人工智能时代的制造业-进展与期望2023

副总裁Julie Fraser 加快从数据到有效行动的周期 一个由人工智能驱动的制造业新时代尽管在供应链端充满挑战，但制造商们依然阔步向工业4.0迈进。大多数制造商们都明白，人工智能（AI）和高级分析可以助力做出更好的决策，进而 带来商业效益。然而，许多制造商们仍然在苦苦学习如何创建成功的数据管理结构。本项研究向您揭示，行业领导者是如何取得比其他公司更大进步的。简而言之，就是因为他们了解、投资并充分利用了人力、流程和技术的方方面面，而从大体来说，则是因为他们都完成了从数据到信息到洞察到决策再到可盈利且及时行动的这一重要过程，从而实现了整体闭环。 目录 工业4.0的进展 工业4.0愿景 未来的制造业将广泛采用更加灵敏的人工智能和智能自动化技术，使得制造过程变得更加迅速便捷。这就是工业4.0的愿景，它还包含其它广泛的含义，涉及了企业和供应链的方方面面，虽然在制造领域往往面临着严峻的挑战，但同时也面对着巨大的机遇！ 三年来的进展 当制造商开始实施工业4.0计划时，他们大都知道这将是一场历时多年的修炼。我们能看到，大多数企业的变革过程都很顺利。自2020年我们发布《制造数据管理挑战》（The ManufacturingData Management Challenge）1调查报告以来，行业发展显著。许多受访企业在工业4.0方面取得了巨大进展，并已从中获益。 时局不易 在时局动荡时采取行动 中断时间 很明显，供应链不稳定的问题不会显著缓解。鉴于需求波动大，供应链不确定等这样的客观情况，企业必须做好应对准备，以维持正常运营。企业可采取的措施包括改变产品组合、尝试使用新材料，以及快速、有效地解决质量问题。这时候仅有数据甚至信息是不够的。企业必须深入了解情况，做出决策并采取行动，以维护利润、保证品质，使客户保持信心。 上一次调查是在新冠疫情流行时进行的。本次调查则是在疫情终于开始消散时启动的。在大多数情况下，大多数制造商经历过的材料短缺问题依然存在。在地缘政治的压力下，许多企业纷纷选择以在岸外包、近岸外包或友邦外包的方式更换供应商。 压力下的制造业 外部供应链环境和内部调整都给生产运营带来了额外的挑战。作为供应商，许多制造商在交货期和客户期望方面，压力陡增。对客户来说，因为材料供应商会变，价格和供应情况也会随之波动，所以想让质量始终如一也并非易事。 成功的关键 数据管理 智能和分析 集成技术，有效行动 当被问及各类制造数据管理能力和技术对工业4.0转型的重要程度时，大多数制造商都认为它们是关键或重要的。普遍认为工业4.0转型后的必备能力是数据管理。制造业的数据类型和来源多种多样，收集和分析数据的实际难度比听起来更难，但对成功来说却是至关重要的。将OT数据与工厂IT数据融合起来的举措在榜单上排名也很靠前，体现了大家对其的认可度。 良好数据管理的一个关键优势是能实现从数据到信息再到见解再到决策再到行动的闭环。五分之四的受访者认为，这对他们成功完成工业4.0至关重要。 其中体现在两个具体方面——即分别向工厂的员工和办公室的员工提供可操作的洞察，虽然得分不是很高，但仍然得到了广泛认可。 大多数制造商计划利用技术以实现高效、可靠、快速实现闭环的目的。工业物联网（IIoT）可以为搜集机器数据提供支持。几十年来，使用集成设备、工厂和企业系统一直是一个目标，而这个目标也将继续成为工业4.0成功的基石。人工智能（AI）和机器学习（ML）也可用于分析与制造成果相关的各种数据集。这些能力的得分也都很高。 实现从数据到行动的闭环 •该图的底部中心是数据收集和提取。 无论数据是来自IT还是OT，都是基础性的，也是IIoT、传感器和许多员工记录实际情况的系统发挥作用的地方。•这些数据需要经过结构化、协调化和存储才能发挥作用。 考虑到庞大的机器阵列以及需要定期更改的系统数据格式，这一过程会非常复杂。 数据管理：概念视图 •右下方是上下文数据和扩充。