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Pathway to Excellence: Manufacturing 4.0 Reaches an Inflection Point Amid
COVID-19 卓越之路:製造業 4.0 在 COVID-19 中達到轉捩點
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工業 4.0 技術在許多公司的大流行應對中,發揮了決定性作用,但這場危機正在給數位營運的未來帶來新的壓力。
2020 年,工業數位化面臨迄今為止最大的考驗。面對近代歷史上最大的健康和經濟危機,各行各業的公司,被迫採取非常措施來保護員工和維持營運。
雖然一些人在面臨,工人或原材料短缺的情況下,努力維持營運,但另一些人則努力跟上需求的突然飆升。正在進行的第四次工業革命(或工業 4.0)的技術,是否對這些公司的努力有所幫助?
麥肯錫 (McKinsey) 一項新調查結果的分析顯示了三個結果:已經擴展數位技術的公司的勝利,對仍在擴展的公司的現實檢驗,以及為尚未開始工業 4.0 之旅的公司,敲響了警鐘。自 2017 年以來,我們一直透過對全球製造公司的年度工業 4.0 調查,來追踪工業 4.0 的進展,我們對全球 400 多家公司的最新調查(圖表 1)提供了領導者在冠狀病毒大流行六個月後的觀點的快照。總體而言,94% 的受訪者告訴我們,工業 4.0 幫助他們在危機期間,保持營運正常運行,56% 的受訪者表示,這些技術對他們的危機應對非常重要。
圖表 1
早期採用者的勝利
在 COVID-19 之前擴展工業 4.0 案例的公司,發現自己更有能力應對危機(圖 2)。例如,亞洲的一家包裝消費品 (CPG) 公司,在 COVID-19 之前,建立了其供應鏈的數位孿生。它能夠利用它在武漢肺炎大流行期間,運行多種場景,為製造地點突然關閉或原材料供應中斷做好準備。在地球的另一端,北美的一家個人防護設備 (PPE) 製造商,在透過安裝新生產線,來提高產能的過程中,能夠使用基於擴增實境的遠端協助,來調試生產線項目執行。
圖表 2
這些成功故事和其他許多成功故事,引發了人們對工業 4.0 技術潛力的興奮之情,結束了兩年的停滯期。大約 65% 的受訪者告訴我們,他們對數位技術的前景,比一年前更加樂觀。
現實檢查
事實證明,工業 4.0 技術對早期採用者的危機應對相當重要,但 Covid-19 大流行,也迫使公司重新評估自己的數位化轉型進展。與去年相比,我們的研究顯示,受訪者對其組織成熟度的評估顯著下降。表示他們已成功擴展部分或許多工業 4.0 案例的人數下,降了 40% 以上,低於我們在 2017 年記錄的水準(圖表 3)。
圖表 3
這種感知成熟度的變化,有兩個可能的原因。首先,「成功擴展」的標準已經提高。不再衡量工業 4.0 技術,在照常營業期間的增值能力;相反,它們也有望在 COVID-19 危機等艱難時期,證明自己的價值。
其次,在危機期間對他們的工業 4.0 平台,進行實戰測試可能向公司顯示,在其實施真正完全規模化之前,他們還有比他們想像的更遠的地方。尤其是,許多公司發現,他們無法再忽視底層資訊技術/營運技術 (IT/OT) 基礎設施的弱點所造成的限制。
在工業 4.0 最初推出期間,對實施速度的追求,導致許多組織圍繞其遺留 IT 和 OT 系統進行工作,但這種方法現在已達到極限。
一個叫醒電話
在 COVID-19 之前尚未實施工業 4.0 的公司,已經敲響了警鐘。我們最新的調查顯示,他們不僅發現自己在 COVID-19 期間苦苦掙扎,而且缺乏過去的經驗、落後的底層 IT/OT 技術堆棧,以及 COVID-19 驅動的現金限制使他們難以趕上 (圖 4)。
總之,在 COVID-19 之前未實施工業 4.0 技術的受訪者中有 56% 發現,在缺乏數位技術支持的情況下,他們應對 COVID-19 的能力受到限制。
圖 4
前路艱難
儘管大流行面臨挑戰,但大多數公司似乎仍在推進其轉型計劃,工業 4.0 仍然是許多人最關心的問題。 但受訪者告訴我們,進展變得更加困難。自大流行開始以來暫停工業 4.0 項目的公司,列舉了一系列挑戰,包括由於鎖定和引入遠端工作,而導致的訪問困難、現金限制,以及團隊被轉移到其他緊急問題上。
除了中國,超過三分之一的受訪者,表示他們的業務,已經從大流行的影響中完全恢復,我們調查中,幾乎三分之一的參與者預計恢復,需要一年或更長時間(圖表 5) .
