阿里雲辛騫騫:製造業數字化轉型的中臺戰略

語言: CN / TW / HK

文|阿里雲智慧工業行業首席架構師 辛騫騫

一、製造業數字化轉型的驅動因素和要解決的根本問題

改革開放以來,國內的製造業經歷了幾次重要的轉型。首先,由重工業向消費品、輕工製造的轉型;一部分人先富起來之後,由純生產製造向品牌商的轉型;產能過剩之後,由內貿向外貿的轉型。不論是過去還是現在,任何一個高速發展的行業或企業都很少會主動去談轉型,轉型動力要麼是因為歷史積累的“危”,要麼是新出現的“ 機”,如今製造業的數字化轉型正是在危機並存的大背景下企業不得不做的選擇。

關於“危”: 製造業為作為國民經濟和居民就業的基本盤,正面臨著利潤空間越來越小、生存困難的狀況。造成這個局面的根本原因在於基礎科學的突破瓶頸,在研發生產上創造壁壘的難度越來越高,同業之間技術上的差異化越來越小,大部分是同質化競爭,再加上產能過剩,所以製造業進入了存量經濟的效率競爭時代。此外,隨著人民生活水平的提高,消費者的需求越來越多樣化,不在滿足於簡單必須的基本功能;今天也不再是一輛桑塔納賣遍全中國的時代,而是每週甚至是每天都有新車型上市,可稱之為“消費崛起”的時代。在這個時代,消費者需求的變化越來越快,也就是說需求端的不確定性越來越高,這種不確定性首先會在消費品製造業集中體現,進而會向上遊的機械、裝備製造傳遞,最後到達原材料製造。而製造業過去幾十年的發展形成的包袱和積累的能力很難適應這種越來越複雜的不確定性,敏捷創新能力不足的企業很可能會在新的浪潮中被淘汰。所以 提高階到端的生產運營效率和敏捷創新能力成了製造轉型的最根本的動力

工業行業數字化全景圖

關於“機”:資訊科技,特別是新一代帶資訊科技:5G、IoT、大資料、AI、區塊鏈等使網際網路和零售行業取得了巨大的成功,催生了一批市值萬億的巨型企業。這些工具和方法對製造業來說是比較新的,為解決上述效率的提升和敏捷創新能力的提升提供了新的可能性,特別是在當今舊工具的邊際效益越來越低的時候。在以往的數字化實踐中,不同型別的製造業,會從不同的角度嘗試數字化工具,直接服務消費者的企業首先在產銷協同上發力,快速響應消費者不斷變化的需求;消費品製造的上游首先在研發設計上實現數字化和敏捷化,作為承接消費者需求二級供給;再上游的原材料行業尚未感受到末端的變化,則在生產端通過數字化提效降本。就一個具體行業而言,又能夠全面的從各個維度通過數字化手段取得收益,這就激勵了更多的企業考慮數字化轉型,也使數字化轉型成為製造業未來一段內不得不面對的一個方向。

鋼鐵行業從數字化工作中取得的效益

製造業的數字化轉型就是在需求側的不確定性越來越高的時候,用數字化的工具提高企業的敏捷創新能力,更好的去縮短一個產品研發週期、提高一部機床使用精度、提高一個班組的產量、提高一組裝置的使用效率、提升倉儲週轉次數、減少庫存數量……所有這些本質上都是如何優化資源配置效率。在這個最本質的需求之下,衍生了很多名詞:工業網際網路、工業4.0、智慧製造、兩(三)化融合。當撥開這些“馬甲”,會發現邏輯是非常類似,都是通過一代資訊科技的應用,讓資料自動化的流動起來,讓決策能夠通過資料+演算法更加精準,讓業務創新能夠資料資產和網際網路技術的幫助下更加敏捷高效,這其實就是數字化轉型。只是不同的名詞關注的範圍和切入點略有不同,要認清本質,不要被“概念霧霾”所迷惑。

