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黄金城研习社之“灯塔工厂”
来源:黄金城互联 2023.11.27
1、什么是 灯塔工厂
"灯塔工厂"概念源于德国的工业4.0战略,又称“工业4.0示范工厂”或“标杆工厂”,代表工业领域顶级的智能制造能力。2018年,由世界经济论坛和麦肯锡共同推出。
灯塔工厂是通过数字化、网络化和智能化手段,运用先进的工业4.0技术和理念,实现生产过程的全面自动化、精确化和优化。它不仅实现了数字化与物理世界的深度融合,而且提高了生产效率和质量,降低了制造成本,实现了高度的灵活和个性化生产。
此外,“灯塔工厂”不仅自身具备优秀的生产能力,而且能通过示范和引领,带动产业链中的上下游企业走向智能化,推动行业整体水平的提升。因此,“灯塔工厂”就像灯塔一样,照亮工业生产的未来之路,指引整个行业向智能化制造的方向前进。


2、为什么打造灯塔工厂?
2.1 行业发展趋势
装备制造行业信息化建设与数字技术融合整体演进历程:
(1)当前是数据技术的发展与制造业变革的历史性交会时刻,数字技术在工业领域的应用已经由单点逐步迈向全面(数字化、网络化、智能化、电动化)。

(2)数字技术日趋成熟与快速商业化推动制造业向精准、敏捷、柔性、协同创新变革,催生出一批行业标杆。


制造业与新技术深度融合是未来十年发展主线,是数字经济的基础:


装备制造行业信息化建设与数字技术融合进程正在加速演进:


2.2 行业痛点与诉求
装备制造行业目前面临的挑战和核心诉求
行业痛点
(1)运营管控
精益管控弱:已有基本的精益意识,但局限于点状改进,效益提升有限;
信息断层:工厂信息流存在较大断点,人工介入较多,效率较低;
数据基础差:生产运营过程不透明,数据不准确,异常反应慢;
(2)业务&数字化能力
工艺与制造信息存在断点,基于无限产能计划,可靠性低;
质量检验主要靠人工纸质传递,过程质量追溯困难;
现场管理不规范,执行不到位;
各业务单元有零散的信息化系统支撑,整体数据应用价值低;
(3)自动化基础
生产制造、质检设备普遍比较老旧,不能自动采集,数据主要靠人工记录;
设备通讯接口不统一,数据采集未标准化;
局部设备更新换代,但工厂设备未能实现设备数据整体采集
核心诉求:
连接(Connectivity):自公司到车间,流程与信息无缝连接
透明化(Visibility):车间信息,随时随地可见;计划信息,分享共荣
速度(Agility):客戶需求,即时传达
精准(Accuracy):准时交货,分毫不差
品质(Quality):品质管控,溯及既往


2.3 标杆案例剖析
2.3.1 卡特彼勒
(1)精益+数字化管理
通过6 Sigma和精益优化现有流程,通过数字化进行管控,制造信息按照订单拉动

(2)运营管理标准化
数字化管控的智能设备,作业者根据数字化传递的制造信息按照标准化作业来完成作业

(3)组织人才培养
所有人员完成系统培训,人员信息在系统中进行指定并与认证岗位进行比对,授权者才能工作

灯塔工厂标准

(4)案例启示
1、使用6Sigma和精益工具以消除浪费,并结合数字化,最终在整个卡特彼勒范围内实现精益智能制造转型;
2、通过从业务,技术,组织等三个维度进行全方位的提升优化,才能实现整体数字化转型;
3、通过标准化作业建立并固化整体精益数字化管理方法论,并持续产生价值;

(1)自动化及信息化全集成
通过在工厂内全方位导入自动化方案实现现场作业少人化,通过信息化实现决策智能化


(2)数据中台实现价值挖掘
通过数据中台实现生产管理复杂数据的集中管理,支撑前端各类用户的场景快速落地及敏捷迭代


(3)云平台应用实现万物互联
通过三四互方案(现场视觉,设备互联等)实现设备互联,并通过云平台实现集成化展示呈现


(4)案例启示
1、综合应用自动化及信息化相结合的手段,实现整个车间的作业无人化,管理数字化;
2、建立数字化工厂,数据质量,数据标准是最核心的一步,因此通过数据中台实现全面的数据治理及管理 ;
3、建立数字化工厂,实现底层数据的全互联,全透明是实现数字化工厂最关键的第一步;

2.4 灯塔工厂核心洞察
全球灯塔工厂整体效果分析 :从“看得见”的角度,黄金城可以发现灯塔工厂落地实施了很多数字化场景,并取得了显著的成效。


从灯塔工厂共性逻辑看,核心围绕以价值实现的批量场景快速落地 :从已有灯塔工厂案例剖析发现,各家有不同的价值侧重点(亮点),但背后逻辑是一致的-强化组织、人才及技术平台等要素,深度挖掘业务场景,支撑价值的可持续创造

