先进制造业·导读
2021年3月，世界经济论坛与麦肯锡公司合作发布《全球灯塔网络：重塑运营，促进增长》报告。报告认为，在新冠疫情冲击下， 企业数字化转型是应对挑战、实现跨越性增长的关键。报告提出，创新商业模式、充分释放产能、低碳可持续发展是推动“灯塔工厂”实现可持续增长的可行路径；采用敏捷工作方式、重视劳动力发展投资是企业摆脱试点困境、实规模化发展的重要因素，并通过具体的企业案例对“灯塔工厂”模式进行了详细介绍，最后呼吁扩大“灯塔工厂”网络部署。赛迪智库信息化与软件产业研究所对报告进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。
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作者 | 世界经济论坛、麦肯锡
编译 | 赛迪智库信息化与软件产业研究所
【关键词】灯塔工厂 第四次工业革命 数字化转型
2018年，世界经济论坛与麦肯锡公司共同倡议并正式启动了全球“灯塔工厂”网络项目。面对新冠疫情带来的数字化变革，
所有企业都受到了疫情的影响，那些不愿或无法迅速做出响应的企业将面临更大冲击。随着全球不确定性因素日益增加，更加凸显出了“灯塔工厂”企业的重要性。他们充分利用第四次工业革命技术推动商业模式创新、提高生产力、赢得市场份额、重新定义客户中心并打造绿色生产方式，不仅在变革中生存下来，而且还实现了企业的可持续发展。
(一)新增“灯塔工厂”的多样性
截至2021年3月，全球“灯塔工厂”网络新添15家不同行业的企业，总数达到69家(见图1)。全球“灯塔工厂”网络(包括其新加入成员)所涵盖的行业范围广泛多样(见图2)， 这清楚地表明，促进企业在第四次工业革命中大规模创新的决策、
转变和战略对传统制造业及其他行业都有重要意义。另外，全球 “灯塔工厂”网络涵盖各种规模的企业，从超过1万名员工到不足100 人，这有力证明了无论企业规模大小，采用第四次工业革命技术都至关重要。
图1：全球“灯塔工厂”网络：69家“灯塔工厂”
图2：全球“灯塔工厂”网络：各行业多元化网络（图中施耐德电子应为施耐德电气）
(二)“灯塔工厂”正在推行多种用例
“灯塔工厂”正在推行110个用例，其中一部分应用于各个生产基地内部(图
3)，另一部分为端到端的价值链(E2E)(图4)。在新增“灯塔工厂”中，还可以见到其他多种用例(图5)。
图3：“灯塔工厂”用例：在生产基地内部
图4：“灯塔工厂”用例：端到端的价值链
图5：新增“灯塔工厂”：下一代用例
(三)“灯塔工厂”的意义并非仅限于生产力提升
仔细研究“灯塔工厂”的成功案例就能发现，通过投资技术实现增长的企业也能够在其他方面得到提升(见图6)。在其报告中，既有工厂产量和整体设备效率的提高，也有产品成本、运营成本和质量成本的下降。在可持续发展方面，这些行业领先者也减少了二氧化碳排放量和用水量，提高了能源效率。强大的敏捷性管理有助于减少库存、缩短交付时间，从而加快上市速度和设计迭代时间。此外，定制计划促进了批量的减少。
图6：“灯塔工厂”：提升生产力，打造更多敏捷、以客户为中心的企业
2020年的新冠肺炎疫情对全球市场造成了巨大的冲击。虽然有诸多挑战，但也蕴含着大量机遇。在整个行业背景下，包括制造企业在内的各行业企业只要有意愿采取果断行动，例如提高客户体验的标准和对动态市场的敏捷反应能力，便有望把握机遇，最终实现量的增长和质的飞跃。
(一)余波将持续发酵
一是市场不确定性依旧很大。面对供需变化和客户期望依旧存在的不确定性，企业必须找到价格扩展的有效途径以保持竞争力。对此，可扩展的技术和敏捷的生产系统必不可少。
