【編者按】以結(jié)構(gòu)化的方式實(shí)現(xiàn)涵蓋整個(gè)企業(yè)的工業(yè)4.0是非常重要的，因?yàn)楣铝⒌慕鉀Q方案只能在單獨(dú)的領(lǐng)域創(chuàng)造出最佳狀況，并且會(huì)對(duì)工業(yè)4.0的潛力施加不必要的限制。

在過(guò)去幾年中，工業(yè)4.0的重要性顯著提高，并業(yè)已成為整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略重點(diǎn)。企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的目標(biāo)，就必須進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，而且是基于連接真實(shí)世界和虛擬世界的智能網(wǎng)聯(lián)。其理念是提高業(yè)務(wù)流程和組織運(yùn)行的效率，提高產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量，并促進(jìn)商業(yè)模式和產(chǎn)品的創(chuàng)新——這樣，就可以開發(fā)更多的客戶和細(xì)分市場(chǎng)。

在這種背景下，所有行業(yè)的企業(yè)都致力于確保其現(xiàn)有產(chǎn)品和服務(wù)及其相關(guān)價(jià)值鏈具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。為了將其轉(zhuǎn)化為利潤(rùn)，企業(yè)準(zhǔn)備在未來(lái)幾年中對(duì)工業(yè)4.0技術(shù)進(jìn)行大量投資。

同時(shí)，由于實(shí)施這些理想化的技術(shù)方案具有很大的復(fù)雜性，并且需要大量財(cái)務(wù)支出，企業(yè)往往會(huì)一再推遲其實(shí)施計(jì)劃。此外，這些計(jì)劃所需的投資在通常情況下是無(wú)法量化的，做這些投入只能寄希望于長(zhǎng)期來(lái)看可能會(huì)盈利，又或者企業(yè)儲(chǔ)備的專業(yè)知識(shí)不足，導(dǎo)致無(wú)法成功地實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0解決方案。企業(yè)成功踐行完整工業(yè)4.0原則的例子還不夠多。因此，大多數(shù)企業(yè)仍然不確定其工業(yè)4.0的總體目標(biāo)應(yīng)該是什么，以及如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

基于這一出發(fā)點(diǎn)，我們可以提出以下問(wèn)題：工業(yè)4.0對(duì)企業(yè)意味著什么?實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)的路徑是什么?

MHP設(shè)計(jì)的工業(yè)4.0晴雨表分析模型

要定義這個(gè)路徑，企業(yè)必須分析其自身的出發(fā)點(diǎn)，以及需要影響的參數(shù)。這就提出了評(píng)價(jià)方法的問(wèn)題，以確定當(dāng)前狀態(tài)和評(píng)估結(jié)果。透過(guò)檢視所有必要的參數(shù)(例如產(chǎn)品、流程、技術(shù)、IT和組織等)，可以對(duì)實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)的進(jìn)度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。

本研究旨在回答上述問(wèn)題。研究結(jié)果一方面可以描述數(shù)字化轉(zhuǎn)型的特定階段——通常這種轉(zhuǎn)型被描述得過(guò)于膚淺;另一方面也可以考慮工業(yè)4.0的多維特征。

工業(yè)4.0的起源

18世紀(jì)初以來(lái)，工業(yè)化過(guò)程一直處于不斷變化的狀態(tài)。變革的速度一直在加快，首先是引入機(jī)械生產(chǎn)工廠，然后是電氣化大規(guī)模生產(chǎn)，最后在流程自動(dòng)化中應(yīng)用電子技術(shù)和信息技術(shù)。價(jià)值鏈各個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)的迅速發(fā)展具有極大的破壞性，以至于現(xiàn)有的商業(yè)模式和手續(xù)常常被取代，工業(yè)的環(huán)境也已經(jīng)發(fā)生了革命性的變化。

2011年4月，第四次工業(yè)革命被定義為德國(guó)工業(yè)的一個(gè)主要戰(zhàn)略方向，以確保德國(guó)作為制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的地位得以鞏固。為了確保工業(yè)4.0的持續(xù)發(fā)展，德國(guó)經(jīng)濟(jì)與能源部部長(zhǎng)、教育與研究部部長(zhǎng)，與企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)、工會(huì)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)共同建立了工業(yè)4.0平臺(tái)。

作為保持和擴(kuò)大德國(guó)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵力量，工業(yè)4.0遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅是意味著生產(chǎn)數(shù)字化。它更意味著整個(gè)價(jià)值鏈的智能聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而發(fā)展成一個(gè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，為參與該網(wǎng)絡(luò)的所有成員創(chuàng)造完全透明的環(huán)境。這個(gè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)基本要素是記錄產(chǎn)品和服務(wù)的生命周期數(shù)據(jù)，方便根據(jù)工業(yè)4.0原則改變價(jià)值鏈中的流程。這將導(dǎo)致價(jià)值增加過(guò)程的完全透明，同時(shí)還允許對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行更靈活的控制，并使經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的最佳計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)。

