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工业4.0在德国:未来虚拟世界和物理世界将彻底打通

日期: 2018-09-24
浏览次数: 18

       弗兰克·雷门斯伯格 |文

  工业4.0直接缘于2008年金融危机导致的经济危机。当时德国提出,工程和制造业等核心行业要做出改变,变得更有效率,才能够渡过金融危机。讨论阶段历时三年,2011年开始落地。7年来,工业4.0经历了三个发展阶段:柔性化、定制化生产,企业从产品平台向服务平台演进;物联网技术让工业互联网成为现实。

  未来7年,最重要的技术趋势是数字孪生,虚拟世界和物理世界彻底打通,员工能力和商业模式彻底重构,但任何一家企业都不可能凭一己之力做到这些,聚焦核心,打造生态,是领导型企业的普遍做法。

  过去七年的工业4.0

  今天,我带大家看看工业4.0在德国的7年发展历程。

  起初工业4.0的理念是,在工程和制造业中加入数字化技术可以实现两点:一方面是更加灵活,更加定制化,企业可以为顾客定制化生产产品。另一方面是显著提高生产效率。

  工业4.0报告是在2011年公布的,它在数百个公司里进行了广泛讨论,定期在工业4.0平台上彼此分享经验,逐渐形成了如何实施它的概念。两年之后,大家非常清楚地认识到,对于德国工业在全球保持竞争力来说,工业4.0的这两个核心概念是远远不够的。

  为什么?

  很明显,更加灵活地服务顾客,为他们生产定制化的产品很有吸引力,提高制造生产效率也很有吸引力。但是如果看看正在发生什么,很快就会发现产品的本质发生了变化。从产品本身变成了平台。如果你只是关注高效地生产产品,或者根据客户要求为产品提供更多配置选项,这很好,但还不够。我们要退一步,看产品本身,只有把它看作是一个服务平台才可以。

  于是德国推出了工业4.0的后续举措,思考企业作为一个软件平台的未来是什么?作为一个服务平台的未来是什么?服务是产品离开工厂之后通过平台上供的,这是我们在国内开展的第二个计划。一旦你有了一个智能产品之后,就要立刻思考,我是否可以完全改变这个产品的工程设计方式?事实上,你必须要改变。2015年,我们开始提并强调这个概念。


德国SAP公司的“智能工厂”相关演示。 

  很快我们认识到仅仅有竞争力和活下来还不够,即便有工业4.0的制造,即便把产品定义为平台,比如一辆车可以成为一个软件平台,很多医疗设备会成为软件平台,风机可以成为软件平台。你很快就会意识到这些设备在运营过程中产生了大量的数据,我们要重新思考如何利用人工智能和机器学习来分析产品所产生的数据,要有能力将这些数据实时带入到机器的运行周期中,利用这些数据。因此,我们推出第三个项目——自动化系统或者人工智能。如果有工业4.0,有智能化产品,接下来就是如何适当使用数据来缩短周期。

  一个公司在数字时代要想生存下去需要做到三点:第一,用数据来推动商业成果;第二,缩短做一切事情的周期,这是竞争的关键,要明显缩短设计、制造和实时运营反馈的周期;第三,根据消费者的需求提供定制。

  我们发现事实上缩短产品开发周期和利用数据来推动商业成果的能力比灵活定制化更加重要。这三点都很重要,但是我们获得的益处其实是从数据而来。

  从2011年开始,德国软件工业开始搭建物联网平台。如果有了智能生产的智能产品,工厂又实现智能运营,就必须要有共性技术把它们结合在一起,很多的公司必须要更换它们传统的系统。公司如果想在保持竞争力,必须要上云,可以是私有云、可以是公有云,可以混合云,但是用过去的系统是不行的。

  在德国从软件公司开始,我们有SAP、西门子这样的大公司,还有中等公司的联盟,他们都开始搭建新的平台,用新的工业物联网平台来连接所有的一切:车间中设备上的智能产品,在铁路系统的机车上运行的设备,化工厂的阀门等等。平台连接所有的设备,通过传感器搜集数据,让所有业务环节变得透明,提高生产效率,缩短周期,创造新的满足客户需求的产品。这是工业4.0能够实现的重要基础。

