制造業數字化轉型與未來工廠建設策略

文/貝正其，貝思伽

（1.寧波方太廚具有限公司，浙江寧波 315336；2.浙江大學建筑設計研究院有限公司，浙江杭州 310017）

2021年10月18日，習近平總書記在中共中央政治局第三十四次集體學習時強調：“要推動數字經濟和實體經濟融合發展，把握數字化、網絡化、智能化方向，推動制造業、服務業、農業等產業數字化，利用互聯網新技術對傳統產業進行全方位、全鏈條的改造，提高全要素生產率，發揮數字技術對經濟發展的放大、疊加、倍增作用。”由此可見，制造業數字化轉型與未來工廠建設是十分迫切的、相當復雜的、非常艱難的任務，實施數字化轉型、建設未來工廠，沒有現成的標準和模板可供參考與復制。這是對企業實力、企業家智慧和專業技術人員能力的全方位考驗。

1.數字化轉型的原因

數字化是一個技術概念，它是將許多復雜多變的信息轉變為可以度量的數字、數據，再以這些數字、數據建立起適當的數字化模型，把它們轉變為一系列二進制代碼，引入計算機內部，進行統一處理。像大數據、云計算、人工智能等，都屬于數字化技術。數字化之所以備受重視，是因為人腦在某些方面還比不上電腦，最典型的就是運算能力有限。機器人阿爾法圍棋（AlphaGo）能輕松戰勝世界圍棋高手，是因為它具有強大的運算能力。制造業企業數字化轉型的必要性和緊迫性主要體現在以下兩個方面。

1.1 傳統的信息技術制約了企業的進一步發展

隨著業務的多元化發展和管理的精細化發展，具有一定規模的企業陸續引進了ERP、OA、CRM、MES、MDC、PDM等信息化系統。這些系統可以應用于不同的業務場景，但由于數據格式、定義不統一，“數據煙囪”“信息孤島”等現象仍較普遍。系統越多，系統之間打通和數據同步的難度就越大，信息部門對于業務部門訴求的快速響應也就越發力不從心。企業看似擁有大數據，但是數據資產無法轉變為數據價值，那些原本幫助企業提升效率的管理工具，反過來變成了阻礙企業繼續發展的桎梏。因此，欲解決企業內部“數據煙囪”“信息孤島”問題，數字化轉型是不二選擇。

1.2 數字化技術倒逼企業轉變商業模式

計算機出現以后，工業自動化、信息化、網絡化得到了快速發展，新技術不斷涌現，技術更新換代的速度越來越快，互聯網、移動通信、云計算、云存儲、大數據、物聯網、5G、人工智能等技術日益成熟并得到廣泛應用，區塊鏈、數字孿生、虛擬化和元宇宙等新技術也正在逐漸為人們所接受。數字化技術的發展，改變了人類的思維方式、生活方式和習慣，消費者的需求正在不斷發生變化，傳統的傳播渠道、商業模式和服務形態也在發生翻天覆地的變化。企業只有積極應用數字化技術，才能提高獲客、降本、增效、發展和創新等能力，才能獲得市場優勢，才能實現可持續發展。現代企業必須順應新時代的發展潮流，及時調整商業模式，否則就會被時代淘汰。

2.數字化轉型的概念

數字化就是要將企業日常經營管理的各個場景、各類信息轉變為數據，利用互聯網技術在線上創建一個鏡像（平行世界），在平行世界里完成數據交互并反過來賦能真實世界。其目的和作用是，實現從業務到數據、從數據到信息、從信息到知識、從知識到智慧決策的高效轉換，從前端到后端全面實現智能化，對內實現全面在線管理、提高協同效率，對外實現客戶滿意、適應各種變化，幫助企業自我診斷、高效運營、完善商業模式、提高收益。

數據化技術需要解決的問題是數據的“入”“存”“管”“出”。其中，“入”是指數據感知和采集，包括傳感器、語言識別、攝像、文本解析、掃碼等數據的產生和采集；“存”是指信息解讀、數據加工與存儲；“管”是指數據管理，即針對目標進行5W1H分析；“出”是指數據消費，包括利用數據進行科學建模、深度學習、自適應調優等。

3.數字化轉型的方法

數字化轉型應當遵循以下基本原則。

3.1 摸清家底

企業不僅需要摸清自身的業務、財務、人力資源、技術和資金等現狀，還需要評估自身的數字化能力，包括IT架構、硬件設備、軟件系統、數據及其存儲狀態與融合狀態、IT人才儲備及擅長領域等。

3.2 需求驅動

企業需要梳理自身對數字化轉型的需求，需求的收集范圍要涵蓋研發、測試、生產、營銷、銷售、人力資源、行政、采購、客服、運維等全過程，并且從業務實際需求出發，以解決業務痛點為目的，以增加收益、降低成本和提高效率為導向，明確自身的核心需求，做到有的放矢，避免盲目轉型。