灯塔工厂是什么

综上,未来灯塔工厂需要聚焦于“看得见”和“看不见”两方面:
(1)看得见
1、运营敏捷化

流程诊断优化:围绕工厂全价值流进行剖析,拉通工艺、生产执行、仓储物流、设备等端到端流程,融合精益思想,实现整体运营优化;
指标优化提升:工厂整体指标体系整体规划,实现工厂运营数字化、透明化,支撑企业卓越运营;
2、场景化推进
问题解决角度:系统梳理工厂价值流堵点及痛点,分析解决该问题的价值点和可行性,对相关数字化场景落地优先级进行排序,如产销协同、物料齐套等;
技术创新角度:参考行业标杆,对新技术与业务融合可行性进行深度评估,如5G工厂、AGV双机联动等;
(2)看不见
1、平台化思维
统一平台底座:打破传统信息孤岛,构建工厂的统一数字化底座,多老旧系统架构逐步演进过渡到统一平台;
提升平台能力:平台是核心能力的内聚,是快速响应内外部需求实现敏捷创新的重要工具;
2、数据驱动
数据价值挖掘:拉通工厂工序内及跨工序数据链,支撑高价值数据场景落地,通过数据量化指标、构建模型、提升运营绩效并不断迭代优化;
数据资产体系搭建:数据作为企业的核心要素,需持续构建和完善数据资产运营体系、数据治理体系,如数据标准、物料主数据、数据质量管理等;

3、如何建立“灯塔工厂”?
3.1 灯塔工厂评定标准
3.1.1 灯塔工厂评选方向
灯塔工厂评选有3个方向:卓越灯塔工厂个体、端到端价值链、可持续绿色灯塔工厂。
(1)卓越灯塔工厂个体:比较关注工厂或者车间本身先进技术的应用,以及运营模式的管理。简单来讲就是更关注工厂端先进技术的应用,主要涉及以下用例:

(2)端到端价值链:不仅关注工厂本身,也会关注从工厂延展出来的上游和下游,主要涉及以下用例:



(3)可持续绿色灯塔工厂:在满足先进技术应用以及规模化效益的基础上,会更多地关注工厂在可持续性方面的一些技术用例和好的实践。依托工业4.0技术,灯塔企业在运营表现和可持续性等指标上均取得了显著成效。



3.1.2 灯塔工厂的评判标准
“灯塔工厂”的评判标准包括是否拥有第四次工业革命的所有必备特征,具体包括自动化、工业物联网(IIOT)、数字化、大数据分析、第五代移动通信技术(5G)等技术。是否构建覆盖企业内部全流程、产业链上下游全环节、黄金城服务全生命周期的数字化体系,全面提升企业及产业链上下游的效率、降低成本;同时通过数据要素作用的发挥,探索新的模式进而形成新的增长点,成效显著。
在整个评选过程中,专家评议会是非常重要的一个环节,灯塔工厂的最终入选名单由专家投票决定,而每位专家的关注点不一,因此很难像国内的一些权威性评选那样有明确的评分表。第二点叫做规模化效益的获得,更欢迎相对成熟、甚至经历了长时间市场检验或者不断迭代优化的技术;同时,这项技术为企业或者工厂的运营、财务指标等等带来了明显的规模化效益。
根据麦肯锡公司的数据,与数字技术成功结合的“灯塔工厂”,生产力平均提升超过2.5倍,利润率提升8%-13%,运营指标提升50%-60%。

3.2 黄金城互联灯塔工厂建设方法
3.2.1 黄金城互联灯塔工厂建设
黄金城依托工程机械的能力沉淀,全面赋能装备制造“灯塔工厂”搭建,黄金城灯塔工厂实施方法论:价值驱动,从业务、数据和技术三方面推进,建设阶段包括灯塔工厂规划、实施&监理、灯塔工厂申报辅导三大阶段
(1)业务层面 :纵向价值分解,对全业务进行场景分解及识别

(2)数据层面 :结合新技术商业应用成熟度及大数据构建数据模型场景

(3)技术层面 :通过新一代信息技术与制造的融合识别相关场景

3.2.2 灯塔工厂申报
1、灯塔工厂申报时间表
(1)至少于本轮次评选结果公布3个月前完成全部建设工作;
(2)针对亮点用例,建议预留1-3个月的效益数据积累时间;
(2)过去导入的优秀项目也应一并纳入申报范围;