二、犀牛製造平臺的實踐與製造業數字化轉型的階段評估

自從2016年雲棲大會上提出阿里巴巴的“五新戰略”之後,阿里巴巴從零開始嘗試打造一個圍繞“效率”和“敏捷創新”的服裝行業的雲上工廠:犀牛製造平臺。犀牛製造一開始就以低成本實現小單快反為使命,並在2020年9月入選最新一批麥肯錫和世界經濟論壇聯合評選的端到端的燈塔工廠,端到端的燈塔工廠更加強調以客戶為中心,改變與客戶的互動方式,將客戶作為流程設計和運營的核心;跨職能的無縫連線,促進更高效的決策,減少多餘的溝通;組織間的持續連線,進行資料收集、交換和處理,幫助企業建立產業鏈級別的製造生態系統。所以犀牛平臺不只是一個智慧化程度較高的智慧工廠,更是一個打通產業鏈上下游的S2B2C的製造業服務平臺。

從業務流的角度,去分解一下犀牛製造,能夠給製造業的數字化轉型一些啟示。

1. 需求決策支援:犀牛製造平臺天然與淘寶、天貓打通,實時掌握消費者的一手資料,能夠在一定程度上預測未來一段時間的版式和材料需求,所以在客戶下單之前就能夠有材料的預採、版式的預研,這是縮短交期非常核心的第一步。

2. 訂單智慧選工廠:犀牛平臺之下有多家工廠,每個工廠的負荷情況、原材料儲備、擅長的品類,地理位置都有差別,平臺在接到訂單之後會智慧地把訂單分配到合適的工廠。

3. 雲上共享設計平臺:工廠接到訂單之後,會基於雲上設計軟體,多家工廠共享素材、歷史版式、人體資料等,並將圖紙通過雲上直接下發到工廠,同時增加雲上設計資料資產。

4. 雲上滾動排產APS:基於設計BOM和訂單,利用先進的運籌優化與模擬結合的演算法能夠實現快速滾動排產,任務到人、到工位。

5. 工廠內人、機、系統全面雲化,資料自動化融通:生產過程中的各個要素全面雲化,並通過資料中臺實現互通,生產環節全面可視,質量、交期等關鍵結果可預期,資料資產能沉澱。

6. 基於資料的知識庫建設和區域性優化閉環:以知識圖譜的形式逐步建設關鍵縫紉工藝的知識庫,逐步實現最優工藝自動下發到工位;以大資料演算法優化布料裁切路徑。

7. 基於菜鳥能力的高效交付:產品完成後會依託菜鳥的物流優化能力,高效低成本的送到最終客戶。

犀牛智造,雲端演算法定義的線上工廠

8. 基於全要素全鏈路的資料資產的決策支援:上述所有步驟的資料在同一資料資產平臺沉澱,並再平臺之上用網際網路架構快速開發應用,響應客戶端的需求變化。

犀牛平臺是一個製造業的數字原生解決方案,他從設計之初就是一個核心要素全面上雲的製造企業:單機裝置、產線、工藝、車間管理、經營管理、產品開發、需求分析、供應鏈系統的全面雲化;也是一個基於雲端大腦進行運營的工廠:實現了從需求、設計、研發、生產、供應鏈等資源的全域性優化,生產全要素、全產業鏈、產品全生命週期的實時、精準、高效優化;犀牛平臺在一定程度上實現了IT、OT、AT的融合,這也是製造數字化轉型所追求的目標。通過犀牛製造的實踐,以及對國內超過兩百家制造業企業的服務,提出了考量製造業數字化轉型成熟度的一些設想。

