盡管近期全球經(jīng)濟增長呈放緩趨勢,制造業(yè)仍是發(fā)達國家和發(fā)展中國家經(jīng)濟的核心驅(qū)動力。制造業(yè)是研究、開發(fā)和創(chuàng)新(R&D&I)投資的主要來源。在德國、日本和韓國,私營部門的制造業(yè)公司貢獻了 85%以上的研發(fā)經(jīng)費。

科技與創(chuàng)新始終是制造業(yè)發(fā)展與轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵所在。在過去的 20 年里,美國各大行業(yè)的工人生產(chǎn)率增長了 47%,主要歸功于科技的應用和創(chuàng)新。

當今社會正處于生產(chǎn)和消費日益融合的階段,科技轉(zhuǎn)型帶來的新商業(yè)模式正是其背后的主動力。在第四次工業(yè)革命的背景下,生產(chǎn)正處于由三大科技趨勢驅(qū)動的范式轉(zhuǎn)換關(guān)鍵時刻。

盡管這三大類科技尚未全面落地,對于制造業(yè)的益處也尚未充分發(fā)揮,但其發(fā)展速度和影響廣度已經(jīng)達到了前所未有的程度。

1. 連通性：隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅速擴張,我們已經(jīng)跨入到全球互聯(lián)互通時代,目前聯(lián)網(wǎng)設備約有 84 億臺。雖然截至目前,制造業(yè)只有 15%的資產(chǎn)設備達到了聯(lián)網(wǎng)標準,但這種情況正在迅速改變?？萍夹袠I(yè)正在開發(fā)的工業(yè)應用物聯(lián)網(wǎng)平臺多達 700 余個8,主要科技公司也在大規(guī)模投資于可擴展的超級物聯(lián)網(wǎng)平臺。

2. 智能：人工智能、計算能力的發(fā)展和大數(shù)據(jù)使得機器學習算法變得更加強大。事實上,語音和圖像識別已經(jīng)達到了人腦級別的準確性。

然而,人工智能在制造業(yè)的全部潛能尚未充分發(fā)揮;目前只有一小部分數(shù)據(jù)用于決策。比方說,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),在石油鉆井平臺獲得的全部數(shù)據(jù)中,只有其中 0.5%的數(shù)據(jù)被用于決策。

3. 靈活自動化：自動化科技如今可以實現(xiàn) 60%制造任務的自動化。然而,當前工業(yè)機器人的滲透率仍然處于相對較低水平,即使是在韓國這樣的機器人應用大國中,每 1 萬個生產(chǎn)工人僅對應配備 530 個機器人。

連通性、人工智能和靈活自動化科技領域的共同進步,將極大地改變制造業(yè)(制造業(yè)的定義是:設計-原料-制造-組裝-分發(fā)-消費-服務-使用終端周期中為提供產(chǎn)品和相關(guān)服務而進行的一系列端到端活動。)中的價值創(chuàng)造方式,如圖 2 所示。

圖 2:第四次工業(yè)革命科技推動下的制造業(yè)重要轉(zhuǎn)變

我們預計在短到中期內(nèi),制造業(yè)將出現(xiàn)下述四大顯著變化:

1. 新工廠工人階層的誕生(即高度互聯(lián)的智能型車間)使得制造業(yè)開始邁入自組織階段,自動化水平進一步提升。

2. 價值鏈將實現(xiàn)端到端的無縫連接,幫助制造商以更快速度推出創(chuàng)新產(chǎn)品。

3. 供應鏈將與更廣闊的供應商生態(tài)系統(tǒng)相互連接,作為單一平臺實現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間的整合。

4. 數(shù)據(jù)將推動新服務創(chuàng)造與商業(yè)模式創(chuàng)新。

消費者、企業(yè)員工乃至整個社會都將從上述轉(zhuǎn)變中受益匪淺?？蛻魧@得更符合需求的產(chǎn)品;生產(chǎn)者能夠更容易地了解消費者的偏好和行為,并通過這些信息來進行產(chǎn)品定制化設計與生產(chǎn)。