  未来七年的工业4.0

  上面只是过去七年中所发生的事情,我们正在思考接下来的七年。当然上面所有说的并非已经完全实现了,实际上德国的各个公司接受这些新概念的速度是不同的,在这方面领先的公司,商业产出更好,公司运转速度更快,财务表现也更佳。

  未来有许多机会。第一,我们在经历新的技术变革,其中最重要的技术是数字孪生。产品在物理世界真实存在之前就已经在虚拟数字世界中存在,一旦你有了数字孪生,你可以虚拟设计产品,可以模拟市场,可以把产品配置成客户需要的样子,可以设计产品性能和经验,所有的一切都可以在数字化世界中完成,不需要任何物理世界中的操作。

  第二,我们要重新思考产品的构成要素,要重新考虑产品作为软件平台的问题。一个由软件运营的机械设备,你可能不确定两年后需要它提供什么服务,而它是每天运行的真实设备,如果不控制好可能会伤害人类,会很危险。所以我们需要重新思考如何验证这些产品,让这些产品能够更新软件,实现新的功能,这些产品会引入起初没有测试过的生产流程,那么整个的验证流程就要重新考虑。这就是我们要重新考虑产品构成要素的含义:要重新考虑产品如何设计和验证。

  很多客户可能不再买产品了,他们要买的是产品的功能。例如买的不是机车,而是交通能力,这是完全不同的商业模式。如果你提供高质量及时的交通,而且有很好的客户体验,就可以获得溢价,这就变成一个服务行业,跟制造行业不一样,卖出产品之后通过服务获得利润。此外,分享经济也进入了B2B行业。

  第三,工业4.0进入了新的层面,就是自动化升级,随之而来的新工种和对新工作能力的需求。很多人力的工作不需要了,但是我们需要工人做不同的事,因为工业4.0的领导者在创造新的工作岗位。一些外包的供应链被带回了国内,更高的生产效率催生对制制造业供应链的重组。对于领导者来说,他们把供应链带回国内,也意味着需要重新去培训员工来做一些很重要的新工作,工作种类在发生改变。

  这对于德国工业来说既是机会也是挑战,因为以前可能你是一个典型的工程公司,现在要变成一个软件公司;以前你是一个产品销售公司,现在要变成服务公司,以前你是一个离散制造业的负责日常运营的流程管理公司,现在你的员工必须更为灵活地实时满足客户的定制需求。这些都是巨大的转型挑战,我们需要思考如何创造一个系统来培训几百家不同的公司,以改进他们的业绩。

  对于德国来讲这非常重要,默克尔总理经常请商业领袖讨论这方面的问题。三个月前的一个会议上,她请商业领导人来讨论德国的制造业、人工智能(AI)、如何用AI技术推动国家发展。

  为了回答她的问题,我们开始比较世界各地的AI情况,德国擅长什么,美国擅长什么,我们认为世界上唯一能够跟我们竞争或者合作的除了美国、欧洲邻国以外,就是中国。中国发展AI的方式是惊人的。

  对于德国来说,我们关注制造业,我们在B2B方面非常强,但我们的B2C行业不是很强,我们会用人工智能、机器学习和机器人来搭建基础架构,使我们能够实现定制产品和服务。人工智能技术在制造行业将会扮演重要角色,我们对此会大量投入,包括机器人、语音识别上的人机合作技术,未来人与机器交流的常态就是你与机器对话,在车间中也是如此。

  我们跟客户在多方面展开合作,但是我们每次的讨论总是从你是以何种方式、何时向哪些目标客户销售多少产品及服务开始的。这个问题很简单,但是回答很难。

  对汽车行业,你卖了多少车,什么配置,卖给了谁,什么时候卖的,再加上电动车有多少,多少卖给终端用户,多少卖给零售商,多少是共享汽车?共享经济中汽车售价多少?能否单独卖零部件?面对这样简单的问题,我们就能发现未来有多么不确定。

  任何的公司都适用这个问题。如果你是一个制造医疗设备的公司,是卖机器,还是向病人卖诊断能力?我们现在已经有公司在这么做,有德国公司过去是卖设备的,现在他们发现了一种办法来优化设备的治疗方案,使得病人的预期寿命可以延长五年,他们不再去卖设备,而是卖服务。他们卖的是一个承诺,某类病人来找我们可以多活至少五年。

