工業是整個經濟發展的重要支撐和基礎,而作為工業核心的制造業,無疑承擔著中流砥柱的作用。2013年4月德國提出了“工業4.0”戰略,并迅速得到了世界各國尤其是制造業發達國家的認可。我國在2015年3月也提出了“中國制造2025”戰略,對于制造業而言,既是機會,又是挑戰。本文從戰略高度和實踐的視角分別加以論述,旨在對國內制造企業在戰略規劃和發展路徑選擇時有所啟迪和參考。
一、制造企業現階段主要困境
改革開放30年以來,我國制造業依托勞動成本低、材料資源豐裕的優勢,無論內資、外資還是合資企業,都享受了巨大的發展紅利,并在部分工業領域形成了一批在世界舞臺上聲名顯赫的翹楚。然而,全球金融危機以來,傳統制造業面臨的困難和挑戰卻在不斷加大,最核心的方面主要體現在:
1.成本和競爭壓力加劇
中國美國商會和貝恩公司聯合開展的《2015年度商務環境調查報告》顯示,2014年在華美國企業收入繼續增長,但已趕不上過去幾年成本快速增長的步伐。超過40%的受訪者表示在華利潤率與全球平均利潤率相當,30%的受訪者表示在華利潤率低于中國之外的其他市場的利潤率,17%的受訪研發密集型企業也表示已經或準備將企業遷出中國?!吨袊I發展報告2014》指出,中國工資水平在過去10余年大幅增長,制造業平均工資超過大多數東南亞國家和南亞國家,最高已超過6倍多,勞動力成本優勢已成往事。這顯示,企業面臨的成本和競爭壓力日益加劇,我國制造業作為經濟增長引領者的地位有所下降。
2.面臨制造模式轉變的挑戰
當前,全世界的制造業產業正在經歷一個更加深刻的變革,其核心是現代信息技術與制造業的深度融合。
由于我國制造業的優勢來自較低的人工和原料成本,因此在智能制造、智能工廠、智能物流等方面一直處于弱勢地位,尤其是人機互動、系統生命周期管理、虛擬技術等企業信息化系統的建設不足難以支撐智能制造的需求。例如,在體現智能生產過程的貼片機領域,無論是裝備的工作效率,還是貼片精度,都無法與雅馬哈、JUKI等公司的產品相抗衡,造成利用國產設備生產出的產品的不良率更高、穩定性更差、產品生命周期更短等現象。而在制造模式方面,在機床、開關電氣、起重機械等裝備領域還停留在手工裝配階段,但隨著制造業升級換代,產品的復雜程度提高,增加自動化投入、優化生產流程和工藝是制造企業未來的必然選擇。
二、實現智能制造的缺位分析
智能制造不僅采用新型制造技術和裝備,而且將迅速發展的信息通信技術滲透到工廠,它貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節,在制造業領域構建信息物理系統,可以說這是一種生產方式的變革或革命。但是,在我國工業軟件系統、自動化、智能技術等方面并不具有競爭優勢的前提下,要使“中國制造2025”落地,仍有一定的難度,主要體現在以下幾方面:
圖1 工程自動化在能源領域的應用案例(來源:德國電氣和電子制造商協會)
1.尚未實現過程自動化
過程自動化是指利用測量和分析裝置、計算機技術和軟件工程對生產過程進行測量、控制和調節。在自動化方面,德國是絕對的領先者,根據ABB集團和德國電氣和電子制造商協會的統計,利用過程自動化,生產廠平均節能15%,每年節省500億千瓦時量當量,每年節省40億歐元的能源成本。過程自動化是智能制造的核心,采用現代過程自動化解決方案,最顯著的是可以提升能源效率,降低企業中長期的生產耗能成本。
現階段,我國制造業剛剛完成了機械化,正處于局部自動化的階段,距離過程自動化還存在較大差距,尤其是在過程自動化最核心的設備方面,我國一直處于劣勢。例如在電子產品制造領域,過程自動化最核心的設備是貼片機,2013年,國內自動貼片機進口金額達到13.01億美元,進口來源國主要為日本,占比達到65.2%;從韓國、德國、新加坡進口占比分別為17.9%、6.1%、3.7%,富士、雅馬哈、JUKI、三星等國際廠商幾乎壟斷了整個市場。但10多年來,我國企業仍處于摸索階段和樣機試制階段,一直未能推出通過中試的成熟產品,幾乎100%依靠進口(除小型的LED貼片機)。
但隨著高端技能人才的培養、產業標準體系的完善、研發費用投入的加大,目前,在印刷、焊接、檢測等環節已涌現出日東、勁拓、凱格等較有實力的企業,而制造企業一旦實現了過程自動化,將會大大降低企業的生產成本,產品質量也會大大提升。
