什么是數(shù)字化工廠？如何才能打造一個真正的數(shù)字化工廠

近年來，隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化工廠的打造成為了很多企業(yè)的重要戰(zhàn)略目標。那么如何打造數(shù)字化工廠成為了首要問題。

近期，普華永道思略特合伙人夷萍分析了數(shù)字化工廠的四個核心特點：產(chǎn)品的智能化、生產(chǎn)的自動化、信息流和物資流合一，提供了數(shù)字化工廠的打造方式和成功藍圖。

當下，打造數(shù)字化工廠成為許多企業(yè)的重要目標，但還沒有哪家企業(yè)宣布自己已經(jīng)建成了一座完全數(shù)字化的工廠。那么，數(shù)字化工廠是什么？如何才能打造一個真正的數(shù)字化工廠？

工廠數(shù)字化不僅僅是制造的數(shù)字化

現(xiàn)在常被提及的數(shù)字化工廠只是“智能制造”的一個組成部分。在智能制造之下，傳統(tǒng)的制造流程將被重組，其最終目的是要實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。其中個性化的客戶需求與設計，供應商和制造商之間的信息接入與共享，售后服務的快速響應等環(huán)節(jié)與數(shù)字化工廠一起，成為智能制造非常關鍵的組成部分。

數(shù)字化工廠不僅可以覆蓋從研發(fā)到售后的各個業(yè)務環(huán)節(jié)，也可以拓展到橫向的供應商管理領域 （見圖“數(shù)字化工廠的范圍”）。

研發(fā)工程端的工業(yè)4.0 應用包括數(shù)字化協(xié)同合作、數(shù)字化模型和產(chǎn)品虛擬化，通過運用信息化技術，可以大大短研發(fā)周期、減少研發(fā)風險、提高創(chuàng)新效率。供應鏈管理主要從縱向，即產(chǎn)品生命周期管理，以及橫向，即供應商整合管理兩個角度考慮工業(yè)4.0 的應用，應用層面非常廣泛，包括現(xiàn)在國內(nèi)較熟悉的智能工廠、智能供應鏈、生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)等，可以幫助企業(yè)提升整個供應鏈的效率，降低成本，以及規(guī)范化管理上游端供應商質(zhì)量。再往后端推移，工業(yè)4.0 技術也可被廣泛應用于設備智能維護及實時服務、打造數(shù)字化工作環(huán)境，以及運用數(shù)字化技術手段提高營銷效率，提供更優(yōu)質(zhì)的銷售及售后服務等。

數(shù)字化工廠的打造有別于傳統(tǒng)業(yè)務模式

數(shù)字化可以讓制造型企業(yè)從根本上改頭換面。數(shù)字化工廠的核心特點是：產(chǎn)品的智能化、生產(chǎn)的自動化、信息流和物資流合一。目前，從世界范圍看，還沒有一家企業(yè)宣布建成一座完全數(shù)字化的工廠。西門子雖然在全球有樣板工廠，但還沒有在全球范圍進行全面推廣。領先的制造型企業(yè)正采用一系列的先進技術實現(xiàn)生產(chǎn)乃至整條供應鏈的數(shù)字化。這些技術包括大數(shù)據(jù)分析解決方案、端至端的實時規(guī)劃和互聯(lián)、自控系統(tǒng)、數(shù)字孿生等。憑借這些技術，效率得以提升，企業(yè)能夠批量生產(chǎn)高度定制化的產(chǎn)品。然而，想要完全發(fā)揮出數(shù)字化的潛力，企業(yè)仍需要與主要供應商和大客戶實時互聯(lián)。