但是，盡管制造過(guò)程中價(jià)值創(chuàng)造的數(shù)字化帶來(lái)了多種機(jī)遇，但它也給現(xiàn)有企業(yè)和商業(yè)模式帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)和巨大挑戰(zhàn)。這種情況下，需要新的解決方案才能盡可能有效和優(yōu)劣地應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，并發(fā)掘其可用性潛力。

工業(yè)4.0的機(jī)遇和潛在優(yōu)勢(shì)

工業(yè)4.0提出了一個(gè)宏大的愿景：價(jià)值鏈上物理世界和虛擬世界的緊密集成，有可能會(huì)達(dá)到前所未有的效率水平。企業(yè)正在調(diào)整其產(chǎn)品和服務(wù)組合，常見的是從產(chǎn)品為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑?wù)為中心。

得益于智能實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，價(jià)值鏈正在轉(zhuǎn)變?yōu)閮r(jià)值網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自相關(guān)產(chǎn)品生命周期中所有參與者的信息。這將導(dǎo)致流程的端到端映射，包括客戶視圖、產(chǎn)品或服務(wù)的提供，以及構(gòu)成其一部分的所有流程?，F(xiàn)有的人工流程和人工通信可以因此大大精簡(jiǎn)，甚至被新技術(shù)取代。這使得運(yùn)行數(shù)字化流程和自治流程成為可能。

工業(yè)4.0原則下制造企業(yè)的一個(gè)總體目標(biāo)是智能工廠。這是一中基于創(chuàng)新數(shù)字化技術(shù)的智能網(wǎng)絡(luò)化工廠，在分布式自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境下，智能產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)階段都可以自控制。該智能工廠可以從開發(fā)部門持續(xù)獲取信息，可以以最佳方式獨(dú)立制造產(chǎn)品。智能原材料和產(chǎn)品具有數(shù)字存儲(chǔ)器，可以保存其特性、生產(chǎn)進(jìn)度和用途。這些信息使它們彼此之間以及與其它智能單元(例如智能設(shè)備)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。生產(chǎn)工廠和系統(tǒng)也能夠相互溝通，并自治執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)。此外，智能網(wǎng)絡(luò)有助于克服一些挑戰(zhàn)，例如預(yù)測(cè)性維護(hù)、獲得更高的生產(chǎn)靈活性，以及減少生產(chǎn)錯(cuò)誤。有關(guān)部件和流程的相關(guān)信息將保存在中心位置。把所有與產(chǎn)品相關(guān)的細(xì)節(jié)集成起來(lái)，就產(chǎn)生了產(chǎn)品、生產(chǎn)系統(tǒng)、物流和供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)字孿生體。因此，所有關(guān)于開發(fā)、制造和分派產(chǎn)品的信息都可以傳送，并在必要時(shí)進(jìn)行分析。

工業(yè)4.0的任何成功實(shí)現(xiàn)都需要巨額投資。預(yù)測(cè)顯示，未來(lái)五年德國(guó)工業(yè)4.0的投資份額將占所有工業(yè)設(shè)備投資計(jì)劃的50%以上。預(yù)測(cè)結(jié)果也表明，企業(yè)已經(jīng)了解到工業(yè)4.0的潛力，并愿意投資于其描述的愿景。

德國(guó)作為當(dāng)今世界的主要制造國(guó)具有以下潛力：

生產(chǎn)率提高15%到25%

年銷售額增長(zhǎng)高達(dá)300億歐元

未來(lái)10年內(nèi)將投資額提高到2500億歐元

根據(jù)BITKOM和Fraunhofer IAO兩個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)的一項(xiàng)研究預(yù)測(cè)，到2025年，工業(yè)生產(chǎn)總值將持續(xù)增長(zhǎng)，特別是極度依賴供應(yīng)商的汽車行業(yè)。自2005年依賴，汽車行業(yè)在制造業(yè)總產(chǎn)值中所占的份額穩(wěn)步上升，在2025年將達(dá)到19.6%，成為支柱制造行業(yè)。

工業(yè)4.0的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)

能夠讓工業(yè)4.0充分發(fā)揮潛力的，既具體、又全面和結(jié)構(gòu)化的策略仍然很少。MHP的日常項(xiàng)目工作表明，許多企業(yè)仍在以非結(jié)構(gòu)化的方式規(guī)劃與工業(yè)4.0相關(guān)的活動(dòng)。由于忽略了相關(guān)任務(wù)說(shuō)明，因此不存在集成的工業(yè)4.0戰(zhàn)略，各個(gè)工業(yè)4.0計(jì)劃之間沒(méi)有協(xié)同作用。造成這種情況的原因有很多，例如工業(yè)4.0解決方案的潛在收益很難量化，而且各個(gè)部門分別獨(dú)立做生產(chǎn)優(yōu)化的情況也比較普遍。此外，由于缺乏全公司范圍內(nèi)關(guān)于工業(yè)4.0計(jì)劃的現(xiàn)有信息，整個(gè)價(jià)值鏈上任何潛在解決方案都非常復(fù)雜。

