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            1. 全球燈塔工廠發展態勢研究

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              2023-10-16 來源:新工業網

               隨著新一輪科技革命和產業變革的不斷推進,人工智能(AI)、大數據、區塊鏈等新一代信息通信技術與實體經濟部門的融合發展為社會經濟帶來了新的發展機遇。自第四次工業革命(工業4.0)概念被推出以來,在數字化轉型方面處于領先的企業受益于工業4.0所帶來的技術、政策利好,同時也以規?;瘮U張運營、擴大市場份額、積極參與競爭等方式發揮影響力,促進了其他企業的數字化轉型。

               
              在這樣的背景下,全球燈塔網絡(Lighthouse Network)應運而生。燈塔工廠的產生與工業4.0之間有密切的聯系。工業4.0的基本思想是數字世界和物理世界的深度融合,通過建立信息-物理系統(CyberPhysical System,CPS)指導實體空間的具體活動,實現知識的積累、組織、增長與應用,進而促進工業資產的全面智能化。燈塔工廠的具體實踐正是體現了工業4.0的基本思想和工業資產的智能化愿景。
               
              1 燈塔工廠的概念與遴選標準
               
              從全球布局來看,各個國家的燈塔工廠依舊是鳳毛麟角,它們在使用工業4.0技術改造工廠、價值鏈和商業模式等方面發揮著領導作用,以獲得可觀的經濟收益。以下介紹燈塔工廠的概念與遴選標準。
               
              1.1 燈塔工廠的概念
               
              燈塔工廠是指規?;瘧霉I4.0技術的真實生產場所,是數字化制造和全球化工業4.0的示范者,擁有工業4.0的所有必備特征。被稱為燈塔工廠的企業通常在某個或某些方面對于應用工業4.0技術和管理模式取得了重要突破。
               
              對燈塔工廠的篩選及評審是在世界經濟論壇(World Economic Forum,WEF)與麥肯錫公司(McKinsey& Company)聯合創辦的全球燈塔網絡項目上開展的。自2018年起,WEF與麥肯錫公司在全球發起評選燈塔工廠項目,聚集行業領先企業,尋找制造業中智能化、數字化轉型的典范,并形成白皮書,介紹這些典型企業的數字化轉型經驗,至今已發布7份。本文主要根據這7份白皮書,介紹燈塔工廠的發展態勢。
               
              1.2 燈塔工廠的遴選標準
               
              燈塔工廠的遴選標準并非一成不變。 2019年的遴選標準側重于使用“端到端價值鏈打通”(“E2E”)的工廠。典型的企業如上汽大通(SAIC Maxus),通過數字方法實現了車輛的大規模生產定制,為消費者帶來了優質的服務。
               
              2020年新入選的10家工廠都在制造和供應鏈領域實現了4個持續的轉變:敏捷性&以消費者為中心;供應鏈彈性;速度&產量;生態效益。
               
              2021年,逆全球化的趨勢繼續倒逼制造業轉型,燈塔工廠在數量、地域分布以及創新技術的使用上皆進一步拓展。該年度遴選標準側重于“sustainability”(可持續),例如愛立信(美國)、施耐德電氣(美國)和漢高(德國)這3家工廠被指定為可持續發展燈塔工廠。
               
              2022年的燈塔工廠遴選標準著重于“responsible”(負責任)。這里的“負責任”是指本地制造有責任維持供應鏈彈性,努力在國際局勢動蕩和經濟發展停滯條件下吸引員工并維持運營,履行可持續性承諾,加速向可再生能源過渡,解決能源市場中斷問題。典型的企業有施耐德電氣、西部數據。
               
              2023年入選的燈塔工廠在清晰的、價值驅動的戰略方面顯著領先于其他工廠。燈塔工廠對擴大生產網絡的時間安排更加清醒和現實,擴張速度比非燈塔工廠要快,例如重型設備制造商三一重工(Sany HeavyIndustry)已在43個地點并行部署AI、工業物聯網和自動化用例。
               
              2 燈塔工廠的分布與業務制造模式
               
              目前,全球燈塔網絡已初步形成一個先進制造商社區,在地域、行業和價值鏈上分布廣泛,在業務制造模式上不斷探索。
               
              2.1 燈塔工廠的分布
               
              截至2023年1月,全球燈塔網絡已有132個成員,相較2018年發布的首批9家燈塔工廠已增加了約14倍。如表1所示,燈塔工廠在地域和行業上都有廣泛分布。從地域分布來看,燈塔工廠遍布美洲、歐洲、亞洲、中東等全球多個國家和地區。這說明工業4.0技術并非發達經濟體的專屬領域。例如,中國目前共擁有50家燈塔工廠,占比超過全球燈塔工廠的1/3,為世界第一,是目前燈塔工廠網絡的領導者之一。
               
