制造业数字化转型与未来工厂建设策略

文/贝正其，贝思伽

（1.宁波方太厨具有限公司，浙江宁波 315336；2.浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江杭州 310017）

2021年10月18日，习近平总书记在中共中央政治局第三十四次集体学习时强调：“要推动数字经济和实体经济融合发展，把握数字化、网络化、智能化方向，推动制造业、服务业、农业等产业数字化，利用互联网新技术对传统产业进行全方位、全链条的改造，提高全要素生产率，发挥数字技术对经济发展的放大、叠加、倍增作用。”由此可见，制造业数字化转型与未来工厂建设是十分迫切的、相当复杂的、非常艰难的任务，实施数字化转型、建设未来工厂，没有现成的标准和模板可供参考与复制。这是对企业实力、企业家智慧和专业技术人员能力的全方位考验。

1.数字化转型的原因

数字化是一个技术概念，它是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理。像大数据、云计算、人工智能等，都属于数字化技术。数字化之所以备受重视，是因为人脑在某些方面还比不上电脑，最典型的就是运算能力有限。机器人阿尔法围棋（AlphaGo）能轻松战胜世界围棋高手，是因为它具有强大的运算能力。制造业企业数字化转型的必要性和紧迫性主要体现在以下两个方面。

1.1 传统的信息技术制约了企业的进一步发展

随着业务的多元化发展和管理的精细化发展，具有一定规模的企业陆续引进了ERP、OA、CRM、MES、MDC、PDM等信息化系统。这些系统可以应用于不同的业务场景，但由于数据格式、定义不统一，“数据烟囱”“信息孤岛”等现象仍较普遍。系统越多，系统之间打通和数据同步的难度就越大，信息部门对于业务部门诉求的快速响应也就越发力不从心。企业看似拥有大数据，但是数据资产无法转变为数据价值，那些原本帮助企业提升效率的管理工具，反过来变成了阻碍企业继续发展的桎梏。因此，欲解决企业内部“数据烟囱”“信息孤岛”问题，数字化转型是不二选择。

1.2 数字化技术倒逼企业转变商业模式

计算机出现以后，工业自动化、信息化、网络化得到了快速发展，新技术不断涌现，技术更新换代的速度越来越快，互联网、移动通信、云计算、云存储、大数据、物联网、5G、人工智能等技术日益成熟并得到广泛应用，区块链、数字孪生、虚拟化和元宇宙等新技术也正在逐渐为人们所接受。数字化技术的发展，改变了人类的思维方式、生活方式和习惯，消费者的需求正在不断发生变化，传统的传播渠道、商业模式和服务形态也在发生翻天覆地的变化。企业只有积极应用数字化技术，才能提高获客、降本、增效、发展和创新等能力，才能获得市场优势，才能实现可持续发展。现代企业必须顺应新时代的发展潮流，及时调整商业模式，否则就会被时代淘汰。

2.数字化转型的概念

数字化就是要将企业日常经营管理的各个场景、各类信息转变为数据，利用互联网技术在线上创建一个镜像（平行世界），在平行世界里完成数据交互并反过来赋能真实世界。其目的和作用是，实现从业务到数据、从数据到信息、从信息到知识、从知识到智慧决策的高效转换，从前端到后端全面实现智能化，对内实现全面在线管理、提高协同效率，对外实现客户满意、适应各种变化，帮助企业自我诊断、高效运营、完善商业模式、提高收益。

数据化技术需要解决的问题是数据的“入”“存”“管”“出”。其中，“入”是指数据感知和采集，包括传感器、语言识别、摄像、文本解析、扫码等数据的产生和采集；“存”是指信息解读、数据加工与存储；“管”是指数据管理，即针对目标进行5W1H分析；“出”是指数据消费，包括利用数据进行科学建模、深度学习、自适应调优等。

3.数字化转型的方法

数字化转型应当遵循以下基本原则。

3.1 摸清家底

企业不仅需要摸清自身的业务、财务、人力资源、技术和资金等现状，还需要评估自身的数字化能力，包括IT架构、硬件设备、软件系统、数据及其存储状态与融合状态、IT人才储备及擅长领域等。

3.2 需求驱动

企业需要梳理自身对数字化转型的需求，需求的收集范围要涵盖研发、测试、生产、营销、销售、人力资源、行政、采购、客服、运维等全过程，并且从业务实际需求出发，以解决业务痛点为目的，以增加收益、降低成本和提高效率为导向，明确自身的核心需求，做到有的放矢，避免盲目转型。

