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文/黃培 李培根
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當今世界進入了數(shù)據(jù)爆炸的時代，數(shù)據(jù)成為企業(yè)最重要的資產(chǎn)之一。推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是制造企業(yè)生存和發(fā)展的必由之路。
制造企業(yè)的運營，從數(shù)據(jù)的視角來看，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與備份、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)建模與可視化、數(shù)據(jù)分析與預測等過程。企業(yè)涉及的數(shù)據(jù)類型非常多，包括靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，也可以分為實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)，還可以分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，來源包括企業(yè)的信息系統(tǒng)、設備、傳感器、供應鏈，以及社交網(wǎng)絡。
•如何獲取數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值?
•如何用數(shù)據(jù)來驅(qū)動企業(yè)的業(yè)務運作和正確決策?
•為什么要構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)?
•如何構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)?
對這些問題，本文將進行深入剖析。
數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)創(chuàng)新業(yè)務流程
現(xiàn)代制造企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、采購等業(yè)務流程都應當基于信息系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動。例如，客戶需求應當通過結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)來描述，并且與產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、制造工藝、產(chǎn)品配置等產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。
圖1. 產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)貫通
如圖1所示，在整個產(chǎn)品生命周期，從客戶需求到概念設計、詳細設計、工藝設計、仿真試驗、生產(chǎn)制造到售后服務過程的數(shù)據(jù)應當全部貫通，并且通過結(jié)構(gòu)樹的方式準確地表達。這樣，客戶需求如果出現(xiàn)變更，會對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，乃至后續(xù)的制造和服務產(chǎn)生哪些影響，才能夠追溯清楚。對企業(yè)級BOM的有效管理，是制造企業(yè)實現(xiàn)設計重用，提升研發(fā)效率，實現(xiàn)產(chǎn)品快速配置的基礎(chǔ)。如果沒有準確的服務BOM數(shù)據(jù)，沒有準確管理好客戶在購買產(chǎn)品時的產(chǎn)品配置信息，客戶在更換備品備件時，就可能會出錯。
企業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新過程中應當最大限度地利用已有的設計成果，實現(xiàn)設計重用，而不是隨意設計新的零件。制造企業(yè)應當實現(xiàn)基于模型的產(chǎn)品定義(MBD)，構(gòu)建產(chǎn)品的Digital Twin(數(shù)字孿生模型)，在交付實體產(chǎn)品的同時，交付產(chǎn)品的Digital Twin，建立數(shù)據(jù)供應鏈。如圖2所示，德國已經(jīng)有諸多成功案例，生產(chǎn)各種機械、電氣行業(yè)標準件、通用件的零部件企業(yè)，在提供實體零部件的同時，也會提供其產(chǎn)品的數(shù)字模型，而下游企業(yè)可以直接應用。圖3展現(xiàn)了汽車行業(yè)數(shù)據(jù)供應鏈的理念。企業(yè)在整個產(chǎn)品生命周期應當打通數(shù)據(jù)主線(Digital Thread)，確保各類產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性和正確的數(shù)據(jù)源。
圖2.德國Schunk公司網(wǎng)站上提供的產(chǎn)品數(shù)字模型
圖3. 汽車行業(yè)的數(shù)據(jù)供應鏈