在討論數(shù)字化工廠的未來圖景時，提到最多的是“大規(guī)模定制化生產(chǎn)”，這需要企業(yè)從6個維度建立相關的企業(yè)能力：

強大的客戶需求收集和分析能力；

社會化交互的產(chǎn)品研發(fā)體系；

模塊化、智能化的產(chǎn)品制造工藝；

高靈活度的供應鏈管理；

與客戶需求匹配的生產(chǎn)能力（包括設備維護能力）；

智能的庫存和物流管理體系。

除了大規(guī)模定制化生產(chǎn)，數(shù)字化工廠的未來圖景還包括能源的節(jié)約（據(jù)測算有大約12% 的能源節(jié)約空間），讓供應鏈更加安全，以及準確地尋找到相關領域?qū)＜业膯栴}解決方式。而且數(shù)字化工廠的生產(chǎn)模式不僅局限于生產(chǎn)終端消費品的企業(yè)，生產(chǎn)設備的企業(yè)一樣可以通過實踐數(shù)字化工廠來更好地滿足客戶需求、降低成本、提高交付效率、合理管理產(chǎn)能。

中國制造的數(shù)字化轉型

德國“工業(yè)4.0”、美國“第三次工業(yè)革命”、中國“制造業(yè)2025”，世界各國紛紛提出新一代制造理念，主要是為了指導工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展，在數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化的全球大環(huán)境下，拉動傳統(tǒng)制造往智能制造方向升級，從而滿足未來市場更快速、更個性化的需求響應，并實現(xiàn)更低的制造成本（見圖“工業(yè)4.0 的演進過程”）。

德國的“工業(yè)4.0”是以“智能制造”為發(fā)展目標，建設“數(shù)字化工廠”，通過信息技術、廣泛互聯(lián)、信息交互、流程再造等一系列手段，滿足消費者差異化、定制化的需求，提高生產(chǎn)的活性，以及向管理者提供更佳的決策支持。

美國的“第三次工業(yè)革命”提出得比較早，更多強調(diào)的還是信息化和自動化對制造業(yè)的沖擊和影響。當然美國的制造業(yè)領先企業(yè)也對制造業(yè)的智能化趨勢進行了布局和研究，比如通用電氣公司提出的工業(yè)互聯(lián)（Industrial Internet）概念，其方向側重于將機器分析、行業(yè)洞察、自動化和商業(yè)預測連接起來?！吨袊圃?025》于2015 年出臺，成為中國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領。實施制造業(yè)創(chuàng)新中心建設、智能制造、綠色制造、工業(yè)強基和高端裝備創(chuàng)新五項工程，開展質(zhì)量提升和服務型制造兩項專項行動。其戰(zhàn)略路徑是以創(chuàng)新驅(qū)動為動力和引領，以工業(yè)強基和質(zhì)量提升為基礎，以智能制造為主攻方向，以綠色制造和服務型制造為側翼。

總體來說，制造業(yè)數(shù)字化轉型在中國還剛剛起步，在未來邁向智能制造、數(shù)字化工廠之時，也要充分利用目前中國制造業(yè)企業(yè)已廣泛應用的工業(yè)自動化設備。

未來的數(shù)字化工廠首先是基于重新設計的生產(chǎn)流程、供應鏈管理流程、產(chǎn)品再設計，以及數(shù)據(jù)收集分析和決策系統(tǒng)。它需要形成一個標準，自動化設備需要接入這樣的生產(chǎn)體系——第一，需要具備的是功能和應用場景的豐富化，滿足生產(chǎn)需求；第二，滿足信息采集的需求，這里的信息包括產(chǎn)品信息和操作信息；第三，要在實現(xiàn)標準化生產(chǎn)的同時（工序工藝的標準化，零部件的標準化）保留一定的生產(chǎn)柔性；最后，自動化設備的使用界面友好、維修養(yǎng)護費用較低、調(diào)試簡單等特性也會加快此類設備的普及。

博世中國數(shù)字化工廠實踐——博世是工業(yè)4.0 的重要發(fā)起者之一，在工業(yè)4.0 領域擁有領先的能力和獨到的優(yōu)勢；依靠在機械設計、制造以及軟件服務等領域所積累的經(jīng)驗，以及全球超過250 家工廠運營儲備的廣泛制造知識，成為工業(yè)4.0 的領軍企業(yè)。其對外提供包括傳感器、硬件設備、軟件以及服務的一站式解決方案。同時在內(nèi)部開展了超過100個工業(yè)4.0 的試點項目。

