白皮书全球“灯塔工厂”网络： 来自第四次工业革命前沿的 最新洞见2019 年 12 月与麦肯锡公司合作撰写本白皮书由世界经济论坛出版，致力于推动某一项目、某一领域洞见或某种互动的发展。报告中的发现、诠释和结论均在世界经济论坛的促进和支持下合作完成，但未必代表世界经济论坛或人员全部成员、合作伙伴及其他利益相关方（包括审核人员）的观点。3全球“灯塔工厂”网络 ：来自第四次工业革命前沿的最新洞见目录前言 4执行摘要 5第一部分：第四次工业革命前沿洞见 6第四次工业革命方兴未艾，却未成星火燎原之势 6领军企业与其他制造商之间的差距日益拉大 6全球“灯塔工厂”网络 第四次工业革命 6转型的指路明灯第四次工业革命：进程评估 6第二部分：快速获得规模效应的秘诀 15采用全新方式运营的“灯塔工厂” 15规模化扩展的核心推动因素是成功的关键 15敏捷工作方式支持持续迭代 15技术生态系统带来更大程度的协作 15工业物联网学院提升员工技能 15选择可扩展的工业物联网 / 数据基础架构 15敏捷数字工作室激发创意 17转型办公室支持整个企业的变革 17“灯塔工厂”案例分析 17Fast Radius ：集成工业物联网的数字化后台办公 17联合利华的敏捷冲刺团队 17工业物联网学院推动 Petkim 的第四次工业 17革命转型第三部分：深入解读端到端“灯塔工厂” 19端到端“灯塔工厂”的三种价值驱动方式 19“灯塔工厂”案例分析 20海尔：将客户作为产品生态系统的核心， 20重塑客户关系上汽大通：让客户参与产品配置 21Phoenix Contact ：提升数据透明度以 22创造更大价值施耐德电气：要跨职能协作，不要部门隔阂 23点亮制造业的未来 23第四部分：以人为本的未来生产 24“灯塔工厂”为第四次工业革命转型做好人才准备 24利用技术和数据，增强一线员工的创新能力 25积极主动建立技术能力和软实力，培养管理人才 25调整组织架构，促进第四次工业革命的转型 26实施新的工作方式，如敏捷工作方式和 26提高透明度通过自动化和数字化技术改进日常装配和操作任务 27提高一线解决问题和协同合作的水平 27第五部分：行动呼吁 28到 2025 年实现生产制造碳中和 28在生产网络中推广技术并惠及中小企业 28投资于能力建设和终身学习 28升级监管、政策和工业发展战略 28附件：从内部视角一窥全球“灯塔工厂” 29爱科 / 芬特：生产高复杂度、低批产量产品 29福特奥特桑：领导者和推广者驱动的数字化转型 29汉高：高质量、低成本的可持续发展 30强生：缩短上市时间、改善客户体验 31Petrosea ：弥补高技能劳动力短缺 31雷诺集团：从一个工厂到多个工厂的跨越生产网络 32的规模化转型 上汽大通： C2B 大规模个性化定制和商业模式创新 33潍柴：优化端到端产品开发 33Zymergen ：利用第四次工业革命改造生物技术 34的数字化原生企业贡献者 36项目团队 37尾注 38前言在人类进程的鸿篇巨制中，第四次工业革命这一新篇章定将浓墨重彩。创新技术所蕴含的深刻变革力量，正推动着可观的经济发展和社会进步。到 2025 年， 第四次工业革命预计将创造高达 3.7 万亿美元的价值1。2017 年，世界经济论坛意识到先进制造技术的无穷潜力。随着企业开展技术试点并取得一定成功，世界经济论坛最初筛选出 40 项先进制造用例。 2018 年，世界经济论坛对 1000 多家工厂进行了全面筛选。在第四次工业革命的大背景下，有 16 家工厂在运营和业绩上实现了质的双飞跃，因而被评为先进制造领域的领跑者2。他们成功跨越试点阶段，一举斩获先进制造领域的“灯塔工厂”殊荣。2019 年，全球“灯塔工厂”网络新添 28 名成员。