製造業數字化轉型的路徑

製造業的數字化轉型,按照成熟度和先程序度可分為6個階段,可供其他的製造業,特別是消費品製造業。

S0:資料驅動的需求洞察,能夠保持與客戶同頻線上,實時洞察並在一定程度上預測客戶的需求

S1:研發體系全面線上,並與需求打通,研發體系能夠對客戶需求的變化做出快速響應,以雲端設計、協同設計的模式提高敏捷性,沉澱資料資產

S2:生產環節全要素線上化,採集到更多各類裝置、機器、人、產品、業務的資料,並匯聚到雲端,實現互聯互通互操作,並積累資料資產

S3:區域性實現資料+演算法的決策閉環,通過S1S2累計的資料資產,在區域性實現大資料深度優化的用例,比如良率優化、能耗優化等

S4:供應鏈體系的線上打通和全域性協同優化,端到端的供應鏈打通,並能夠從公司維度到工位維度做資源的優化排程

S5:全面實現三個整合,用平臺化技術實現從採購到交付供應鏈的全鏈路的橫向整合;從裝置資料採集到ERP/BI的五級業務系統的縱向整合;產品從研發到報廢的全生命週期的整合。並在平臺技術沉澱到一定能力之後對外賦能輸出,衍生新的商業模式。轉型成功不僅是公司內部生產運營效率,敏捷創新效率的提高;同時轉型過程中能力和資料的沉澱和積累也為企業向服務化轉型,為同業或上下游企業賦能提供了基礎。

三、中臺戰略是製造業數字化轉型的核心路徑

通過上面的討論,我們發現數字化考量的不是單一用例以及它產生的效果,更多的從企業乃至產業鏈全域性的維度考慮大優化大協同。因為過去為了解決區域性的效率問題,已經建設了很多業務系統ERP、MES、LIMS、WMS、TMS、EMS、SCM、CRM…….在當時的歷史階段,這些業務系統為企業的規範化、規模化發展都起到了很重要的作用。這些業務系統除了讓生產經營過程可見、可控之外,更重要的是它們承載了當時國外公司的先進管理經驗,用軟體定義流程,用流程驅動管理和行為的規範化。但當今天開始考慮全域性優化,考慮敏捷創新的時候,就會發現這些系統的先天不足,因為他們在建設之處的目的就是區域性提效和流程固化,既然“今天的問題是源於昨天的解決方案”,也就不可能再通過修修補補昨天的解決方案來解決今天的問題。

與煙囪式、孤立式應用相對應的是中臺策略,阿里巴巴是中臺概念的提出者,也是最早一批實踐者。現如今中臺的產品和概念滿天飛,每個人對中臺的定義和分類方法也都不一樣,無需糾結它的定義到底是什麼,但要理解他的理念、初衷和邏輯。中臺是把聚集之後能夠發生化學反應和協同效應的資源,把能夠多次複用的能力沉澱下來,統一協調管理,從而提高業務的敏捷能力、加速創新。按照資源和能力這兩個大類,可以分為資料中臺和技術平臺。現在幾乎所有人都接受的觀點是,資料特別是大資料,是這個時代企業的戰略資源,數字化轉型的所有工作也是圍繞資料展開。大資料資料型別多樣、規模海量、流轉快速和價值密度低的特點,必須以中臺化的模式來管理,作為業務創新的土地,讓新應用、新場景、新模式在資料資產之上長出來。技術平臺是更便捷的工具,是把過去的經驗以工具化的能力沉澱下來,並在複用過程中迭代完善,是低成本創新試錯、高效敏捷響應客戶的變化、應對不確定性的能力集。

