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哈佛商業評論:智能制造五星模型

2019-10-14 15:13編輯:admin人氣:


(本文發表在《哈佛商業評論》(中文版)2017年第1期雜志上。版權歸《哈佛商業評論》所有,原文名稱為《智能制造152模型:用戶成為主宰者》)

提要

智能制造152是指5+1種角色要素(制造、設計、管理者、運營、供應鏈管理和用戶),以及數據和知識兩個驅動要素。這個模型以數字驅動和知識流動為最大價值要素,同時將用戶納入生產要素并成為真正的主宰者。

該模型意在回答一個企業面向智能制造的戰略性路徑選擇。

深圳有一家裝備制造廠的總經理,最近傷透了腦筋:在董事會決定加大投入,進行智能工廠的升級改造時候,忽然發現可以選擇的路徑似乎非常多,而各個供應商提供的解決方案中,都會有一套自己的說法和思路,但它們看上去的差異性遠遠超過了他們的相似性。

模糊不清的智能制造

正如深圳這家企業所面臨的情況一樣,管理者都知道智能制造是大勢所趨,但相關說法非常多,讓大家難以選擇。來自不同國家、不同行業甚至不同企業的版本,都各不相同。有的認為“黑燈工廠”就是智能制造,有的認為增加機器人的數量就是通關之路,而有的企業則把資金砸在全新的設備改造和軟件購買上。

很多企業的實踐,往往很難區分清楚自動化、信息化和數字化的關系,而物聯網、人工智能和大數據等令人眼花繚亂的技術詞匯,使得企業在進行智能制造的升級改造中,面臨著眾多選擇——這些選擇實際形成了一種困境。

最大的問題是,如何定義智能制造中的“智能”二字?智能制造,跟以往柔性制造、敏捷制造和數字化制造,到底是一種直線發展的延伸,還是一種全新維度的升級?

目前在中國,主要流行的是三種智能制造模型。

第一種是以德國工業4.0所提出來的“智能生產、智能產品和智能服務”為代表。按照這種定義,智能制造被采用了一種切片組合的方式進行了拆解。這是標準傳統制造思維的線性延伸,而在這種定義下,智能產品與智能服務的界限,往往不夠清晰。

第二種是美國國家標準與技術研究院(NIST)界定的“智能制造系統”,也被廣泛引入。似乎意識到了智能制造的復雜性,NIST將其鎖定為“系統”。它完整地給出了工廠制造的主要線索,但它還是基于傳統模型的要素展開,就像是一把打開了所有小工具的瑞士軍刀:那把軍刀,就是傳統制造廠。

第三種是中國電子技術標準化研究院給出的一個涉及智能制造評價的體系。它是以制造能力成熟度的方式出現,很好地建立了一個多要素的模型。這些要素模型,如何與企業的現場實踐相結合,仍然需要一段路程要走。

看上去智能制造的問題,可以被提煉成多個要素;但從認識和實踐的角度,卻變得更加復雜起來。

智能制造的定義

智能制造,一般會被認為是數字化、網絡化和智能化。在這種說法中,很多問題仍有待于解決,例如傳統組織的不適應問題、產消者(Prosumer,用戶既是生產者,又是消費者)等問題。更重要的是,智能制造不完全是一個階段性的遞進關系,而有可能是局部實現與整體實現的關系,正如一棵樹有的樹葉已經紅透,而有的仍然青綠。完全都熟透了的紅葉,并不是觀賞的唯一狀態。工信部安筱鵬博士通過給出智能系統的最小單元和生產線以及整個產業生態的關系,揭示了智能制造是從單一系統、局部系統,到復雜系統到巨系統的組合和演化過程。

從組成要素而言,英諾維盛總經理趙敏及本文作者給出的智能制造的定義是數字化、網絡化、自組織化和知識化。

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圖1 智能制造的四個特征

一切要素數字化,通過數字化產生了全新的組合創新,是當前新一輪科技革命的重點。數字化一切可以數字化的事物,成為智能制造的基礎。與此同時登場的網絡化:連接一切可以聯接的萬物(包括人)。二者實現數據自由、暢通的流動。

