數字化工廠如何實現？
隨著人工智慧、大資料等新技術的發展，智慧製造已成為製造業企業的主要發力方向，而數字化工廠作為邁向智慧工廠的基礎，能夠迅速根據客戶需求定製產品，快速應對不斷變化的需求和趨勢，但是現階段數字化工廠的實現仍面臨著各方面的阻礙。
近期，普華永道思略特分析了數字化工廠發展的阻礙，以及企業突破阻礙、實現數字化應走的路線和計劃。以下是億歐智庫為您帶來的精選分享。
尖端科技幫助我們窺探未來製造，瞭解製造商如何在競爭中保持優勢。
工業界經歷數字化的陣痛期已逾十幾年。藉助企業資源計劃（ERP）和製造執行系統（MES），核心規劃、進度安排、倉儲、庫存管理以及物流流程實現了精簡和自動化。但這些成就僅囿於技術領域，支援工廠的個別職能領域，而非在更廣的層面上提升工廠整體效能及其供應鏈效率。
時至今日，數字化陣痛已然成為過去，製造商們步入了數字化紅利的黃金期。伴隨著高階智慧感測器、人工智慧、大資料庫、機器人以及它們與雲技術的廣泛結合，製造商正迎來一個新紀元：整合式工廠能夠迅速根據客戶需求定製產品，快速應對不斷變化的需求和趨勢。這種全面數字化的工廠能夠成為助力飛躍式發展的催化劑，提升生產力、產量和市場份額，優化財務和運營績效以及加強供應鏈管控和透明度。與此同時，數字化工廠在安全、環境可持續性和控制碳排放量等方面亦有亮眼表現。
數字化工廠作為一套覆蓋廣泛的網路體系也被稱為工業4.0，而之前的三次工業化浪潮分別由蒸汽機機械化、電力與流水線以及計算機的問世所驅動。該網路體系中採用的裝置來自於物聯網，整合形成端到端的生態體系。這一生態體系涵蓋了內部職能（如銷售、採購、工程設計以及研發）和外部參與者（如供應商和客戶）。
數字化工廠能夠迅速根據客戶需求定製產品，快速應對不斷變化的需求和趨勢。
技術進步仍在不斷塑造著數字化工廠的生態，從如今的初期形態來看，數字化工廠更像是德國奧格斯堡的富士通工廠。在這裡，包羅永珍的資訊科技支撐起一個“超級供應市場”，儲存著富士通的電腦及其他硬體產品零件。客戶訂單一到，機器人便會自動挑揀並組裝零件，裝入無人駕駛電動車，即物流火車，之後，通過準時化順序供應流程運往生產站點。由於每件組裝產品的具體規格可能有所差異，因此動態螢幕會精確顯示每個訂單所需零件並展示具體的操作指南。產品特徵的調整能夠在短時間內由現場工程設計團隊在組裝過程中完成，現場工程師還能夠根據客戶最新要求及時做出調整。基於每臺裝置的歷史及實時資料，可預測性維護流程能夠防患於未然，避免故障發生，極大地縮短停工期。由於整個生產過程實現了無紙化，工廠幾乎沒有任何碳足跡，其日產量能夠達到12000臺計算機以及1000多臺伺服器，這些成就使得富士通奧格斯堡工廠躋身全球生產效率和成本效益最高的工廠之列。
用數字化實現定製化
雖然成就可圈可點，但富士通德國工廠也只是昭示了數字化工廠的諸多潛力之一。普華永道最近對200家德國製造商的調研顯示，製造商對數字化工廠概念的接受過程總體較為緩慢（德國企業在生產創新領域享有盛譽，因此，此次調研將德國企業作為全球發達製造商的代表）。儘管超過九成的受訪者表示，他們設立了專款用於數字化工廠的建設，但這些投資卻過多地集中於單獨的或不完全整合的技術當中。只有6%的企業將自己的工廠歸為“全面數字化”的行列。
此次調研最有趣的地方在於，儘管製造商尚未全盤接受數字化，但他們已經開始認識到數字化的戰略潛力，而此前他們往往對之視若無睹。但這並不意味著製造商們不再重視切實的戰略考量了。事實上，98%的受訪者仍在某種程度上將數字化簡單地等同於提高生產效率的手段。但與此同時，高達74%的企業將區域化視作數字化投資的主要原因。區域化即指有能力在產品銷售市場建廠和擴建，通過定製化產品以及升級服務水準達到增加營收的目的。
