未來工廠是一種設(shè)想，制造商將能通過在整個(gè)價(jià)值鏈中應(yīng)用新的設(shè)計(jì)原則、數(shù)字技術(shù)和集成流程來提高生產(chǎn)效率。這些步驟將能把總加工成本最多降低40％，靈活性、質(zhì)量、速度和安全也將進(jìn)一步得到提升。要把夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)，企業(yè)必須解決與三大驅(qū)動(dòng)力相關(guān)的問題：戰(zhàn)略和領(lǐng)導(dǎo)力、員工技能、信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。
新技術(shù)正在深刻改變著工業(yè)生產(chǎn)，“未來工廠”由此誕生。未來工廠的結(jié)構(gòu)、技術(shù)和流程將是什么樣子呢？制造商在戰(zhàn)略和領(lǐng)導(dǎo)力、員工技能、信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施方面將需要哪些驅(qū)動(dòng)力，才能將其變成現(xiàn)實(shí)？
為回答這些問題，波士頓咨詢公司（BCG）最近開展了一項(xiàng)研究。這項(xiàng)全球研究著重調(diào)查了750多家領(lǐng)先企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)理，涉及到了三個(gè)工業(yè)領(lǐng)域汽車（其中包括供應(yīng)商和整車廠）、工程產(chǎn)品和加工工業(yè)。研究的目標(biāo)是描繪2030年未來工廠的藍(lán)圖，進(jìn)行價(jià)值評(píng)估，并制定出實(shí)施路線圖。我們的研究合作方是亞琛工業(yè)大學(xué)機(jī)床和生產(chǎn)工程實(shí)驗(yàn)室。
我們發(fā)現(xiàn)，工業(yè)企業(yè)非常渴望能夠提高工廠效率，庫卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，85％的受訪者認(rèn)為自己能從未來工廠元素的實(shí)施中受益。但是，他們的開頭似乎都不順利。在調(diào)查受訪者中，有74％表示公司已經(jīng)引入或計(jì)劃在未來五年內(nèi)引入未來工廠元素，但只有25％認(rèn)為去年已完成了相關(guān)目標(biāo)。從各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的調(diào)查反饋來看，其結(jié)果與我們的整體調(diào)查結(jié)果一致。此外，我們發(fā)現(xiàn)德國公司最為先進(jìn)。47％的受訪者稱已形成了他們的首個(gè)未來工廠概念。不過，即使在德國公司中，也有近五分之一表示還沒有做好引入相關(guān)技術(shù)的準(zhǔn)備。
許多制造商已開始有選擇性地實(shí)施我們提出的未來工廠元素愿景。下面，我們將通過多個(gè)例子展示人們?cè)谶@一方面所做的努力，它們大多數(shù)還只是針對(duì)工廠的特定領(lǐng)域，進(jìn)行小規(guī)模試點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)想，制造商必須在他們的整個(gè)工廠和綜合價(jià)值鏈中實(shí)施這些先進(jìn)元素。
我們分析了實(shí)施十年后，工業(yè)機(jī)器人維修，加工成本和制造成本將會(huì)發(fā)生何種變化。我們發(fā)現(xiàn)總加工成本最多將能減少40％（參閱圖1）。根據(jù)材料成本的高低，總生產(chǎn)成本最多將會(huì)減少20％。靈活性、質(zhì)量、速度和安全的提升也能使制造商獲益。按照十年來計(jì)算，公司累計(jì)投資會(huì)占到一年收入的13％至19％。
在這份報(bào)告中，我們主要研究了汽車供應(yīng)商和整車廠。近幾十年來，這類公司在利用創(chuàng)新提高生產(chǎn)效率方面已走在前列。他們帶頭實(shí)施未來工廠元素，有助于積累使用經(jīng)驗(yàn)、探明改進(jìn)機(jī)會(huì)，成為其他工業(yè)制造商學(xué)習(xí)的典范。
什么是未來工廠？
未來工廠是一種設(shè)想，是指制造商應(yīng)通過改進(jìn)工廠結(jié)構(gòu)、工廠數(shù)字化和工廠流程，來提高生產(chǎn)效率。我們將針對(duì)每個(gè)元素展開討論，并提供范例來說明領(lǐng)先的汽車供應(yīng)商和整車廠正在如何測(cè)試這些新概念。
工廠結(jié)構(gòu)
未來工廠結(jié)構(gòu)的布局更加靈活、方向更多，擁有模塊化生產(chǎn)線裝置和可持續(xù)的生產(chǎn)流程。在我們的調(diào)查中，汽車行業(yè)的受訪者希望工廠結(jié)構(gòu)能在未來工廠中發(fā)揮重要作用有86％認(rèn)為這一驅(qū)動(dòng)力在2030年將會(huì)變得更加重要，而43％認(rèn)為它在今天已經(jīng)非常重要。
