制造业数字化转型框架

导读数字化转型无疑是各行各业发展和变革的热点，进而在社会和政府层面上升到数字经济的高度。何为经济？经济指的是价值的创造、转化和实现。因此，从经济的高度看，数字经济甚至可以视为与农业、工业、服务业而并存发展的第四产业。在笔者看来，如果数字经济真的可以上升到经济的高度，那么，数字经济就不应只是视为实体产业的附庸或其他服务业的补充，而应有其特有的价值定位、运行逻辑和管理特点。同样，作为数字经济在制造业的具体表现，我们应该对制造业的数字化转型予以全新的审视，并按其特有的价值定位、运行逻辑来规划和实施。制造业的数字化转型，从商业或运营模式的角度看是企业的变革，其主要技术支撑是以物联网、机器学习、云计算等为代表的工业互联网，其呈现出来的运行形式或效果是智能制造。因此，我们可以从企业变革、技术支撑、运行形式等不同角度来认识制造业的数字化转型，而认识的角度不同，所看到的东西也不一样。穿过树木看森林。为了兼顾局部和整体，兼顾短期和长期，兼顾技术和业务，兼顾手段和效果，我们需要以系统和整体的角度来看制造业的数字化转型，这正是“制造业数字化转型框架”尝试要做的事情。图1：制造业数字化转型框架如图1所示，“制造业数字化转型框架”分别从目的、策略、能力、举措、平台、组织等角度，以从目的到组织，从业务到技术，层层分解的方式去认识制造业的数字化转型，力争帮助制造型企业对数字化转型有个全景认识，同时又能以点带线，以线带面，以面带体的方式来规划和实施自身的转型工作。转型目的制造型企业数字化转型的目的当然是为了自身的生产和发展。具体来说，就是提升运营效率，驱动利润增长，进而实现赚钱，赚更多的钱，更轻松地赚钱，更长久地赚钱的目的。当然，有道德和使命感的企业，不能通过行业垄断，不能通过偷工减料，不能通过污染环境，不能通过剥夺客户、供应商或员工的剩余价值来赚钱（在中国，此类企业有很多，尤其是那些处于行业前列的大型企业）。既然数字化转型的目的是为了更好地生存和发展，数字化转型就必须先和企业的发展战略进行有机地结合。根据CSCIndex系统公司的咨询师特里西（MichaelTreacy）和威尔斯马（FredWiersema）的说法，制造型企业的发展战略和价值信条有三种：卓越运营（OperationalExcellence）、领先产品（ProductLeadership）和亲近顾客（CustomerIntimacy）。不同的企业，可以根据自身的行业特点、行业地位和能力禀赋，选择其中的一种或几种进行发力。比如，面向终（C）端市场的企业，必然要选择“亲近顾客”，而面向企业（B）端市场的企业，其选择可能是“卓越运营”或“领先产品”。图2：制造型企业的发展战略和价值信条布局决定结局，思路决定出路。如果说更好地生存和发展是结局，那么，发展战略和价值信条的选择就是布局，制造型企业的数字化转型要服务于企业的效率提升和利润增长，首先必须面向发展战略或价值信条的选择来发力。转型策略很多企业的数字化转型工作往往流于形式，或是演变成对所谓先进技术的“摆龙门”，演变成单纯的IT系统实施和应用，最终成了“新品装旧酒”，其效果是可想而知的了。在笔者看来，数字化转型的异化，除了没有紧紧围绕企业的发展战略和价值信条来展开外，还与规划和实施时缺乏指导性方针，缺乏具体着力点，缺乏里程碑导向，没有与业务现状和每一天的日常工作紧密结合等有关。前文说过，数字化转型要围绕企业的发展战略和价值信条来展开，围绕领先产品、卓越运营和亲近顾客来展开，笔者把它们进一步细化为：以产品为中心，以质量为抓手，以融合为手段，以贯通为主题。这样一来，就把数字化转型对企业整体的目标和要求，转化为对价值链，对各个业务和职能单元的目标和要求，就能与相关部门和相关岗位的日常工作进行紧密结合。（1）以产品为中心对广大制造型企业而言，好的产品才是王道。如果自身的产品有竞争力，就可以“一俊遮百丑”，才可能有“酒香不怕巷子深”的资本。反之，如果产品的竞争力一般，企业就只能靠卖苦力、卖疲劳来赚辛苦钱，就只能老老实实地做“苹果”的“富士康”。