而數據的解放和流動,只有需要知識的指引,才能真正釋放最大的價值。這就是智能制造的第三個重要特征:知識化。知識無處不在,隨時指引數據在合適的時間、恰當的地點,形成有效的感知、控制與反饋,讓物理實體實現精確可控。

與此同時,隨著移動互聯網的發展,基于社區化的自組織正在迅速崛起。人與人的交互,已經事實上變成了數字ID和ID的交互。人際關系的連接,呈現出數字化和社區化的“圈子”特征。它既給傳統的企業形式帶來深刻而持久的沖擊,打破制造業自工業革命以來幾乎不變的組織邊界。更為重要的是,既是消費者又是生產者的產消者也開始出現,這個時候用戶跟企業的距離變得不再遙遠。

智能制造時代,正在出現全新的角色重新排列。而用戶,則成為最閃亮的明星,登臺入場了。

智能制造的152模型

從價值實現的角度而言,傳統工廠內部主要有5種角色,分別是決策者、研發者、制造工程師、供應鏈管理者和設備運行者。

這5種主要角色所生產的產品,通過各種渠道(分銷、直銷等),最終通過銷售,在用戶端實現價值。前5個角色與最后一個服務對象的關系,是一個分裂的、不連續的過程。

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圖2 傳統制造的5+1種角色

早在1991年波音開始研發777飛機的時候,就開始思考一個問題,如何將用戶的需求,更早地引入到產品設計研發之中。因此波音采用了一種全新的團隊組織方式“集成產品團隊”IPT(Integrated Product Team)和并行開發的模式,將駕駛員、頭等艙乘客等典型用戶,直接跟產品團隊相結合,更早地洞察用戶的需求。這是復雜制造業最早開始考慮將用戶引入工廠制造之中的嘗試。

隨著移動互聯網的發展,隨著社區連接的廣泛存在,用戶與工廠的連接渠道開始縮短,這就產生了一個前所未有的現象:用戶以某種方式進入了制造過程,成為工廠制造的一個全新資源要素。用戶進入制造環節中成為閉環,也就是“用戶在閉環”,是智能制造區分以往任何制造類型的關鍵不同點。

用戶將作為生產資源,進入智能制造體系。這就意味著,用戶不再是一個孤立于工廠之外的接受者,而是成為生產要素的一個組成部分。當然,用戶進入制造閉環的方式,并非實體直接進入,而是通過輪廓用戶(數字化的行為和訂單)成為制造的驅動要素。

重新分析原來割裂的5+1的角色關系,就可以形成“智能制造”的全新模型。

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圖3 智能制造152模型

智能制造的152模型,包括6個角色要素和2個核心驅動要素。6個角色要素,分別是制造、設計、管理者、運營、供應鏈管理和用戶,而兩個驅動要素則是數據和知識。

最重要的價值實現,仍然是制造的核心支撐點,也就是“一元”工廠,是所有價值的執行場所。可以定義為數字工坊,它有可能是一個數字工廠或車間,也可能是一個小型工作坊。這是最基礎的價值載體。

5星要素,則是智能制造的5個資源要素,這里包括管理項圈、輪廓用戶、運動資產、靜備資產和設計。

☆ 管理項圈是解決組織和思想問題,是最大的剛性約束因素。對于中國企業而言,仍然須解決精益思想和全面質量管理(TQM)這樣的問題。然而,在智能制造體系下,組織須重新進行定義。互聯網企業進行智能制造,須將企業組織形成一個自組織的平臺。這是一個全新的命題,即使對于西方工業化國家,也是一個新鮮事物。