二是消费激增催生了大量需求。新冠肺炎疫情爆发导致原材料供应链波动，加之消费者选择增多、倾向于定制并渴望高质量服务，都给企业带来了巨大的生产压力。对此，企业需要准确、及时的数据分析作为支撑，以实现高效库存管理和主动决策。
(二)“灯塔工厂”引领未来发展
数字化转型已成为企业的必选策略。能够大规模实现第四次工业革命创新的企业通常拥有推动经营的可扩展技术，具有适应能力和敏捷性，可以在不断变化的高压条件下实现跨越式增长，从而进一步拉大了先驱者和跟随者之间的差距。
“灯塔工厂”通过大规模部署第四次工业革命技术，展示了数字化运营对提升生产力的价值，并创造出了可持续的盈利增长模式。传统观点认为这种转型需要高昂的成本，而“灯塔工厂”
企业则给出了截然相反的答案。他们正在探索新的发展方式，既能实现效益增长，又无需过多的资金投入。其中，数字化设备和管理应用是推动工厂生产率提高的重要方式，此外还有两种方式：一种是采用新的商业模式，另一种是充分释放劳动者和生产流程的能力。同时，这些先驱企业还发现，新的增长方式并不需要以 牺牲环境责任为代价，而恰恰相反，提高生产率的同时提高了资源利用效率，从而实现可持续性发展。
(一)创新商业模式
“灯塔工厂”企业大规模部署第四次工业革命技术进行商业模式创新。他们通过了解客户不断变化的需求，并基于敏捷生产系统高效利用资源，实现规模化定制产品的快速市场交付，抢占市场份额(图7)。例如，阿里巴巴迅犀公司将先进的消费者智能系统与一系列数字工具相结合，提供高效、高度定制化的设计和生产，与行业平均水平相比，将最低起订量减少98%。青岛啤酒厂已使用数字工具，帮助消费者订购少量定制产品，并将新产品开发周期缩短一半，同时增加了收入。强生视力保护公司通过移动端和网络平台打造了超个性化、端到端的用户体验，将患者与专家、零售商和制造商联系起来，并应用高级分析定制订单，
从而实现两位数的新客户转化率。图7：利用第四次工业革命技术实现相关KPI 增长的“灯塔工厂”占比
案例：青岛啤酒：采用第四次工业革命技术，创新商业模式，推动销售增长
面对消费者日益多样化、个性化的需求，青岛啤酒采用了新的商业模式，在整个价值链中部署智能数字化技术，以优化客户 体验、产品生产和分销体系(图8)。
转型路径：一是精准把握客户偏好，成功实现个性化营销。该公司推出了行业内首个在线定制平台，支持企业对企业(B2B)
或企业对消费者(B2C)销售渠道的定制包装。通过分析产品受欢迎的主要驱动因素以及每个产品的详细“画像”，实现按需进行定制开发。二是敏捷生产模式与自动化质量管理相结合，实现即时小批量生产的快速灵活响应。通过优化供应链规划，并基于一流的供应链分析引擎，该公司提升了配送效率，缩短了交付周期。此外，人工智能驱动的端到端规划让青岛啤酒能够快速、高效地满足客户需求。
转型效果：在数字化敏捷制造支持下，青岛啤酒缩短了交付周期和生产调度时间。通过提升需求预测的准确性减少产品变更，提高了设备综合效率(OEE)。通过规模化定制和B2C在线订购， 最小订单量减少了99.5%。通过提高对消费者偏好的了解和响应能力，青岛啤酒实现了真正的增长，并提升了其品牌认同度。
图8：青岛啤酒：采用第四次工业革命技术，创新商业模式，推动销售增长
(二)充分释放产能