              表1 全球132家燈塔工廠地域和行業分布
               
               
               
              從行業分布來看,燈塔工廠廣泛分布于汽車、電子電氣、半導體、工業設備、鋼鐵制品、制藥、醫療設備、家用電器、消費品等多個領域。燈塔工廠所在行業的多樣性說明有效的工業4.0創新和戰略轉變在傳統制造業和新興行業都很重要,而且這些創新策略并不僅僅屬于某幾個特定行業。
               
              此外,燈塔工廠覆蓋了幾乎所有規模的制造工廠和價值鏈,從超過10 000名員工的工廠到員工人數少于100名的工廠,都可以通過采用工業4.0技術實現突破,即工業4.0技術對于不同規模的制造商來說都是至關重要的和可實現的。
               
              2.2 燈塔工廠的業務制造模式
               
              燈塔工廠的發展經歷了業務制造模式的不斷創新。雖然燈塔工廠的轉型方法各不相同,但在同一行業內呈現出相近的規律。根據行業分類的不同,燈塔工廠可分為4種業務制造模式(圖1)。
               
                
              圖1 燈塔工廠的4種業務制造模式
               
              具體來說,以服裝、日用品、食品飲料為代表的消費品行業,注重產品快速開發、個性化定制、快捷交付、庫存管理;以鋼鐵、石化為代表的流程工業,燈塔工廠更關注精益生產,提高能源使用效率,實現可持續發展;電子行業燈塔工廠關注設備自動化水平、柔性生產模式和綠色發展;醫藥行業傾向于通過數字化、智能化技術降低成本,提高生產效率,打通端到端價值鏈促進快捷交付,使用突破性技術降低質量波動(表2)。
               
               
              表2 不同行業燈塔工廠轉型特征
               
               
              3 燈塔工廠的發展現狀
               
              從2018年至今,燈塔工廠在各個行業中的覆蓋面逐年擴大,在企業內的技術部署進一步深化,其技術創新水平也在不斷提高。
               
              3.1 燈塔工廠在各個行業中的覆蓋面逐年擴大
               
              隨著燈塔網絡的壯大,其覆蓋的企業總數越來越多,產業類別越來越廣泛,燈塔工廠的理念逐步在更多的制造行業得到認可。燈塔工廠從2019年的16家11個行業,至2023年1月,已發展到132家32個行業,廣泛分布于汽車、電子電氣、半導體、工業設備、鋼鐵制品、制藥、醫療設備、家用電器、消費品等多個行業領域(圖2)。
               
               
              圖2 2019—2023年燈塔工廠覆蓋企業數量
               
               
              燈塔工廠涉及產業種類的逐年遞增,說明全球燈塔網絡不以任何一種制造類型為中心。相反地,知識和經驗的共享能夠服務于各類產品的加工制造,有效的工業4.0創新決策和戰略轉變對于傳統制造業和新興行業都越來越重要。
               
              3.2 燈塔工廠的數字化用例持續增加
               
              隨著燈塔工廠不斷發展成熟,工業4.0轉型所涉及的生產環節越來越多,這說明燈塔工廠在企業內的技術部署進一步深化。燈塔工廠的數字化用例從2019年的92個,延續到2023年1月,已在10個生產環節部署139種數字化用例(圖3)。
               
               
              圖3 2019—2023年燈塔工廠的數字化用例
               
              燈塔工廠部署的數字化用例持續增加,說明燈塔工廠的數字化轉型發生在生產和運營全周期,產生價值驅動因素的全方位改進可以催生新的經濟價值。企業首先在某一個價值鏈上探索創新和轉型,可以將其經驗和技術逐步延伸至其他部門。
               
              3.3 燈塔工廠的技術創新水平不斷提高
               
              作為從上千家工廠中嚴格篩選出來的前沿企業,全球燈塔網絡在采用和整合工業4.0的尖端技術方面處于世界領先地位。燈塔工廠大量采用自動化、工業互聯網、云計算、大數據、5G等新技術實現全方位變革,促進效率提升、節能減排和經營優化。工業4.0專家小組遴選燈塔工廠參照的技術創新能力主要有5種,燈塔工廠根據每種能力采取相應的措施(表3)。
               
              表3 燈塔工廠具備的技術創新能力
               
               
               
              4 燈塔工廠的發展趨勢
               
              從2019年至今,世界格局發生了前所未有的變化,全球燈塔工廠順勢而為。2020年新冠病毒全球大流行,倒逼制造企業進行數字化轉型;2021年,氣候危機席卷全球,領先企業紛紛著眼綠色可持續發展;2022年,人本主義興起,具有前瞻性的領導者開始加強勞動力關懷與培訓。在2023年最新的白皮書中,燈塔工廠“預測趨勢”的決策能力被提升到新的戰略高度。從這個意義來說,燈塔工廠富有一定的先鋒性,它們善于洞察和應變,不斷轉換自己的發展重心(表4)。
               