多方向式布局。未來工廠將會(huì)采用多方向式布局，將產(chǎn)品放在無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)上，通過與生產(chǎn)機(jī)器相聯(lián)系來單獨(dú)指導(dǎo)生產(chǎn)。位于德國海爾布隆的奧迪R8的工廠，那里并沒有固定的傳送帶。與此相反，無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)會(huì)按照地面激光掃描儀和無線射頻識(shí)別技術(shù)的指揮，在裝配流程中移動(dòng)車體。這種系統(tǒng)能夠快速改變裝配布局。
模塊化生產(chǎn)線裝置。未來的工廠結(jié)構(gòu)擁有可更換的生產(chǎn)線模塊和生產(chǎn)機(jī)械，可輕松進(jìn)行重新配置。目前，豐田正在墨西哥和中國的工廠裝配“簡(jiǎn)單利落”的生產(chǎn)流水線。這家汽車制造商將會(huì)使用模塊化的傳送帶（建在工廠地面而不是坑井中）給工人提供更大的靈活性，他們可以靈活地改變生產(chǎn)線的長度和移動(dòng)線端設(shè)備。
可持續(xù)生產(chǎn)。未來工廠的目的是實(shí)現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)生產(chǎn)，其中包括有效利用能源和材料。偉巴斯特已為羅馬尼亞阿拉德的工廠配備了LED照明和夜間自動(dòng)冷卻系統(tǒng)，從而大大降低了能源消耗。
工廠數(shù)字化
制造商對(duì)數(shù)字技術(shù)的使用越來越廣泛。在汽車行業(yè)受訪者中，有70％表示工廠數(shù)字化將在2030年變得更加重要，13％的人認(rèn)為今天它已經(jīng)非常重要。很多公司都在引入更智能的自動(dòng)化生產(chǎn)，利用各種方法提高效率。
安裝智能機(jī)器人。與工人相比，機(jī)器人可以執(zhí)行更為復(fù)雜的任務(wù)。機(jī)器人也能夠從每個(gè)正在生產(chǎn)的在制品中收集信息，并按其特性自動(dòng)調(diào)整它們的動(dòng)作。長安福特已在一條“白車身”焊接線上安裝了靈活的工業(yè)機(jī)器人。公司計(jì)劃使用機(jī)器人和車體骨架成型系統(tǒng)，在同一條焊接線上處理六個(gè)模型，18秒內(nèi)便能針對(duì)不同的模型完成轉(zhuǎn)換。
使用協(xié)作機(jī)器人。機(jī)器人可以與工人（不使用防護(hù)圍欄）展開協(xié)作。在大眾汽車位于德國沃爾夫斯堡的工廠里，協(xié)作機(jī)器人可以幫助工人擰緊難以夠到的螺絲。
實(shí)行增材制造。制造商已開始使用3D打印技術(shù)制作工具和組件。在打造勞斯萊斯幻影這款車時(shí)，寶馬使用3D打印技術(shù)制作的部件超過10，000個(gè)，比如中控部件按鈕以及電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)和插座的塑料支架。
使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)——比如佩戴智能眼鏡——能使員工在視野范圍內(nèi)獲得信息。這種協(xié)作技術(shù)在裝配、維護(hù)和物流等方面特別有用。大眾汽車已為德國一家工廠的物流工人配備了3D智能眼鏡，以便進(jìn)行訂單揀選。
應(yīng)用生產(chǎn)模擬技術(shù)。制造商正在使用實(shí)時(shí)的3D生產(chǎn)模擬技術(shù)，來優(yōu)化生產(chǎn)流程和物料流。利用物料流3D模擬技術(shù)，佛吉亞能夠針對(duì)變化作出更靈活的反應(yīng)，操作員還可借助可視化工作流調(diào)整生產(chǎn)線。
進(jìn)行實(shí)境培訓(xùn)。使用3D模擬進(jìn)行培訓(xùn)，有助于員工在現(xiàn)實(shí)化環(huán)境中學(xué)習(xí)。使用車輛和裝配組件的數(shù)字模型，奔馳已開發(fā)出了虛擬裝配生產(chǎn)線。員工可在虛擬環(huán)境中使用虛擬角色，分析完成裝配任務(wù)的最佳方法。
進(jìn)行去中心化生產(chǎn)指導(dǎo)。很多公司已開始使用先進(jìn)技術(shù)在工件、機(jī)器和員工之間進(jìn)行通信，從而創(chuàng)造出自主生產(chǎn)流程。博世正在開發(fā)一種能夠檢測(cè)它們位置的工具。根據(jù)工具的位置以及其收到的有關(guān)工件確切位置的信息，這種工具將會(huì)自動(dòng)加載相應(yīng)程序，執(zhí)行特定操作。比如，螺絲刀會(huì)調(diào)整自己的扭矩來擰緊特定工件上的螺釘。
進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。制造商正在使用應(yīng)用程序來自動(dòng)分析大量的數(shù)據(jù)。在位于德國下圖爾克海姆的工廠，奔馳已在使用預(yù)測(cè)分析來檢測(cè)600多項(xiàng)質(zhì)量影響參數(shù)，生產(chǎn)完美的氣缸蓋。
工廠流程
通過使用新的數(shù)字技術(shù)，制造商已將精益管理提升到了新的高度，釋放出了它的全部潛力。我們的調(diào)查結(jié)果表明，優(yōu)化工廠流程在未來將會(huì)變得更加重要。在汽車行業(yè)受訪者中，有97％稱精益管理將在2030年變得更為重要，而70％稱其現(xiàn)在已非常重要。在精益管理中，數(shù)字技術(shù)能夠提升的兩個(gè)關(guān)鍵要素是以客戶為中心和持續(xù)改進(jìn)。