資料中臺:“單機自動化程度高,但工序之間的銜接和協同主要靠人”這是大部分做的比較好的生產車間最普遍的現狀,所以現在車間改造的重點在柔性機器人、整合訂製機器人,在物理上消除裝置與裝置的隔閡。但實操的過程中,裝置之間的自動化比單機裝置的自動化更難,但同時帶來的價值也更高,能夠在更大的範圍內減人提效,這是看得見的自動化。在看不見的數字領域,每個系統都在自身預先框定的業務範圍內做業務優化和效率提升,噹噹放眼整個公司層面,會發現資料處處割裂,系統與系統之間難以對話,這種狀態與看得見的車間自動化如出一轍。所以資料中臺要實現的第一個任務就是打通業務系統,讓資料自動化的流動起來,讓正確的資料在合適的時間。自動化的流轉到合適的位置,這種看不見的自動化與看得見的自動化同樣重要。以C2M業務為例,它的高成本一方面是因為硬體上切換裝置、工裝降低了效率,人力上工人的熟練度低;另一方面更重要的是生產的組織和資源調配上的效率會大幅降低,設計變化之後BOM不能自動生成,複雜巨量的SKU排產排程困難,物料資訊不能準時準確的傳遞,合適的工藝引數不能自動下發,操作SOP不能及時出現在工人的操作位,解決所有這些問題的第一步就是要資料自動化的流動起來。資料的自動化流動,首先降低了溝通協作成本,也為更大範圍的優化提供了可能性,當然更使得資料資產的沉澱更加方便。

典型製造業的資訊流

為了讓資料自動化的流動起來,中臺必須處於企業各個資訊系統的十字路口位置,方方面面產生和流轉的資料都要進過中臺,所以中臺天然就會是會使資料交匯在一起,進而形成資料資產,資料資產重在“全域”和“高質量可運營”。中臺戰略就是要解決大型企業中碎片化的供給與全域性優化的矛盾,一個訂單從生成到交付涉及到銷售、採購、研發、生產、測試、物流、維護、客服等諸多方面,現代企業面臨的挑戰不只是把一個環節做到最好,而是在全鏈路上提高客戶滿意度。出現質量問題可能是生產工藝缺陷、可能是研發設計先天不足、可能是測試漏洞、可能是採購原材料問題,解決的方案也不一定是一位的在極低的邊際效益下提高質量,而是從銷售、客服的角度更有成效。全域性優化的要求自然也就要求資料資產覆蓋全域的。另外資料資產也不是簡單的把所有資料放到一個池子裡,從高頻巨量的IoT資料,到反映生產實績的MES資料,再到企業經營層面的訂單客訴資料,千差萬別,直接放在一起毫無意義,一定要經過繁瑣、專業的處理和抽象,變成高質量的資料,才能稱之為資產。資料資產平臺與其他的所有平臺一樣,如果沒有持續運營,平臺就永遠是個平臺,不會自動的發揮業務價值;資料中臺的運營要疊加技術平臺的配合就更能夠大大加速創新過程以及業務對不確定性的反應速度。

技術平臺:現代幾乎所有的工業品都是模組化設計,一個新的手機型號的推出可以複用大部分上一個型號的大部分模組,只需要很小一部分重新開發。模組化設計要求模組的相對獨立性—可以對模組單獨進行設計、製造、除錯、修改和儲存,這便於由不同的組織別進行生產;互換性—模組介面部位的結構、尺寸和引數標準化,容易實現模組間的互換,從而使模組滿足更大數量不同產品的需要;通用性—有利於實現橫系列、縱系列產品問的模組的通用,實現跨系列產品間模組的通用。數字化的技術平臺就要把能夠複用的能力變成一塊塊的積木,他可以是一個能夠處理大部分訂單事務的“訂單中心”,可以是在生產執行、客訴處理、產品維保等業務中都會用到的“質量中心”,也可以是在機加過程、熱處理過程、鍍膜過程的良率改善演算法中能夠重複使用的“質量預測引擎“。技術平臺通過沉澱工具和業務實踐,積累越來越多的大大小小的積木,只為一個業務價值,就是敏捷。由於消費者需求的變化越來越快,向上遊傳遞的不確定性就越來越高,企業唯有提高真的反應速度,能夠跟上市場的變化,才可能抓住市場機會;企業擁有資料資產的沃土,同時有足夠的工具和能力沉澱才能夠低成本快速試錯,也才有更多創新的機會。

