质量管理、远程监控和控制、预防性维护以及智能能源消耗。

  (三)其他制造业仍止步不前

  调查结果显示,60%的制造商面临更多的现实障碍,在去年一年中取得成果有限或根本没有取得成果。在所有的障碍中,一些会在最初环节产生影响,而其他则会在公司发展过程的更高层级显现。影响制造商工业4.0工作开展初期的五大障碍如下:

  一是公司内不同组织机构之间的协调困难。很多公司在打通内部研发、制造、销售和财务部门之间的联系方面存在困难,而这些障碍最终会影响工业4.0发展战略协调工作,以及整个组织内部的发展规划。

  二是缺乏实施激进转换的勇气。很多制造商承认,他们在引入实施工业4.0计划所需的技术和改变公司内部的组织形式等方面缺乏勇气。

  三是缺乏必要的人才引进。例如数据科学家等相关人才的引进。许多制造商在工业4.0程序应用方面缺乏必要的技能和相关专家,而当与第三方供应商合作时,又会给制造商带来更多额外的担忧。

  四是对于与第三方供应商合作的网络安全状况的担忧。实现工业4.0程序应用通常需要与第三方技术或者软件公司对接,以及供应商合作,而这种对于公司数据的分享则使公司对合作伙伴产生更多的忧虑。

  五是缺乏在IT领域投资的典型商业案例。许多公司尚未开发出一个典型的业务案例,用于判定工业4.0相关应用程序在本组织内部的实施情况,如对于数据和系统架构的投资判断等。

  对于已经实施工业4.0的企业来讲,未来主要面临三个额外的障碍:

  第一,在与第三方供应商合作时的数据所有权问题。除了对网络安全问题的担忧,制造商也担心他们在与第三方技术和软件供应商合作的过程中失去对企业数据的所有权。尤其是目前生产合同条款中对于数据所有权的相关规定都具有一定的局限性,不能充分保障制造商权益。

  第二,工业4.0进程中内部供应和第三方供应商选择的不确定性,以及缺乏对供应商作出适当选择的能力。许多公司不能有效判定哪些活动可以通过公司内部处理,而哪些需要通过第三方技术或相关供应商配合实现。此外,很多制造商对于工业4.0环节中哪些部分需要相关供应商协助了解甚少。

  第三,为实现工业4.0整合不同来源的数据也是一大挑战。大多数应用于工业4.0的程序都是建立在不同数据库的基础上的,将这些数据加以整合是工业4.0顺利实施的关键,而这个数据集成过程则是个艰难的任务。

  二、获取工业4.0价值的五个务实建议

  第一,重点关注某几个领域的应用技术,并逐个突破。在实施工业4.0的企业中,只关注某几个应用技术的企业取得更多实质性进展。其中,数字绩效管理、预防性维护、工厂资源优化、新一代自动化、数字化质量管理是排名前五的最具价值的应用技术(见表1)。

  表1排名前五的工业4.0应用



  下面,我们将详细介绍关于部分核心制造业流程的首次诊断(initialdiagnostic),这些摸底将对企业如何选择工业4.0应用程序提供具体建议。我们建议的工业4.0诊断过程侧重于利用制造厂商已有数据,去探索新价值,具体有下列四步。

  第一步,通过对特定客户价值流(client-specificvaluestreams)和生产中心的分析,对数据的产生、集合、使用以及自动化使用的现有状态进行评估。这个过程可以通过结合生产活动数字演练1(digitalwalk-throughs)以及绩效和财务表现来完成。另外,这个过程可以识别未来流程的自动化潜力。

  第二步的诊断侧重于改进设想的产生和优化。改进设想的产生基于第一步中对现有数据状态的评估以及对工业4.0此类应用最佳案例标准的对比。

  第三步,对优化方案所带来的净影响力(netimpact)进行测算。这一步的前提是选择最有保障的短期手段进行深入改革(例如为具有较高潜力的解决方案进行实施可行性和独立性评估),从而为未来每个阶段的发展创造条件。根据评估结果,形成一个连贯的,整体的改进设想集合,并计算其净影响力。

  第四步,基于对工业4.0中潜力应用的优先排列,确定一个具有清晰目标和绩效的实施路线图。准备过程应具备三个重点:一是创建适用于整个价值链的推广计划,使工业4.0成为制造过程的主要部分。二是建立一个工业4.0改造案例。三是为实施工业4.0建立项目团队,判断他们的技能缺口,培养工业4.0小组来推动整个生产网络中的项目实施,并持续分析和提升优化。

  第二,不要担心现有局限性,为未来的解决方案奠定基础。制造商在工业4.0的实操过程中会遇到众多困难,当整合数据出现问题时,整个项目可能会停滞。面对这种情况,企业一方面可以通过变通方式临时解决数据缺失、IT系统不完善等问题,另一方面,企业应持续积累,为未来做好准备。

  一是进行全方面的技术投资和数据储备工作。在投资物联网和整合业务逻辑(businesslogic)的众多应用程序中,数据堆栈(datastack)发挥重要作用。因为工业4.0科技相对较新,而有关这些科技的成功案例有限,在筹备一个商业计划的过程中调整数据投资十分困难。然而,这些投资作为基础工作,对于今后工业4.0实施的初期试点工作向规模化和企业层面的扩展实施十分重要。