例如,物流公司已經(jīng)改變了自身的商業(yè)模式,將按需提供 3D 打印產(chǎn)品加入服務范圍內(nèi),試水制造業(yè)領域。例如,SAP 已經(jīng)與 UPS、 Fast Radius 快遞公司合作建立了一個集成化端到端按需 3D 打印系統(tǒng)。

制造工序和產(chǎn)品交付所需時間的減少,不僅要歸功于交通運輸?shù)陌l(fā)展,更在于供應鏈聯(lián)通性與透明度的提升,流程自動化也是其中一大助力。

制造業(yè)工作重心將從重復性任務的執(zhí)行轉(zhuǎn)移到創(chuàng)新發(fā)明上,工廠車間將因此重塑,工人的職業(yè)素養(yǎng)因此得到提升,而且能夠享受到更加安全的工作環(huán)境。

科技還能夠降低能源消耗和物質(zhì)浪費水平,令資源管理效率上升,有利于環(huán)境保護。在世界經(jīng)濟論壇關(guān)于“塑造制造業(yè)的未來”系統(tǒng)行動倡議框架下,“加速可持續(xù)生產(chǎn)(Accelerating Sustainable Production)”項目介紹了新一套以科技為驅(qū)動力的公私部門合作干預措施,有利于推動實現(xiàn)聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標。

逃離第四次工業(yè)革命中的試驗困局

本研究發(fā)現(xiàn),第四次工業(yè)革命科技能夠帶來有利回報和新的增長機會。然而,各個行業(yè)與地區(qū)的制造業(yè)科技應用速度依舊遲緩:只有 29%的工業(yè)企業(yè)開始在其生產(chǎn)過程中推行新的科技解決方案;41%的公司在個別工作場地或業(yè)務部門試行解決方案,剩下的 30%仍處于準備階段(圖 3)。逾 400 位全球數(shù)字制造專家已經(jīng)證實,各個行業(yè)和地區(qū)的科技應用速度確實相當緩慢。

圖 3:科技規(guī)模性應用較為滯后

試驗或正在部署物聯(lián)網(wǎng)解決方案的公司占受訪者的百分比

從試驗階段到科技的大規(guī)模應用并取得一定成果的過程中,大部分公司面臨著重重困難,主要原因包括:組織機構(gòu)與潛在價值和投資回報關(guān)聯(lián)的困難性,數(shù)字科技對組織績效影響的不確定性(特別是在短期內(nèi)),執(zhí)行新解決方案所需的較大資源成本及規(guī)?；匾顿Y。圖 4 詳細介紹了企業(yè)在實現(xiàn)科技規(guī)模性應用過程中面臨的挑戰(zhàn)。

圖 5 展示了塑造科技規(guī)?；绊懥Φ姆N種困難。在麥肯錫公司的物聯(lián)網(wǎng)調(diào)查中, 84%的受訪企業(yè)的試點期超過了 1 年,28%持續(xù)超過 2 年。過長的試驗時間產(chǎn)生了問題。

創(chuàng)業(yè)公司的經(jīng)驗表明,生產(chǎn)系統(tǒng)的有效改造至少涉及 20 到 30 個應用科技,因此企業(yè)必須縮短試驗期,以便在短期內(nèi)測試大量科技的應用效果。鑒于科技開發(fā)周期較短,過長的試驗階段可能會導致企業(yè)難以跟上當前科技發(fā)展的步伐。

企業(yè)為挑選最佳平臺而試驗的物聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)量顯示了試點階段的復雜性和延遲的可能性。在 63%的案例中,企業(yè)試驗了 2-3 個物聯(lián)網(wǎng)平臺,31%的企業(yè)試驗了 3 個以上的平臺。只有 7%的受訪公司成功完成一個平臺的試驗。

漫長的試驗期以及制造企業(yè)(制造商)缺乏推動科技從試驗階段邁向全公司應用的能力,被稱為“試驗困局”。

加速第四次工業(yè)革命科技應用進程:

對商業(yè)領袖的建議

加快科技的應用進程對于提升生產(chǎn)率和利潤回報,幫助企業(yè)跟上第四次工業(yè)革命科技發(fā)展的步伐至關(guān)重要。

世界經(jīng)濟論壇與麥肯錫公司共同研發(fā)了一套制造業(yè)工具組合(圖 6),為那些迫切希望開啟、加速科技應用進程的企業(yè)提供了諸多實用建議,有利于幫助企業(yè)避開試驗困局。該工具組合由兩大部分(“引擎”)構(gòu)成:

– 價值交付引擎：第四次工業(yè)革命的 39 個制造業(yè)用例概要。該引擎基于 500 多個科技解決方案供應商及其高度關(guān)聯(lián)的解決方案執(zhí)行狀況分析。

– 規(guī)模擴張引擎：按照科技規(guī)模擴張四個主要階段介紹 12 個最佳實踐的詳細框架。該引擎基于大量研究、實地工作和對主要制造公司和制造業(yè)科技應用先行者的結(jié)構(gòu)化采訪成果。

價值交付引擎——極具影響力的用例

技術(shù)供應商日益增多,服務范圍愈加廣泛,包括人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機器人技術(shù)、 虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、3D 打印、數(shù)字孿生等。希望規(guī)模化應用這些科技的制造商需要從現(xiàn)有科技選項中找出優(yōu)先解決方案,這并非一件輕而易舉的事。

研究表明,在推動第四次工業(yè)革命科技應用時,企業(yè)應根據(jù)每一項科技具備的特定制造業(yè)與商業(yè)問題解決能力,采用切實可行的方法。

“用例模式”即制造業(yè)/商業(yè)問題驅(qū)動方式的簡稱,其以商業(yè)價值為核心,將新技術(shù)作為解決問題的驅(qū)動力。在第四次工業(yè)革命科技初步應用階段,我們非常建議企業(yè)采用“用例”方法。

極具影響力的用例往往需要與第四次工業(yè)革命科技相結(jié)合,以達成所需的系統(tǒng)性變革效果。由于用例可以在小范圍內(nèi)施行且其回報立竿見影,因此可以作為未來制造業(yè)體系建設事業(yè)的探路石。

雖然某些商業(yè)領袖仍然希望掌握一種殺手锏式的終極性用例,但要實現(xiàn)特定企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的成功改造,有必要將 20-30 個用例與 60-80%的第四次工業(yè)革命科技結(jié)合起來。

制造業(yè)未來項目的科技和創(chuàng)新小組根據(jù)麥肯錫公司對于 500 多家科技解決方案供應商的專有研究成果,對 39 個涉及眾多公司、行業(yè)和地區(qū)的用例進行了概要歸納。

這些用例分布于制造業(yè)各個部門:工廠車間(裝配和加工、維護、質(zhì)量和性能管理)以及供應鏈和產(chǎn)品價值鏈(包括設計、原型設計和采購)。在用例中,我們可以得到一個關(guān)鍵結(jié)論:不少投入使用且高度成熟的科技已經(jīng)對規(guī)?；茝V做好了準備。

每個用例都配有詳細介紹,包括該用例計劃實現(xiàn)何種商業(yè)目標,旨在解決何種生產(chǎn)問題,如何將科技應用到實處,如何發(fā)揮科技的影響力。

在食品和飲料制造商例子中(圖 7),其目標在于減少手動流程的生產(chǎn)力損失,提高效率。制造商采用數(shù)字解決方案,將手動標準操作程序轉(zhuǎn)換為支持遠程設備訪問且與生產(chǎn)部門關(guān)聯(lián)的數(shù)字化平臺,有效提高了設備的利用率,大幅減少了手動文書工作量。

在航空航天業(yè)用例中(圖 8),制造商試圖通過削減手動工作量,避免相關(guān)問題的方法來增強生產(chǎn)調(diào)度的靈活性。制造商的解決方案兼具連通性與智能性,具有自動化生產(chǎn)序列功能,可以追溯和處理裝配過程中所有組件的數(shù)字化質(zhì)量信息。這有助于提高工廠的產(chǎn)量,減少因調(diào)度問題而產(chǎn)生的廢材。

圖 8:用例——庫存管理中的材料選擇自動化與優(yōu)化

什么是用例?

