未来工厂：工业 4.0 和人工智能如何改变制造业
新的数字技术可以升级精益制造，提高性能并加速可持续发展。
在过去的 50 年里，世界各地的制造商实施了一系列计划和技术，以降低成本并提高产品质量和客户服务。精益、全面生产维护 (TPM)、全面质量管理 (TQM)、六西格玛以及在某些情况下的全套生产系统都取得了显著成果。我们已经看到充分利用这些方法的公司（如丰田、宝洁和丹纳赫）每年将生产率提高 6% 或更多。
这些投资并非过时，但还不够。为了在未来有效竞争，你需要重新思考今天的可能性。
两项关键发展提高了制造商追求 未来工厂 战略。在机遇方面，改变游戏规则的数字和工业 4.0 技术重新定义了下一代生产系统的可能性。如果部署得当，这些新功能可以将生产率提高 10% 以上，并在灵活性、质量、自然资源消耗、资本支出分配、劳动力节省等方面创造一系列额外优势。
仅举几个数字化可能性，[人工智能 (AI)] 本质上可以读懂客户的想法、预测需求并引导产品沿着供应链中的单个路径前进，同时生产单元可以自我修复和自我学习，从而解放人类，让他们专注于创造性任务和监督。领先公司也意识到了数字化的诸多好处。在最近对全球 270 名制造业高管进行的一项调查中，那些认为数字化已很好地融入其生产系统的受访者表示，他们接近实现生产系统目标的可能性是那些缺乏高度整合的受访者的三倍。
但这些实现规模价值的机会与影响制造业的越来越多的挑战相得益彰，并因此变得更加引人注目。其中最主要的是可持续发展的必要性，因为客户、员工、监管机构和其他利益相关者呼吁在广泛的脱碳、循环性和相关指标方面取得显著进步。制造商还面临着新的竞争压力和更高的客户期望，这些要求制造商提高灵活性和定制化水平、缩短上市周期、提高产品质量，并对其运营方式进行其他变革。
这就是为什么制造商追求更具创新性的供应和生产系统至关重要。未来工厂的这一关键组成部分将上述传统方法与尖端数字功能相结合，使您能够加速可持续发展工作，优化流程和工作流程，并改变将产品推向市场的方式。
许多公司未能充分利用新的数字和工业 4.0 技术，因为他们只是将其作为附件附加在现有制造环境中，而不是将其集成到现有制造环境中。公司通常会采取 “为了数字化而数字化” 方法，专注于单一用例，而不是采用将数字技术与精益、TPM、TQM 和六西格玛投资相连接起来的端到端视角。
注重可持续性
这种非综合性方法有很多缺点，其中最大的缺点之一就是错失了有效解决可持续性问题的机会。在上述同一项调查中，我们发现许多受访者预计，从现在起两年内，可持续性将成为他们的首要议程项目（见图 1），使其与生产力并列。
预计未来两年内可持续性将成为制造商的首要任务
可持续性问题日益复杂，对公司的端到端价值链（从设计和采购到运输、使用和处置）产生深远影响。碳排放、水资源短缺、劳工惯例、政府法规以及快速变化的消费者期望只是推动可持续性成为优先事项的部分因素。
这些挑战中有许多是相互关联的，只有通过一个在整个价值流中高度集成并由数字技术驱动的生产系统才能充分解决。我们的方法认识到，可持续性和循环性应被视为完全集成的供应和生产系统中的重要支柱，而不是作为单独的、临时的努力来应对。
基于清晰数字战略的集成系统是将公司既定的可持续发展目标转化为车间行动和决策的关键，从而将这一愿景变为现实。它支持提高循环性，帮助您对环境产生积极影响。
重新思考一切可能