此外，隨著數字化日新月異的發展，根據客戶喜好迅速定製產品並且為客戶打造專屬產品的前景似乎成為了影響生產決策的關鍵因素，相比之下削減勞動力成本的影響似乎退居次席。事實上，目前僅有20%的受訪企業正計劃將工廠遷至亞洲、東歐及南美等勞動力成本較低的國家。近80%的受訪企業將目光鎖定在西歐（主要客戶群所在地）以尋找數字化工廠需要的新能力。從阿迪達斯新建的“SPEED工廠”便不難看出這一趨勢。2017年和2018年這一新概念工廠分別在德國的安斯巴赫和美國的亞特蘭大落成。在這些工廠裡，自動化生產線由程式員進行管理，所需原料由監控整個供應鏈的網路提供，依託這些優勢，“SPEED工廠”能夠在5小時內生產出一雙昂貴的多功能定製運動鞋。而在數字化程度低、成本低的亞洲工廠中，這一過程需花費數週之久。阿迪達斯表示，一旦形成規模化效應，“SPEED工廠”將在幾年之內收回成本。新概念工廠還有望大大縮短新設計的交付週期，迅速應對不斷變化的顧客喜好。
技術主軸的現代化
數字化工廠的一些技術主軸包括相對過時的軟體（主要是過去的企業資源計劃和製造執行系統，甚至是EXCEL製表軟體）。使用這些軟體的初衷是為了進行基礎的計劃並解決操作效率低下的問題。通過感測器和雲技術將這些零散的資料以及分析網路整合進一個共同的基礎設施，就可能實現零件、機器、生產經理、運輸車和流水線工人之間以及整個生態系統內的實時交流，這樣一來就大大縮短了從原材料轉變為成品的時間和距離，有助於完成機器裝置的及時維護。
數字化製造的影響力很大一部分來自於科技的飛躍。科技進步的腳步仍未停止，傳統的ERP時代已成為過去。例如，機器人能夠通過重複而非程式設計進行學習，這種裝置的出現使人類能夠迅速訓練機器進行多工處理，並且在出現不同任務要求時，根據優先順序靈活安排機器人從事不同活動。
另一個例子是無人機。無人機能夠迅速將缺失的部件運至組裝站，並且實現工廠和裝置的視覺化監管。奧地利的汽車供應商Magna Steyr對無人機的應用更為廣泛，在格拉茨的工廠裡，無人機獨立飛過流水線，掃描物料標籤來比較倉庫中現有的儲備，為管理工廠庫存清單的網路提供資訊。Magna Steyr還採用了數字化工廠頗為有趣的一項功能，這項功能的潛在價值正開始顯現：即數字化孿生或工廠的虛擬復現。該技術能夠將形式 、功能和化學物理流程進行復現。因此，新工廠能夠從三個維度進行設計和建造，而潛在的差錯和低效會在工廠投入使用前得到解決。當工廠正式投入執行後，實際的運營表現以及任務資料能夠傳輸回虛擬工廠中，這樣一來就能不斷進行監管和調整，以最高的效率優化流程以及維護裝置。
瞭解阻礙
勞動力構成將是數字化工廠必須應對的棘手難題。數字化工廠的先進生產方式代表了一種全新的人機互動模式，許多工人或製造商對此仍毫無準備。瞭解數字化工廠對公司員工的影響十分重要，其重要性絲毫不亞於計算數字化工廠的經濟效益，部分原因在於前者最終會對後者產生影響。因工廠重視新技術而感到被邊緣化或者沒有能力在該環境中工作的員工將會阻礙工廠的成功發展。
純粹從這一角度來看，許多公司清楚地認識到自己還沒有為數字化工廠做好準備。我們的調查顯示，近半數的製造商認為他們的員工不願意擁抱數字化變革，也有半數的受訪者認為其公司缺乏真正的數字文化。一種解決方案便是重新培訓公司中能力出眾的工人，使其精通工廠自動化裝置程式設計，並培養其資料敏感度；另一種解決方案是支援政府的學徒專案，招聘更符合數字工廠要求的員工。換句話說，製造商不應消極應對變化，而應主動出擊，重新調整當前和未來員工的技能。
但僅解決勞動力難題還遠遠不夠。高層管理人員必須積極推進數字化舉措，並在公司上下公開表示支援，通過向員工闡述技術的裨益，提升員工對新戰略的信任度和接受度。
管理人員可以向工人保證，數字化工廠能讓他們避免高度重複、耗費體力和危險的工作，同時提高準確性和生產力。工人可以享受更加生態環保、清潔乾淨的工廠環境，其就業和薪資前景也將更加廣闊。近半數的受訪者預計數字化工廠的工人薪資將會增加，退休年齡將延遲；86%的受訪者預計員工的工作時間仍保持不變。這表明員工可以與公司共享效率和收入增長的紅利。