例如，机器数据读数为10；只有增加上下文信息，才能确定读数是否在预期范围内。•如果不在范围内，那么操作员、材料批次和环境条件等可能会提供有用的信息以更全面地描述情况。例如，该机器的操作员可能知道应该调整什么或向谁求助。•在进行分析时，它可能会有助于确定问题根本原因。这种洞察将更容易获得。•拥有洞察才能做出更好的决策。例如，你是否将使用该材料批次做所有的工作或者重新培训操作员？•最后一个方面是确保有效行动。将决策与相关制造应用中的行动触发因素联系起来能够确保采取敏捷、有效的行动，而这些都对盈利能力非常重要。 针对尚不熟悉制造数据管理的人员，我们在这里提供一种有关数据管理的可视化闭环。它从概念层面解释了制造业一致的数据管理系统的要素。 多方面掌控 目标：闭环 如前页图表所示，一致、完整的制造数据管理涉及多个方面。理想情况下，信息流从源头到存储、协调、扩充，再到决策分析，最后进入应用，以供采取行动。我们将此过程称为“实现从数据到行动的闭环”，它确实非常复杂。 现实：数据流中的缺口 在现实中，大多数企业的数据流都存在缺口。我们的调查结果显示，在我们列出的七个环节中，只有5%的企业在任何一个环节都没有人工交接。在这个样本中，有一半以上的制造商表示在分析各种来源的数据时存在数据流缺口。这可能是企业开展高级分析和大数据项目时最关心的问题。从将OT数据转换为供IT使用的格式，到创建上下文数据、生成洞察、做出决策和采取适当行动，每个阶段都有待改进。 次优结果 每次人工交接数据或信息时，流程都会变慢，并有出错的风险。决策和行动一旦延误，往往会造成时间、材料和利润损失。在当今竞争激烈的市场中，制造商可能无法承受这些损失。 制造数据管理中的挑战 数据问题 制造商在制造数据管理和实现数据到行动闭环方面，面临着各种挑战。最常选择的问题是IT和OT系统有冲突数据。缺乏协调的方法会让所有相关人员有挫败感。受访者还写道：缺乏用于分析的实时数据收集，以及数据不一致。 人员配备 第二大常见挑战是更广泛的制造业技能短缺问题：缺乏专业熟练的数据分析师和工程师2。数据技能与理解制造业中对数据和分析具体需求的结合目前比较稀缺。其中一位选择“其他”的受访者写道：“各级人员配备欠缺。” 流程 大量的流程带来了许多问题，比如将OT数据纳入IT数据集中。其他挑战还包括添加上下文数据、同时分析IT和OT数据、从人工智能中获得洞察，以及自信地从数据转移至采取行动。一位受访者写道：“很难合并来自多个不同位置的数据以进行全局视角分析。”只有5%的受访者表示没有遇到这些挑战。 技术 在本问题的其他字段中，还有一些其他回答，包括难以迁移到新系统的旧系统。系统分散、系统升级以及实施新系统的成本。 缺乏集成阻碍发展 优化数据流 制造软件套件的功能越是全面，就越可能出现此类问题。如果单一系统就能处理这些问题，那么集成的难度就会小很多。 差距较大、挑战较多，说明制造系统之间需要集成。 遗憾的是，大多数企业在创建和维护集成方面，仍需耗费大量精力。 当系统没有完全集成时，人工处理是不可避免的。此外还有其他问题，如：不同系统的数据会相互冲突。 集成MES、质量、维护、排产、物联网和机器或设备数据，并且维护集成所需的时间、精力和专业技能 与2020年相比没有改善虽然企业正在向工业4.0迈进，但这并不是 因为他们已经解决了集成问题。与上一次调查相比，本次调查的受访者大多认为集成是一项庞杂的工作。我们猜测，这是因为工业4.0项目正在推动他们更全面地进行集成，从而让企业更清晰地认识到了耗费的时间和精力。 可行的解决方案 许多企业都有单独的系统，功能包括跟踪、操作员指导或工作指导、质量、维护、排产、物联网和设备数据收集。 努力的成果：行业领先者 行业领先者引领前路 工业4.0和数据管理进展 一半以上的行业领先者在工业4.0方面取得了重大进展，并且已初见成效。在这项研究中，他们还有许多将他们与其他企业区分开来的特征。