用例指的是應用第四次工業(yè)革命科技(通常是多種科技的組合),解決特定的生產(chǎn)問題來重塑生產(chǎn)流程,創(chuàng)造商業(yè)價值。用例可能遍及加工、裝配、維護、質(zhì)檢、 供應鏈、設計、原型和工程多個領域。

用例有利于哪些商業(yè)價值驅(qū)動因素?

– 進入市場的速度

– 敏捷性和反應力

– 資源生產(chǎn)力與效率

– 客戶需求定制

– 增值服務和商業(yè)模式創(chuàng)新

用例解決了哪些生產(chǎn)問題?

用例解決了生產(chǎn)部門眾多領域乃至其他行業(yè)的問題。示例包括:

– 大型高度定制產(chǎn)品的檢查時間易變問題

– 組件可追溯性以及生產(chǎn)調(diào)度和序列之外的質(zhì)量數(shù)據(jù)問題

– 成型周期時間過長,代價過高問題

在整個研究過程中,我們發(fā)現(xiàn)企業(yè)往往是科技應用先驅(qū)。這表明科技不僅僅能夠提高生產(chǎn)力,還會對質(zhì)量、員工安全和可持續(xù)性產(chǎn)生影響,有助于創(chuàng)造其他形式的商業(yè)價值,使公司能夠更好地專注于創(chuàng)新發(fā)明。

從這個角度來看,用例可以按照價值驅(qū)動因素進行分類(上市速度、敏捷性和反應能力、資源生產(chǎn)力和效率和客戶需求定制,如圖 9 所示)。出于對實用性和適用性的重視,概要中 70%的用例可以用于強化多個價值驅(qū)動因素。

用例庫涵蓋多個生產(chǎn)部門的示例,具體分布狀況如圖 10 所示。超過 80%的用例除了示例中所提及的特定行業(yè),還適用于其他行業(yè)。這表明用例交換和開發(fā)過程存在著跨行業(yè)協(xié)作機會。

規(guī)模擴張引擎——具有可行性的最佳實踐

在嘗試跨越試驗困局階段時,規(guī)?；巧a(chǎn)組織面臨的最大挑戰(zhàn)之一?？萍家?guī)?；瘹v程鮮有人知,因為只有少數(shù)企業(yè)成功將第四次工業(yè)革命科技應用于自身的工廠、供應商和客戶網(wǎng)絡中。

對公司和專家的采訪以及案頭研究有助于我們識別關(guān)鍵的成功因素,更好地了解規(guī)模化歷程。由此產(chǎn)生的規(guī)模擴張引擎(圖 11)是一個涉及組織動員、策略制定、創(chuàng)新和規(guī)模擴張四階段的框架。其中還包含了 12 項關(guān)鍵活動的最佳實踐和可行建議,旨在促進科技與創(chuàng)新在制造業(yè)中的規(guī)?；瘧谩?/p>

這 12 項關(guān)鍵活動按一定次序執(zhí)行,旨在提升意識和科技應用兩方面的成熟度(從第一階段的初步意識與信念建設階段,再到戰(zhàn)略和創(chuàng)新階段自上而下和自下而上的拓展性驅(qū)動因素構(gòu)建)。

規(guī)模擴張引擎介紹了一種適用于各個生產(chǎn)領域和國家的通用性路徑。然而,關(guān)鍵活動的順序需要根據(jù)每個機構(gòu)組織的文化和數(shù)字化科技成熟度進行調(diào)整。

例如,一些公司應當同時制定戰(zhàn)略(自上而下),開展創(chuàng)新工作(自下而上),而另一些公司則需要由執(zhí)行層授權(quán),通過自上而下的方式實現(xiàn)流程重塑。

動員:組織集會

如需啟動一項生產(chǎn)科技與創(chuàng)新應用計劃,大多數(shù)生產(chǎn)組織必須動員起來。該階段一般持續(xù) 9 到 12 個月,視企業(yè)具體情況而定。首先執(zhí)行以下兩項活動:在小規(guī)模范圍內(nèi)進行概念證明,組建項目領導團隊。

要充分發(fā)揮第四次工業(yè)革命科技的潛能,就需要重塑當下的生產(chǎn)流程。這樣的變化為企業(yè)突破工廠的局限性、實現(xiàn)各個生產(chǎn)職能部門(從工程到供應鏈)的聯(lián)結(jié)提供了機會。因此,企業(yè)可以通過跨職能團隊的早期參與,利用創(chuàng)新手段促進生產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型,打破組織各部門之間的壁壘。

