评测你的工业4.0| 成熟度指数三部曲（完整篇）

发布时间：2017-10-10 作者：周峰安琳林雪萍来源：知识自动化

关键字：工业4.0 工业

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工业4.0能不能被评测？如果能，它如何被实施。这个问题在行业内一直被广泛关注。在德国国家工程院acatech的推动下，亚琛RWTH工业大学、德国人工智能研究中心DFKI和弗朗恩霍夫研究院等几家机构，历经一年，在今年4月联合推出了《工业4.0成熟度指数》报告（Industrie4.0 Maturity Index）。

二、工业4.0的组织（中）

1.工业4.0评测模型

《工业4.0指数》的基本模型，源自与一线实践的结合。为了确保该模型能够完全代表制造型企业，《工业4.0指数》是以“生产和管理框架”为基础。该框架将企业的内在方面分为三大板块：企业结构是指对企业的商品生产和服务必不可少的方面；企业流程是指企业各个环节的过程链；而企业发展是指企业的战略和运作发展。

图6：生产管理框架

《工业4.0指数》将企业结构分解为资源、信息系统、文化和组织结构四个结构领域。每一结构领域都包含两个指导原则和必要能力。这些能力用于实现各个发展等级，并为制造型企业向敏捷型组织的转型提供基础。

图7：企业结构四大件

企业流程则是《工业4.0指数》所考察的五个功能领域，包括了研发、生产、物流、服务和销售五个功能领域，每一个功能领域的愿景都描绘了学习型敏捷企业的特征。

图8：企业结构与企业流程的展开图

在上述模型的基础上，最后描述了《工业4.0指数》的应用。在使用过程中，结构领域、功能领域和成熟度等级被结合起来，以确定制造型企业的总体成熟度和各个功能领域的成熟度。

一旦企业建立了当前的成熟度等级，就可以制定数字化路线图，其中包含功能领域和结构领域所需的具有特定顺序的具体措施。

2.企业结构的四大件的成熟度评估

企业结构，主要有四个组成部分。

图9：企业结构的四分象限与生产管理框架的对应关系

1）资源结构的成熟度等级

《工业4.0指数》中，“资源”指有形的物质资源，包括企业的劳动力（人力资源）、机械设备、工具、材料以及成品。企业劳动力必须具备一定的职业能力，从而充分利用获取的信息。相互补充且正确配置的技术资源有助于缓解数据和行动的延迟。企业除了完成他们的特殊功能外，还需要尽力保证资源与物理和数字世界之间的连接，由此建立数字世界（数字孪生）的信息视角，推进增强企业敏捷性所需的学习过程。两个原则遵循以下两点。

第一，资源必须具备以信息化方式作用的必要能力。

第二，只有将不同的信息碎片拼凑完整才能展现清晰的总体局势。为了确保信息的质量，应该尽可能的实现数据的交互和结构化，这就要求适当的数据连接以及通信目的的统一。

图10：“资源”结构区的能力

2）信息系统的成熟度等级

信息系统是社会技术系统，在该系统中，人们基于经济准则，通过信息和通信技术提供信息。这些系统制备、处理、存储和传输信息和数据。企业信息系统的配置是确保有效数据和信息能够被用于决策的关键。企业数字化的进展意味着借助数字影子，制造型企业越来越容易实现基于数据的实时决策。但是，出于以下两个原因，仍然有许多企业未能实现这些数据和信息对决策者的支持。

首先，采集的数据没有被处理成信息，因为没有适当的形式传输，所以员工不能在工作中使用这些数据。

其次，相同、集中化的数据使用并未贯穿企业的不同环节。

图11：“信息系统”结构区的能力

3）组织结构与评测等级分析

企业通过上述技术实现向学习型敏捷企业转型的同时，还需要实施适当的组织结构。在我们的模型中，组织结构指的是企业的内部结构（结构和作业流程）及其在价值网络中的地位。与“文化”结构领域（参加下文）相比，“组织结构”建立的是组织企业内外协作的强制性规则，而“文化”涵盖的是企业内部的价值体系，因此说明的是协作的软性因素。但是，这两个结构领域相互依赖且必须保持一致。

有机的内部组织和价值网络内的动态协作这两个原则贯穿结构领域“组织结构”，因此，“组织结构”是对组织从内部和外部两个角度的描述。

图12：“组织结构”结构区的能力

一个是有机组织。这是机械组织的对立面。在有机组织中，员工的限制较少，承担的个人责任更大。因此，这种组织形式特别适合于具备动态环境中的高技术劳动力的组织。

第二个是价值网络内的动态协作。这是指不同企业之间的自动化无缝信息交互可以实现更加动态的企业合作并提供日益增强的市场透明度，同时还有利于减少实现更高灵活性的部分阻碍，例如，询问、订购和订单处理等手动流程。凭借如今的IoT技术，操作可视化可以扩展至包括供应商的生产状态和质量性能，从而实现更为高效的信息、产品和服务交流。

显然，企业首先通过当前网络内部更加高效的全面合作，更加接近实现灵活、开放市场的目标。同时，横向订单数据整合和一般数据交换平台（如联合开发项目）可以作为合作的催化剂。

