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　　2018年，世界經(jīng)濟論壇(WEF)攜手麥肯錫公司共同倡議并正式啟動了全球“燈塔工廠網(wǎng)絡(luò)項目”(Light house Network)，共同遴選率先應(yīng)用工業(yè)革命4.0技術(shù)實現(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)字化中挖掘新的價值，包括提升資源利用率和生產(chǎn)率、加強敏捷度和響應(yīng)能力、提高定制化和柔性化水平、獲得更好的投資回報率等，并為全球可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻。

　　1.1 “燈塔工廠”的評選標準

　　“燈塔工廠”評選基于企業(yè)提供的切實可見的成果和用例，但沒有絕對的量化標準，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1萬名員工的各類企業(yè)。“燈塔工廠”評選關(guān)注的是企業(yè)利用工業(yè)革命4.0技術(shù)實踐所取得的可持續(xù)發(fā)展成效或商業(yè)模式創(chuàng)新，從現(xiàn)有“燈塔工廠”的用例來看，入圍考量重點主要有三個方面:效率的提升、成本的下降以及對環(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)品開發(fā)、端到端規(guī)劃、端到端交付、客戶連接性等方面的價值鏈打造，也就是利用數(shù)字化工具優(yōu)化采購、研發(fā)、供應(yīng)鏈、物流、營銷和售后等環(huán)節(jié)，以創(chuàng)造更多價值。隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)端到消費端供需關(guān)系的變革，端到端價值鏈的打造越來越受到重視。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個新成員，目前“燈塔工廠網(wǎng)絡(luò)項目”已評選出90家“燈塔工廠”，開辟了2種創(chuàng)新發(fā)展模式，部署了124個成功應(yīng)用案例，覆蓋4大類22個細分行業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)有90家“燈塔工廠”主要集中在先進工業(yè)行業(yè)(57.8%)，其次為流程工業(yè)(15.6%)、日用消費品(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”涉及的細分行業(yè)領(lǐng)域有11個，2021年9月已延伸至22個。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)都有實現(xiàn)“燈塔工廠”目標的潛力和機會。

　　1.4 中、美、德三國在全球范圍內(nèi)表現(xiàn)突出

　　全球各國中，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、美國和德國。從上述三國“燈塔工廠”的行業(yè)分布來看，中國境內(nèi)“燈塔工廠”數(shù)量最多，達31家(見圖1)，行業(yè)領(lǐng)域覆蓋面廣，優(yōu)勢領(lǐng)域主要集中在先進工業(yè)，而在醫(yī)藥及醫(yī)療產(chǎn)品行業(yè)還沒有中國企業(yè)工廠入選;美國企業(yè)的“燈塔工廠”數(shù)量最多，雖然美國本土只有9家“燈塔工廠”(其中7家為美國企業(yè))，但屬于美國企業(yè)的全球“燈塔工廠”數(shù)達到了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;德國入選的海外工廠數(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，但德國無論企業(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)所屬國計算和以工廠所在國計算的各國 “燈塔工廠”數(shù)量

　　在擁抱新一輪工業(yè)革命的探索中，中國表現(xiàn)出了很強的行動力，自2018年“燈塔工廠”評選啟動以來，無論是中國境內(nèi)的“燈塔工廠”數(shù)還是中國企業(yè)“燈塔工廠”數(shù)都持續(xù)快速增長。與歐美國家相比較，中國企業(yè)“燈塔工廠”全在本土范圍內(nèi)，這一方面顯示出中國企業(yè)“出海”的步伐比較謹慎，海外工廠在先進技術(shù)應(yīng)用上與國內(nèi)工廠還有差距;另一方面中國全產(chǎn)業(yè)鏈的工業(yè)模式在應(yīng)對全球經(jīng)濟和政治危機、保持供應(yīng)鏈穩(wěn)定等方面具有獨特優(yōu)勢。

　　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)