目前在博世蘇州汽車電子工廠開展的工業(yè)4.0 應用覆蓋了多個方面，在物料管理、生產(chǎn)訂單安排、設備維護保養(yǎng)以及人員效率提升等方面的效益體現(xiàn)尤為明顯。在生產(chǎn)區(qū)域，所有工位、原料均處于有序管理狀態(tài)。根據(jù)生產(chǎn)訂單，實現(xiàn)設備自動叫料、機器人準確定位和自動派料。依托大數(shù)據(jù)收集和分析完成預知維護。共享的知識庫、可視化通信系統(tǒng)為即時維護提供有力保障。在多種終端實現(xiàn)定制化報告，針對不同場景為員工提供最及時可靠的關鍵數(shù)據(jù)。

轉型之中的四大挑戰(zhàn)

中國數(shù)字化工廠的蓬勃發(fā)展固然可喜，但我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題。當我們與希望建設數(shù)字化工廠的客戶接洽時，通常能聽到他們表示：“我們想造一座類似于某企業(yè)的全自動工廠或‘智能化’工廠。”而我們接下來拋出的問題自然是“貴公司如何定義‘智能化’？是否有清晰的數(shù)字化工廠戰(zhàn)略？是否有明確的各項評估指？”然而，大多數(shù)企業(yè)并不能明確闡述他們希望中的數(shù)字化工廠，而是寄希望于有現(xiàn)成的智能化工廠定義，能夠毫不費力地直接照搬。在我們看來，數(shù)字化工廠的定義以及對成功的評判指標建立在多種因素之上。

挑戰(zhàn)一：缺乏整體性的戰(zhàn)略規(guī)劃

我們觀察到不少項目由于缺乏整體性的戰(zhàn)略規(guī)劃，導致對未來數(shù)字化的具體需求不甚明晰，對企業(yè)當前數(shù)字化水平認知不足，從而無法客觀地判斷兩者間的差距，確定所需補強的能力。

許多中國企業(yè)從軟件（技術）和硬件（設備）的角度考慮數(shù)字化工廠的開發(fā)建設，依靠內(nèi)部經(jīng)驗豐富的工程師和專業(yè)人員與外部供應商合作，通過對各類解決方案的整合來實現(xiàn)生產(chǎn)線上特定環(huán)節(jié)的自動化和跟蹤。

此舉雖然有效，但在很多情況下并未解決“為什么要建設數(shù)字化工廠”這個根本性的戰(zhàn)略層面問題。因此，企業(yè)應該以自上而下的方式推進數(shù)字化工廠的建設，從戰(zhàn)略、產(chǎn)品設計、運營模式變化等整體的角度考慮問題，根據(jù)自身的實際情況和目標來挑選合適的技術，而不是盲目地追求所謂的尖端技術。例如，海爾以互聯(lián)工廠為核心的發(fā)展戰(zhàn)略，既符合集團大規(guī)模定制的發(fā)展方向，同時契合海爾在模塊化和數(shù)字化的豐富經(jīng)驗，從而成功打造出了互聯(lián)工廠的生態(tài)體系。

挑戰(zhàn)二：無法走出效益的狹義誤區(qū)

在某些特定的行業(yè)，尤其是在離散制造領域，數(shù)字化和自動化的程度取決于當前的基礎設施、所生產(chǎn)的產(chǎn)品以及整個生產(chǎn)流程。要實現(xiàn)高度數(shù)字化或自動化，技術方面可能需要很長時間的積累方才可行。而從成本效益角度考慮，收回投資也需要很長一段時間。因此，如果純粹從投資回報的角度考慮效益問題，將使得企業(yè)在面對數(shù)字化工廠時躊躇不前。在可持續(xù)發(fā)展日益受到重視、生產(chǎn)安全不斷規(guī)范、勞動力紅利逐步消失的今天，數(shù)字化工廠所實現(xiàn)的節(jié)能減排、人機交互、遠程控制等緊跟當前形勢下的要求，能帶來顯著的社會效益。