“灯塔工厂”企业通过第四次工业革命技术带来生产力的提升，并有助于生产和销售的双重增长，进而推动企业释放更多潜能。企业在优化资源和基础设施的同时，也有助于发挥员工的潜力，过程中无需投入大量资本或对环境造成负面影响。例如，诺和诺德公司将数字化调度和工作管理应用程序、生产线优化、自动OEE监控和数字化性能管理相结合，充分释放产能。博世公司借助其数字化轮班绩效管理、数字化自动物料报废系统，以及由机器视觉驱动的生产周期和换线优化，在提高工人和机器产能的同时实现降本增效。宝洁公司在其美国莱马工厂采用了数字孪生和先进的分析技术，将上市速度提升了10倍。
案例：诺和诺德：采用第四次工业革命技术，提高整体设备效率，释放产能
诺和诺德采用先进分析技术、一流的数据工程和解决车间日常运营问题的应用程序，实现车间运营的优化，通过采用第四次工业革命技术带来的OEE
改进，进而释放了产能(图9)。
转型路径：一是应用数字化系统优化绩效管理。OEE数据收集系统可在几乎没有人工干预情况下，记录和归类所有效能损失。设备连接和数字化性能显示屏可以提供实时数据。通过自动测试设置减少停机时间，同时机器学习系统可以预测最优设置，实时 跟踪过程变化并提供分析。二是通过实时跟踪提升系统调度能力。通过提高机器、操作人员和技术人员的配合性，实现精细化规划 和整个生产计划的优化，进而保证资产资源的最佳配置调度，避免干扰资产规划的正常运行。此外，还能实时跟踪生产进度，并在出现偏差时发出警报。随着一线员工直接参与数字应用程序的开发，第四次工业革命技术带来的工作效率提升效果日益凸显。
转型效果：第四次工业革命转型影响深远，连通了三大数据平台和10大信息技术系统，包括改进生产线的OEE、减少计划外停机时间，提高人员效率，并创造了新的数字化工作岗位。
图9：诺和诺德：采用第四次工业革命技术，提高整体设备效率，释放产能
(三)低碳可持续发展
大多数“灯塔工厂”企业通过第四次工业革命技术提高资源利用效率，减少碳排放和水的使用，从而推动可持续发展(图10)。数字化流程与机械优化、预防性维护和生产计划等用例将继续优化资源使用效率，进而提高生态效率。同时，努力减排和其他环保措施也将促使清洁生产。
图10：生产率、增速和可持续性：第四次工业革命可提升效率，减少资源消耗
案例一：汉高公司：利用第四次工业革命技术推动可持续性影响，创立行业标杆
汉高公司采用数字孪生技术，通过数百个在线效率系统和数千个传感器，每天收集超过100万个数据点，连接并评估全球30多家工厂。基于实时数据监测系统，助力其实现到2025年减少生产基地65%碳排放的目标，并推动业内同行加入(图11)。
转型路径：直接作用方面，第四次工业革命技术的应用均产生了直接的可持续性效应。将高能耗洗衣流程(喷雾干燥)纳入数字孪生系统，并推广至整个公司的生产网络。同样，基于一个由机器学习赋能的专业系统给操作人员提供优化行动建议，进而
将效益扩充至类似网络。间接作用方面，益处同样非常多。通过“从源头到餐桌”式的可追溯机制，省去了传统产品标签;创新周期的缩短有助于避免产品过时。与此同时，数字孪生系统可跟
踪产品数据，并制定可持续发展和安全措施。最后，生产场所采用应用程序支持远程规划和监控，可减少纸张消耗。
转型效果：汉高公司基于其数字化控制网络，在其整个蒙托尔内斯工厂推广网络和物理系统的数字孪生映射，降低了成本，
加快了上市时间，并改善了碳足迹。这些措施也对整体运营产生了有益影响，包括减少废弃物、总能耗、碳排放和用水量。
图11：汉高：利用第四次工业革命技术推动可持续性影响，创立行业标杆来源：世界经济论坛和麦肯锡公司;汉高气候保护战略和目标
案例二：强生公司：采用第四次工业革命技术实现工厂碳中和，完成减排最后一步
位于瑞典赫尔辛堡的强生消费者健康公司将先进的控制设备与绿色装置相结合，降低了能耗，并成为该公司的第一家实现碳中和工厂(图12)，获得了政府的认可。