下文将重点关注这些不同之处，以便每个人都可以思考如何在自己的公司里做出同样的成绩。 到目前为止，我们一直专注于迎接和克服通往成功之路上的挑战和障碍。一些公司正在取得显著的成功和快速的进展。侧边栏介绍了这些行业领先者。 行业领先者的定义 敏捷性高、持续改进的企业（在这两个能力维度上，均获得满分5分）。他们占总回复的16%。 了解所有重要问题 知识基础 按绩效等级划分，制造数据管理问题被评为“工业4.0成功的关键” 工业4.0是一个愿景，这些行业领先者中的大多数都致力于实现这一愿景。为了达到目标，他们很可能要深入研究工业4.0要求的许多方面。 教育和理解是工业4.0核心制造数据管理的重要起点。 不过度简化 如图所示，大多数行业领先者认为，我们提到的所有有关制造数据管理的问题，基本都是他们成功转型工业4.0的关键因素。大家的观念较为一致，这说明他们并没有试图只专攻一个方面或角度，他们知道需要统筹的方面很多。 启动解决问题的举措 确定目标后，果断采取行动 了解成功的因素是一回事，但采取行动解决问题又是另一回事。行业领先者更有可能具备解决他们认为引领工业4.0取得成功会遇到各方面的问题的能力。理解和采取行动之间总是有一定的滞后性，因此数字略低并不奇怪。 注重结果 最常见的四大举措均侧重于能力和集成。一致的制造数据管理、集成和数据访问项目能为工业4.0的成功奠定基础。将运营技术(OT)数据与工厂信息技术(IT)数据融合起来是数据管理的关键和具有挑战性的一面，其重点在于消除IT/OT鸿沟。 关键技术举措 针对特定技术的举措也很常见，如用于运营改进的人工智能、IIoT平台和MES/MOM推广。这些举措能够支持数据管理能力和员工对所需数据的访问。 改进组织结构 组合数据管理 IT与OT的集成 随着时间的推移不断改进 回顾历史，自动化或运营技术（OT）侧重于尽可能高效地保持生产流程的运转，而IT则侧重于技术本身的标准化、升级和安全问题。数十年来，优先级和理解程度上的差异造成了分歧，这种分歧致使许多公司的OT团队有意让他们的IT团队远离工厂。这种做法已不再可行。 当拥有IT和OT数据及流程的人员为同一个主管工作或紧密合作时，他们更有可能开始了解彼此的需求，并成功地将IT和OT数据相结合并一致且智能地管理数据。 自2020年以来，将IT和OT集成进一个组织的企业比例大幅增加（行业领先者比例分别为37%和20%，其他企业比例分别为26%和14%）。所有人都朝着工业4.0学习和迈进，因此这样的变化在情理之中。在新冠疫情期间，人们期望用最少的现场工作人员实现智能化运营，这可能也是推动变革的一股力量。 赢在人员配备 打造工业4.0团队 工业4.0通常又称为数字化转型，制造商要想取得成功，员工就必须经历一次这样的转型。如果目标是获得流畅的数据，将其置于上下文数据情境中，并利用人工智能或机器学习进行分析，那么就需要新员工来承担此前未出现过的新职责。 弥补技能短缺 行业领先者人员配备更合理 其他技能 最高层是首席数字官或工业4.0领导者，他们负责制定工业4.0的愿景，确定活动和投资的优先次序。半数行业领先者为这些岗位配足了人员，比例是其他企业的两倍（24%）。许多制造商试图将工业4.0作为一个IT项目来推进，但收效甚微；现在他们明白了：生产专家是成功的关键。许多行业领先者发现的另一项支持他们转型的稀缺技能是变革管理。 我们询问了一些特定职位的人员配备情况。 行业领先者更有可能为这些岗位配足人手或扩编招人。这些企业的能力出众，了解致胜工业4.0所需的各方面条件，因此比其他企业更能吸引人才。 IT角色 第9页曾提到，第二大挑战是缺乏熟练的数据科学家和工程师。 这两种角色对成功都至关重要，行业领先者在这方面的人员配备要比其他制造商完善得多。MES专家是我们熟悉的一个类别，但这种专家在全球范围内都很缺乏。IT和OT之间的联络可为尚未集成或已集成的团队提供