☆ 輪廓用戶意味著必須要為用戶建立大數據模型,并且作為企業的資源要素來處理。在整個制造環節中,輪廓用戶并不是以具體的音容笑貌,而是通過數字輪廓(數字化用戶模型)進入智能制造體系。制造者或許看不見他的面孔,但要看見他的行為輪廓和分類標簽。這是“用戶在閉環”的要素特征。

☆ 我們把大量消耗性資產,包括零部件和原材料,定義為運動資產。這是需要強大的供應鏈的管理能力。在這個過程中,如何做到實時生產(JIT)、如何做到在合適的時間,傳遞合適的產品和數據,成為對運動資產進行管理的關鍵要素。

☆ 靜備資產涉及到廠房工程和設備運維,這是一個如何對相對靜止的生產資料最大化利用的問題。這個過程既牽涉到廠房的最優建設,也涉及到機器設備的日常運營和維護。靜備資產的運行效率,是“工業互聯網”重點解決的問題,它包括狀態檢測、遠程維護、能源效率和設備運行效率等,并且建立與實體相對應的數字空間運維體系。

☆ 正向設計,是一切制造的源頭。它以需求拉動和技術推動為動力,提升企業自主創新能力和設計制造一體化能力。在以前的傳統制造體系中,設計與用戶的距離是最遙遠的。隨著輪廓用戶進入智能制造體系,設計端終于有了夢寐以求的用戶輸入和反饋要素。

更重要的是,數據與知識成為智能制造的驅動機制。以工業數據的分析為例,必須借助知識體系的軟件化,重新作用于數據本身,才能形成大數據的價值,“無知識,不數據”。沒有知識的指引,數據就不會轉化成真正的價值。

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圖4 無知識 不數據

智能制造的核心是數據在流動,知識和技術秘訣(know-how)則提供了全新的能量激活機制。數據的流動,是5星制造的根基;而知識,則是驅動數據流動的引擎。最終所有要素都會被數字化,形成了一個數字主線(Digital Thread),然后借助無處不在的網絡化,在整個5星上進行流動。這些流動,可能是一個星上獨自流動,也可以是在5星之間流動,從而使得智能制造在局部呈現不同的狀態,而這正是當下智能制造難以琢磨、流派眾多的根本原因。

152模型下的新戰略選擇

智能制造152模型,重新定義了作為價值實現的承載主體,與5種資源要素的連接關系。而數據與知識則是基礎內核。

從供應商的角度,它們可以選擇不同的路徑,為智能制造提供解決方案。1+5作為基本要素,選擇任何其中一個,做好數據驅動,都可以產生巨大的價值。因此,戰略選擇可以是充滿圖中某一個區域,也可以選擇區域之間的相互滲透。

德國西門子公司,采用了“設計+數字工廠”的主戰略。這跟西門子強大的軟件設計能力有關,從2007年開始,西門子不斷收購各種產品生命周期管理(PLM)軟件公司,大大強化了5星中的“設計”角。這與其在“數字工廠”中電氣與自動化的強勢地位相互配合,構成了強有力的競爭戰略。當然,西門子也會向其他區域進行滲透,例如也有靜備資產的管理。但在智能制造152模型的視角下,可以將其分為主戰略和次戰略,西門子主戰略的線條非常明顯。

而美國GE公司,則采用“靜備資產+數字工廠”的主戰略,這也是工業互聯網中最為重要的核心。“旋轉的設備”是GE在提“工業互聯網”的一個重要支撐點,這是從靜備資產的設備運維所對應的視角。而數字工廠的各種硬件設施,是GE的傳統強項。因此,占住這兩塊區域,是GE重要的核心戰略訴求。

盡管西門子和GE在很多場合,看上去是各種較量,但戰略主線仍然有著各自的考量。

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圖5 供應商視角下智能制造的戰略選擇

對于PTC這樣傳統的PLM公司,目前已經在劇烈的轉型,通過不斷強化物聯網的地位,已經成功地將戰略定義在“正向設計+用戶”上。就傳統意義的制造而言,設計往往離用戶是最遠端的兩極。而PTC公司借助于物聯網的連接,正在試圖跨越這樣的鴻溝。