四、製造業數字化轉型的組織變革

現實中製造業的數字化轉型實踐大部分都沒有成功,這既是諮詢公司調研的結果,也符合阿里雲過去幾年服務製造業的感受。究其原因一部分是因為在規劃設計階段就沒有按照全域性的理念來做,這類企業必然會卡在“試點陷阱“;另一部分企業在技術上想的很清楚,卻同樣很難把成果推廣,是因為組織拖了後腿。中臺策略強調公司級的資料資產和能力的沉澱,而組織上卻是依然各自為政,每個個人和小組織都在自己的小業務內閉環,管生產的難以考慮他的資料也業務沉澱如何幫助採購降低成本,負責研發的更難以去指導營銷如何做的更好。傳統的剛性組織既不利於資產和能力的沉澱,更不利於跨業務的高校創新和對市場的敏捷響應。這種情況下,往往是技術上做足了準備,卻因為人的問題,不能夠大範圍的應用,陷於一個部門內部出不來,自然產生的回報也非常有限,更談不上公司整體的數字化轉型。

製造業數字化轉型的“試點困境“

隨著數字化轉型的深化,組織的形態也需要不斷演進,由傳統的剛性科層制,逐漸演化為柔性的液態組織。這種組織形式是數字化時代業務模式創新的必要條件,因為層出不窮的創新業務模式需要與之相匹配的、動態的、靈活的、可擴充套件的組織模式來支撐。

製造業數字化轉型的組織變革

未來的組織將以客戶為中心,在客戶體驗、線上互動、群體創造、介面透明、網路協同五個維度上,逐步實現智慧化。客戶體驗是指在使用者需求高度差異且快速變化的時代,通過衡量組織與外部客戶關聯互動的強度、對客戶需求響應的速度,以及及時進行內部體系優化的程度,判斷組織是否以客戶為中心運轉。線上互動是指衡量在網際網路時代下,組織的“線上化”程度,包括產品與服務、核心業務流程的“線上化”程度,促使組織在最小成本下實現最大化資源獲取,消除溝通互動邊界。群體創造是指組織能力的激發和組織創造力的搭建,重點關注的是通過整合和吸引相關資源,實現對內跨部門、對外跨邊界的共創共贏。介面透明是指組織結構對內對外透明開放,對內以治理結構、管理語言的標準化為核心,將中後臺打造為共享平臺,有效沉澱核心能力;對外以打造自由透明的產品與服務提供平臺為核心,保持溝通訊息流的暢通與及時,產品資源整合共享,相互借力,推動社群化的整合發展。網路協同是指為響應個性化訴求,組織以滿足客戶需求為導向,前端以自發性的業務單元進行動態組合、發展與演變,各單元相互間緊密連線,打造內外接合、去中心化、靈活的組織形態,實現高效資源調配。

釘釘從觀念的創新開始,使傳統工作方式全面轉型為數字化的工作方式,首先通過實現組織架構線上,實現權責清晰,扁平視覺化,以人為核心構建組織;第二,釘釘打造溝通線上,實現了高效、安全、平等、互信的資訊互動,激發人的自驅力;第三,通過任務的線上協同,使得各個任務管理之間能夠相互支援,激發人的創新創造力;第四,通過業務流程和業務行為的線上化,實現組織在業務上的大資料決策分析能力,把人從流程中解放出來;最後,通過釘釘實現,以組織為中心的上下游和服務物件都實現線上化連線,用大資料優化整個生態的使用者體驗。可以作為製造業組織變革的有效工具。

五、結語

製造業正邁向動力變革的新階段。新一代資訊通訊技術尤其是大資料技術的發展,驅動製造業邁向轉型升級的新階段。在這次的數字化轉型中,全域性的思維是成功的前提,要通盤考慮技術、業務、組織;中臺的策略是轉型的路徑,大中臺小前臺機會是目前可見的唯一選擇;效率提升和敏捷創新是要實現的兩大核心業務價值,能否更加靈活的適應需求端帶來的不確定性是決定生死的問題,能否優化提高內部效率是決定活得好不好的問題。