　　通過對全球90家“燈塔工廠”124個用例的分析，發(fā)現(xiàn)通過新一代信息技術(shù)賦能制造業(yè)，從而實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化、自動化能力的提升，是“燈塔工廠”變革與創(chuàng)新的主要途徑。2021年以來，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。

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

　　人工智能技術(shù)用例在引導機器性能優(yōu)化、驅(qū)動生產(chǎn)過程自動管控、協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計和測試、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)量檢驗方法，如機器視覺檢測和光學檢測，可以使產(chǎn)品或零部件瑕疵率和缺陷率下降至近乎為零，檢測成本下降一半以上，勞動效率大幅提升。通過人工智能賦能產(chǎn)品設(shè)計、銷售、運營、合同審查等環(huán)節(jié)，能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，提升研發(fā)效率，并使新技術(shù)在企業(yè)各部門和子系統(tǒng)間的擴展速度呈倍數(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)，使遠程監(jiān)控和預測性維護、遠程故障診斷、物流過程監(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)化和自動化，大幅降低成本;使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)匯總和高級分析，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)甚至還可用于增強員工之間的操作配合，進而提升設(shè)備綜合效率。

　　2.3 增材制造技術(shù)顛覆傳統(tǒng)制造方式

　　增材制造對傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計、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，可滿足高精度、復雜形狀、小批量的生產(chǎn)需求，能實現(xiàn)更輕量化的設(shè)計、更低的成本、更短的開發(fā)與制造周期，已成為最受關(guān)注的制造技術(shù)。“燈塔工廠”的實踐表明，通過應(yīng)用增材制造技術(shù)，可以降低企業(yè)銷貨成本，縮短生產(chǎn)制造周期，減少交付時間，甚至使產(chǎn)品上市時間減短近90%。

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

　　孿生可應(yīng)用于產(chǎn)品的運行監(jiān)控和智能運維、工廠運行狀態(tài)實時模擬和遠程監(jiān)控、生產(chǎn)線虛擬調(diào)試、復雜產(chǎn)品研發(fā)、數(shù)字營銷等多個環(huán)節(jié)。應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)進行生產(chǎn)規(guī)劃、柔性生產(chǎn)和預測性維護，可提高產(chǎn)能和能效，使停機時間減少一半以上。數(shù)字孿生技術(shù)用于開發(fā)測試、模擬客戶系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)新產(chǎn)品開發(fā)時間縮短，大幅提升檢驗效率，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)掘潛在價值，以更好地為用戶提供產(chǎn)品和服務(wù)

　　工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的本質(zhì)是通過數(shù)據(jù)挖掘和分析優(yōu)化，幫助企業(yè)發(fā)掘潛在價值，優(yōu)化控制生產(chǎn)環(huán)境，更有針對性地為用戶提供產(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)用主要集中在兩個方向，一是通過對自身產(chǎn)品或設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測，為客戶提供運維管理、運營優(yōu)化等服務(wù);二是通過監(jiān)測生產(chǎn)過程中機器設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，對設(shè)備進行健康評估、性能預測和故障診斷，最大限度地降低非計劃停機率。已有成功用例表明，運用大數(shù)據(jù)進行智能分析和預見性維護，能夠使機器人故障率下降近10%，產(chǎn)品出廠質(zhì)量提升最高至70%，設(shè)備意外停機時間明顯減少，并延長工具使用壽命。

　　3 工業(yè)革命4.0時代企業(yè)應(yīng)具備的重要能力

　　通過對90家“燈塔工廠”的優(yōu)勢與特點的梳理分析，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)劃和實施能力，由上而下地推動企業(yè)實現(xiàn)全面轉(zhuǎn)型。“燈塔工廠”不局限于簡單地在生產(chǎn)制造過程中應(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)特點的數(shù)字化、智能化戰(zhàn)略規(guī)劃和實施路徑，從企業(yè)管理和決策層面開始，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)、物流運輸、客戶服務(wù)等全價值鏈，以保證新技術(shù)的應(yīng)用是持續(xù)、有效的，并能夠被復制和推廣。

