【編者按】以結(jié)構(gòu)化的方式實現(xiàn)涵蓋整個企業(yè)的工業(yè)4.0是非常重要的，因為孤立的解決方案只能在單獨的領域創(chuàng)造出最佳狀況，并且會對工業(yè)4.0的潛力施加不必要的限制。

在過去幾年中，工業(yè)4.0的重要性顯著提高，并業(yè)已成為整個工業(yè)領域的戰(zhàn)略重點。企業(yè)已經(jīng)認識到，要實現(xiàn)工業(yè)4.0的目標，就必須進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，而且是基于連接真實世界和虛擬世界的智能網(wǎng)聯(lián)。其理念是提高業(yè)務流程和組織運行的效率，提高產(chǎn)品和服務的質(zhì)量，并促進商業(yè)模式和產(chǎn)品的創(chuàng)新——這樣，就可以開發(fā)更多的客戶和細分市場。

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)品和服務及其相關價值鏈具有更強的競爭力。為了將其轉(zhuǎn)化為利潤，企業(yè)準備在未來幾年中對工業(yè)4.0技術進行大量投資。

同時，由于實施這些理想化的技術方案具有很大的復雜性，并且需要大量財務支出，企業(yè)往往會一再推遲其實施計劃。此外，這些計劃所需的投資在通常情況下是無法量化的，做這些投入只能寄希望于長期來看可能會盈利，又或者企業(yè)儲備的專業(yè)知識不足，導致無法成功地實現(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的總體目標應該是什么，以及如何實現(xiàn)這一目標。

基于這一出發(fā)點，我們可以提出以下問題：工業(yè)4.0對企業(yè)意味著什么?實現(xiàn)總體目標的路徑是什么?

MHP設計的工業(yè)4.0晴雨表分析模型

要定義這個路徑，企業(yè)必須分析其自身的出發(fā)點，以及需要影響的參數(shù)。這就提出了評價方法的問題，以確定當前狀態(tài)和評估結(jié)果。透過檢視所有必要的參數(shù)(例如產(chǎn)品、流程、技術、IT和組織等)，可以對實現(xiàn)總體目標的進度進行持續(xù)監(jiān)控。

本研究旨在回答上述問題。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世紀初以來，工業(yè)化過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)，最后在流程自動化中應用電子技術和信息技術。價值鏈各個環(huán)節(jié)技術的迅速發(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)革命被定義為德國工業(yè)的一個主要戰(zhàn)略方向，以確保德國作為制造業(yè)強國的地位得以鞏固。為了確保工業(yè)4.0的持續(xù)發(fā)展，德國經(jīng)濟與能源部部長、教育與研究部部長，與企業(yè)、行業(yè)協(xié)會、工會和學術機構(gòu)共同建立了工業(yè)4.0平臺。

作為保持和擴大德國工業(yè)競爭優(yōu)勢的關鍵力量，工業(yè)4.0遠遠不僅是意味著生產(chǎn)數(shù)字化。它更意味著整個價值鏈的智能聯(lián)網(wǎng)，進而發(fā)展成一個價值網(wǎng)絡，為參與該網(wǎng)絡的所有成員創(chuàng)造完全透明的環(huán)境。這個價值網(wǎng)絡的另一個基本要素是記錄產(chǎn)品和服務的生命周期數(shù)據(jù)，方便根據(jù)工業(yè)4.0原則改變價值鏈中的流程。這將導致價值增加過程的完全透明，同時還允許對業(yè)務進行更靈活的控制，并使經(jīng)營活動的最佳計劃得以實現(xiàn)。

但是，盡管制造過程中價值創(chuàng)造的數(shù)字化帶來了多種機遇，但它也給現(xiàn)有企業(yè)和商業(yè)模式帶來了風險和巨大挑戰(zhàn)。這種情況下，需要新的解決方案才能盡可能有效和優(yōu)劣地應對這些挑戰(zhàn)，并發(fā)掘其可用性潛力。

工業(yè)4.0的機遇和潛在優(yōu)勢

工業(yè)4.0提出了一個宏大的愿景：價值鏈上物理世界和虛擬世界的緊密集成，有可能會達到前所未有的效率水平。企業(yè)正在調(diào)整其產(chǎn)品和服務組合，常見的是從產(chǎn)品為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑諡橹行摹?/p>

得益于智能實時網(wǎng)絡，價值鏈正在轉(zhuǎn)變?yōu)閮r值網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡接收來自相關產(chǎn)品生命周期中所有參與者的信息。這將導致流程的端到端映射，包括客戶視圖、產(chǎn)品或服務的提供，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，甚至被新技術取代。這使得運行數(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)的一個總體目標是智能工廠。這是一中基于創(chuàng)新數(shù)字化技術的智能網(wǎng)絡化工廠，在分布式自動生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境下，智能產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的每個階段都可以自控制。該智能工廠可以從開發(fā)部門持續(xù)獲取信息，可以以最佳方式獨立制造產(chǎn)品。智能原材料和產(chǎn)品具有數(shù)字存儲器，可以保存其特性、生產(chǎn)進度和用途。這些信息使它們彼此之間以及與其它智能單元(例如智能設備)可以進行實時交互。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。此外，智能網(wǎng)絡有助于克服一些挑戰(zhàn)，例如預測性維護、獲得更高的生產(chǎn)靈活性，以及減少生產(chǎn)錯誤。有關部件和流程的相關信息將保存在中心位置。把所有與產(chǎn)品相關的細節(jié)集成起來，就產(chǎn)生了產(chǎn)品、生產(chǎn)系統(tǒng)、物流和供應商生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)字孿生體。因此，所有關于開發(fā)、制造和分派產(chǎn)品的信息都可以傳送，并在必要時進行分析。