在笔者的亲身经历中，就曾看到一家制造型企业，组织架构、管理层、生产线等都没有变，只是改做一个新产品，就从曾经的常年亏损转变为当月盈利。确保产品领先的做法有很多，技术领先或高颜值的爆款是其一（这取决于企业的创新能力），优化产品的物料组成（物料清单）或工艺路线是其二；而且，后者更容易为广大制造型企业所采用。根据德国工程师协会VDI统计，产品每增加1种新零部件，将增加年固定成本600~1000德国马克，而IBM公司的实践证明，每减少1%的冗余部件，可以使IBM公司减少过量的库存、废品、返工和供货限制，并增加200,000,000亿美元以上的产出。因此，制造型企业的数字化转型，能否从优化、简化产品的物料结构或工艺路线入手？（2）以质量为抓手制造型企业日常运行中需要关注的问题有很多，现场管理、设备维护、产能提升、能源消耗、计划排产和生产调度、物料供应、员工招聘和培训，等等，可以说是千头万绪。在千头万绪的日常琐事中，如果没有一条主线，就很容易按下葫芦浮起瓢，最终忙得焦头烂额却见效甚微。根据笔者的经验和理解，在制造型企业的日常工作中，从做单的角度来看，其工作主线是订单交付体系（OrdertoDelivery，OTD）的贯通；从职能的角度来看，是产品质量的持续改进和提升。如果把好的企业运营打100分，订单交付是后面的两个“0”，而质量保证是最前面的“1”。笔者把“以质量为抓手”作为制造型企业数字化转型的策略之一，主要基于两个方面的考量：1）质量改善是企业的“生命线”，是系统性工程，抓住了质量改善，就抓住了各种问题的“牛鼻子”；2）质量改善工作与数据分析密不可分；从技术应用的角度看，质量改善的本质就是数据分析，是从数据到信息，从信息到知识，从知识到洞察，从洞察到行动的数据管理全生命周期，而数字化技术可以在质量改善中找到广阔的施展空间。图3：制造型企业的数字化转型与质量改善（3）以融合为手段在传统的信息化建设中，大部分的业务数据是由操作人员手工录入进去的，然后再由程序员开发相应的报表展现给业务用户，数据采集、数据加工、数据展现和数据理解等工作基本是手工或半自动的，对人的依赖性很高，因而才有“GarbageIn，GarbageOut”的说法。以融合为手段，就是在数字化转型工作中，通过制造或运营技术（OT）、通讯技术（CT）、信息技术（IT）和数据技术（DT）等的融合，帮助企业自动或高度半自动地实现从业务到数据，从数据到信息，从信息到知识，从知识到洞察，从洞察到行动，从行动再回到业务的数据驱动式企业决策与运行循环。图4：数字化转型中OT、CT、IT和DT的融合（4）以贯通为主题对很多制造型企业而言，数据孤岛和部门墙是企业日常运行中最常见，也是最主要的抱怨。很多企业的老板和领导层，有可能对数字化建设没有系统和深入的了解，但对数据孤岛确是有着切身的体会，这也是他（她）们对当前数字化工作不满意的主要原因。制造型企业中所谓的贯通，首先是流程的贯通，其次是职责的贯通，再次是数据的贯通和IT系统的贯通，最后还要有一个科学的治理体系来对业务贯通进行监测、度量、诊断和持续改进，对此有兴趣的读者可以阅读笔者之前的文章：整体优化，建设“四通一治”的交付能力。作为数字化转型工作的策略之一，以贯通为主题，可以将数字化建设工作与企业中的消除数据孤岛、打破部门墙、缩短订单交货周期、提升运营效率等业务痛点进行有机的结合。能力建设对制造型企业而言，从组织运行的表现形式来看，数字化转型就是智能制造。智能制造既是制造型企业期望达成的运行形式，也是企业能力的具体表现，主要内容包括操作的自动化、运营的数字化和决策的智能化。（1）操作自动化操作自动化的目的是通过OT、IT等技术的应用，把人从高劳动强度、日常性、重复式和低附加值的作业中解放出来，以从事那些改善性、创新性、沟通性工作中去，并不断提高企业中的人均劳动生产率。操作自动化所涉及的作业包括铸造、机加、装配、物流搬运和配送，等等。随着中国人口老龄化时代的到来，制造型企业中各种作业的操作自动化显得日益迫切。（2）运营数字化运营数字化所针对的是制造型企业日常运营中的计划、组织、沟通、协调、控制等业务活动。