在这一网络中，企业不仅能够相互学习与协作，还能为全球制造业共同设定新基准。在这 28 个新成员中，有 14 家被视为打通端到端价值链的“灯塔工厂”（以下或简称端到端“灯塔 工厂”）。他们实现了从供应商到客户的全流程创新，所获价值远超实体工厂范畴。这些领跑第四次工业革命的“灯塔工厂”分布于全球各地的各个行业，他们通过优化业务流程，改变了生产部门员工的工作方式和使用技术方式，实现了运营系统的创新，为日后建立企业层面的现代化运营系统提供了成功范例。因此，如何扩大规模和吸引员工参与成为了两大焦点。不少制造商正向着技术转型大步迈进。不过，大多数企业还是受困于“试点困 境”，无法充分发挥技术转型的全部潜力3。鉴于领跑者与其他制造商之间的绩效差距日益拉大，对该运营系统进行有效部署，并善用这些价值驱动因素的重要性可见一斑。此外，所有“灯塔工厂”都十分清楚，以人为本才是核心。通过充分赋能员工，他们能够有效发挥技术的全部潜力。过去几年，我们与部分先进制造商展开了密切合作，找到了其他制造商之所以落后于领跑者的关键原因。本报告对这些原因进行了详细阐述。对那些身处“试点困境”的组织而言，紧跟领跑者至关重要。稍不留神，他们就会在第四次工业革命的浪潮中落于人后。Francisco Betti “塑造先进制造 与 生产的未来”项目负责人Enno de Boer 麦肯锡 全球董事合伙人，制造业项目全球 负责人5全球“灯塔工厂”网络 ：来自第四次工业革命前沿的最新洞见执行摘要过去三年，一批领先制造商在第四次工业革命技术的应用上进展瞩目，因而荣登“灯塔工厂”之榜。纵观“灯塔工厂”的发展脉络，不难看出，他们的数字化旅程都始于运营系统的转型。随后，依托物联网集成与员工技能重塑等驱动因素，数字技术得以实现规模化发展。“灯塔工厂”愈发耀眼，但其他制造商对领军企业的追赶却日渐乏力。“灯塔工厂”不仅数量与日俱增，发展态势也如火如荼。所有“灯塔工厂”都已在工厂层面成功转型。不过， 14 家“灯塔工厂”异军突起，打通了端到端价值链，将第四次工业革命的创新旅程拓展到实体工厂范畴之外。这些端到端“灯塔工厂”证明，若是突破实体工厂的局限，创新思维的广泛应用将带来巨大潜力。对端到端“灯塔工厂”进行深入剖析后，我们发现，无论是生产效率、运营成本还是上市速度，均实现了可观的改善 。在提升企业价值的方法上，有三点尤为值得关注： 1）以客户为中心进行流程设计； 2）实现跨职能的无缝连接； 3）在组织间，甚至是供应链层面打造持续连接。这些价值驱动因素虽半新不旧，但从组织的应用角度而言，第四次工业革命带来的广度可谓史无前例。效率提升后，资源浪费、材料消耗和废弃物排放都相应减少，为环境的可持续发展增砖添瓦。对制造商而言，实现从采购到交付的全过程转型绝非易事。毕竟，大范围的数字连接会牵扯到很多复杂的因素，利益相关方也可能各自为政。因此，企业必须打破“部门孤岛”，与外部利益相关方共享数据，并积极进行能力建设。上述措施都彰显了人在技术应用中的重要性。转变人员的的合作方式至关重要。“灯塔工厂”多管齐下，采用多种举措支持其员工。企业与技术联手，在能力建设、组织结构调整、新型工作方式开发方面大力投资。员工的职责与技能需求瞬息万变，有鉴于此，“灯塔工厂”在技能培训上展开了深思熟虑的投资。他们与多家大学和其他教育机构建立了合作关系，从外部获取知识和人才。“灯塔工厂”坚持以人为本，通过赋能充分实现员工潜力，并让技术物尽其用。这也充分证明，第四次工业革命是一项关乎人的创新革命，其核心是以人为本。全球“灯塔工厂”网络4提供了一片独特的空间，让所有企业都能通过部署技术，重塑劳动力，摆脱“试点困境”来分享和学习最佳实践，培养新型合作关系，并加速向未来制造转型。