隨著社交媒體的廣泛應用，企業(yè)進行產(chǎn)品創(chuàng)新設計也可以基于社交大數(shù)據(jù)的反饋來優(yōu)化設計方案，使產(chǎn)品設計更加貼近客戶的需求。同時，根據(jù)不同產(chǎn)品的銷售數(shù)據(jù)分析，有針對性地調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃，加大暢銷產(chǎn)品的產(chǎn)量。企業(yè)在社交媒體上的商譽數(shù)據(jù)也必須高度關(guān)注。企業(yè)在做市場推廣時，如果需要聘請明星做廣告代言人，應當通過大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)明星在社交媒體粉絲的人群分布與目標市場的匹配程度，受歡迎程度等因素進行遴選。
物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)不光可以幫助企業(yè)提升服務質(zhì)量，還可以通過采集已銷售產(chǎn)品的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)來反饋產(chǎn)品設計、制造過程中可能存在的問題，從而幫助企業(yè)不斷改進產(chǎn)品。同時，企業(yè)如果想實現(xiàn)商業(yè)模式的創(chuàng)新，例如從賣產(chǎn)品轉(zhuǎn)型為賣服務，也需要基于采集的運營數(shù)據(jù)來合理計費，監(jiān)控產(chǎn)品的運行狀態(tài)，確保產(chǎn)品能夠正常使用。
增材制造技術(shù)完全依賴數(shù)據(jù)驅(qū)動，通過將零件三維模型的各個截面的形狀不斷累加而制造出零件。而創(chuàng)成設計(Generative Design)技術(shù)則是基于零件的設計約束和邊界條件，由計算機自動生成滿足條件的海量方案供設計師選擇，再通過增材制造和傳統(tǒng)制造的結(jié)合，從而制造出重量輕、強度大、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的零件。
企業(yè)進行工藝規(guī)劃、生產(chǎn)計劃排產(chǎn)和確定物料需求計劃，也應當實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動。企業(yè)應用ERP系統(tǒng)可以實現(xiàn)產(chǎn)、供、銷、人、財、物的協(xié)同管理，MES系統(tǒng)則是基于人、機、料、法、環(huán)等影響生產(chǎn)和質(zhì)量的數(shù)據(jù)。如圖4所示，著名的業(yè)務流程建模軟件ARIS能夠?qū)⑵髽I(yè)的業(yè)務流程與組織架構(gòu)、產(chǎn)品及服務、數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)功能之間的關(guān)系梳理清楚，對業(yè)務流程進行仿真與優(yōu)化，幫助企業(yè)實現(xiàn)按照規(guī)范的流程完成業(yè)務。
圖4. ARIS的房式模型
數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)提升關(guān)鍵績效
制造企業(yè)要在激烈的市場競爭中立于不敗之地，需要不斷提升與企業(yè)運營有關(guān)的KPI指標，包括產(chǎn)品質(zhì)量、服務水平、能耗、勞動生產(chǎn)率、資金、庫存和設備績效等。要提高企業(yè)的關(guān)鍵績效指標，需要實時采集工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)，乃至人員數(shù)據(jù)。企業(yè)應當實時洞察企業(yè)的運營數(shù)據(jù)和外部市場數(shù)據(jù)，主動應對變化。
產(chǎn)品質(zhì)量不是檢測出來的，而是設計出來、制造出來的。企業(yè)應當在產(chǎn)品設計、工藝規(guī)劃和生產(chǎn)制造、采購、裝配、發(fā)運等各個價值鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)確保產(chǎn)品質(zhì)量，也需要充分關(guān)注整個供應鏈的質(zhì)量管理。企業(yè)應當推進工序質(zhì)量控制，借助統(tǒng)計軟件和大數(shù)據(jù)分析工具進行質(zhì)量分析。企業(yè)應當應用數(shù)字化的質(zhì)量檢測設備，直接將檢測結(jié)果連入信息系統(tǒng)，避免手工輸入錄入質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)。在準確采集質(zhì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以通過SPC(統(tǒng)計過程控制)和認知計算等方法，對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行深入分析，從而促進企業(yè)改進產(chǎn)品質(zhì)量。
企業(yè)應當盡可能地利用設備的數(shù)據(jù)接口來獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。對于老設備，如果無法直接獲取設備數(shù)據(jù)，則應當添加外接傳感器。通過采集設備的能耗，可以判斷出設備的狀態(tài)是停機、空載還是在加工，甚至還可以分析出刀具磨損的狀態(tài)，對斷刀進行預警。不少廠商提供了可以外接的數(shù)據(jù)采集終端和相關(guān)軟件。
