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　　2018年，世界經(jīng)濟(jì)論壇(WEF)攜手麥肯錫公司共同倡議并正式啟動(dòng)了全球“燈塔工廠網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目”(Light house Network)，共同遴選率先應(yīng)用工業(yè)革命4.0技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)盈利和持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新者與示范者。“燈塔工廠”在應(yīng)用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)增效降本、節(jié)能減排等方面為全球企業(yè)提供了值得借鑒的成功案例。

　　1 “燈塔工廠”概況及發(fā)展情況分析

　　在全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)如火如荼的今天，“燈塔工廠”展示了如何從數(shù)字化中挖掘新的價(jià)值，包括提升資源利用率和生產(chǎn)率、加強(qiáng)敏捷度和響應(yīng)能力、提高定制化和柔性化水平、獲得更好的投資回報(bào)率等，并為全球可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

　　1.1 “燈塔工廠”的評(píng)選標(biāo)準(zhǔn)

　　“燈塔工廠”評(píng)選基于企業(yè)提供的切實(shí)可見(jiàn)的成果和用例，但沒(méi)有絕對(duì)的量化標(biāo)準(zhǔn)，入圍企業(yè)的行業(yè)和規(guī)模彈性也很大，現(xiàn)有“燈塔工廠”涵蓋了不足100名到超過(guò)1萬(wàn)名員工的各類(lèi)企業(yè)。“燈塔工廠”評(píng)選關(guān)注的是企業(yè)利用工業(yè)革命4.0技術(shù)實(shí)踐所取得的可持續(xù)發(fā)展成效或商業(yè)模式創(chuàng)新，從現(xiàn)有“燈塔工廠”的用例來(lái)看，入圍考量重點(diǎn)主要有三個(gè)方面:效率的提升、成本的下降以及對(duì)環(huán)境的友好性。

　　1.2 “燈塔工廠”的兩種創(chuàng)新模式

　　“燈塔工廠”所提供的工業(yè)革命4.0技術(shù)應(yīng)用案例，根據(jù)創(chuàng)新模式的不同可分為兩大方向:一是著眼于生產(chǎn)制造本身，二是側(cè)重打通端到端的價(jià)值鏈。生產(chǎn)制造用例主要是利用數(shù)字化技術(shù)提高生產(chǎn)制造過(guò)程的效率、質(zhì)量和節(jié)能環(huán)保;端到端用例更注重供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)連接性、端到端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、端到端規(guī)劃、端到端交付、客戶(hù)連接性等方面的價(jià)值鏈打造，也就是利用數(shù)字化工具優(yōu)化采購(gòu)、研發(fā)、供應(yīng)鏈、物流、營(yíng)銷(xiāo)和售后等環(huán)節(jié)，以創(chuàng)造更多價(jià)值。隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)端到消費(fèi)端供需關(guān)系的變革，端到端價(jià)值鏈的打造越來(lái)越受到重視。2020年生產(chǎn)制造用例與端到端用例占比分別為65%和35%，2021年這一比率已變化為53%和47%。

　　1.3 “燈塔工廠”的數(shù)量和行業(yè)快速增加

　　自2019年1月第一批16家“燈塔工廠”入選，至2021年9月最新加入全球燈塔網(wǎng)絡(luò)的21個(gè)新成員，目前“燈塔工廠網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目”已評(píng)選出90家“燈塔工廠”，開(kāi)辟了2種創(chuàng)新發(fā)展模式，部署了124個(gè)成功應(yīng)用案例，覆蓋4大類(lèi)22個(gè)細(xì)分行業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)有90家“燈塔工廠”主要集中在先進(jìn)工業(yè)行業(yè)(57.8%)，其次為流程工業(yè)(15.6%)、日用消費(fèi)品(13.3%)、醫(yī)藥及醫(yī)療產(chǎn)品行業(yè)(13.3%)。2018年第一批“燈塔工廠”涉及的細(xì)分行業(yè)領(lǐng)域有11個(gè)，2021年9月已延伸至22個(gè)。這充分表明，大規(guī)模推廣第四次工業(yè)革命的技術(shù)創(chuàng)新成果、決策戰(zhàn)略及商業(yè)模式轉(zhuǎn)變，不僅限于傳統(tǒng)制造業(yè)，各行業(yè)制造企業(yè)都有實(shí)現(xiàn)“燈塔工廠”目標(biāo)的潛力和機(jī)會(huì)。