SAP公司除了在將運動資產進行更大區域的滲透,也在“運動資產+用戶”,能夠更好地傾聽用戶需求,幫助工廠最大限度地將訂單管理、財務和供應鏈連接在一起。

對于傳統制造業企業,它們在考慮智能制造的實施路徑時,可以把152模型作為重要的戰略手柄,確定從哪個區域進行入手。集中在1+5的任何一個區域,只要能夠讓數據和知識流動起來,都具有非常重要的意義。填充覆蓋的區域越多,整個智能制造會越復雜。

海爾公司的“人單合一”戰略是明確的,將“管理項圈”與“用戶”這兩個極相連,這是最大的主戰略。海爾的精益思想已經相對成熟,但如何實現員工的自組織,并且與用戶相連,這是海爾率先大規模嘗試并且仍然在實踐的一個重要行動。而“一元”工廠,則是通過“互聯工廠”來實現這樣的手段。

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圖6-1 企業視角下智能制造的戰略路徑

而對于一家以個性化西服和工裝定制的紅領集團,智能制造的模型維度相對簡單。它是牢牢地將用戶與正向設計,進行了閉環的連接。用戶的喜好,可以通過用戶的人體模型數據庫,快速完成設計樣稿的反饋和實現,進而拉動整個工廠的鏈條生產。在這里,“一元工廠”的自動化,并不是最重要的戰略路徑。因此,在紅領的工廠里,大量的密集型勞動依然存在,但并不影響它作為智能制造的一種方式存在。

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圖6-2 企業視角下智能制造的戰略路徑

大規模定制的生產,會出現混線生產,這一方面跟“一元工廠”的生產現場柔性相關,另一方面跟運動資產的管理有關。這就是企業在做智能制造改造的過程中,可以同時通過“一元一星”的方式,做出的戰略選擇。

所有的核心依然是數據的驅動,底層都是看不見的數據自動化實現。而要完成數據自動化(而不是數據呆滯),則須植入大量的工業經驗和各種知識模型。這是智能制造真正成為“智能”的核心。

智能制造152模型,解決了一些含糊不清和交叉的概念。在152模型中,智能產品和智能服務都將不再成為一個獨立的要素存在,也就是說,正向設計+用戶,就可以推演出智能產品;而任何一個星條,只要完成數字化,都可以產生智能服務。跟“智能生產、智能產品、智能服務”的分類有所不同,在智能制造152模型中,智能產品和智能服務將成為數字工坊的衍生品,而非與數字工坊的平行物。

智能制造152模型,給出了智能制造的構成模型。其中最為重要的是,將用戶的數據,作為生產要素進入了體系。這是以數字驅動、知識流動為最大價值要素。數字工坊,仍然是核心中間體,但要形成數據的海洋而非孤島。而智能制造所能體現的最大智能,是數據自動地填充“1+5”的領域之中,無縫地流動在5個角上,完成從狀態感知一直到自動執行評估。值得注意的是,即使在每個局域能夠形成流動,也完全可能完成局部智能。因此智能制造不是一個階段進化論的命題,而是一個局部與整體的問題。

《大爆炸創新》的作者認為,波特的經典競爭戰略是自上而下的;創新者的窘境(1997年),屬于自下而上的創新;藍海戰略是側面包抄;而大爆炸創新,則是來自四面八方的創新。實際上,作者忽略了一點,就是“用戶進入閉環”,是全新的創新(如大爆炸創新)的根本。因為傳統產品,往往很難找到適用的用戶,也找不到所謂的“貝塔測試場所”。而這些問題,由于物聯網、移動互聯網以及社交關系的廣泛存在,都可以被解決了——這正是大爆炸創新得以實現的根本。

制造業正在期待全新的傳奇,而用戶成為真正的主宰者。


(來源:未知)

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