3.3 總體規劃

企業高層領導、數字化技術專家需要根據企業總體戰略的要求，確定企業數字化建設的遠景、使命、目標和任務，規劃企業數字化建設架構。企業數字化規劃的過程具體包括以下幾個步驟：①識別數字化關鍵需求，規劃編寫數字化戰略目標和長遠計劃；②形成數字化治理結構，為數字化戰略實施提供決策和管理框架；③設計數字化體系架構，實現全局性的信息優化和整合；④實施數字化項目，保證轉型工作的順利推進。

3.4 統一管控

首先，企業需要引入云架構及平臺化思想，采用全新的厚平臺微應用架構設計理念，建立統一的數據管控體系，從豎井式的系統建設向“云計算”架構轉變。其次，企業需要建立前店后廠式敏捷的數字化架構體系，實現前臺應用敏捷化、共享化與后臺技術平臺標準化，并且通過標準化組件來實現模塊化部署。最后，企業需要建立適合自己的數據中臺。數據中臺是指在政企數字化轉型過程中，對各業務與數據的沉淀，構建數據技術、數據治理、數據運營等數據建設、管理、使用體系，實現數據賦能。數據中臺包括事件連接、對象連接、智能標簽、指標數據、算法模型5種數據連接方式。數據中臺的范圍包括數據管理、數據分層和產品架構。

3.5 局部先行

企業需要根據內部資源和數字化業務現狀，從最急需改進的環節入手，穩扎穩打，總體規劃，分步實施。

3.6 項目化管理

數字化轉型是一個龐大且復雜的系統工程，企業最高層需要親自決策，并且建立強有力的專業化團隊來實施項目化管理。

4.數字化轉型的價值

數字化轉型可促使企業轉變產品模式、渠道模式、營銷模式和供應鏈模式，有利于企業從傳統模式升級為數字化模式。

其中，產品模式從“企業生產什么，用戶購買什么，用戶處于被動接受狀態”的傳統模式向“用戶需要什么，企業生產什么，用戶參與到產品設計中”的數字化模式轉變；渠道模式從傳統的線下實體店模式、互聯網商務模式，向“線上＋線下＋AI＋虛擬世界（元宇宙）”模式轉變；營銷模式從傳統的廣告、推廣、會員制等模式，向“無處不在的”數字化模式轉變；供應鏈模式從傳統的單向、雙向牽引模式，向基于物聯網平臺的即時化、網絡化、互動化模式轉變。

國際知名咨詢機構麥肯錫提供的調研數據顯示，實施數字化轉型，能夠使企業的勞動生產率提高30%、工人的勞動效率提高40%～60%、運營效率提高30%～40%、設備效率提高15%～25%、預測準確率提高8%、產品一次通過率提高5%～8%；能夠使設備停機時間下降30%～50%、設計成本下降10%～30%、報廢率減少20%～35%、庫存下降20%～40%、能耗下降5%～8%、質量成本下降5%～8%、制造業增加值成本減少25%～35%。

5.數字化轉型的企業案例簡介

自2015年開始，浙江省政府積極倡導企業進行數字化轉型和智能制造升級，推動實施了多個省級智能制造試點和新模式應用示范項目，取得了很好的效果，例如寧波方太集團的“高端廚電產品智能制造新模式項目”。

寧波方太廚具有限公司是一家廚房電器制造企業，它處于行業領先地位，在“2021年浙江省高新技術企業創新能力百強榜單”中排名第五。2017年，方太智能制造新模式項目啟動建設，方太集團對原電器工廠進行了全面升級改造，更新了傳統的手動和半自動設備，新建了60000㎡的智能立體倉庫，新建了長度為116m的跨街天橋和全長約7000m的自動物流輸送線，以及中央控制中心、數據機房和信息化管理平臺。該項目建設歷時約3年，總投資約10億元，并于2020年5月順利通過中華人民共和國工業和信息化部及中華人民共和國財政部的驗收。該項目的基本情況如下所示。

5.1 總體目標

該項目的總體目標是：以大數據平臺為核心，融合工業互聯網、物聯網、視覺檢測、5G、AI、數字孿生等技術，從人、機、料、法、環五個方面出發，滿足每一位客戶和消費者的需求；以“數據驅動、智慧引領”為核心理念，加強產品生命周期管理（PLM）、供應鏈管理系統（SCM）和客戶關系管理系統（CRM）的集成與應用，實現數據共享共用和業務協同管理。

5.2 數據中臺

企業應建立統一的數據中臺，圍繞資源控制、運行監管、物流管控、生產執行、生產跟蹤和質量監管等建立數據中心，實時采集產品全生命周期信息，通過數據引擎，向下自主調整業務，向上提供準確的數據；應用新一代信息技術，挖掘數據價值，優化管理模式，實現智能決策、精益制造和精準服務等目標。