　　1.4 中、美、德三國(guó)在全球范圍內(nèi)表現(xiàn)突出

　　全球各國(guó)中，擁有“燈塔工廠”企業(yè)數(shù)和境內(nèi)“燈塔工廠”數(shù)綜合排名前三位的是中國(guó)、美國(guó)和德國(guó)。從上述三國(guó)“燈塔工廠”的行業(yè)分布來(lái)看，中國(guó)境內(nèi)“燈塔工廠”數(shù)量最多，達(dá)31家(見(jiàn)圖1)，行業(yè)領(lǐng)域覆蓋面廣，優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域主要集中在先進(jìn)工業(yè)，而在醫(yī)藥及醫(yī)療產(chǎn)品行業(yè)還沒(méi)有中國(guó)企業(yè)工廠入選;美國(guó)企業(yè)的“燈塔工廠”數(shù)量最多，雖然美國(guó)本土只有9家“燈塔工廠”(其中7家為美國(guó)企業(yè))，但屬于美國(guó)企業(yè)的全球“燈塔工廠”數(shù)達(dá)到了26家，行業(yè)布局也最為全面，特別是在醫(yī)藥及醫(yī)療產(chǎn)品行業(yè)中具有明顯優(yōu)勢(shì);德國(guó)入選的海外工廠數(shù)量較多，其中醫(yī)藥及醫(yī)療產(chǎn)品行業(yè)入選的全為海外工廠，但德國(guó)無(wú)論企業(yè)還是境內(nèi)工廠都未涉及流程工業(yè)行業(yè)。

圖 1 以企業(yè)所屬?lài)?guó)計(jì)算和以工廠所在國(guó)計(jì)算的各國(guó) “燈塔工廠”數(shù)量

　　在擁抱新一輪工業(yè)革命的探索中，中國(guó)表現(xiàn)出了很強(qiáng)的行動(dòng)力，自2018年“燈塔工廠”評(píng)選啟動(dòng)以來(lái)，無(wú)論是中國(guó)境內(nèi)的“燈塔工廠”數(shù)還是中國(guó)企業(yè)“燈塔工廠”數(shù)都持續(xù)快速增長(zhǎng)。與歐美國(guó)家相比較，中國(guó)企業(yè)“燈塔工廠”全在本土范圍內(nèi)，這一方面顯示出中國(guó)企業(yè)“出海”的步伐比較謹(jǐn)慎，海外工廠在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用上與國(guó)內(nèi)工廠還有差距;另一方面中國(guó)全產(chǎn)業(yè)鏈的工業(yè)模式在應(yīng)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)和政治危機(jī)、保持供應(yīng)鏈穩(wěn)定等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

　　2 全球“燈塔工廠”用例體現(xiàn)的工業(yè)革命4.0關(guān)鍵技術(shù)

　　通過(guò)對(duì)全球90家“燈塔工廠”124個(gè)用例的分析，發(fā)現(xiàn)通過(guò)新一代信息技術(shù)賦能制造業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化、自動(dòng)化能力的提升，是“燈塔工廠”變革與創(chuàng)新的主要途徑。2021年以來(lái)，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、增材制造、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)等成了技術(shù)應(yīng)用的主要趨勢(shì)。

　　2.1 人工智能技術(shù)提升生產(chǎn)管控能力，創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)模式