企業(yè)可以將一些定量指標，例如生產(chǎn)效率、單人產(chǎn)出、能耗、質(zhì)量控制（次品率）、生產(chǎn)周期等，用于評估數(shù)字化工廠的效益。而減少人工作業(yè)、提升員工士氣（工作不再無聊，而是更加有趣、附加值更高）和加大員工忠誠度等定性指標也能用于輔助評估。行業(yè)和企業(yè)本身訴求的不同也會對指標的選擇產(chǎn)生一定的影響。除了生產(chǎn)效率、良品率、生產(chǎn)周期等常見指標外，某領先的紡織企業(yè)還選擇了換產(chǎn)時間、用工人數(shù)等指衡量其數(shù)字化工廠的成效，而某工程機械巨頭針對其示范車間則加入了生產(chǎn)誤操作、物流效率等指標，解決其自身痛點。

挑戰(zhàn)三：沒有對技術進行全盤考慮

中國制造業(yè)的自動化和數(shù)字化發(fā)展時間相對較短，即使是在同一行業(yè)內(nèi)，企業(yè)的自動化程度和技術路線也大相徑庭。數(shù)據(jù)分布較為分散，難以獲得數(shù)字化工廠所需要的產(chǎn)品全生命周期的系統(tǒng)性數(shù)據(jù)，同時使得標準的制定變得困難。在部分較為傳統(tǒng)的行業(yè)中，中國企業(yè)爭相計劃實現(xiàn)數(shù)字化工廠的跨越式發(fā)展。但是工廠車間里的設備落后，難以實時抓取和傳輸數(shù)據(jù)，是中國企業(yè)不得不面對的主要問題。盡管如此，仍然有以安燈系統(tǒng)為代表的解決方案能夠為人工作業(yè)提供補充，并有效地整合進工廠自動化。

同時，中國企業(yè)往往更注重單體設備的自動化率，忽略了生產(chǎn)體系是一個有機的整體，而且在企業(yè)資源計劃（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和產(chǎn)品生命周期管理（PLM）等不同系統(tǒng)間的打通和整合方面也有待改進，能做到不同工廠間互聯(lián)的更是鳳毛麟角。因此，企業(yè)需要根據(jù)自身的數(shù)字化工廠戰(zhàn)略制定技術路線圖，分階段地推行各種技術轉型舉措，從而將實施的風險降至最低，避免對業(yè)務和運營造成沖擊。

挑戰(zhàn)四：人才仍是瓶頸

數(shù)字化和自動化毫無疑問地會減少人工重復作業(yè)，改善工作環(huán)境，保障人身安全。我們認為，制造業(yè)能夠抓住此次機遇一改傳統(tǒng)的“工作環(huán)境欠佳”的形象，通過升級來吸引更多新型人才。數(shù)字化工廠將生產(chǎn)運營流程高度一體化，由此對技術人才提出了更高的要求，過去單一領域的專才將不再適用，取而代之的將是橫跨多領域、學習能力更強、懂得數(shù)字化交付的復合型人才。

參照國外的先進經(jīng)驗，以課堂教育與實際工作相結合的職業(yè)教育體系為產(chǎn)學合作制定數(shù)字化工廠培訓項目指明了道路。例如，某領先的機床企業(yè)直接與當?shù)氐墓た圃盒＝⑵鹇?lián)合學院，通過產(chǎn)教融合和資源互補，為其數(shù)字化工廠的建設定向培養(yǎng)和輸送人才。除了教育機制，職業(yè)培訓課程本身也需要做出調(diào)整，實現(xiàn)課程培訓的標準化，并在商業(yè)、自然科學和工程等傳統(tǒng)領域加大人才培養(yǎng)力度，培育出熟練掌握數(shù)據(jù)分析、產(chǎn)品管理、項目管理、IT 架構或者信息安全的跨學科數(shù)字化工程師。