本階段的成功關(guān)鍵在于:執(zhí)行簡短而詳實的概念驗證試驗。概念驗證試驗不僅應當成為學習平臺,而且作為成功經(jīng)歷來強化組織信念,這一點眾所周知。根據(jù)研究的成功經(jīng)驗,我們建議企業(yè)對那些可以在幾周內(nèi)解決的生產(chǎn)問題進行概念驗證, 并實現(xiàn)三個核心目標:

– 在小規(guī)模范圍內(nèi)造成一定影響(產(chǎn)品級別)

– 確定下一階段工作內(nèi)容

– 宣傳工作成果與成功經(jīng)驗,在組織內(nèi)形成良好勢頭

戰(zhàn)略:樹立愿景與價值追求目標

考慮到科技和用例的復雜性、必要的流程和文化變遷以及戰(zhàn)略規(guī)?；璧耐顿Y, 企業(yè)需要一個清晰的動態(tài)路線圖來明確未來發(fā)展方向。在這個關(guān)鍵階段以及隨后的工作過程中,高管層的支持以及前瞻性愿景將成為其中的關(guān)鍵成功因素。

第四次工業(yè)革命科技應用戰(zhàn)略立足于由高管層提出的生產(chǎn)用例。這不僅涉及到業(yè)務案例(將企業(yè)戰(zhàn)略與業(yè)務驅(qū)動因素及特定業(yè)務目標聯(lián)系起來),而且還與企業(yè)的發(fā)展愿景相關(guān)。

在這個階段,高管應當明確未來型發(fā)展模式的價值,幫助企業(yè)找到自己在第四次工業(yè)革命中的定位。為了實現(xiàn)發(fā)展愿景,企業(yè)必須精心選擇能夠產(chǎn)生預期價值的一系列科技用例。

例如,寶馬公司正致力于將第四個工業(yè)革命中六大關(guān)鍵科技應用到自己的生產(chǎn)系統(tǒng)中:環(huán)境感知輔助系統(tǒng)、創(chuàng)新機器人系統(tǒng)、 模擬和工廠數(shù)字化、規(guī)劃和控制系統(tǒng)、智能物流與高級分析。

此外,我們建議企業(yè)建立一個覆蓋全組織的執(zhí)行驅(qū)動框架,確保各個生產(chǎn)單位和站點執(zhí)行性的統(tǒng)一性,即便這些生產(chǎn)單位和站點在性能和成熟度方面可能有所差異。

戰(zhàn)略階段的最終任務是:與業(yè)務單位合作制定企業(yè)級路線圖。路線圖通常按照層次構(gòu)建,需要考慮用例的復雜性和每個業(yè)務單元的起始點。

創(chuàng)新:識別處于風險中的商業(yè)價值,激發(fā)創(chuàng)新能力

在爭取高管認可和資金支持的同時,業(yè)務單位必須通過第一批用例部署與可擴展動因素構(gòu)建來證明第四次工業(yè)革命科技的價值。

在這個階段,由業(yè)務單位主導的試點工作至關(guān)重要。試點工作不僅有助于企業(yè)取得商業(yè)成功,還有助于建設科技包容性創(chuàng)新公司文化。

第一層次的用例將不再僅僅停留在概念證明階段,而是具有一定程度影響力的試驗,展示真正的商業(yè)價值與流程再造過程。在實現(xiàn)科技的生產(chǎn)系統(tǒng)全面應用之前, 有必要提供兩大可擴展因素支持:

– 現(xiàn)代化的科技基礎設施：操作和信息科技應當相互配合,加強科技骨干工程建設。具體工作包括:整合來自信息科技和操作科技系統(tǒng)(IT/ OT 聚合)的有效數(shù)據(jù);創(chuàng)建價值交付引擎以開發(fā)用例,滿足業(yè)務需求。

企業(yè)必須借助現(xiàn)有未來生產(chǎn)系統(tǒng)細致分析等手段,積極解決網(wǎng)絡安全問題。在此階段,理解以往系統(tǒng)及其與即將到來平臺的適應性同樣具有重要意義。