　　人工智能技術(shù)用例在引導(dǎo)機(jī)器性能優(yōu)化、驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)管控、協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測(cè)試、賦予產(chǎn)品智能化提升等方面發(fā)揮了有效作用。在生產(chǎn)管控環(huán)節(jié)，基于人工智能的質(zhì)量檢驗(yàn)方法，如機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)和光學(xué)檢測(cè)，可以使產(chǎn)品或零部件瑕疵率和缺陷率下降至近乎為零，檢測(cè)成本下降一半以上，勞動(dòng)效率大幅提升。通過(guò)人工智能賦能產(chǎn)品設(shè)計(jì)、銷(xiāo)售、運(yùn)營(yíng)、合同審查等環(huán)節(jié)，能夠縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，提升研發(fā)效率，并使新技術(shù)在企業(yè)各部門(mén)和子系統(tǒng)間的擴(kuò)展速度呈倍數(shù)提升。

　　2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打通全生命周期管理

　　物聯(lián)網(wǎng)連接了應(yīng)用于產(chǎn)品全生命周期各核心環(huán)節(jié)的新一代信息技術(shù)，使遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維護(hù)、遠(yuǎn)程故障診斷、物流過(guò)程監(jiān)控、污染物監(jiān)控等成為可能。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)流程優(yōu)化和自動(dòng)化，大幅降低成本;使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和高級(jí)分析，用于能源、水、廢氣廢水排放等方面的管理，能夠使能源效率顯著提升、能源消耗降低。物聯(lián)網(wǎng)甚至還可用于增強(qiáng)員工之間的操作配合，進(jìn)而提升設(shè)備綜合效率。

　　2.3 增材制造技術(shù)顛覆傳統(tǒng)制造方式

　　增材制造對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合等都產(chǎn)生了顛覆性影響，可滿(mǎn)足高精度、復(fù)雜形狀、小批量的生產(chǎn)需求，能實(shí)現(xiàn)更輕量化的設(shè)計(jì)、更低的成本、更短的開(kāi)發(fā)與制造周期，已成為最受關(guān)注的制造技術(shù)。“燈塔工廠”的實(shí)踐表明，通過(guò)應(yīng)用增材制造技術(shù)，可以降低企業(yè)銷(xiāo)貨成本，縮短生產(chǎn)制造周期，減少交付時(shí)間，甚至使產(chǎn)品上市時(shí)間減短近90%。

　　2.4 數(shù)字孿生技術(shù)成為推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心戰(zhàn)略之一

　　孿生可應(yīng)用于產(chǎn)品的運(yùn)行監(jiān)控和智能運(yùn)維、工廠運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)模擬和遠(yuǎn)程監(jiān)控、生產(chǎn)線虛擬調(diào)試、復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)、數(shù)字營(yíng)銷(xiāo)等多個(gè)環(huán)節(jié)。應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃、柔性生產(chǎn)和預(yù)測(cè)性維護(hù)，可提高產(chǎn)能和能效，使停機(jī)時(shí)間減少一半以上。數(shù)字孿生技術(shù)用于開(kāi)發(fā)測(cè)試、模擬客戶(hù)系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間縮短，大幅提升檢驗(yàn)效率，使生產(chǎn)周期縮減30%以上。

　　2.5 大數(shù)據(jù)技術(shù)幫助發(fā)掘潛在價(jià)值，以更好地為用戶(hù)提供產(chǎn)品和服務(wù)

　　工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的本質(zhì)是通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和分析優(yōu)化，幫助企業(yè)發(fā)掘潛在價(jià)值，優(yōu)化控制生產(chǎn)環(huán)境，更有針對(duì)性地為用戶(hù)提供產(chǎn)品和服務(wù)，并提升企業(yè)產(chǎn)品的服務(wù)附加值。目前工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要集中在兩個(gè)方向，一是通過(guò)對(duì)自身產(chǎn)品或設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，為客戶(hù)提供運(yùn)維管理、運(yùn)營(yíng)優(yōu)化等服務(wù);二是通過(guò)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)器設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)設(shè)備進(jìn)行健康評(píng)估、性能預(yù)測(cè)和故障診斷，最大限度地降低非計(jì)劃停機(jī)率。已有成功用例表明，運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和預(yù)見(jiàn)性維護(hù)，能夠使機(jī)器人故障率下降近10%，產(chǎn)品出廠質(zhì)量提升最高至70%，設(shè)備意外停機(jī)時(shí)間明顯減少，并延長(zhǎng)工具使用壽命。