4）文化与评测等级分析

企业的敏捷性高度依赖于员工行为。20世纪90年代至21世纪间有关精益管理的经验告诉我们，成功实现整个企业的精益管理的关键是改变企业文化，也就是改变员工心态。这一点同样适用于工业4.0中学习型敏捷企业的数字化转型。如果企业只是简单的引进数字技术，而未进行企业文化的相应改变，则无法实现期望的敏捷性目标。因此，企业必须首先确定企业未来的行事方式及其员工所需的技能，只有这样，企业才能够识别和引进支持企业预期工作方式所需的技术。数字辅助系统就是一个恰当的例子。就其本身而言，此类系统的引进并不能实现企业增值。在数字辅助系统开始增加价值之前，企业必须具备一种文化，即员工信任系统，并且准备好接受系统的建议。

必要的企业文化转型包括两个关键问题。第一，员工在多大程度上愿意不断审视自我行为并使行为适应变化的环境？第二，员工在多大程度上认为其行动应该接受基于数据和事实认知的引导？显然，文化的第二原则——社会协作，有助于加快企业内部的认识分享。

图13：“文化”结构区的能力

3.赢得信任：流程和信息系统

20世纪70年代以来对信息技术的引入提醒我们，仅重视功能需求是远远不够的。

只有相关人员从一开始就参与信息系统的建设并积极发挥作用，才能确保对IT和系统的认可和系统应用。

同样的，如果员工参与到相关信息系统的设计中，全体员工必须认识到只有系统化地应用，才能从这些信息系统中受益。只有当学习型敏捷企业的员工信任选择的流程和信息系统时，才可能实现记录的认识在不同角色之间的情境化快速分享。这种信任来源于员工对信息系统决策方式和建议的具体效益的了解。

图14展示了到达“适应性”成熟度阶段的制造型企业需要具备的特征。社会协作存在于员工之间、员工和客户以及与合作伙伴之间。对系统和流程的信任可以保证流程的高稳定性。人们愿意将所获得的认识加以记录并与他人分享。民主领导方式重视人们所作的贡献，还有开放式交流的企业文化。另外，企业员工具备包容性和改变的意愿。他们通过采集的数据进行系统性学习，随时接受创新方法，并且参与塑造改变的过程。员工能够深刻意识到不断提升自我技能和能力的需要。虽然依旧会犯错，但员工能够认识到自我价值，即推动发展的潜力。

图14：“文化”结构区所需的能力

三、三大战役来评测（下）

1.业务流程的分解评测

《工业4.0指数》中，针对企业的各个功能领域分别对上文中叙述的能力进行了调查。在不同的功能领域及其包含的业务流程中，各能力的具体成熟度阶段也有所不同。一个企业一般在五个功能领域进行展开。而每个领域的关键能力，则被分解为上述的四个结构领域。为了使这一模型易于使用，功能领域的研究将在业务构成流程级别开展。

图15：五大功能的业务流程

《工业4.0指数》建立了一个五大功能和四大结构的矩阵体系。

表1：业务流程的结构化评估表

以研发为例，随着工业4.0的科技、文化和组织因素不断深入企业流程，制造型企业的研发功能发生了根本变化。传统的机电系统设计方式，并不能了解客户的全部需求，也不太可能在研发之初就恰好满足客户的全部需求。越来越普遍的做法就是勾勒产品前景，将后期阶段引入到前期设计中来。随着整个研发阶段的新要求和请求的自动变化，而不断进化，直至产品投入使用。

案例分析：洛克希德马丁LockheedMartin

通过“数字织锦”（Digital Tapestry），洛马实现了企业整体（工程、IT、供应商、制造等）得益于完整的数字化产品定义。“数字织锦”指将产品研发过程的全部要素融入无缝数字环境。这种全面整合有助于刺激创新和协作。通过这一项目，LockheedMartin可以在概念设计阶段完成问题识别并完善解决方案，从而大量节省了时间和成本。

洛马将数字织锦运用于其“空间系统”组织的多个程序，包括“猎户座飞船”。“猎户座飞船”开创了下一代人类太空探索，承载四名宇航员探索太空并安全返回地球。在美国宇航局进行的载人试验中，洛马可采集的数据量超过200GB，包括来自原型的座舱压力和温度等数据，并且可以将这些数据反馈给设计环节，从而提升未来任务的设计。

企业可以使用《工业4.0指数》规划自己的工业4.0发展路径，并为向敏捷企业的逐步转型做好准备。

《工业4.0指数》应用包括三个连续阶段。第一阶段是识别不同功能领域的当前成熟度阶段。第二阶段涉及基于企业策略，企业确认在转型结束时期望达到的目标发展阶段。这一阶段包括通过功能领域和结构领域分析企业现有工业4.0能力，以及采用差距分析确认企业仍需开发的缺失能力。这些依赖于第一阶段确定的当前发展阶段，以及企业在转型结束时期望达到的目标发展状态。最后，第三阶段涉及行动制定和将行动融入路线图，从而开发第二阶段识别能力。

图16：三个阶段的战役

2.第一战：当前工业4.0阶段的确定

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