工業(yè)4.0的任何成功實現(xiàn)都需要巨額投資。預測顯示，未來五年德國工業(yè)4.0的投資份額將占所有工業(yè)設備投資計劃的50%以上。預測結(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。

德國作為當今世界的主要制造國具有以下潛力：

生產(chǎn)率提高15%到25%

年銷售額增長高達300億歐元

未來10年內(nèi)將投資額提高到2500億歐元

根據(jù)BITKOM和Fraunhofer IAO兩個行業(yè)協(xié)會的一項研究預測，到2025年，工業(yè)生產(chǎn)總值將持續(xù)增長，特別是極度依賴供應商的汽車行業(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年將達到19.6%，成為支柱制造行業(yè)。

工業(yè)4.0的挑戰(zhàn)和風險

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相關的活動。由于忽略了相關任務說明，因此不存在集成的工業(yè)4.0戰(zhàn)略，各個工業(yè)4.0計劃之間沒有協(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，而且各個部門分別獨立做生產(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)關于工業(yè)4.0計劃的現(xiàn)有信息，整個價值鏈上任何潛在解決方案都非常復雜。

企業(yè)缺乏方向性，無法以結(jié)構(gòu)化的方式以及跨職能和跨部門的方式看待相關問題。同樣，許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)很難將任何特定的創(chuàng)新點擴展到覆蓋整個公司。盡管確實存在技術可行性研究，但尚未實施。這是因為其數(shù)字化潛力沒有經(jīng)過驗證，或者由于組織內(nèi)部接受度不高而沒有引入，又或者因為IT領域的異質(zhì)性阻礙了整個企業(yè)的大范圍引入。

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

對當前工廠和產(chǎn)品的數(shù)字化水平進行評估和分析

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)整主要是由技術驅(qū)動。結(jié)果是，企業(yè)面臨著將新技術集成到現(xiàn)有流程中或完全重新設計全套流程的挑戰(zhàn)。

這就將重點放在業(yè)務戰(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)品和服務組合的數(shù)字化可以帶來新的商業(yè)模式，但同時也改變了客戶的期望，并迫使企業(yè)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整或重組。

為了成功實現(xiàn)這樣的項目，企業(yè)需要一個敏捷的工業(yè)4.0戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略應覆蓋所有業(yè)務部門，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)略不應被理解為嚴格的總體目標，而應被理解為一個可適應的指導方針，必須不斷對其進行質(zhì)疑和調(diào)整以適應新的發(fā)展。

定義工業(yè)4.0戰(zhàn)略的基礎應主要是分析企業(yè)中當前的工業(yè)4.0活動。這種分析應該結(jié)構(gòu)清晰，表明哪些基礎已經(jīng)奠定，哪些仍需要解決。在此過程中，有助于確定已經(jīng)使用的技術，并為全面實施定義協(xié)同作用，最佳實踐和標準，這將很有幫助。應特別注意業(yè)務案例場景，它們提供了有關潛在的成本節(jié)約，實施復雜性，潛在收益和項目風險的透明性。

當然，新技術的集成和整個價值鏈的數(shù)字化轉(zhuǎn)型給IT部門帶來了重大挑戰(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)需要從頭開始進行調(diào)整或開發(fā)。因此，重要的是，IT集成應在已定義的數(shù)字化策略中占有重要地位。成功實施工業(yè)4.0解決方案的另一個關鍵因素是對組織及其轉(zhuǎn)型的關注。為了獲得成功進行轉(zhuǎn)型所必需的杠桿作用，重要的是要建立認可度，使系統(tǒng)使用起來直觀并產(chǎn)生對解決方案的熱情。

綜上所述，以結(jié)構(gòu)化的方式實現(xiàn)涵蓋整個企業(yè)的工業(yè)4.0是非常重要的，因為孤立的解決方案只能在單獨的領域創(chuàng)造出最佳狀況，并且會對工業(yè)4.0的潛力施加不必要的限制。但是與此同時，由于技術和業(yè)務的動態(tài)變化，必須不斷對現(xiàn)有解決方案進行測試，以保持必要的靈活性和敏捷性?；谏鲜龅淖罴褜嵺`，MHP開發(fā)了一個包含6種工業(yè)4.0服務的組合。該組合從規(guī)劃到戰(zhàn)略和解決方案的實現(xiàn)，所有必要的轉(zhuǎn)型過程都可以進行映射。