　　3 工業(yè)革命4.0時(shí)代企業(yè)應(yīng)具備的重要能力

　　通過(guò)對(duì)90家“燈塔工廠”的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)的梳理分析，發(fā)現(xiàn)雖然其行業(yè)、規(guī)模、創(chuàng)新模式與優(yōu)勢(shì)不盡相同，但都有一些共性，這也是企業(yè)打造“燈塔工廠”、邁向工業(yè)革命4.0所應(yīng)具備的重要能力。

　　3.1 構(gòu)建智能制造體系的戰(zhàn)略能力

　　“燈塔工廠”在數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型中均體現(xiàn)出了前瞻性的戰(zhàn)略規(guī)劃和實(shí)施能力，由上而下地推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)全面轉(zhuǎn)型。“燈塔工廠”不局限于簡(jiǎn)單地在生產(chǎn)制造過(guò)程中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，其有完整的、適用于本行業(yè)和企業(yè)特點(diǎn)的數(shù)字化、智能化戰(zhàn)略規(guī)劃和實(shí)施路徑，從企業(yè)管理和決策層面開(kāi)始，數(shù)字化轉(zhuǎn)型囊括了資源需求和規(guī)劃管理、柔性生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、客戶(hù)服務(wù)等全價(jià)值鏈，以保證新技術(shù)的應(yīng)用是持續(xù)、有效的，并能夠被復(fù)制和推廣。

　　3.2 打造具有影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

　　“燈塔工廠”均著力于打造面向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚和分析的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)體系，以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)資源的廣泛連接、彈性供給和高效配置，從而推動(dòng)傳統(tǒng)制造系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)和要素的整合與重構(gòu)，提升企業(yè)敏捷性，幫助企業(yè)發(fā)掘新的價(jià)值增長(zhǎng)點(diǎn)。借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可對(duì)企業(yè)的全球資源進(jìn)行聚集整合，并通過(guò)工業(yè)技術(shù)軟件化、云化等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的快速開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)行、集成，進(jìn)而跨行業(yè)推廣，賦能中小企業(yè)提質(zhì)增效和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　3.3 開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)以用戶(hù)為導(dǎo)向的“端到端”模式

　　“燈塔工廠”普遍能夠熟練開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)“端到端”的新型商業(yè)模式和創(chuàng)新發(fā)展模式，即將用戶(hù)需求與整個(gè)智能制造系統(tǒng)連接起來(lái)，讓用戶(hù)可以全程參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、物流配送、迭代升級(jí)等環(huán)節(jié)，以“用戶(hù)驅(qū)動(dòng)”作為企業(yè)不斷創(chuàng)新、提供產(chǎn)品解決方案的原動(dòng)力，把以往“企業(yè)和用戶(hù)之間只是生產(chǎn)和消費(fèi)關(guān)系”的傳統(tǒng)思維轉(zhuǎn)化為“創(chuàng)造用戶(hù)終身價(jià)值”，并以空前的速度推出高質(zhì)量的定制化產(chǎn)品。借助數(shù)字化工具，在整個(gè)價(jià)值鏈上下游部署智能數(shù)字化技術(shù)，一方面，更容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品個(gè)性化定制，大幅降低小批量產(chǎn)品的最低起訂量，縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和交付的時(shí)間;另一方面，通過(guò)人工智能算法打造高度個(gè)性化的用戶(hù)體驗(yàn)，不僅實(shí)現(xiàn)了端到端的有效對(duì)接，還便于獲取用戶(hù)偏好數(shù)據(jù)，提升用戶(hù)體驗(yàn)，進(jìn)而提高新客戶(hù)轉(zhuǎn)化率。