3.3 总体规划

企业高层领导、数字化技术专家需要根据企业总体战略的要求，确定企业数字化建设的远景、使命、目标和任务，规划企业数字化建设架构。企业数字化规划的过程具体包括以下几个步骤：①识别数字化关键需求，规划编写数字化战略目标和长远计划；②形成数字化治理结构，为数字化战略实施提供决策和管理框架；③设计数字化体系架构，实现全局性的信息优化和整合；④实施数字化项目，保证转型工作的顺利推进。

3.4 统一管控

首先，企业需要引入云架构及平台化思想，采用全新的厚平台微应用架构设计理念，建立统一的数据管控体系，从竖井式的系统建设向“云计算”架构转变。其次，企业需要建立前店后厂式敏捷的数字化架构体系，实现前台应用敏捷化、共享化与后台技术平台标准化，并且通过标准化组件来实现模块化部署。最后，企业需要建立适合自己的数据中台。数据中台是指在政企数字化转型过程中，对各业务与数据的沉淀，构建数据技术、数据治理、数据运营等数据建设、管理、使用体系，实现数据赋能。数据中台包括事件连接、对象连接、智能标签、指标数据、算法模型5种数据连接方式。数据中台的范围包括数据管理、数据分层和产品架构。

3.5 局部先行

企业需要根据内部资源和数字化业务现状，从最急需改进的环节入手，稳扎稳打，总体规划，分步实施。

3.6 项目化管理

数字化转型是一个庞大且复杂的系统工程，企业最高层需要亲自决策，并且建立强有力的专业化团队来实施项目化管理。

4.数字化转型的价值

数字化转型可促使企业转变产品模式、渠道模式、营销模式和供应链模式，有利于企业从传统模式升级为数字化模式。

其中，产品模式从“企业生产什么，用户购买什么，用户处于被动接受状态”的传统模式向“用户需要什么，企业生产什么，用户参与到产品设计中”的数字化模式转变；渠道模式从传统的线下实体店模式、互联网商务模式，向“线上＋线下＋AI＋虚拟世界（元宇宙）”模式转变；营销模式从传统的广告、推广、会员制等模式，向“无处不在的”数字化模式转变；供应链模式从传统的单向、双向牵引模式，向基于物联网平台的即时化、网络化、互动化模式转变。

国际知名咨询机构麦肯锡提供的调研数据显示，实施数字化转型，能够使企业的劳动生产率提高30%、工人的劳动效率提高40%～60%、运营效率提高30%～40%、设备效率提高15%～25%、预测准确率提高8%、产品一次通过率提高5%～8%；能够使设备停机时间下降30%～50%、设计成本下降10%～30%、报废率减少20%～35%、库存下降20%～40%、能耗下降5%～8%、质量成本下降5%～8%、制造业增加值成本减少25%～35%。

5.数字化转型的企业案例简介

自2015年开始，浙江省政府积极倡导企业进行数字化转型和智能制造升级，推动实施了多个省级智能制造试点和新模式应用示范项目，取得了很好的效果，例如宁波方太集团的“高端厨电产品智能制造新模式项目”。

宁波方太厨具有限公司是一家厨房电器制造企业，它处于行业领先地位，在“2021年浙江省高新技术企业创新能力百强榜单”中排名第五。2017年，方太智能制造新模式项目启动建设，方太集团对原电器工厂进行了全面升级改造，更新了传统的手动和半自动设备，新建了60000㎡的智能立体仓库，新建了长度为116m的跨街天桥和全长约7000m的自动物流输送线，以及中央控制中心、数据机房和信息化管理平台。该项目建设历时约3年，总投资约10亿元，并于2020年5月顺利通过中华人民共和国工业和信息化部及中华人民共和国财政部的验收。该项目的基本情况如下所示。

5.1 总体目标

该项目的总体目标是：以大数据平台为核心，融合工业互联网、物联网、视觉检测、5G、AI、数字孪生等技术，从人、机、料、法、环五个方面出发，满足每一位客户和消费者的需求；以“数据驱动、智慧引领”为核心理念，加强产品生命周期管理（PLM）、供应链管理系统（SCM）和客户关系管理系统（CRM）的集成与应用，实现数据共享共用和业务协同管理。

5.2 数据中台

企业应建立统一的数据中台，围绕资源控制、运行监管、物流管控、生产执行、生产跟踪和质量监管等建立数据中心，实时采集产品全生命周期信息，通过数据引擎，向下自主调整业务，向上提供准确的数据；应用新一代信息技术，挖掘数据价值，优化管理模式，实现智能决策、精益制造和精准服务等目标。