企業(yè)缺乏方向性，無(wú)法以結(jié)構(gòu)化的方式以及跨職能和跨部門的方式看待相關(guān)問(wèn)題。同樣，許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)很難將任何特定的創(chuàng)新點(diǎn)擴(kuò)展到覆蓋整個(gè)公司。盡管確實(shí)存在技術(shù)可行性研究，但尚未實(shí)施。這是因?yàn)槠鋽?shù)字化潛力沒(méi)有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，或者由于組織內(nèi)部接受度不高而沒(méi)有引入，又或者因?yàn)镮T領(lǐng)域的異質(zhì)性阻礙了整個(gè)企業(yè)的大范圍引入。

在我們列出的這些問(wèn)題中，要成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0需要迎接以下挑戰(zhàn)：

對(duì)當(dāng)前工廠和產(chǎn)品的數(shù)字化水平進(jìn)行評(píng)估和分析

確定企業(yè)中不同部門的工業(yè)4.0潛力

組織和文化的變革

工業(yè)4.0解決方案實(shí)施中的IT要求

企業(yè)現(xiàn)有的異構(gòu)系統(tǒng)環(huán)境和現(xiàn)存系統(tǒng)的多樣性

潛在解決方案和最佳實(shí)踐

與以前面向流程的優(yōu)化不同，如今流程的調(diào)整主要是由技術(shù)驅(qū)動(dòng)。結(jié)果是，企業(yè)面臨著將新技術(shù)集成到現(xiàn)有流程中或完全重新設(shè)計(jì)全套流程的挑戰(zhàn)。

這就將重點(diǎn)放在業(yè)務(wù)戰(zhàn)略上，需要調(diào)整戰(zhàn)略或完全重新制定企業(yè)戰(zhàn)略。革命當(dāng)然總是伴隨著重大的變革，第四次工業(yè)革命也不例外。產(chǎn)品和服務(wù)組合的數(shù)字化可以帶來(lái)新的商業(yè)模式，但同時(shí)也改變了客戶的期望，并迫使企業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整或重組。

為了成功實(shí)現(xiàn)這樣的項(xiàng)目，企業(yè)需要一個(gè)敏捷的工業(yè)4.0戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略應(yīng)覆蓋所有業(yè)務(wù)部門，并提供內(nèi)容和規(guī)格以制定全面的路線圖。由此產(chǎn)生的戰(zhàn)略不應(yīng)被理解為嚴(yán)格的總體目標(biāo)，而應(yīng)被理解為一個(gè)可適應(yīng)的指導(dǎo)方針，必須不斷對(duì)其進(jìn)行質(zhì)疑和調(diào)整以適應(yīng)新的發(fā)展。

定義工業(yè)4.0戰(zhàn)略的基礎(chǔ)應(yīng)主要是分析企業(yè)中當(dāng)前的工業(yè)4.0活動(dòng)。這種分析應(yīng)該結(jié)構(gòu)清晰，表明哪些基礎(chǔ)已經(jīng)奠定，哪些仍需要解決。在此過(guò)程中，有助于確定已經(jīng)使用的技術(shù)，并為全面實(shí)施定義協(xié)同作用，最佳實(shí)踐和標(biāo)準(zhǔn)，這將很有幫助。應(yīng)特別注意業(yè)務(wù)案例場(chǎng)景，它們提供了有關(guān)潛在的成本節(jié)約，實(shí)施復(fù)雜性，潛在收益和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的透明性。

當(dāng)然，新技術(shù)的集成和整個(gè)價(jià)值鏈的數(shù)字化轉(zhuǎn)型給IT部門帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。例如，新數(shù)據(jù)源需要集成到現(xiàn)有IT系統(tǒng)中，并且現(xiàn)有IT體系結(jié)構(gòu)需要從頭開始進(jìn)行調(diào)整或開發(fā)。因此，重要的是，IT集成應(yīng)在已定義的數(shù)字化策略中占有重要地位。成功實(shí)施工業(yè)4.0解決方案的另一個(gè)關(guān)鍵因素是對(duì)組織及其轉(zhuǎn)型的關(guān)注。為了獲得成功進(jìn)行轉(zhuǎn)型所必需的杠桿作用，重要的是要建立認(rèn)可度，使系統(tǒng)使用起來(lái)直觀并產(chǎn)生對(duì)解決方案的熱情。

綜上所述，以結(jié)構(gòu)化的方式實(shí)現(xiàn)涵蓋整個(gè)企業(yè)的工業(yè)4.0是非常重要的，因?yàn)楣铝⒌慕鉀Q方案只能在單獨(dú)的領(lǐng)域創(chuàng)造出最佳狀況，并且會(huì)對(duì)工業(yè)4.0的潛力施加不必要的限制。但是與此同時(shí)，由于技術(shù)和業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)變化，必須不斷對(duì)現(xiàn)有解決方案進(jìn)行測(cè)試，以保持必要的靈活性和敏捷性?；谏鲜龅淖罴褜?shí)踐，MHP開發(fā)了一個(gè)包含6種工業(yè)4.0服務(wù)的組合。該組合從規(guī)劃到戰(zhàn)略和解決方案的實(shí)現(xiàn)，所有必要的轉(zhuǎn)型過(guò)程都可以進(jìn)行映射。