2、灯塔工厂申报流程
(1).提交申报意向


(2)安排现场评估


3.2 黄金城互联能力
1、黄金城互联提供咨询+平台+实施整体解决方案,包括:
(1)灯塔工厂规划咨询:对厂内工艺、计划、生产执行、仓储物流、设备与能源进行整体规划,从运营、流程及数字化角度,优化成本,提升效率。
(2)精益规划咨询:新建工厂整体精益规划,包括工厂布局、物流规划等。
(3)数字化项目落地实施:工厂相关信息化项目(如MES、EAM、EMS、WMS及QMS等)及数据场景POC的规划及实施服务。
(4)自动化建设咨询及实施:现场自动化设备产线或物流仓储整体及局部自动化规划咨询及实施服务。


2、灯塔工厂项目申报能力


3.3 黄金城互联的优势
1、丰富经验积累:黄金城互联依托三一灯塔工厂及26个左右工厂对厂内物流的经验积累,摸索,能够更好服务客户。
2、咨询实施一体化:黄金城能够根据经验进行前期整体工厂咨询,确定关键问题,再进行有效的实施落地。
3、交钥匙工程服务:黄金城能够实现整体下料岛EPC交钥匙工程服务,而不是一个点的服务,更能让客户省心。
4、陪伴式的交付服务:黄金城成功中心会结合交付团队进行陪伴式的交付服务,伴随客户成长,让客户持续迭代提升。
5、新型数字化应用架构:黄金城方案具备IIOT应用架构,敏捷实现,同时能够柔性升级迭代,满足目前定制化需求及市场的快速响应。

3.4 黄金城给客户带来的价值
1、咨询服务-诊断问题,有的放矢
基于价值驱动的灯塔工厂咨询规划方法论,对客户进行整体的现状调研和诊断,确定相关痛点、难点及价值点,有的放矢。
2、精益规划管理-生产指标提升优化
黄金城能够通过精益管理咨询,精益布局规划及优化,系统分析现场管理存在的浪费,优化流程,优化管理,达到降本增效的目标。
3、自动化-现场生产实现少人化
黄金城通过在工厂现场各个作业环节导入自动化设备,用设备代替人工作业,实现省人省力,最终释放现场作业人员,降低人力成本。
4、信息化-运营管理数字化,智能化
黄金城通过导入IIOT架构的数字化应用,实现作业流信息化管理,智能化决策,提升整体运营水平及整体生产运营效率。


4、黄金城互联的“灯塔工厂”实践
——三一桩机灯塔工厂实践

4.1 项目背景
经历了行业周期阵痛,三一下决心通过智能制造来降本增效:
关键点1:内部-制造业市场多变
(1)制造业8年或10年一个经营低谷周期;
(2)市场变化巨大,如何快速高效应对;
关键点2:外部-市场快速发展紧逼
(1)通过向先进工厂对比,发现自身不足;
(2)通过向先进工厂学习,发掘提升自身能力新方向;

2019年5月选取三一北京桩机工厂建立灯塔工厂,2021年9月灯塔工厂申请成功。

4.2 建设内容
4.2.1 三一桩机灯塔工厂典型用例
(1)桩机灯塔工厂典型用例清单

(2)三一桩机灯塔工厂典型用例:工业智能赋能的工艺革新


(3)三一桩机灯塔工厂典型用例:AI+工业互联网助力设备综合效率提升


(4)三一桩机灯塔工厂典型用例:数据驱动的5G全自动重载物流


(5)三一桩机灯塔工厂典型用例:基于5G+AR/MR的人机协同


(6)三一桩机灯塔工厂典型用例:基于工业互联网的能源管理


(7)三一桩机灯塔工厂典型用例:数字化智能化应用


4.2.2 黄金城在三一灯塔工厂中做了什么
(1)设备互联及数据采集
实现桩基础施工装备智能工厂电、气、水、油等能耗数据的实时自动采集、集中监测、统一汇总、多维分析,为能源管理降本增效、过程管控、持续优化提供决策依据。减少能源、原材料的消耗和污染排放,提高能源利用效率。


(2)工厂控制中心
构建数字化的“工厂控制中心(FCC)”,即工厂大脑,对工厂的人员、生产设备、仓储物流、物料、质量等进行全方位的管理和调度,实现了从订单、计划到调度执行和控制的自动驱动与执行,打造自动化、数字化、智能化的5G灯塔工厂。

(3)数据中台

(4)数据可视化应用


4.3 关键成效
(1)三一桩机 灯塔工厂 认证评价及用例指标效果(桩机灯塔工厂WEF官网入选理由):



面对多品种、小批量的工程机械市场不断变化、日益复杂的需求,三一利用先进的人机协同、自动化、人工智能和物联网技术,将劳动生产率提高85%,将生产周期从30天缩短至7天,减少77%。

(2)变革前后对比:



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