企業(yè)可以通過與設備廠商、數(shù)控系統(tǒng)廠商合作，獲取設備內(nèi)部的傳感器數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對設備的狀態(tài)監(jiān)控，及時對設備可能存在的異常狀態(tài)進行預警，避免由于設備故障而造成非計劃性停機。例如，全球知名的裁床制造企業(yè)力克(Lectra)已經(jīng)能夠通過物聯(lián)網(wǎng)對設備狀態(tài)進行遠程監(jiān)控，力克75%的用戶已購買了該服務;全球激光設備制造龍頭企業(yè)德國通快集團也提供設備的遠程監(jiān)控服務;華中數(shù)控也可以通過物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控其數(shù)控系統(tǒng)的“心電圖”，如圖5所示。在設備數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，企業(yè)可以通過對傳感器數(shù)據(jù)的分析，基于“機器學習”等人工智能算法，實現(xiàn)對設備的狀態(tài)監(jiān)控和設備健康管理，進而進行預測性維修維護(Predictive Maintenance)，甚至預見性維護(Preive Maintenance)。
圖5. 華中數(shù)控采集的機床“心電圖”
對于裝備制造企業(yè)而言，推進已服役產(chǎn)品的運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，一方面可以提高服務質(zhì)量，指導用戶更安全地使用設備，建立良好的使用習慣，在賣產(chǎn)品的基礎(chǔ)上賣服務，促進備品備件銷售，或者將賣產(chǎn)品轉(zhuǎn)型為賣服務，羅羅公司已推出針對航空發(fā)動機的Total Care全包服務;另一方面，通過安裝GPS定位和各種傳感器，監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，可以根據(jù)設備所處的地域進行大數(shù)據(jù)分析，促進企業(yè)有針對性地制定未來的區(qū)域市場營銷策略。日本小松公司率先對工程機械的開機時間進行統(tǒng)計分析，如表1所示，從2016年10月至20017年9月，除了一月、二月(即我國春節(jié)期間)數(shù)據(jù)略低外，中國的工程機械平均使用時間維持在130小時/臺以上，四五兩月甚至達到150小時/臺以上。而同期日本機械設備平均使用時間約為55小時/臺，北美約70小時/臺，歐洲為80小時/臺左右。三一重工、徐工也定期發(fā)布挖掘機指數(shù)，成為我國基礎(chǔ)設施建設的晴雨表之一。
表1.日本小松公司發(fā)布的月度工程機械工作時間對比
圖6是IBM完成的一個質(zhì)量分析的案例。通過物聯(lián)網(wǎng)對生產(chǎn)過程、設備工況、工藝參數(shù)等信息進行實時采集;對產(chǎn)品質(zhì)量、缺陷進行檢測和統(tǒng)計;在離線狀態(tài)下，利用機器學習技術(shù)挖掘產(chǎn)品缺陷與物聯(lián)網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，形成控制規(guī)則;在在線狀態(tài)下，通過增強學習技術(shù)和實時反饋，控制生產(chǎn)過程減少產(chǎn)品缺陷;集成專家經(jīng)驗，改進學習結(jié)果。
圖6.IBM利用認知計算進行質(zhì)量數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)高效運營與決策
企業(yè)管理和決策的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要真實、可靠、全面、及時。企業(yè)要提升運營效率，需要把員工逐漸從繁重的手工勞動中解放出來，實現(xiàn)通過數(shù)據(jù)來驅(qū)動員工執(zhí)行工作任務，讓員工在對目標負責的前提下，有充分的自由。企業(yè)的財務管理從核算型向管理型發(fā)展，讓財務人員有更多的時間投入到財務分析。企業(yè)的財務系統(tǒng)與電商平臺和業(yè)務管理系統(tǒng)打通，可以自動生成憑證。企業(yè)可以建設主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(MDM)，將企業(yè)的物料、設備、人員、組織結(jié)構(gòu)等靜態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，信息系統(tǒng)需要企業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，直接從MDM系統(tǒng)調(diào)用。新一代的信息系統(tǒng)已經(jīng)逐漸消除了文件的概念，產(chǎn)品數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)都是存在數(shù)據(jù)庫之中。
為了提高企業(yè)進行協(xié)同管理的效率，可以應用企業(yè)門戶(EP)系統(tǒng)，實現(xiàn)各種信息系統(tǒng)統(tǒng)一登錄。企業(yè)越來越多地利用移動版的協(xié)同辦公軟件，將需要審批的數(shù)據(jù)推送給相關(guān)負責人。企業(yè)應當在BI(商務智能)系統(tǒng)建立各種“儀表盤”，能夠根據(jù)負責人的角色，實時提供相關(guān)的圖表，讓負責人根據(jù)數(shù)據(jù)及時作出準確決策。
