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工业4.0晴雨表之一:价值网络中的工业4.0

2019-12-27 09:19 数字孪生体研究中心

导读:以结构化的方式实现涵盖整个企业的工业4.0是非常重要的,因为孤立的解决方案只能在单独的领域创造出最佳状况,并?#19968;?#23545;工业4.0的潜力施加不必要的限制。

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【编者按】以结构化的方式实现涵盖整个企业的工业4.0是非常重要的,因为孤立的解决方案只能在单独的领域创造出最佳状况,并?#19968;?#23545;工业4.0的潜力施加不必要的限制。

在过去几年中,工业4.0的重要性显著提高,并业已成为整个工业领域的战略重点。企业已经认识到,要实现工业4.0的目标,就必须进行数字化转型,而且是基于连接真实世界和虚拟世界的智能网联。其理念是提高业务流程和组织运行的效率,提高产品和服务的质量,并促进商业模式和产品的创新——这样,就可以开发更多的客户和细分市场。

在这种背景下,所?#34892;?#19994;的企业都致力于确保其现有产品和服务及其相关价值链具有更强的竞争力。为了将其转化为利润,企业准备在未来几年中对工业4.0技术进行大量投资。

同?#20445;?#30001;于实施这些理想化的技术方案具有很大的复杂性,并且需要大量财务支出,企业往往会一再推迟其实施计划。此外,这些计划所需的投资在通常情况下是无法量化的,做这些投入只能寄希望于长期来看可能会盈利,?#21482;?#32773;企业储备的专业知识不足,导致无法成功地实现工业4.0解决方案。企业成功践行完整工业4.0原则的例子还不够多。因此,大多数企业仍然不确定其工业4.0的总体目标应该是什么,以及如何实现这一目标。

基于这一出发点,我们可以提出以下问题:工业4.0对企业意味着什么?实现总体目标的路径是什么?

MHP设计的工业4.0晴雨表分析模型

MHP设计的工业4.0晴雨表分析模型

要定义这个路径,企业必须分析其自身的出发点,以及需要影响的?#38382;?#36825;就提出了评价方法的问题,以确定当前状态和评估结果。透过检视所有必要的?#38382;?例如产品、流程、技术、IT和组织等),可以对实现总体目标的进度进行?#20013;?#30417;控。

本研究旨在回答上述问题。研究结果一方面可以描述数字化转型的特定阶段——通常这种转型被描述得过于肤浅;另一方面也可以考虑工业4.0的多维特征。

工业4.0的起源

18世纪初以来,工业化过程一直处于不断变化的状态。变革的速度一直在加快,首先是引入机械生产工厂,然后是电气化大规模生产,最后在流程自动化中应用电子技术和信息技术。价值链各个?#26041;?#25216;术的迅速发展具有极大的破坏性,以至于现有的商业模式和?#20013;?#24120;常被取代,工业的环境也已经发生了革命性的变化。

2011年4月,第四次工业革命被定义为德国工业的一个主要战略方向,以确保德国作为制造业强国的地位得以巩固。为了确保工业4.0的?#20013;?#21457;展,德国经济与能源部部长、教育与研究部部长,与企业、行业协会、工会和学术机构共同建立了工业4.0平台。

作为保持和扩大德国工业竞争优势的关键力量,工业4.0?#23545;?#19981;仅是意味着生产数字化。它更意味着整个价值链的智能联网,进而发展成一个价值网络,为参与该网络的所有成员创造完全?#35813;?#30340;环?#22330;?#36825;个价值网络的另一个基本要素是记录产品和服务的生命周期数据,方便根据工业4.0原则改变价值链中的流程。这将导致价值增加过程的完全?#35813;鰨?#21516;时还?#24066;?#23545;业务进行更灵活的控制,并使经营活动的最佳计划得以实现。

但是,尽管制造过程中价值创造的数字化带来了多?#21482;?#36935;,但它也给现有企业和商业模式带来了风险和巨大挑战。这?#26234;?#20917;下,需要新的解决方案才能尽可能?#34892;?#21644;优劣地应对这些挑战,并发掘其可用性潜力。

工业4.0的机遇和潜在优势

工业4.0提出了一个宏大的愿景:价值链上物理世界和虚拟世界的紧密集成,有可能会达到前所未有的效率水平。企业正在调整其产品和服务组?#24076;?#24120;见的是从产品为中心转变为以服务为中心。

得益于智能实时网络,价值链正在转变为价值网络。该网络接收来自相关产品生命周期中所有参与者的信息。这将导致流程的端到端?#25104;洌?#21253;括客户视图、产品或服务的提供,以及构成其一部?#20540;?#25152;有流程。现有的人工流程和人工通信可以因此大大精简,甚至被新技术取代。这使得运行数字化流程和自治流程成为可能。