  二是建立数据管理中心。公司需要一个清晰地所有权来妥善管理设备及相关客户数据。一个数据管理中心和一个合理的数据域结构可以作为解决方案,用来决定数据战略和确保企业数据标准化。

  三是建立专业化数据操作模型。公司应致力于完成向专业化的数据操作模型的转换,以便获取更高质量的数据和更有效地管理数据流。

  四是进行最优数据架构的相关讨论,并制定具体实施方案。当前主要挑战是集合现有主数据以及从传感器和设备中产生的交换数据,在更复杂的项目上进行更高级的分析和实时功能。大数据技术,例如可以处理非结构化数据的数据池(例:使用Hadoop2技术)和消息处理技术(例如ZeroMQ3和ApacheKafka4)可以克服现有困难和限制,提高数据存取可获取性(dataaccessibility)。

  制造商需要牢记在这种数字转换技术中增长的集合数据应从制定产品计划到工程制造和销售,贯穿整个生产周期,许多公司使用整体产品生命周期管理系统(PLM)。但是,在该系统背后,我们仍然能看到重大系统不足和数据的冗余。像奥迪(AudiAG)这样的领先企业已经开始致力优化他们的数据架构,为更先进的工业4.0应用程序打基础。

  第三,建立第三方技术供应商数据库。在实施工业4.0的应用过程中,公司应该认真分析价值链中的哪些部分是战略控制点,需要在内部构建哪些功能和数据以确保公司竞争优势,而哪一部分可以作为商品,委托给第三方供应商处理。对于那些适合第三方供应商接手的部分,市场上有越来越多的工业4.0解决方案可被公司选择。例如西门子公司推出的工业云平台(MindSphere)可将所有的制造企业数据以及第三方供应商数据聚集。直接使用已有解决方案可以使公司利用专有技能,更好更快的实施工业4.0应用程序。

  工业4.0推动了由单一供应商模式向技术供应商集合模式的转变。若想在这个过程中成功,制造商需要一个能够提供潜在供应商的数据库以及有效的合作伙伴管理办法。这首先需要制造商选择合适的合作伙伴,全面了解市场情况,并且具备管理最佳供应商结构的能力。

  另一个需要强有力管理保障的关键元素是在与原始设备制造商(OEMs)和软件供应商交互的过程中确保正确的数据所有权结构。我们看到越来越多的客户在不知情的情况下将数据所有权让渡给原始设备制造商们。因此,在签订合同前,制造商应该认真考虑他们需要哪些数据的访问权限。

  第四,建立强大的内部支撑智库。要想切实从工业4.0中获益,企业需要建立强大的内部支撑团队以及创建多功能工作小组来推动创新。同时,企业应该针对产业链中核心的部分培养相关人才。由于IT人才供不应求,制造商雇佣他们需要一个清晰的价值定位。部分制造厂商甚至在人才聚集地(硅谷、柏林)成立新的部门。

  同时,这些聚集IT人才的部门需要与制造厂商的其他功能部门配合工作。工业4.0的实施需要运营专家、IT专家、商业专家等多方配合。而他们之间的密切合作与运营,能够更好地定义并执行工业4.0策略。

  第五,尝试新型商业模式。工业4.0所运用的科技不仅能够提高运营效率,也能够为数据整合和基于数据分析的服务带来新的机遇。大多数从工业4.0中迅速获益的企业发现其运营效率得到了提高。当谈及新型商业模式时,成功的企业通常围绕客户需求建立新的模式,并且充分利用他们的专业知识和已有的软件安装基础。制造商能够通过新的传感器和通信技术获得机器运行中的实时数据,而越来越多的制造商利用这些实时数据为他们的客户提供具有附加值新服务。例如,空气压缩系统供应商德国凯撒公司(KAESERKOMPRESSOREN),通过基于SAPHANA的先进的预先维护模型提高了机器性能,另外,他们近期在服务组合中添加了按立方米压缩空气选项。要想在工业4.0激烈的竞争中立足,制造商需要加强他们商业模式创新能力。

  三、未来展望

  工业4.0获得了极高的呼声,虽然并不是所有企业都取得实质性进展,但是仍有部分企业从工业4.0的应用技术中获益。实施工业4.0战略是一个长久过程,在未来也将会带来更多的成熟科技。当务之急是让各国制造企业开始接触并尝试使用工业4.0应用技术,从而为未来解决更复杂的项目提供管理和技术支持。


  1数字演练将评估当前数据利用率,识别数字浪费,并通过更好的整合和使用数据的方法改善价值流。编译者注

  2 Hadoop是一个开发和运行处理大规模数据的软件平台,可在大量计算机组成的集群中对海量异构数据进行分布式计算。编译者注

  3 zeromq,计算机术语,指的是类似于Socket的一系列接口。编译者注

  4 由Apache软件基金会开发的一个开源消息系统项目。编译者注

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