圖 5
總體而言,自 2019 年進行上次調查以來,我們看到所有工業 4.0 計劃面臨的挑戰,發生了轉變。 缺乏資金被認為是最大的製約因素,從去年的第三位上升,而缺乏人員、技能和知識則從第一名下降到第三名(圖 6)。
圖 6
改變優先事項
這場危機迫使公司重新思考其營運策略的方向,改變他們想要解決的業務問題,以及他們用來解決問題的工業 4.0 技術(參見側邊欄,「出現的三種原型」)。 不出所料,鑑於大流行的獨特情況,營運的敏捷性和靈活性,已成為高於提高生產力,和最小化成本的首要策略優先事項,而這曾經是大多數人的主要目標(圖表 7)。同樣,支持遠端工作和協作的技術,在優先工業 4.0 用例列表中名列前茅,超過一半的受訪者,致力於該領域的項目(圖 8)。排在第二位和第三位的,是有助於跨端到端供應鏈的協作,和可見性的技術,這反映了管理不穩定,和中斷的供應網路的需求。
圖 7
圖 8
除了公司工業 4.0 優先事項的轉變外,這些調查結果,還表示行業之間存在趨同。在我們之前的調查中,主要的數位化驅動因素,往往因行業而異,但今年敏捷性、靈活性和製造效率,是所有行業和地區的受訪者,普遍關注的重點。
他們的目標可能已經一致,但成熟度方面的重大部門差異仍然存在。與之前的調查一樣,汽車行業的受訪者表示,工業 4.0 技術的大規模應用,取得了最大進展,而能源和材料公司以及 CPG 參與者的報告最少。
旅行、運輸和物流行業的公司是唯一報告過去一年取得重大進展的集團,17% 的公司表示他們已成功擴展多項工業 4.0 技術,而去年僅為 8%。
這些發現強化了這樣一個觀點,即公司可以超越自己的行業尋找數位化最佳實踐的例子。由於業務目標之間,有如此多的重疊,例如,希望提高製造靈活性的 CPG 參與者,可能會從汽車供應商的努力中獲得靈感。
工業 4.0 的下一個常態
對於行業而言,冠狀病毒危機正在改變數位遊戲的規則。大流行加強了工業 4.0 的價值,但也暴露了當今實施的局限性,並為成功設定了更高的標準。
此外,向後 COVID-19 後的下一個常態的過渡,改變了許多數位項目的背景。數月的意外成本和銷售下滑,導致許多企業缺乏用於技術投資的現金。這場危機給人才帶來了更大的壓力。
在武漢肺炎大流行之前,43% 的高管已經報告了,其組織中的技能差距;現在,許多人還必須努力應對勞動力流動,和進入工作場所的新限制。
這場危機也在改變策略環境,以截然不同的方式影響著不同的部門。一些行業,例如航空航太,可能面臨需求長期抑制的前景。能源和材料企業的需求和價格都在下降,增加了成本壓力。
其他行業,包括 CPG 和醫療產品,正在競相應對高漲且波動的需求,某些類別的銷售額打破記錄,而其他類別的銷售額,仍遠低於歷史平均水準。在許多供應鏈延伸的行業中,持續的波動和中斷,正迫使企業在考慮成本和效率的同時,考慮彈性和靈活性。
前進的道路
在此背景下,以雷射為重點的工業 4.0 轉型方法,似乎是大多數公司最現實的選擇。在接下來的幾個月裡,很少有組織有時間或資源來支持數位實驗的散彈方法。大多數人將透過為其工業 4.0 雄心制定策略路線圖,選擇少數針對其首要一兩個策略目標的數位案例,並追求快速、敏捷的流程來完善、推出和積極擴展這些用例,從而獲得更好的服務技術。