　　3.2 打造具有影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

　　“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)平臺服務(wù)體系，以實現(xiàn)各類資源的廣泛連接、彈性供給和高效配置，從而推動傳統(tǒng)制造系統(tǒng)各個環(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)掘新的價值增長點。借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，可對企業(yè)的全球資源進行聚集整合，并通過工業(yè)技術(shù)軟件化、云化等，實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的快速開發(fā)、部署、運行、集成，進而跨行業(yè)推廣，賦能中小企業(yè)提質(zhì)增效和轉(zhuǎn)型升級。

　　3.3 開發(fā)運營以用戶為導向的“端到端”模式

　　“燈塔工廠”普遍能夠熟練開發(fā)運營“端到端”的新型商業(yè)模式和創(chuàng)新發(fā)展模式，即將用戶需求與整個智能制造系統(tǒng)連接起來，讓用戶可以全程參與產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)制造、物流配送、迭代升級等環(huán)節(jié)，以“用戶驅(qū)動”作為企業(yè)不斷創(chuàng)新、提供產(chǎn)品解決方案的原動力，把以往“企業(yè)和用戶之間只是生產(chǎn)和消費關(guān)系”的傳統(tǒng)思維轉(zhuǎn)化為“創(chuàng)造用戶終身價值”，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，在整個價值鏈上下游部署智能數(shù)字化技術(shù)，一方面，更容易實現(xiàn)產(chǎn)品個性化定制，大幅降低小批量產(chǎn)品的最低起訂量，縮短新產(chǎn)品開發(fā)和交付的時間;另一方面，通過人工智能算法打造高度個性化的用戶體驗，不僅實現(xiàn)了端到端的有效對接，還便于獲取用戶偏好數(shù)據(jù)，提升用戶體驗，進而提高新客戶轉(zhuǎn)化率。

　　3.4 改變傳統(tǒng)增長模式實現(xiàn)產(chǎn)能釋放

　　傳統(tǒng)企業(yè)要想實現(xiàn)規(guī)模化增長，就必須大力擴建實體工廠和基礎(chǔ)設(shè)施，但“燈塔工廠”帶來了另一種可能性，即通過將先進的數(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，通過產(chǎn)量和銷量的雙重增長實現(xiàn)產(chǎn)能釋放。例如，數(shù)字化換班績效管理系統(tǒng)、自動送料系統(tǒng)、機器視覺驅(qū)動的生產(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)展的社會責任

　　節(jié)能、低碳、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展能力是評選“燈塔工廠”的一個重要方面。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)計開始就應(yīng)充分考慮環(huán)境友好性，如合理運用環(huán)保建筑材料、雨水回收利用裝置、清潔能源儲能發(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時能耗優(yōu)化方案，甚至能夠?qū)崟r調(diào)整設(shè)備運行參數(shù)，提高生態(tài)效率。“燈塔工廠”的成功案例表明，通過廠區(qū)規(guī)劃設(shè)計和廠內(nèi)能源管理平臺或系統(tǒng)的應(yīng)用，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)100%的電力來自可再生能源，碳排放減少甚至可達97%。

　　3.6 以工業(yè)革命4.0知識技能需求為導向培養(yǎng)人才

　　“工業(yè)革命4.0”時代，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)字化能力培訓納入員工培訓中，并鼓勵員工圍繞顧客價值主動創(chuàng)新。校企合作、內(nèi)部培訓和針對性培訓這三個層面的教育培訓互為補充，可促進人才梯隊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。校企合作為員工提供了高級項目學習機會和學位支持;借助內(nèi)部培訓和討論平臺能夠普遍提升員工能力;利用針對性培訓可培養(yǎng)一支數(shù)字化賦能的員工隊伍。部分有能力的頭部企業(yè)還面向社會公眾開展教育培訓，分享數(shù)字化技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗。企業(yè)需積極利用好各方資源，重點加強員工在數(shù)字化、工業(yè)軟件、數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、行業(yè)標準等方面的培訓教育，為新一輪的工業(yè)革命浪潮做好人才儲備。