对您的生产系统采用一种全新的方法（将战略原则与将这些原则付诸实践的方法和工具相结合）将解决这些问题并让您跃居领导地位。我们的集成系统应用了一套设计原则和特定元素的框架，从单个工作站开始，延伸到整个组织乃至整个价值链。对您的成熟度水平进行仔细分析可以指导对这些原则和元素进行优先排序和部署，确保您拥有适合您当前和未来能力以及最终抱负的解决方案（见图 2）。
为了使这些原则切实可行，我们将它们与涵盖您运营的数十个离散元素联系起来，从工作站到生产线，最终超越您的组织范围。
这些要素分为两大类：您的网络和供应系统以及您的工厂生产系统。前者包括供应链连接、运营设计、制造足迹、循环设计（这是企业通过将可持续性和循环性原则与这些核心系统相结合来实现其可持续发展战略的关键要素）等要素，每个要素都由多个组件组成，可以根据特定需求或目标同步部署。
后者包括智能质量管理、连接生产线、同步四面墙、下一代 IT 和数据基础、安全导向文化、自学习组织等模块，每个模块都由几种特定的能力和属性组成。
例如，智能生产流程将包括解决制造问题的要素（例如减少浪费、标准化工作指令和灵活的工作站）、智能质量管理和可靠的资产健康。可持续性和循环性将包括循环价值流和循环设计、可持续的四面墙和安全导向文化等要素。同步价值流将涵盖供应链功能，例如端到端可追溯性和流程规划，以及战略性的自制与外购决策、灵活的工厂布局、下一代 IT 和数据架构等等。
总的来说，从今天开始，有三十多个元素可以帮助将您的供应链网络和工厂转变为面向未来的系统。
并非所有要素都适用于每家公司。入门的关键是确定哪些支柱和相关要素与您的行业和产品组合最相关，并量身定制适合您的未来工厂方法。例如，单件流是许多离散制造商关注的重点，但对于资本支出密集型连续流程行业而言并非如此，在这些行业中，可靠的集中维护是重中之重。
明智的开端还包括盘点您已经实施的内容，以便在此基础上继续发展。大多数公司都采用了一些基于 TPM、精益、六西格玛或完整生产系统的标准，为通过采用新的数字技术进行升级或重新设计奠定了基础。我们的调查发现，这种整合对于大规模实现价值至关重要。与没有将数字化有效整合到生产系统中的公司相比，那些将数字化有效整合到生产系统中的公司距离实现生产系统目标的距离要远得多，比没有整合到生产系统中的公司高出 3 倍以上。
未来从现在开始
面向未来的网络、供应和生产系统为自主制造提供了清晰的道路，开创了一个新时代：
> 车间实现数字化（用于标准操作流程）和人工智能支持（解决可靠性维护问题）。例如，企业可以朝着数字化时代迈进，取得巨大进步。 智能维护，其中人工智能驱动的机器数据分析可以 根据对运营的影响来感知、决定并采取行动以优化维护。
> 灵活的工厂布局，由无线移动装配系统、固定和移动机器人、自主移动机械手、基于视觉的定位算法和其他最先进的数字和无线技术提供支持。
> 连接供应商和客户、减少浪费并加强材料管理的强大、循环的价值链。
>自适应组织采用人工智能支持的问题解决方案和其他技术来不断自动地改进其运作方式。
迈向这一未来状态的旅程因公司、工厂甚至工厂内的特定价值流而异，具体取决于成熟度水平以及他们为每项目标设定的短期和长期目标。目标水平至少在一定程度上取决于仔细的成本效益分析。成熟度较高的公司需要考虑所需的技术水平和类型（从传感器到完全集成的数字解决方案）、扩展所需的 IT 基础设施以及有效运营未来工厂所需开发的技能组合（或填补的空白）。
当然，这些成本和复杂性需要与灵活性、成本、可持续性、产品质量、客户响应能力和许多其他潜在优势的预期改进进行权衡。我们可以帮助您分析这些快速发展的可能性，并量身定制一种满足您的战略需求并加速您向未来工厂迈进的方法。