工业4.0原则下制造企业的一个总体目标是智能工厂。这是一中基于创新数字化技术的智能网络化工厂,在分布式自动生产系统环境下,智能产品在生产过程中的每个阶段都可以自控制。该智能工厂可以从开发部门?#20013;?#33719;取信息,可以以最佳方式独立制造产品。智能原?#29287;?#21644;产品具有数字存储器,可以保存其特性、生产进度和用?#23613;?#36825;些信息使它?#28508;?#27492;之间以及与其它智能单元(例如智能设备)可以进行实时交互。生产工厂和系统也能够相互沟通,并自治执行生产任务。此外,智能网络有助于克服一些挑战,例如预测性维护、获得更高的生产灵活性,以及减少生产错误。有关?#32771;?#21644;流程的相关信息将保存在中心位置。把所有与产品相关的细节集成起来,就产生了产品、生产系?#22330;?#29289;流和供应商生态系统的数字孪生体。因此,所有关于开发、制造和分派产品的信息都可以传送,并在必要时进行分析。

工业4.0的任何成功实现都需要巨额投资。预测显示,未来五年德国工业4.0的投资份额将占所有工业设备投资计划的50%以上。预测结果也表明,企业已经了解到工业4.0的潜力,并愿意投资于其描述的愿景。

德国作为当今世界的主要制造国具有以下潜力:

生产率提高15%到25%

年销售额增长高达300亿欧元

未来10年内将投?#35782;?#25552;高到2500亿欧元

根据BITKOM和Fraunhofer IAO两个行业协会的一项研究预测,到2025年,工业生产总值将?#20013;?#22686;长,特别是极度依赖供应商的汽车行业。自2005年依赖,汽车行业在制造业总产值中所占的份额稳步上升,在2025年将达到19.6%,成为支柱制造行业。

工业4.0的挑战和风险

能够让工业4.0充分发挥潜力的,既具体、又全面和结构化的策略仍然很少。MHP的日常项目工作表明,许多企业仍在以非结构化的方式规划与工业4.0相关的活动。由于忽略了相关任务?#24471;鰨?#22240;此不存在集成的工业4.0战略,各个工业4.0计划之间?#25381;行?#21516;作用。造成这?#26234;?#20917;的原因有很多,例如工业4.0解决方案的潜在收益很难量化,而且各个部门分别独立做生产优化的情况也比较普遍。此外,由于缺乏全公司?#27573;?#20869;关于工业4.0计划的现有信息,整个价值链上任何潜在解决方案都非常复杂。

企业缺乏方向性,无法以结构化的方式以及跨职能和跨部门的方式?#21019;?#30456;关问题。同样,许多企业发现很难将任何特定的创新点扩展到覆盖整个公?#23613;?#23613;管确实存在技术可行性研究,但尚未实施。这是因为其数字化潜力没有经过验证,或者由于组织内部接受度不高而没有引入,?#21482;?#32773;因为IT领域的异?#24066;?#38459;碍了整个企业的大?#27573;?#24341;入。

在我们列出的这些问题中,要成功实现工业4.0需要迎接以下挑战:

对当前工厂和产品的数字化水平进行评估和分析

确定企业中不同部门的工业4.0潜力

组织和文化的变革

工业4.0解决方案实施中的IT要求

企业现有的异构系统环境和现存系统的多样性

潜在解决方案和最佳实践

与以前面向流程的优化不同,如今流程的调整主要是由技术驱动。结果是,企业面临着将新技术集成到现有流程中或完全重新设计全套流程的挑战。

这就将重点放在业务战略?#24076;?#38656;要调整战略或完全重新制定企业战略。革命当然总是伴随着重大的变革,第四次工业革命也不例外。产品和服务组合的数字化可以带来新的商业模式,但同时也改变了客户的期望,并迫使企业结构进行调整或重组。

为了成功实现这样的项目,企业需要一个敏捷的工业4.0战略,该战略应覆盖所有业务部门,并提供内容和规格以制定全面的路线图。由此产生的战略不应被理解为?#32454;?#30340;总体目标,而应被理解为一个可适应的指导方针,必须不断对其进行质疑和调整以适应新的发展。

定义工业4.0战略的基础应主要是分析企业中当前的工业4.0活动。这种分析应该结构清晰,表明哪些基础已经奠定,哪些仍需要解决。在此过程中,有助于确定已经使用的技术,并为全面实施定义协同作用,最佳实践和标准,这将很有帮助。应特别注意业务案例场景,它们提供了有关潜在的成本节约,实施复杂性,潜在收益和项目风险的?#35813;?#24615;。

当然,新技术的集成和整个价值链的数字化转型给IT部门带来了重大挑战。例如,新数据源需要集成到现有IT系统中,并且现有IT体系结构需要从头开始进行调整或开发。因此,重要的是,IT集成应在?#35759;?#20041;的数字化策略中?#21152;?#37325;要地位。成功实施工业4.0解决方案的另一个关键因素是对组织及其转型的关注。为了获得成功进行转型所必需的杠杆作用,重要的是要建立认可度,使系统使用起来直观并产生对解决方案的热情。

综上所述,以结构化的方式实现涵盖整个企业的工业4.0是非常重要的,因为孤立的解决方案只能在单独的领域创造出最佳状况,并?#19968;?#23545;工业4.0的潜力施加不必要的限制。但是与此同?#20445;?#30001;于技术和业务的动态变化,必须不断对现有解决方案进行测试,以保持必要的灵活性和敏捷性。基于上述的最佳实践,MHP开发了一个包含6种工业4.0服务的组合。该组合从规划到战略和解决方案的实现,所有必要的转型过程都可以进行?#25104;洹?/p>


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