最后，由于數(shù)字化工廠的轉型需要多部門協(xié)調(diào)，往往需要頂層決策者對數(shù)字化有著較強的決心和較深的認識，能夠指導整個企業(yè)制定數(shù)字化戰(zhàn)略，帶領企業(yè)順利度過轉型，打造出成功的數(shù)字化工廠。

中國工廠數(shù)字化轉型藍圖

領先的工業(yè)企業(yè)已經(jīng)在數(shù)字化工廠的建設和發(fā)展方面邁出了堅實的步伐，在提升生產(chǎn)效率的同時，能夠迅速可靠地生產(chǎn)出更多定制化、高質(zhì)量的產(chǎn)品服務于市場。對于許多沒有打算建設數(shù)字化工廠的企業(yè)而言，缺乏一套數(shù)字化的愿景和企業(yè)文化是讓它們裹足不前的最大阻礙。在我們看來，這正是數(shù)字化工廠先行者們不可獲取的一大要素。

數(shù)字化愿景不僅只是考慮各項技術，而且還定義了這些技術如何在整個產(chǎn)品生命周期和企業(yè)生態(tài)圈中相互配合。阻礙企業(yè)制定數(shù)字化工廠計劃的其他因素還包括機會不定、經(jīng)濟效益不明、投資代價不菲。綜合考慮這些因素，企業(yè)所需要的不僅僅是一套清晰的愿景，更需要一張切實可行的數(shù)字化路線圖。普華永道思略特制定了一套由六個環(huán)節(jié)組成的藍圖，協(xié)助企業(yè)制定或優(yōu)化路線圖成功應對通向數(shù)字化工廠和工業(yè)4.0 道路上的各項挑戰(zhàn)（見圖“數(shù)字化工廠成功藍圖”）。

繪制數(shù)字化工廠戰(zhàn)略

制定一套連貫的戰(zhàn)略絕對是重中之重。數(shù)字化工廠涉及不同技術的采用，許多技術很容易臨時倉促上馬。對于各項技術如何匹配整體戰(zhàn)略和運營目標，如何與其他現(xiàn)有技術配合，企業(yè)需要有明確的想法，數(shù)字化愿景也應該涵蓋整個組織，讓數(shù)字化工廠發(fā)揮1+1》2 的作用。制定數(shù)字化工廠戰(zhàn)略前，企業(yè)需要認識到自身目前的成熟度，確保人才和技術得到同等的重視，聚焦能帶來價值最大化的項目。最后，需要組建起一支由高層、中層以及車間工人組成的支持者隊伍，共同推進戰(zhàn)略的落地。

設立試點項目

數(shù)字化的經(jīng)濟效益有時并不容易量化，而且在初始階段，團隊只能提供非常有限的技術概念和演示，因此可能導致難以爭取到資金和利益相關方的認可。

解決這些問題的手段就是試點。通過試點，企業(yè)能發(fā)現(xiàn)最適合自身的方式，將速贏的成效展現(xiàn)給整個組織并獲得它們的認可，進而爭取到資金用于大規(guī)模的推廣。由于數(shù)字化工廠可能會給整個勞動力帶來深遠的變革，所以需要讓工人加入到試點工作中。

在一兩處生產(chǎn)基地縱向整合從數(shù)字化工程設計到以實時數(shù)據(jù)為支撐的生產(chǎn)規(guī)劃，是一種可行的試點方案。在主要的生產(chǎn)設備上安裝傳感器和執(zhí)行裝置，或者使用數(shù)據(jù)分析來探索預測性維護方案，也能取得初步的成效。還可以在特定的工廠中實現(xiàn)特定產(chǎn)品線的數(shù)字化，將其作為不斷學習和優(yōu)化的契機。當然，企業(yè)還可以考慮與初創(chuàng)企業(yè)、高?；蛐袠I(yè)組織等外部的數(shù)字化領先者合作，加快數(shù)字化創(chuàng)新的步伐。