圖7. 基于角色的移動版BI系統(tǒng)
在企業(yè)運營過程中，涉及到很多與創(chuàng)新有關(guān)的工作。對數(shù)據(jù)進行分析會形成有效的信息，對有價值的信息進行梳理和積淀，會形成知識或Know-how。然而在實踐當中，企業(yè)的知識工作者往往花費很多時間，在做數(shù)據(jù)的收集、整理工作。因此，企業(yè)需要思考如何實現(xiàn)知識工作的自動化，將知識的挖掘、知識的表達，以及海量的數(shù)據(jù)分析與處理方面的工作由信息系統(tǒng)替代，從而讓知識工作者聚焦于創(chuàng)造性的工作。
數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)構(gòu)建和諧生態(tài)
企業(yè)必須關(guān)注整個供應鏈、生態(tài)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對市場波動的快速反應。制造企業(yè)應當聚焦于自己最擅長的領(lǐng)域，例如產(chǎn)品設計和最終裝配，再加上若干關(guān)鍵零部件或關(guān)鍵工序，而將其他業(yè)務外包，因此供應鏈數(shù)據(jù)的準確、及時和雙向交互對企業(yè)至關(guān)重要。如圖5所示，國外的汽車、電子等行業(yè)已廣泛應用了EDI(電子數(shù)據(jù)交換)來實現(xiàn)上下游企業(yè)之間的數(shù)據(jù)交互，無需人工干預，而我國大型企業(yè)還主要是通過建立供應商門戶來與供應商進行數(shù)據(jù)交互，這實際上只是單向的，供應商只能查詢數(shù)據(jù)。更進一步，如果要實現(xiàn)供應鏈協(xié)同計劃與優(yōu)化，更需要上下游企業(yè)之間實現(xiàn)供應鏈數(shù)據(jù)的共享和同步，避免出現(xiàn)“牛鞭效應”。
德國Supplyon公司依托EDI平臺，構(gòu)建了面向整個歐洲航空行業(yè)的供應鏈數(shù)據(jù)交互平臺AirSupply，整個行業(yè)的相關(guān)企業(yè)都通過該平臺交換數(shù)據(jù)，從而大大提升了業(yè)務協(xié)作效率，降低了協(xié)作成本。供應鏈數(shù)據(jù)的透明，使得供應商可以準確了解主機廠的需求，以便準時交付符合主機廠需要的的產(chǎn)品正確的配置。原材料的價格波動對企業(yè)的成本有很大影響，企業(yè)應當高度關(guān)注，地質(zhì)災害也有可能給企業(yè)的供應鏈帶來巨大風險，因此，企業(yè)也需要充分關(guān)注與供應鏈有關(guān)的宏觀數(shù)據(jù)。
圖8. EDI助力企業(yè)實現(xiàn)供應鏈數(shù)據(jù)雙向交互
海爾實踐的協(xié)同設計定制模式是將用戶的碎片化需求進行整合，從為庫存生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉橛脩羯a(chǎn)，用戶可以全流程參與設計、制造，從一個單純的消費者變成“產(chǎn)消者”。協(xié)同設計與全流程交互平臺整合攸關(guān)方資源和跨界合作伙伴，智能化、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品服務橫向集成7 項業(yè)務過程：用戶交互、研發(fā)、數(shù)字營銷、模塊采購、供應鏈、物流、服務，實現(xiàn)了群體智能。
企業(yè)數(shù)據(jù)的邊界在不斷擴展。著名管理專家Michael Porter和PTC公司CEO Jim Heppelmann先生在《哈佛商業(yè)評論》上發(fā)表的‘智能互聯(lián)產(chǎn)品如何改變競爭格局’一文中指出，隨著產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越復雜，由普通的機械產(chǎn)品演化為智能產(chǎn)品，進而演化為智能互聯(lián)產(chǎn)品，在基礎(chǔ)上，由多個產(chǎn)品組成產(chǎn)品系統(tǒng)。而用戶企業(yè)則需要關(guān)注更多的數(shù)據(jù)。例如，一個現(xiàn)代農(nóng)場需要關(guān)注農(nóng)業(yè)機械、氣象、種子、灌溉和天氣的諸多與企業(yè)運行有關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。因此，企業(yè)收集數(shù)據(jù)的視野要開闊。如圖9所示。
圖9.一個現(xiàn)代農(nóng)業(yè)企業(yè)需要關(guān)注的生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)
總之，未來能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，決勝未來的企業(yè)，一定是數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)。
本文作者：
e-works CEO 黃培博士
中國工程院院士 李培根
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