5.3 流程整合

企业应通过数据共享，践行“以客户为中心”的经营理念，整合产、供、销等各项管理资源，促进销售、设计、采购、制造、物流、服务等环节的信息互通，提高订单的交付率和客户满意度。

5.4 自动协同

企业应将业务模型和机理模型相融合，改变传统的连接方式，应用多机器人路径规划算法，以AI人工智能作为驱动，生成计算规则。在离散型生产过程中，企业可以根据业务需要，实现多设备协同作业调度。

5.5 实施效果

方太智能制造工厂采用了SCARA机器人、多功能六轴机器人、RFID采集系统、CCD视觉系统、AGV等20多种智能制造核心装备。该工厂通过数字化改造，已形成一套厨电行业“1+5+N”全流程网络协同智能制造新模式。该工厂的自动化、智能化水平以及经济效益得到了明显提高，主要体现在以下几个方面。①自动化水平、生产效率大幅提高。相关统计数据显示，企业的平均生产效率提高了30%以上。②产品质量明显提高，废次品率大幅下降。相关统计数据显示，方太电器的不良率下降30%以上。③劳动强度降低，人均生产效率提高。相关统计数据显示，人均生产效率提高50%以上。④制造速度加快，产品制造周期缩短。相关统计数据显示，产品制造周期缩短了20%以上。⑤节能环保效益突出。智能工厂建设，大大减少了跑、冒、滴、漏现象，大幅提高了废气、废水和固废的控制与处理水平，改善了工厂的生态环境，降低了职业健康、环境保护等方面的风险，有助于实现企业的良性发展。

6.数字化转型的关键要素

2021年7月22日，浙江省经济和信息化厅正式发布了《“未来工厂”建设导则》（T/ZAITS 10601—2021，以下简称《导则》）团体标准。该《导则》定义了“未来工厂”的概念、标准和要求，它将成为浙江省工业制造企业实施数字化转型和不断升级的指南针。

根据《导则》，“未来工厂”是指广泛应用数字孪生、人工智能、大数据等新一代信息技术革新生产方式，以数据驱动生产流程再造，引领新智造发展的现代化工厂。《导则》明确了“未来工厂”建设的“1353”体系：“1”为企业综合效益、价值链和竞争力提升的高质量发展目标；第一个“3”为个性化定制、网络化协同、服务化延伸等模式创新；“5”为数字化设计、智能化生产、安全化管控、数字化管理、绿色化制造五项能力建设要求；第二个“3”为数字化生态组织、新一代信息技术、先进制造技术三类关键支撑。笔者认为，其中的五项能力建设要求是《导则》的核心内容。

6.1 数字化设计

数字化设计是指企业在产品设计、工艺设计和试验设计等环节应用数字化技术，建设协同、虚拟、绿色、并行和动态等数字化设计平台，基于大数据分析、知识工程等设计方法，实现设计的数字化、网络化和智能化，降低开发成本，加快开发流程，缩短上市周期，实现最佳设计目标和企业间协作的设计。

6.2 智能化生产

智能化生产是指企业应用新一代信息技术，围绕计划调度、生产执行、质量管控、物流配送和设备运维等生产制造过程的自感知、自优化、自决策和自执行目标，实现生产设备、生产线、车间及工厂的智能化、柔性化和敏捷化的生产。

6.3 安全化管控

安全化管控是指企业围绕人员、设备、物料、过程、环境和数据等风险要素，应用安全可控的新一代信息技术，构建功能安全与信息安全的一体化管控体系，持续提升本质安全水平的管控。

6.4 数字化管理

数字化管理是指企业围绕制造资源控制、现场运行监管、物流过程管控、生产执行跟踪和质量管理监督等构建数据中心，应用深度学习等新一代信息技术，挖掘数据价值，优化管理模式，驱动企业实现智能决策、精益制造和精准服务，加强系统集成应用，实现数据共享共用和业务协同管理。

6.5 绿色化制造能力

绿色化制造是指企业围绕用地集约化、原料无害化、生产洁净化、废物资源化和能源低碳化等目标，在企业的全生命周期中实现产品设计、制造、包装、运输、使用、维修到回收及再制造，同时实现资源利用率的提高、碳排放的降低和生态环境负面影响的减少，达成可持续协调优化的制造模式。

7.结语

综上所述，企业需要从企业文化、战略目标、人才储备、资金筹划等方面出发，全面统筹规划。另外，企业应当脚踏实地，遵循“三不要原则”：不要在落后的工艺基础上搞自动化，不要在落后的管理基础上搞信息化，不要在不具备数字化网络化的基础上搞智能化。