从业务领域或职能的广度上来说，包括数字化生产计划与控制、数字化设备维护、数字化能源管理、数字化采购供应链、数字化质量保证，等等。从数字化应用的特点和深度来说，包括业务的网络化、可视化和透明化。（3）决策智能化决策智能化是制造型数字化建设的高级阶段，随着数字化转型的深度推进，包括可配置、可预测和自适应等三种形式。在这里，笔者要特别提一下的业务的可配置。很多时候，谈到某个问题，人们往往容易陷入两个极端：要么A，要么-A。就业务运行而言，人们要么过分强调规范化、标准化，要么过分强调个性化、定制化，从而导致所谓的“一管就死，一放就乱”。在笔者看来，身处快速变化的时代，制造型企业的能力建设应该寻求基础作业或能力的标准化基础上的组合关系的可配置。这就类似于“搭积木”，积木的基本构件是标准化的，但通过各种积木的不同组合（关系），却可以搭建出形式多样的积木。图5：数字化转型中的能力建设转型举措数字化转型中的能力建设有赖于转型举措来落实。在制造型企业的数字化转型过程中，转型举措和行动方案有很多，但主要的，也是最重要的，无外乎这么几个：信息物理制造网络的建设、三项集成和数字孪生的开发和应用。（1）信息物理制造网络信息物理制造网络，或者说信息物理制造系统（Cyber-PhysicalProductionSystems，CPPS）是信息物理系统（CPS）在制造业的具体应用，而后者强调的是虚实融合，以实现更加可靠、高效和实时协同。针对信息物理制造网络的具体内涵和内容，业内并没有高度一致的定义，笔者愿意用下图6所示的“鱼”型示意来表示：图6：信息物理制造网络的“鱼”型示意大体上，在信息物理制造网络的构件中，既有ERP、PLM、MES、WMS、SRM、CRM等传统IT系统，也有物联网、大数据、机器学习等新一代数字化技术。作为数字化转型的举措之一，本文所提到的信息物理制造网络，想要表达的是制造型企业的数字化基础设施必须是虚实融合、高度集成、安全可靠和实时协同，并形成一个有机的整体（系统）。（2）三项集成如果说信息物理制造网络更多地是从技术元素及其形态的角度上讲，三项集成则是从业务领域或业务效果的角度上讲。三项集成也是工业4.0体系中所要求的主要举措，具体包括：纵向集成、端到端集成和横向集成。纵向集成的内容或目的是确保老板的决策意图100%不失真和及时地下达到一线，再让一线的执行情况100%不失真和实时地反馈给老板。端到端集成的内容或目的是确保市场部门把客户需求准确地传递给研发部门，即把客户需求转化为产品定义，以及技术部门把产品定义准确地传递给生产部门，包括不同用途BOM的转换和工程变更的管理，等等。横线集成的内容和目的是让企业与上游的供应商和下游的客户友好地“玩耍”，也就是所谓产业链的业务协同，并尽量消除供应链的“牛鞭效应”。（3）数字孪生根据笔者的观察和理解，数字孪生将是制造型企业数字化转型历程中最具革命性的数字化解决方案，它将根本性地改变人与环境的交互形式，并给企业的产品研发、制造运营和服务支持等工作带来翻天覆地的变化。图7：全生命周期的数字孪生笔者把以数字孪生的开发和应用为主体的数字化转型举措概括为“一网二对象四阶段多用途”。所谓的“一网”，指的是数字孪生所生存的土壤——工业互联网。所谓“二对象”，指的是数字孪生的作用对象或所模拟的实体，即产品或流程，因而有所谓的产品数字孪生、流程数字孪生和工厂数字孪生，等等。所谓的“四阶段”，指的是数字孪生的全生命周期，包括设计与开发阶段的数字孪生、测试与验证阶段的数字孪生、制造与交付阶段的数字孪生，以及运营与服务阶段的数字孪生。所谓的“多目的”，指的是数字孪生可能带给企业的业务用途，比如监测、交互、远程控制、仿真和优化，等等。在这里，之所以说数字孪生是制造型企业数字化转型中最具革命性的举措，是因为有数字孪生做支撑，企业就可以打造出类似飞行器辅助驾驶系统的数字化运营平台，让企业迈向轻松地赚钱的愿景就更逼近了一步。转型平台制造型企业数字化转型的技术支撑是工业互联网平台。与传统的IT解决方案所不同的是，工业互联网平台是“流程导向”和“数据驱动”的有机结合。尤其在“数据驱动”方面，工业互联网