　　3.4 改變傳統(tǒng)增長(zhǎng)模式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能釋放

　　傳統(tǒng)企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)規(guī)模化增長(zhǎng)，就必須大力擴(kuò)建實(shí)體工廠和基礎(chǔ)設(shè)施，但“燈塔工廠”帶來(lái)了另一種可能性，即通過(guò)將先進(jìn)的數(shù)字化工具與柔性生產(chǎn)系統(tǒng)相結(jié)合，企業(yè)在無(wú)須大量資本投入的情況下，也能降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，通過(guò)產(chǎn)量和銷(xiāo)量的雙重增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能釋放。例如，數(shù)字化換班績(jī)效管理系統(tǒng)、自動(dòng)送料系統(tǒng)、機(jī)器視覺(jué)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)周期和換線優(yōu)化系統(tǒng)、數(shù)字孿生結(jié)合智能分析等流程優(yōu)化新方法、新技術(shù)的應(yīng)用，使企業(yè)在基本不改變現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，就能夠明顯降低制造成本，節(jié)約人力資源，提升產(chǎn)品質(zhì)量，加快產(chǎn)品上市速度。

　　3.5 重視可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)責(zé)任

　　節(jié)能、低碳、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展能力是評(píng)選“燈塔工廠”的一個(gè)重要方面。隨著全球資源短缺及氣候與環(huán)境變化的加劇，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式已迫在眉睫，2021年WEF更是增加了“可持續(xù)發(fā)展燈塔”評(píng)選，各行業(yè)“燈塔工廠”在可持續(xù)發(fā)展能力方面的用例也大幅提升，做出了很好的表率。企業(yè)從基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)開(kāi)始就應(yīng)充分考慮環(huán)境友好性，如合理運(yùn)用環(huán)保建筑材料、雨水回收利用裝置、清潔能源儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)等。在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，數(shù)字化、智能化的能源管控系統(tǒng)可提供比人為控制更精確的實(shí)時(shí)能耗優(yōu)化方案，甚至能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，提高生態(tài)效率。“燈塔工廠”的成功案例表明，通過(guò)廠區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)和廠內(nèi)能源管理平臺(tái)或系統(tǒng)的應(yīng)用，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)100%的電力來(lái)自可再生能源，碳排放減少甚至可達(dá)97%。

　　3.6 以工業(yè)革命4.0知識(shí)技能需求為導(dǎo)向培養(yǎng)人才

　　“工業(yè)革命4.0”時(shí)代，人的作用并非被弱化，而是成了充分釋放數(shù)字化轉(zhuǎn)型潛力的關(guān)鍵因素。員工培訓(xùn)和技能提升是“燈塔工廠”發(fā)展中必不可少的內(nèi)容，很多企業(yè)已將數(shù)字化能力培訓(xùn)納入員工培訓(xùn)中，并鼓勵(lì)員工圍繞顧客價(jià)值主動(dòng)創(chuàng)新。校企合作、內(nèi)部培訓(xùn)和針對(duì)性培訓(xùn)這三個(gè)層面的教育培訓(xùn)互為補(bǔ)充，可促進(jìn)人才梯隊(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。校企合作為員工提供了高級(jí)項(xiàng)目學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和學(xué)位支持;借助內(nèi)部培訓(xùn)和討論平臺(tái)能夠普遍提升員工能力;利用針對(duì)性培訓(xùn)可培養(yǎng)一支數(shù)字化賦能的員工隊(duì)伍。部分有能力的頭部企業(yè)還面向社會(huì)公眾開(kāi)展教育培訓(xùn)，分享數(shù)字化技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。企業(yè)需積極利用好各方資源，重點(diǎn)加強(qiáng)員工在數(shù)字化、工業(yè)軟件、數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面的培訓(xùn)教育，為新一輪的工業(yè)革命浪潮做好人才儲(chǔ)備。