2.缺乏系統生命周期管理
軟件在產品中的廣泛應用以及伴隨其而來的網絡化在使產品性能增強的同時,也使得產品的復雜程度越來越高。隨著產品特點轉向系統的變化,其生命周期也隨之發生了變化。產品以系統的形式與其他系統進行數據交換。例如,現今的汽車不再只是一款機械產品,它更多集合了電子系統、社會媒體系統等相關產業,已經顯示出跨學科的技術設計。隨著產品越來越具有系統的特征,其生命周期的階段也分別向供應鏈和消費者的兩端進行延伸,更多的體現在系統開發、生產、操作和最終淘汰的各個階段。
現階段,我國制造型企業仍然停留在精細生產、現場管理、質量保證等產品生產階段,對產品的供應鏈環節、消費者的使用環節尚未足夠滲入,還停留在簡單的產品生命周期管理階段,與更高級別的系統生命周期管理還有差距。
3.產品虛擬化設計與開發度不高
與蒸汽機、大規模流水線生產和電氣自動化為標志的前三次工業革命不同,工業4.0旨在通過充分利用嵌入式控制系統,實現創新交互式生產技術的聯網,相互通信,即信息物理融合系統,將制造業向智能化轉型。要實現數字化與現實的交互,不僅要提高生產的外部技術,更要從生產內部進行改造。例如,在產品設計中,可以應用產品生命周期管理軟件(PLM),在計算機上進行虛擬的產品設備測試,以達到在不需要實物的情況下,優化產品設計。在西門子公司,其利用產品生命周期管理軟件NX,可用于數字化仿真機虛擬裝配,從而實現各個組件及其接口的測試。戴姆勒公司將NX軟件首先應用于旗下的汽車和卡車研發部門,在取得降低產品開發周期、增強產品穩定性的收益后,戴姆勒集團隨后為其超過20個研發中心和最主要的供應商,都配備了這種新型研發平臺。
在產品虛擬化設計和開發、3D打印等方面,我國的制造企業明顯落后于發達國家。在研發如生產機械這樣的裝備時,還無法利用虛擬技術將物理活動變為數字活動,無法使開發變得更加靈活,資源得到優化配置,甚至是無法實現生產要素的逐個優化。
4.缺乏數據處理平臺
數據是智能的原材料,制造企業要實現智能制造,必須首先要建立起數據采集系統。我國的制造業在數據采集方面的意識和能力都非常薄弱,更難以利用數據進行精準決策和有效預測。而在數據產品領域,我們更缺少像SAP HANA這樣的數據處理平臺,無法將數據分析與業務交互進行有效結合,更無法在業務運作期間對海量數據進行實時分析,并通過靈活的視圖將分析信息呈現給用戶。
圖2 我國日東公司研發的貼片機生產線
三、結論與對策建議
制造型企業想要在工業4.0下異軍突起,或占有一席之地,必須根據企業自身的現狀,分階段、有目的的進行實施。盡管制造型企業的工業4.0之路并非一朝一夕能夠完成,但至少應該從以下三方面做好準備。
1.信息化體系的集成與構建
實踐表明,企業利用集成化軟件,可以實現價值創造鏈各個環節的緊密相連,優化生產過程。集成化軟件系統的應用,一方面使得企業與企業之間縱向一體化程度加深;另一方面,在從預定到交貨的橫向一體化中,各個環節也被緊密地聯系起來了。
在工業3.0階段的后期,大多數優秀的制造企業已經在供應鏈、人力資源、財務管理等方面實現了信息化管理。然而,企業在選擇這些軟件時,出于每個系統在本企業的重要性、價格、功能等方面的不同,選擇了不同廠家的軟件系統,也造成了代碼版本、類型、技術框架不一致的情況。在工業4.0的背景下,將這些軟件系統進行整合是一件非常困難的工作,但最終形成一體化的軟件體系是非常有必要的。因為在工業4.0時代,移動計算、社會化媒體、物聯網、大數據、分析和優化/預測將起到主角的作用。
一般來講,企業軟件體系的構建主體是制造型企業的信息部門,但更多的應是在公司的戰略規劃下,由點及面、由局部到整體,逐步實現。必要的情況下,企業的信息部門甚至充當開發者的重任,而不是簡單地實現各個軟件的集成與維護,或者只充當完成相關任務需求的角色。在信息部的人員構成上,也要打破以往只充當軟件或硬件服務的職能,而是將各個軟件使用部門的需求前移到信息部門,即信息部門的人員由軟件系統的功能需求、技術實現、使用維護這三方面實現一體化構成。只有這樣,才能保證智能制造模式下各軟件體系的高效運作。
2.利用軟件構建企業數據圖譜