  这些问题,是过去50年工业界不需要回答的问题,过去50年有很多自动化,但是没有革命。现在我们正在进入这样一个领域,要重新思考将来如何把产品和服务结合起来卖给最终用户。

  改变一切的数字孪生技术

  接下来的问题是,依靠我自己可以做到这些吗?还是要打造一个生态来实现?因为很多工程公司都不是软件公司,他们还不知道如何为产品打造软件平台。

  再下一个问题是你未来跟谁竞争?德国的汽车行业几年前就没有看到特斯拉会成为它们的竞争对手,空客在国防业务也没有看到新的太空火箭的出现。所以我们要不断问这三个问题:我们能出售什么产品和服务?什么合作伙伴可以帮我们实现目标?我们会和谁竞争?如果我们能就这些问题进行很好的对话,就能够获得一些新的见解和结论。

  我们建议德国工业界要为未来做好准备,要有智能产品,要有智能生产,卖的是产品加服务。你在卖产品时可能还没有服务,但产品用了两年以后要有服务。你的产品是一个服务平台,要用很多年,你作为一个产品制造商,能否参与到它的价值增值过程?这是新的商业模式,听上去很简单,但实施起来非常复杂,这是我们正在做的,我们跟德国企业在这三个领域同时协作。

  我们对于单个公司的建议是,为你的核心业务——软件平台——做好准备,准备好一切都要数字化,这能够带来透明、缩短周期;让你的核心产品做到个性化,从而与客户紧密绑定;然后要聚焦核心业务,你不需要做所有的事情,所以要聚焦在核心能力,强化优势。

  然后我们开始考虑即将到来的数字化革命,那就是数字化孪生。我们相信,工程和制造类企业的下一个趋势就是数字孪生。

  这是一个新的平台,你可以通过数字孪生的数字渠道去营销你的产品,可以数字化的卖给客户,可以提供数字化的制造、服务。这方面已经有一些试验项目,目前行业还没有一个一体化的解决方案,但是接下来五年内会出现。我们认为公司会有新的平台是围绕“数字孪生”产生的,它会控制公司的一切流程。

  一旦你有了数字孪生,一旦将公司运营和数字孪生连接起来,商业模式就会发生变化。你将可以发展新业务,围绕产品服务平台获得收入。

  接下来是技术基础。一个制造、工程公司要进入新时代,他们需要什么?就是这些:智能产品、智能服务、新价值和新商业模式。

  每一个公司都需要了解“数字孪生”,如何运营软件平台的操作系统;会有许多新的电子器件,需要很多传感器,还有硬件安全技术,边缘设备上的机器学习,消费化的人机交互,比如语音和数字身份传感器,从产品中搜集数据的应用程序接口(API)、还有新的制造技术比如3D打印。

  关于智能服务,需要平台,需要物联网、区块链、大数据、机器学习框架,需要数字服务工厂,因为一旦推出产品,它是一个软件平台,还需要有一个每周能给客户提供数字服务的工厂,它不能停工,也是一个新的赚钱工具。还需要一个数据空间来交易这些数据,可能是和竞争对手交易,因为你的竞争对手有你想要的数据,你也有你的竞争对手想要的数据,需要建立市场。

  同时,还要有监管,因为如果不正确地控制植入了AI的设备,对人来来说会很复杂和危险。那么就要考虑如何构建对产品行为的动态验证,因为软件一直在变。

  然后你要考虑针对客户的新的商业模式和体验,以及用户获得产品的便利性,如何为服务收费,如何建立新的商业模式。同时我们也在考虑商业的数字孪生,能否为所有的制造产品在“数字孪生”之外提供“商业孪生”,在这之下,你需要提供基于云的服务和根据顾客需求提供解决方案。

  我们正在这些领域努力,目前没有任何一个公司能够掌握所有这些环节,但这就是工业4.0在德国的未来,接下来的五年很多设想会变成现实。会有很多挑战,企业的管理层会抗拒这些变化,这很好理解,因为他们要做不熟悉的、费力的事情。还有监管,政府可以通过监管鼓励这些变革发生。还要考虑公司组织灵活性的问题,既要提供很好的产品服务和商业模式,同时还要能赚钱。你不能放弃核心业务,同时也要做新的业务,那么怎么调整公司的组织?这存在很多的挑战,但如果做得好,收益也很明显。


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