6 全球“灯塔工厂”网络 ：来自第四次工业革命前沿的最新洞见第一部分： 第四次工业革命前沿最新洞见第四次工业革命方兴未艾，却未成星火燎原之势制造业的第四次工业革命如火如荼，受其影响的组织数量日渐增多。借助先发优势，不少企业成功抢占先机。自 2016 年以来，世界经济论坛就与麦肯锡公司展开合作，共同追踪世界范围内的先进制造进程，识别其他制造商之所以落后于 “灯塔工厂”的关键原因。领军企业与其他制造商之间的差距日益拉大不少制造商正向着技术转型大步迈进。不过，多达 70% 的企业还是陷第四次工业革命的 “试点困境”：他们努力应用先进制造技术，却难以收获理想的投资回报，运营方面的关键绩效指标（key performance indicator，简称 KPI）也不见改善5。绩效方面的巨大鸿沟已日渐明显：在生产率、效率和增速方面，领军企业与其他制造商之间的差距日益拉大；也许，整个行业很快就会陷入“非赢即输”的两极分化局面。第四次工业革命转型已经刻不容缓。企业若想保持竞争力，就必须拥抱变革。全球“灯塔工厂”网络 第四次工业革命转型的指路 明灯为了缩小领跑者与落后者之间的差距，并加快先进制造技术的普及，世界经济论坛于 2018 年携手麦肯锡启动了全球“灯塔工厂”网络项目6。在使用第四次工业革命技术推动工厂、价值链和商业模式的转型方面，该网络中的制造商均展现出了卓越的领导力。他们也因此斩获了业绩、运营和环保方面的傲人回报。世界经济论坛在识别 “灯塔工厂”的过程中运用了综合全面的筛选流程。基于切实可见的成果和用例，全球多个行业的 1000 多家公司得到了评估。评选结果被提交至由世界领先的第四次工业革命专家组成的独立委员会，进行最终 甄选。如今，“灯塔工厂”网络的成员正在积极开展跨行业学习，生成和分享有关最佳用例、路线图和组织做法的洞见，以便在大规模部署先进技术的同时，向着以人为本、兼收并蓄、可持续发展的制造业转型。第四次工业革命：进程评估2019 年，全球“灯塔工厂”网络新添 28 名成员，总数升至 44 家。这些工厂正在引领第四次工业革命技术的普及，包括数字化、自动化、高级分析和预见性分析、虚拟现实和增强现实以及工业物联网（IIoT）等。从新增的“灯塔工厂”中我们发现，他们尤其关注打通打通端到端价值链。同时我们还发现，一些企业开始将其“灯塔工厂”的创新运营系统推广到其他制造工厂中。他们也在最大化地利用技术进步，期望重塑整个客户旅程。行业标准正随着更多“灯塔工厂”的加入水涨船高。与此同时，这也验证了一点：第四次工业革命技术的普及能够带来诸多效益。数字技术的应用若能突破实体工厂的范畴，进而在整个价值链发力，那么企业的敏捷度和产品上市速度将得到极大提升，大规模个性化定制机遇也将不胜枚举。此外，这些用例还有效地证明：即便没有大量持续的资本投入，数字化转型仍旧可以实现。7全球“灯塔工厂”网络 ：来自第四次工业革命前沿的最新洞见截至 2020 年 1 月 10 日 ，全 球 “灯塔工厂”网络成员增至 44 位端到端“灯塔工厂”单个生产场所“灯塔工厂”UPS 参股的 Fast Radius增材制造，美国2Zymergen生物科技公司生物技术，美国1强生视力健医疗设备，美国3MODEC油气，巴西5雷诺集团汽车，巴西4强生 DePuy Synthes医疗设备，爱尔兰6葛兰素史克制药，英国7施耐德电气电子元件，法国8雷诺集团汽车，法国9塔塔钢铁钢铁制品，荷兰10汉高消费品，德国11Phoenix Contact工业自动化，德国12爱科农业设备，德国13宝马集团汽车，德国16宝洁消费品，捷克17拜耳制药部门，意大利15英飞凌半导体，新加坡27Sandvik Coromant工业设备，瑞典18Arçelik A.