未來,企業決策、產品設計、人員管理都要圍繞數據來進行,數據同時也是創新的基礎。然而,數據的價值不是僅停留在總結與分析階段,它更大的價值和用途在于對下一階段的決策與預測。要使決策、預測更加科學、準確,在數據的時間跨度、涵蓋范圍等足夠大的基礎上,必須利用軟件建立數據圖譜,主要包括整理存量數據和建立數據鏈接兩個階段。
(1) 整理存量數據
對數據進行整理的基礎就是進行數據分類,分類依據也應該是多維形式的,例如,二維數據可以按照人員數據、產品數據、營銷數據、質量數據等類別進行劃分,也可以按照與人員有關的產品數據、與產品有關的營銷數據、與人員有關的營銷數據等進行劃分,而劃分的依據就是用途的不同。
此外,數據是軟件系統的細胞,不同類型、不同來源的數據,有著不同的功用,因此,整理數據還要特別注意數據的遴選,即確保每個數據的真實性、時效性、針對性、唯一性。
(2) 建立數據鏈接
數據的核心價值是決策與預測,而把各方面數據單元根據用途進行鏈接,可以形成新的數據,進而使決策更加科學、預測更加準確。在產品領域,甚至可以利用存量數據實現虛擬現實。所以,利用軟件平臺實現數字化與現實的交互,更有利于產品開發的效率、功能的改進以及滿足顧客需求程度的提升。
3.產品及系統生命周期管理
軟件的出現使得產品具有跨學科的特征,例如,百年前的汽車只是“車輪+發動機+座椅”能夠滿足人們出行的交通工具,而現在,幾乎所有的汽車除了具有ESP、ABS、EBD等模塊化軟件外,還配備了多媒體娛樂系統、衛星導航系統、能源回收與管理系統等等。
隨著產品特點轉向系統的變化,其生命周期也隨之發生了轉變。產品以系統的形式存在,并與其他系統進行數據交換,由于技術的飛速發展,這種交換也因此始終處于非常迅速發展的狀態中。在此背景下,原有的產品生命周期管理不足以滿足企業的經營需要,而是會以產品生命周期為基礎,逐步向系統生命周期轉變,由于系統生命周期的特征集中表現在系統開發、生產、操作和最終淘汰的各個階段,因此,一個全面的系統生命周期管理方法的關鍵因素在于系統工具模型的開發,一個好的生命周期模型會涉及系統發展的每一個周期,精密地從不同角度、不同層面進行解析,再完成系統建模。
在具體的實現方法上,首先要以產品為核心,根據產品的功能及構成,將產品分解成多個具體的局部生命周期,產品局部生命周期包括原材料、組件、軟件、用戶反饋、供應鏈等多個周期,在此基礎上,依據要點,最終形成一個產品的系統生命周期管理,如果一個公司具備多個產品體系,還要形成公司一體化的生命周期管理,公司管理也從主要的依靠人來運營,逐步過度到依靠系統來運營。
4.加強產品的復雜性管理
智能制造時代的一大特征就是產品種類的增多。例如,國產寶馬3系在2004年僅生產2個車型,到2008年增加到13個車型,而到了2014年,猛增到了21個車型。國產奔馳C級車也是如此,2008年擁有5個車型,而到了2013年,則擁有了8個車型。產品種類的增多,對消費者是件好事,但對于完全競爭下的制造商來說,卻是個挑戰。然而,以軟件為核心的信息化的應用,讓提高生產力的方法有了根本性的轉變,而為了實現這個目標,制造業的產品自動化必須從其局部自動化開始,并建立在一個明確的機制上。例如,大眾汽車MQB自動化平臺的應用,使多款產品的同一平臺化生產成為了現實,在提高產品品類的同時,更是降低了生產成本,也滿足了消費者的多樣化需求。
近百年的工業發展歷史表明,提高生產力的方法主要有以下手段:優化現有流程、提高制造業的自動化程度、改進設計、降低勞動成本以及完善供應鏈管理模式。然而,隨著經濟全球化,在人員、物資流通越來越高效的前提下,特別是在資源利用程度和技術不斷進步的背景下,無論是裝備生產商、汽車制造商、還是原材料供應商,雖然各自面臨的行業挑戰不同,但相同的是:他們都需提高自己的生產力、生產效率、生產靈活性以及生產復雜性的管理能力。
面對復雜的供應鏈系統、產品管理系統,單靠人的力量難以完成,此刻,信息化軟件的作用就足以凸顯。在企業中,軟件主要包括實現單一設備功能的嵌入式軟件和實現局部管理功能的管理軟件。要實現復雜性管理,必須把主導產品功能的嵌入式軟件與主導制造流程的管理軟件有效集成,尤其是在企業決策方面,不僅要把管理軟件當做提高效率的工具,更要把它作為分析、預測和解決問題的助手。
(審核編輯: 智匯小新)
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