– 建設能力和伙伴關(guān)系網(wǎng)絡:第四次工業(yè)革命科技要求一系列新能力與之相匹配。公司需要增強技能,招攬新的人才,將能力建設模式作為企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型的工作中心。探索與科技解決方案供應商、學術(shù)界和研究人員展開合作的新方法也至關(guān)重要。

例如,阿迪達斯和西門子在 2017 年開始合作開展研發(fā)項目,推動阿迪達斯未來工廠——高速工廠(Speedfactory)的數(shù)字化進程17。此外,ABB 公司和微軟在 2016 年建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,共同開發(fā)工業(yè)數(shù)字解決方案。

規(guī)模擴張：獲取全部價值

在完成規(guī)模擴張驅(qū)動因素及全公司路線圖建設之后,企業(yè)應當將用例推廣至整個生產(chǎn)系統(tǒng)。這需要企業(yè)通過以下方法動員整個組織：

– 數(shù)字績效管理：是必須經(jīng)由專家和科技應用領導者確認的用例,不可缺少。它不僅可以通過直接或間接與其他用例配合的方式為價值提供保障,還能將整個生產(chǎn)過程中的操作數(shù)據(jù)集成到全公司平臺上;這些數(shù)據(jù)可以用于工廠之間的比較、 模擬和決策優(yōu)化。

– 卓越中心：主要負責變更過程梳理工作,包括管理項目,建立新的生產(chǎn)系統(tǒng), 以標準化方式引導轉(zhuǎn)型過程。

– 將用例推廣至合作伙伴的價值鏈生態(tài)系統(tǒng)(各級供應商和客戶),有助于企業(yè)更好地獲取價值。例如,增強操作數(shù)據(jù)之間的連通性,有助于建設統(tǒng)一的生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)。雖然數(shù)據(jù)集成為競爭和創(chuàng)新帶來了新的可能性,但必須小心行事,避免創(chuàng)建過多的數(shù)據(jù)平臺以致于供應商無所適從。

推廣策略：對國家領導人的建議

第四次工業(yè)革命將掀起國家內(nèi)部以及國與國之間的新一輪競爭,制造業(yè)國家將面臨更多的不確定性。不過,最新科技發(fā)展趨勢同時也為各國提供了制造業(yè)未來發(fā)展與轉(zhuǎn)型的機會。

在 2017 年期間受訪的大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)都認可政府在建設有利于科技進步、推廣和應用的環(huán)境和制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)方面的關(guān)鍵作用。

雖然工業(yè)政策和戰(zhàn)略已經(jīng)存在了幾十年,由于近年來政府積極擁抱第四次工業(yè)革命的機遇與挑戰(zhàn),科技與創(chuàng)新躍升為當下的工作重點。

國家政策制定者將繼續(xù)致力于管理宏觀經(jīng)濟杠桿,力求創(chuàng)造有利于制造業(yè)企業(yè)發(fā)展的市場條件,加強重要基礎設施(特別是電信和信息科技連通性)建設,制定合適的貿(mào)易政策為工業(yè)品市場提供支持。

此外,國家綜合性計劃下開展的科技推廣與應用具體工作正在不斷增多。在過去的 6 年里,前十大制造業(yè)國家中有 8 個國家啟動了國家級發(fā)展計劃,積極提高生產(chǎn)率,鞏固自己在全球競爭中的領先地位,其中最有名的莫過于工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略。各國之所以對于以科技為主要支持的制造業(yè)重視度不斷增加,原因如下:

– 加速新科技應用進程有助于各國實現(xiàn)工業(yè)跨越式發(fā)展,走向現(xiàn)代化之路。

– 為了促進制造業(yè)科技的規(guī)模化應用,有必要建設一個具備基礎設施、信息科技連通性與適當知識產(chǎn)權(quán)法的有利環(huán)境。

– 經(jīng)濟體的成功依賴于對研發(fā)與創(chuàng)新工作的進步。研發(fā)與創(chuàng)新工作使得科技能夠以更低的成本在各種規(guī)模企業(yè)中應用與推廣。