家用电器，罗马尼亚20Petkim化学品，土耳其21沙特阿美天然气处理，沙特阿拉伯23联合利华消费品，阿联酋24塔塔钢铁钢铁制品，印度25施耐德电气电子元件，印度尼西亚28Petrosea采矿，印度尼西亚30丹佛斯工业设备，中国33富士康工业互联网电子设备，中国31福田康明斯汽车，中国32海尔电器，中国41博世汽车，中国38海尔家用电器，中国36潍柴工业机械，中国34宝洁消费品，中国39上汽大通汽车，中国35宝山钢铁钢铁制品，中国40浦项制铁钢铁制品，韩国42通用电气医疗医疗，日本43日立工业设备，日本44111111678911122212324252931324327293052311428Rold电子元件，意大利14诺基亚电子设备，芬兰19福特奥特桑汽车，土耳其22西门子工业自动化产品，中国26美光半导体，新加坡29强生 DePuy Synthes医疗设备，中国372229303133343536403937 38622271316111712108914151819212220263332414344423634373135384039图 1 ：全球“灯塔工厂”网络8 全球“灯塔工厂”网络 ：来自第四次工业革命前沿的最新洞见图 2 ：“灯塔工厂”正在重设行业基准资料来源：麦肯锡公司Key performance indicator improvements ¹Overall equipment ef_fectivenessSource: McKinsey & Company Lighthouse analysisE2E lighthouses are able to leverage digital technology to generate impact beyond productivity to build a more agile and customer-focused organization.0 100 2000 100 2002019LighthousesExhibit 3 of 5观察到的影响范围， %生产效率 工厂产出增加单个生产场所的“灯塔工厂”端到端 “灯塔工厂 ”可持续性 浪费减少定制化 配置精度提升批量减小敏捷性 库存降低上市速度 上市时间缩短设计迭代时间减少交货时间缩短用水量减少换线时间缩短生产效率提高OEE¹ 增加产品成本降低运营成本降低质量成本降低能源效率观察到的影响范围， %¹设备综合效率（OEE）0 100 2000 100 2002019“灯塔工厂”关键绩效指标改进效果生产效率 工厂产出增加单个生产场所的“灯塔工厂”端到端 “灯塔工厂”可持续性 浪费减少定制化 配置精度提升批量减小敏捷性 库存降低上市速度 上市时间缩短设计迭代时间减少交货时间缩短用水量减少换线时间缩短生产效率提高OEE¹ 增加产品成本降低运营成本降低质量成本降低“灯塔工厂” 在重设基准。图 2能源效率上图总结了“灯塔工厂”或端到端“灯塔工厂”在业绩和运营 方面受到的影响范围（百分比）。所有数据点都取自 44 家“ 灯塔工厂”中的一家或几家。通过数字连接，端到端“灯塔工厂”能打通整个价值链，消除各职能间的壁垒，并拓展工厂内的数字化运营规模。端到端“灯塔工厂”在最大化地利用技术进步，不断突破实体工厂的范畴，重塑整个客户旅程。对全球“灯塔工厂”网络中企业实施的解决方案稍作甄选，便可形成一个工具箱。在整个端到端的价值链中，全球“灯塔工厂”网络的最佳数字化用例已经达到 92 个之多，囊括了供应网络对接、端到端产品开发、端到端规划、端到端交付、客户对接，以及可持续性等方方面面。随着第四次工业革命的进一步成熟，工具箱的内容也会日渐丰富。