              表4 2019—2023年燈塔工廠的發展重心
               
               
              4.1 從單獨生產場所到打通端到端價值鏈
               
              從2019年開始,越來越多的企業開始力圖使用數字化手段,打通從采購到交付的整條價值鏈,涌現出大量的“端到端燈塔工廠”。與單體工廠相比,這些工廠在數字化運營方面有更多的探索。除了傳統的降本增效、可持續發展之外,端到端燈塔工廠還致力于提升供應網絡連接性和客戶連接性,開展端到端產品研發、規劃、交付,其最終目的是利用數字化手段打通價值鏈全程,獲取企業在產業鏈層面上的全面成功。
               
              4.2 從單一環節到全生產鏈的技術擴張
               
              自2020年新冠病毒全球大流行以后,全球化的中斷繼續倒逼制造業轉型,燈塔工廠在數量上、地域分布上以及創新技術的應用上進一步拓展。2021年,93%的燈塔工廠提高了產量并找到了新的營收來源,實現規?;l展。除可持續性和生產效率外,燈塔工廠的敏捷度、上市速度、批量減少、按時交付和定制化等關鍵績效指標都大幅提高。
               
              4.3 從提高企業利潤到可持續發展
               
              在經歷了全球氣候危機之后,2021年,愛立信(美國)、施耐德電氣(美國)和漢高(德國)這3家工廠被指定為可持續發展燈塔工廠。它們使用先進的分析和數字孿生技術,減少了用水量,提高污水凈化率;在整個價值鏈中進行端到端的CO2跟蹤報告;采用物聯網實時傳感器的數據聚合進行能源、排放、廢物和用水的管理,實現可持續性優化,展示了工業4.0技術在提高企業利潤的同時,對保護環境發揮積極的作用。
               
              4.4 從注重生產效益到支持勞動力發展
               
              2022—2023年,計算機、傳感器、移動連接、AI、機器人、3D打印和先進材料領域的突破性發展改變了制造系統和價值鏈。燈塔工廠側重用工業4.0技術提升人員的專業技能,而非簡單取代。目前,50%的燈塔工廠在擴展數字化轉型中重視勞動力參與,而在非燈塔工廠中,這個數字只有20%;另外,人工決策在數字化轉型中也起到了關鍵作用,有31%的燈塔工廠設置了轉型辦公室,在非燈塔工廠中只有10%。
               
              5 案例分析
               
              以下通過分析法國達能集團(Danone)以人為本尋求解決方案,印度藥商西普拉(Cipla)通過7個關鍵舉措擴展工業4.0技術的應用,以及中國美的公司建立轉型辦公室進行數字化治理的3個案例,探索燈塔工廠的最新技術擴展方式。
               
              5.1 法國達能集團(Danone):以人為本尋求解決方案
               
              乳制品制造商法國達能集團在轉型之初面臨著擴展工業4.0技術的挑戰。這家企業有40多個生產站點,每個站點都有不同的數字化技術和IT/運營技術(OT)架構,一些最小可行產品(Minimum Viable Product,MVP)已經在本地部署,但沒有一致性。這就需要在成功的MVP基礎上快速實現跨站點擴展,為數字化制造制定可供全公司采用的解決方案。
               
              如圖4所示,達能集團首先自上而下地確定每個站點的風險價值,然后根據當地情況確定如何釋放風險。標準解決方案的起點是一個工業4.0解決方案標準目錄,可以在所有站點快速擴展。在需要定制需求的地方,通過MVP和試驗性方案來跟進,選擇的解決方案將編入目錄。通過這種方案,達能集團在2年內實現網絡的指數級擴展。
               
               
              圖4 達能構建和擴展解決方案流程
               
              利用員工實踐不斷豐富標準解決方案目錄,使達能集團避免在個別無法在全網絡范圍內有效擴展的站點解決方案上浪費時間。勞動力參與的核心在于,它是價值驅動的,而不是技術驅動的;即先考慮存在的問題,再定位合適的技術解決方案。通過這種方法,達能集團優先考慮員工的聲音,使他們能夠在站點層面自行探索。這是一種真正以人為本的網絡方法,提高了員工的技能,讓他們參與到轉型中來。
               
              5.2 印度藥商西普拉(Cipla):7個關鍵舉措擴展工業4.0
               
              Cipla是一家總部位于印度的全球藥品制造商,該公司通過7個關鍵舉措,在短短兩年內成功地在20多個站點實現業務轉型。
               
              如表5所示,Cipla通過7個關鍵舉措制定40多個數字和分析用例,如應用過程模擬提高產量和人力配置的動態規劃,其中18個用例擴展到了全印度的站點,28個用例擴展到5個以上的站點。
               