5.3 流程整合

企業應通過數據共享，踐行“以客戶為中心”的經營理念，整合產、供、銷等各項管理資源，促進銷售、設計、采購、制造、物流、服務等環節的信息互通，提高訂單的交付率和客戶滿意度。

5.4 自動協同

企業應將業務模型和機理模型相融合，改變傳統的連接方式，應用多機器人路徑規劃算法，以AI人工智能作為驅動，生成計算規則。在離散型生產過程中，企業可以根據業務需要，實現多設備協同作業調度。

5.5 實施效果

方太智能制造工廠采用了SCARA機器人、多功能六軸機器人、RFID采集系統、CCD視覺系統、AGV等20多種智能制造核心裝備。該工廠通過數字化改造，已形成一套廚電行業“1+5+N”全流程網絡協同智能制造新模式。該工廠的自動化、智能化水平以及經濟效益得到了明顯提高，主要體現在以下幾個方面。①自動化水平、生產效率大幅提高。相關統計數據顯示，企業的平均生產效率提高了30%以上。②產品質量明顯提高，廢次品率大幅下降。相關統計數據顯示，方太電器的不良率下降30%以上。③勞動強度降低，人均生產效率提高。相關統計數據顯示，人均生產效率提高50%以上。④制造速度加快，產品制造周期縮短。相關統計數據顯示，產品制造周期縮短了20%以上。⑤節能環保效益突出。智能工廠建設，大大減少了跑、冒、滴、漏現象，大幅提高了廢氣、廢水和固廢的控制與處理水平，改善了工廠的生態環境，降低了職業健康、環境保護等方面的風險，有助于實現企業的良性發展。

6.數字化轉型的關鍵要素

2021年7月22日，浙江省經濟和信息化廳正式發布了《“未來工廠”建設導則》（T/ZAITS 10601—2021，以下簡稱《導則》）團體標準。該《導則》定義了“未來工廠”的概念、標準和要求，它將成為浙江省工業制造企業實施數字化轉型和不斷升級的指南針。

根據《導則》，“未來工廠”是指廣泛應用數字孿生、人工智能、大數據等新一代信息技術革新生產方式，以數據驅動生產流程再造，引領新智造發展的現代化工廠。《導則》明確了“未來工廠”建設的“1353”體系：“1”為企業綜合效益、價值鏈和競爭力提升的高質量發展目標；第一個“3”為個性化定制、網絡化協同、服務化延伸等模式創新；“5”為數字化設計、智能化生產、安全化管控、數字化管理、綠色化制造五項能力建設要求；第二個“3”為數字化生態組織、新一代信息技術、先進制造技術三類關鍵支撐。筆者認為，其中的五項能力建設要求是《導則》的核心內容。

6.1 數字化設計

數字化設計是指企業在產品設計、工藝設計和試驗設計等環節應用數字化技術，建設協同、虛擬、綠色、并行和動態等數字化設計平臺，基于大數據分析、知識工程等設計方法，實現設計的數字化、網絡化和智能化，降低開發成本，加快開發流程，縮短上市周期，實現最佳設計目標和企業間協作的設計。

6.2 智能化生產

智能化生產是指企業應用新一代信息技術，圍繞計劃調度、生產執行、質量管控、物流配送和設備運維等生產制造過程的自感知、自優化、自決策和自執行目標，實現生產設備、生產線、車間及工廠的智能化、柔性化和敏捷化的生產。

6.3 安全化管控

安全化管控是指企業圍繞人員、設備、物料、過程、環境和數據等風險要素，應用安全可控的新一代信息技術，構建功能安全與信息安全的一體化管控體系，持續提升本質安全水平的管控。

6.4 數字化管理

數字化管理是指企業圍繞制造資源控制、現場運行監管、物流過程管控、生產執行跟蹤和質量管理監督等構建數據中心，應用深度學習等新一代信息技術，挖掘數據價值，優化管理模式，驅動企業實現智能決策、精益制造和精準服務，加強系統集成應用，實現數據共享共用和業務協同管理。

6.5 綠色化制造能力

綠色化制造是指企業圍繞用地集約化、原料無害化、生產潔凈化、廢物資源化和能源低碳化等目標，在企業的全生命周期中實現產品設計、制造、包裝、運輸、使用、維修到回收及再制造，同時實現資源利用率的提高、碳排放的降低和生態環境負面影響的減少，達成可持續協調優化的制造模式。

7.結語

綜上所述，企業需要從企業文化、戰略目標、人才儲備、資金籌劃等方面出發，全面統籌規劃。另外，企業應當腳踏實地，遵循“三不要原則”：不要在落后的工藝基礎上搞自動化，不要在落后的管理基礎上搞信息化，不要在不具備數字化網絡化的基礎上搞智能化。