转型路径：一是推广绿色技术并更新硬件设施。该工厂通过沼气采购，实现了向可再生能源的转型，同时优先与市政和供应商合作，以支持可持续性发展。二是借助自动化系统和传感器进行智能能源管理。该工厂在提升生产效率的同时，降低了劳动力成本和资源消耗。应用机器人技术提高了OEE，借助数字孪生产品简化了供应链，降低了商品成本。
转型效果：强生公司采用上述措施成功降低了能耗，其中近五分之一的贡献率直接来自第四次工业革命技术。该工厂二氧化碳的排放量从2010年的 5000吨降至2017年的清零，此后一直保持碳中和状态。
图12：强生公司：采用第四次工业革命技术实现工厂碳中和，完成减排最后一步
推动第四次工业革命技术规模化是长期发展的关键，但大多数企业受困于过时的工作模式或创新不足，还处于试行的艰难阶段。2020年，麦肯锡公司全球制造商调查发现，存在“试点困境4”的企业在2020年已大幅上升至 74%(见图13)。那成功的 26%的先驱型企业是如何在动荡中打破僵局、成功扩大其规模的呢?
秘诀在于两个关键因素：敏捷性和劳动力发展。
图13：第四次工业革命技术规模化(2017-2020)：事实证明比人们最初预想的要困难得多
(一)采用敏捷工作方式
“灯塔工厂”企业通过采取敏捷的工作方式，在其整个生产网络和价值链快速推广第四次工业革命技术方案，以迭代方式进行创新和转型。该类企业可以密切关注供需关系和客户期望的变化，及时做出响应，并利用价值链中的通用数据模型管理生产和供应链，实现可持续发展。通过在各工厂快速部署数字化解决方案和数字化能力，企业得以快速突破整个网络上的生产瓶颈，提高单个工厂的生产率。近三年，拥有多个“灯塔站点”的企业数量增长了四倍以上，从
2018年的9家增加到2021年的36家(图14)。这些企业通过智能协调的方式推广第四次工业革命技术和工作模式，提升自身能力和敏捷性的同时，实现与其他工厂的相互促进。
图14：全球“灯塔工厂”网络中拥有两家以上“灯塔工厂”的企业(2018-2021)
案例一：爱立信：采用敏捷工作方法16周内部署三个用例， 实现快速增值
为更持续地服务当地5G客户，爱立信以创纪录的速度在美国建立了基于5G技术的数字化和本地化工厂。依靠敏捷的工作模式和强大的工业物联网构架以及数据基础，爱立信在12个月内成功部署了25个用例，其中仅用16周就成功部署了三个用例(图15)。
转型路径：一是通过多种用例路线图的方式进行快速迭代设计。爱立信确定了超过80个数字用例来改造端到端业务，通过快速迭代设计并与工业物联网供应商建立快速反馈机制，将所有用例分为六大阶段性任务。二是建立适合开发的组织架构。爱立信在最小可行性产品(MVP)阶段推出了7个用例，基于推出这些用例所需要建立或获取的产品调整自身架构体系，并不断精简团队来部署新用例。
转型效果：这些措施提高了每位员工的产出，减少了物料的人工处理工作，并通过集成的环境系统减少能耗、用水量和二氧化碳排放量。
图15：爱立信：采用敏捷工作方法16周内部署三个用例，实现快速增值
案例二：施耐德电气：在80多个互联生产基地内推广第四次工业革命技术
2017年，施耐德电气开始在五个生产基地部署其第四次工业革命战略，目前正在扩展到80多个生产基地(图16)。
转型路径：一是建立组织机制。打造数字化转型办公室，组织内外部人才以敏捷的工作模式为整个企业提供转型路线图，并整理用例的优先应用排序与开发，建立起自上而下的第四次工业革命全球数字战略。二是打造标准化平台。通过标准的信息技术/运营技术(OT)平台，实现第四次工业革命战略的快速横向部