              表5 Cipla擴展工業4.0的7個關鍵舉措
               
               
              Cipla的成功在很大程度上要歸功于敏捷方法的運用。該公司的敏捷團隊被授權并建立相應的制度,以推動快速、大規模的用例部署。此外,公司還通過物聯網學院招聘新人才和升級現有人才,提升其數字化能力。通過部署30多個智能應用環節,Cipla在從人員生產率到機器效率、質量偏差等方面取得20%~80%的改善。
               
              5.3 中國美的公司:建立轉型辦公室進行數字化治理
               
              WEF認為,有效的數字化治理對于實現快速轉型和擴展至關重要。中國電器制造商美的對此有清晰的認識。該公司在實現全網絡轉型時,堅持投資于人和領導力導向的數字化戰略部署,最終實現公司利潤翻了兩番,并擴張至5個全球燈塔網絡站點。
               
              如表6所示,美的公司的轉型方案包括3個基本要素。①智能制造研究所負責設計和開發新的解決方案。該研究所聘請了140多名專家,每年的預算為2200萬美元。②使用大量資源來實施規?;绊?。采取由1000多名“虛擬工程師”和“改革專員”組成的中心團隊,匯編最佳實踐,并在各個業務部門和工廠中推廣。③用數字成熟度指數監測9個業務單位下34個工廠的變革有效性。
               
              表6 美的公司建立治理機制擴展燈塔網絡
               
               
              從美的公司的經驗可以得出,制造企業的成功轉型,遠不止于對新興技術的使用,還必須對工業4.0的內涵有深刻的認識。建立有效的治理模式、支持最佳實踐的交流、優先考慮產生影響的解決方案,而非僅僅關注技術,將是工業4.0下一篇章的開端。
               
              6 結語
               
              從以上企業的實踐來看,燈塔工廠的興起豐富了工業4.0的內涵??偨Y燈塔工廠的主要特征有以下幾點。
               
              (1)燈塔工廠采用工業4.0技術增強人員的能力,而不是簡單取代。這體現在燈塔工廠的員工工作重復性較以往大幅減少,效率大幅提升。所有在職員工都將執行新的任務和責任,這些任務和責任要求員工具備在不斷變化的環境中進行動態決策的技能。
               
              (2)燈塔工廠是重置行業基準的領導者。這體現在燈塔工廠正在刷新現有運營和財務關鍵績效指標(KPI)的行業基準,一些燈塔工廠實際績效甚至比其內部預期高出2倍。
               
              (3)燈塔工廠是開放的創新者和合作者。燈塔工廠認識到,透明度和增長機會帶來的益處遠遠超過競爭的威脅。通過制定良好的知識產權、網絡安全政策和協議,燈塔工廠可以在實現協作的同時降低風險。
               
              (4)工業4.0創新不僅適用于大型企業,也適用于中小企業。中小企業提供了大部分工作崗位,也是供應鏈的重要組成部分,數字化對于優化各種規模供應鏈至關重要。中小企業可以通過不需要大量投資的實用解決方案來實現變革。
               
              (5)工業4.0技術并非發達經濟體的專屬領域。例如,中國是目前燈塔工廠網絡的領導者之一,擁有大量燈塔工廠(特別是跨國企業在中國設立的工廠)。這表明在工業4.0背景下,企業在追求經濟效益時,低成本勞動力并非工廠選址的重要依據。
               
              (6)燈塔工廠可以在設備更換很少的情況下實現轉型升級。大多數燈塔工廠可通過優化現有設備和設施并使用工業4.0技術及設備來實現盈利。與第一次和第三次工業革命相比,工業4.0只需更換相對較少的設備,帶來更大的影響。
               
              總結燈塔工廠的轉型經驗和啟示。首先,燈塔工廠通過在運營中融入數字化技術,不僅成功提升了生產力,還為可持續增長奠定了基礎。其次,由于世界局勢的改變,燈塔工廠的發展重心不斷變化,從單個生產場所到端到端價值鏈打通,從單一環節到全生產鏈的技術擴張,從提高企業利潤到可持續發展,從注重生產效益到支持勞動力發展。最后,隨著工業4.0技術行業覆蓋面的擴展以及對生產環節的影響進一步加強,燈塔工廠的應用場景也趨于豐富,在各個行業中的覆蓋面逐年擴大,數字化用例持續增加,業務與制造模式不斷創新。
               
              在能源緊張、通貨膨脹、人才短缺、供應鏈中斷以及氣候變化影響日益加劇等全球重大干擾因素持續存在的背景下,制造企業亟須效仿燈塔工廠的經驗,將先進技術擴展到整個生產網絡。
               
               

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