前進之路
數字化發展的阻礙會對一些製造商造成寒蟬效應。儘管工廠現代化的長期效益顯而易見，且競爭對手通過採用新技術勢必構成威脅，但製造商仍對工廠現代化感到畏怯。前進的必由之路便是腳踏實地、穩紮穩打地實現數字化。以下是數字化六步走計劃。
1. 制定數字化工廠戰略
為數字化工廠繪製一套連貫的模型，緊密關聯公司的整體業務戰略，且能在公司上下切實執行。在確定數字化工廠的優先事項時，確保人員與技術同等重要。為了成功落實這一關鍵步驟，需建立一個強大的內部贏家網路，由高層領導、管理層和工人或車間團隊負責人組成，以真誠領導力為網路凝聚核心。
2. 開展試點專案
從試點專案開始，對技術和概念進行測試。當未經驗證、具有風險的全新方式無法吸引投資或獲得支援時，該步驟尤其有效。小範圍的試點成功通常能為大範圍推廣樹立信心。可能的試點方式是在一到兩個工廠內實施垂直整合，涵蓋數字工程和整合製造規劃，或者是在關鍵製造裝置上安裝感測器和執行器，並使用資料分析來探索預測性維護解決方案。另一種試點方式是在特定工廠內對特定生產線進行數字化。試點專案應整合各種數字化應用程式，而不是單獨實施各項技術升級。
3. 明確所需能力
試點專案所得出的經驗教訓可以協助探索並確定必要能力。這些能力取決於公司的生產戰略、業務目標以及開發及採用新技術的能力。一些公司力求成為物流領域的領頭羊；一些則從提高生產力或產品質量中獲得利潤增長；還有一些公司使用資料作為開展創新的切入點。儘管數字化裝置可以為上述發展增添一臂之力，但如果沒有在企業、人員、流程和技術層面建立起合適的能力，數字化工廠將無法實現增強業務的目標。
4. 精通資料分析和互聯互通
隨著企業廣泛使用資料驅動技術進行流程和質量優化、資源管理以及預測性維護，互聯互通成為貫穿數字化工廠的主線。每家公司都需要掌握生成和傳輸資料的連通工具和系統以及資料分析工具，以提高效率和質量。
5. 轉型為數字化工廠
工廠數字化轉型與其他任何形式的轉型一樣，對變化進行管理至關重要，轉型對公司員工的影響尤其需要得到重視。顯然，數字化工廠的基礎是新技術和數字化解決方案，進行工廠數字化轉型的企業首先需夯實基礎。與此同時，發展流程、組織架構、人員等方面的數字化能力同樣重要，以保障轉型的可持續性。與員工建立合作伙伴關係，加大培訓和進修的投入力度，員工問題將迎刃而解。此外，高管議程須以數字化工廠戰略為中心，擯棄傳統的專案審批流程，釋放數字化團隊的潛力，推動數字化程序快速發展。精簡報告渠道可確保數字化團隊專注於增值活動，擺脫行政工作的束縛。
6. 數字化工廠融入全面數字生態系統
制定雄心勃勃的數字化工廠戰略未嘗不可。例如，利用實時短期客戶需求資料調整規劃和生產，從而靈活匹配產量與消費者偏好。亦或是將數字化功能整合到產品中，以提供能挖掘資料價值的服務。例如，機器製造商可能使用感測器和人工智慧來銷售增強型維護套餐服務。
若能找到方式使製造過程中生成的資料產生效益，便能產生深遠影響。擁有數字化工廠的企業有機會通過利潤豐厚的售後市場增加其利潤率並獲取客戶，也可以進軍全新的業務領域，而不是僅僅專注於生產。數字化工廠生態系統必須包括一個全面聯網、透明整合的數字化供應鏈，從原材料和零部件供應商到物料和成品運輸商，最終流向終端客戶。
成功的工廠數字化轉型需要長時間打磨，因此不要期望在某項單獨的技術升級（例如在裝配線上配置一個機器人）中獲得快速回報。雖然數字化工廠帶來的效益遠超一次性技術升級，但其投資回報期可能長達五年。漫長的投資回報期反而加強了製造商希望立刻轉型工廠的迫切性。設想一下： 2023年的工廠是什麼樣子？是否可能一成不變？如果企業對未來工廠時代的到來後知後覺，那麼其市場地位將岌岌可危。
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