確定所需的能力

生產(chǎn)環(huán)節(jié)中什么最重要？更完善、自動化程度更高的物流？為工人提供及時、定制化的信息？傳感器集成網(wǎng)絡？我們認為，從能力的角度出發(fā)考慮這個問題能帶來更大的價值。數(shù)字化工廠的目標并不是實施最酷炫的新裝置，而是達到提升效率、改善質(zhì)量或增強業(yè)務本身等特定的目標。應該根據(jù)試點中汲取的經(jīng)驗，從組織、人才、流程和技術四個戰(zhàn)略的維度，結合企業(yè)的生產(chǎn)戰(zhàn)略和整體業(yè)務目標，詳細勾勒出數(shù)字化工廠所聚焦的能力以及工廠體系的架構。

成為數(shù)據(jù)分析和互聯(lián)方面的領先者

流程及質(zhì)量改善、資源管理、預防性維護，在數(shù)字化工廠里，這些解決方案幾乎總是與互聯(lián)息息相關。傳感器協(xié)助收集數(shù)據(jù)，在信息層進行分析，然后傳回聯(lián)網(wǎng)的物流設施和生產(chǎn)設備上實時調(diào)整生產(chǎn)。每家企業(yè)都需要熟練掌握能生成和傳輸數(shù)據(jù)的互聯(lián)工具與系統(tǒng)，以及用于改善效率和質(zhì)量的分析工具。

推動工廠向數(shù)字化轉型

通向數(shù)字化工廠之路是一條轉型之路。如同其他轉型一樣，管理變革及其對員工的影響，是成功的關鍵。難以發(fā)現(xiàn)合格的人才、缺乏數(shù)字化的企業(yè)文化、部分員工不愿擁抱數(shù)字化變革，這些都是常見的挑戰(zhàn)。這些問題的解決之道在于及早與員工攜手合作，對培訓和繼續(xù)教育開展投資，而這些投入會因為數(shù)字化工廠所帶來的效率提升而被抵消。數(shù)字化環(huán)境的培育必須要有領導層的全力支持。高層必須將數(shù)字化工廠戰(zhàn)略視為工作的重點，摒棄保守主義的姿態(tài)，加快項目的審批流程，從而讓數(shù)字化團隊加快推進轉型進程。同時，還需要設計簡練的匯報渠道，確保數(shù)字化團隊側重于各類增值活動而不是疲于應付各類行政要求。

將數(shù)字化工廠與企業(yè)數(shù)字生態(tài)圈結合

在推動數(shù)字化工廠的過程中，許多企業(yè)都將精力集中在各個工廠內(nèi)部的縱向整合。在工廠內(nèi)部實現(xiàn)MES 系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)的連接，確實能實現(xiàn)顯著的改善。但作為數(shù)字化生態(tài)體系中的一部分，數(shù)字化工廠應該發(fā)揮更大的作用。當企業(yè)橫向地將整條供應鏈上的供應商和客戶信息與數(shù)字化工廠進行整合時，將能帶來更大的效率提升。試想一下：你可以利用實時的短期客戶需求調(diào)整規(guī)劃和生產(chǎn)情況，靈活地根據(jù)客戶的要求做出調(diào)整，以最小的成本換取最大的客戶滿意度。這種利用跟蹤技術實現(xiàn)的縱向和橫向整合戰(zhàn)略不僅能讓企業(yè)優(yōu)化規(guī)劃流程和生產(chǎn)執(zhí)行，還能深化企業(yè)與具有戰(zhàn)略意義的供應商和客戶之間的紐帶。

然而，這些工作只是一個起步。如果企業(yè)能在產(chǎn)品中整合數(shù)字化功能，就有可能打造出一系列的服務將抽象的數(shù)據(jù)轉化成具體的價值。生產(chǎn)流程本身也能通過多種途徑將收集起來的數(shù)據(jù)轉化為收入。在數(shù)字化工廠的深遠影響下，企業(yè)能夠拓展甚至是徹底改變目前的業(yè)務模式，不再只是注重生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還能有機會在利潤豐厚的售后市場中擴大份額，提升利潤率，并進軍全新的業(yè)務領域。