署，避免数字战略推广中的延迟和瓶颈。三是促进劳动力发展。施耐德成立了数字学院，专注于员工能力建设，并让从车间到高层的每一位员工都参与到第四次工业革命转型过程。
转型效果：提高了劳动生产率以及客户按时足额交付率，同时减少了废品成本、二氧化碳排放量和能源消耗总量。
图16：施耐德电气：在80多个互联生产基地内推广第四次工业革命技术
(二)重视劳动力发展投资
“灯塔工厂”企业将员工视为第四次工业革命转型的核心， 注重包容性增长和员工发展。通过员工培训、再培训和技能提升，
让员工为第四次工业革命做好准备，并提高自身能力。分层级提高员工技能等策略可让员工与企业同步发展，并直接参与到转型中，而且也为员工提供了未来创新所需的专业知识。
案例一：西门子：制定与岗位职责相匹配的第四次工业革命技能路线图
为达到生产效率的目标，西门子德国安贝格工厂采取了精益数字化工厂的方法，将工厂产量增加了140%，并实施了一项针对员工个人发展的技能提升计划。
转型路径：一是明确第四次工业革命技能路线。包括基于机器人物流系统提高劳动效率;使用数字工程优化各项工作；采用人工智能驱动的流程控制提高工作进度;用预防性维护系统提高OEE；通过远程质量优化分析平台提高流程质量。二是制定基于技能路线的员工技能提升路径。将各个岗位与第四次工业革命技能路线图紧密结合，为每位员工量身定制技能提升路径(图17)。三是开展相关技能培训。通过与高校合作、组织内部学习以及有针对性的培训以提升员工技能。
案例二：惠普公司：使用第四次工业革命优化技术，为员工创造技能提升的机会和任务
为了迎接产品复杂性增加与劳动力短缺带来的质量和成本的双重挑战，实现重点打造全国高附加值制造业的愿景目标，新加坡惠普公司将劳动密集型、被动型的手工工作转向高度数字化、自动化的工作以降本增效，并重点关注员工的技能提升。
转型路径：一是针对市场挑战开展任务职责的转型。使用第四次工业革命技术优化生产流程，替代原有大量的手工任务，为员工技能提升提供新的空间和机会。例如，操作人员变成了技术操作人员，能够执行之前由委派技术专家才能胜任的复杂工作，
并不断拓展这种任务转移链。二是开展相关技能培训。与西门子公司一样，通过与高校合作、组织内部学习以及有针对性的培训以提升员工技能。
图17：“灯塔工厂”：提升劳动力的操作技能，适应第四次工业革命
全球“灯塔工厂”网络项目启动以来，见证了第四次工业革命技术的快速发展。先驱型企业的第四次工业革命之旅，首先是实体工厂率先开展大规模用例部署，进而逐步延伸到整个端到端价值链，并将这种变革创新拓展到制造业加工以外的范畴。目前，行业先驱型企业正在更广泛地扩展第四次工业革命技术，将“灯塔”模式扩展到所有行业。这是第四次工业革命的自然迭代，也是第四次工业革命不断向更广泛的工业领域扩展的过程。
通常来说，第四次工业革命技术的部署涉及三个方面：生产网络、端到端价值链和保障性功能领域，转型不断深化并推动实现企业整体转型(图18)。这些“灯塔工厂”，在重新定义制造业新格局的同时，引领和激励其他企业大力部署第四次工业革命技术，进而实现推动组织整体层面转型、将第四次工业革命大范围地推广至全部行业的未来愿景。
图18：企业全面推广第四次工业革命
译自：Global Lighthouse Network: Reimagining Operations for Growth, March 2021
by the World Economic Forum, in collaboration with McKinsey & Company