此外，“灯塔工厂”创建的全新运营系统可在最短的时间内以最小的成本添加更多数字化用例，与采用传统运营系统的企业相比，他们拥有更高的投资回报率（return on investment，简称 ROI），因此竞争优势也更为明显。关键绩效指标改进效果9全球“灯塔工厂”网络 ：来自第四次工业革命前沿的最新洞见图 3 ：工具箱 贯穿端到端价值链的 92 个第四次工业革命数字化用例（包括制造环节）用于制造关键零件的实时定位系统（RTLS）通过对线路 PLC 进行大数据分析来优化周期时间 指示灯引导组装顺序通过混合现实实现数字标准工作和培训应用于流程优化的高阶工业物联网人工智能驱动的过程控制数字精益工具 （例如，电子看板、电子安灯、 电子 Spaghetti）人工智能引导的机器性能优化数字化赋能的可变生产节拍时间数字化赋能的模块化生产配置扫描以替换并提高高成本三坐标测量仪的性能自动在线光学检测来取代最终产品手动检测数字化的工作指导和质量功能数字化具有集成工作流的生产线操作的标准程序混合现实眼镜来指导操作员进行在线 检查现场质量问题整合，实现优先级判定和根因分析来支持解决问题物联网赋能的制造质量管理数字质量审核通过预测分析实现质量提升通过预测分析实现能源优化 工业物联网实时能源数据整合和报告 仪表板基于传感器的数据收集用来进行能源 管理数字装配与加工 数字质量管理数字化可持续发展制造环节用于远程生产优化的高阶分析平台用于监控 OEE 的数字仪表板用于远程生产优化的数字孪生企业生产智能系统升级进行运营管理将机器数据与企业软件连接的集成平台实时资产性能监控和可视化基于传感器的生产 KPI 报告数字工具来增强员工之间的互联专为车间设计的数字化招聘平台可持续性的数字孪生数字化赋能的人机匹配数字绩效管理通过传感器分析实现操作的成本优化机器报警集成，实现报警的优先级判定和根因分析来支持解决问题基于历史和传感器数据的预见性维护数据整合基于边缘传感器的实时综合成本优化使用增强现实来进行远程支持用于根本原因波动识别的高阶分析平台数字设备维护10 全球“灯塔工厂”网络 ：来自第四次工业革命前沿的最新洞见通过端到端供应链网络整合需求对应该成本进行建模，以支持自产与购买决策 由支出智能和自动支出多维数据集支持的高阶分析型采购端到端实时供应链可视化平台供应商和材料质量跟踪基于数字化标签的表面扫描来实现零件可追溯性数字供应商绩效管理人工智能加速工厂间的数字应用推广与设备供应商进行联合数据分析来实现流程优化动态交货优化 机器人技术促进物流运营数字跟踪和追溯物流的资产利用和堆场管理无人工介入全自动订单管理数字化拣货和运输 车队资产的预见性维护运输“滴滴化” 基于实时约束条件的先进运输计划数字物流控制中心互联设备跟踪和衡量消费者行为大规模定制和 B2C 在线订购通过新的交付解决方案实现向各地的 客户配送用最终用户界面来配置和订购产品， 同时跟踪配送智能包装RFID 支持的客户分析通过在线社区获取客户洞见基于 GPS 的地图和客户定位3D 打印互联设备跟踪和衡量产品性能客户系统的数字孪生3D 打印用于快速样品设计用于产品设计和测试的 3D 仿真 / 数字孪生测试自动化利用高阶分析对从创意到上市全过程的绩效管理使用机器人进行产品开发大数据 / 人工智能赋能的产品设计和 测试虚拟现实支持样品设计通过产品全生命周期实施数字线程快速外包样品设计众包与竞争来开发数字解决方案需求预测实时 S&OP 实时库存管理（内部 / 外部）使用数字孪生进行动态生产计划安排动态网络优化预见性库存补货利用分析进行动态仓库资源规划和调度动态仿真用于仓储设计 无人工介入主生产计划（分配给工厂）数字化综合业务规划 闭环规划 端到端实时供应链可视平台利用高级分析优化制造和分销布局利用高级分析优化生产计划供应网络连接性端到端交付客户连接性端到端产品开发端到端规划端到端价值链