組織將希望雄心勃勃但務實。大流行強化了這樣一個資訊,即數位解決方案在超越組織的壁壘,並涵蓋更多端到端價值鏈時,會產生最大影響。與此同時,雖然許多地區仍實行封鎖和旅行限制,但公司可能能夠透過遠端實施的方法,取得最快進展。例如,數據分析技術,可能更容易跨多個站點進行擴展。
當談到支持工業 4.0 用例的底層技術骨幹時,公司還需要仔細考慮,他們在速度和可擴展性之間做出的權衡。快速修復和臨時解決方法,可以加速數位解決方案的早期實施,但以這種方式開始的項目,通常需要耗時且昂貴的重新設計,才能在以後大規模工作。透過在項目生命週期的早期,做出明智的技術選擇,可以最大限度地減少這些問題。
例如,使用基於雲的解決方案或標準化的物聯網 (IoT) 平台,可以加速新解決方案的初始佈署並支持其大規模應用。
然而,人才和組織挑戰沒有簡單的解決辦法。公司需要合適的人員,和合適的流程,來支持他們的工業 4.0 雄心。
COVID-19 後的經濟環境,可能使招聘具有公司在未來幾年,所需的一些關鍵技能(例如數據科學和物聯網工程)的人員,變得更加容易。具有重要長期人才需求的參與者,也可以考慮加強內部能力建設工作,尤其是需要結合深厚領域專業知識,和數位技能的角色(例如分析翻譯和產品負責人)。
與此同時,快速開發和佈署新解決方案的必要性,將要求公司加速採用敏捷工作方式,使用小型跨職能團隊和快速更新換代流程。
隨著世界各地的企業面臨向後 COVID-19 後,下一個常態的痛苦過渡,一些公司可能會試圖放慢,甚至暫停他們的數位化轉型。 對於大多數人來說,這將是一個錯誤。
工業 4.0 的領導者,已經從他們的 COVID-19 大流行前,投資中獲益,從而創造了贏家和輸家之間差距擴大的前景。
相反,我們認為,對大多數企業而言,更好的選擇是專注於數位化工作,瞄準最具策略意義的機會,並以更快的速度實現真正的規模化。
[Field Application] M0609 - Ice Cream Robot 【現場應用】M0609-冰淇淋機器人
Connected Highway Digital Twin Use Case and iTwin Platform Introduction
互聯高速公路數位孿生用例和 iTwin 平台介紹
數位孿生可以幫助道路機構,整合多個孤立的數據源、追蹤和可視化變化、產生可操作的見解等。本概述重點介紹了從道路到緊急橋樑,更換的數位孿生應用案例。
數位孿生正在成為交通基礎設施,最重要的技術趨勢之一,因為它們具有改進設計、視覺增強協作,以及提高資產可靠性和性能的潛力。數位孿生可被視為基礎設施決策的支柱,因為它們提供有關項目、項目狀態和相關風險的最新資訊。
數位孿生使土木工程師,能夠在整個生命週期中可視化資產,以追蹤變化,並執行優化資產性能的分析。
什麼是數位孿生,為什麼它們很重要?
數位孿生是實體資產、流程或系統的數位表示,以及使我們能夠理解和建模,其性能的工程資訊。簡單地說,數位孿生是一種高度詳細的數位模式,它是實體資產的對應物或孿生。數位孿生不斷更新,來自多個來源的數據,這使它們與靜態 3D 模式不同。
從概念到營運,承包商、建築公司,以及道路和橋樑業主營運商,可以利用數位孿生讓項目團隊更深入地瞭解設計。數位孿生還使管理層和所有者,能夠在流程早期瞭解設計決策的含義,並幫助他們在整個資產生命週期內提高績效。
在新道路或橋樑的規劃、設計和施工或重大升級過程中,項目數位孿生可以根據營運要求優化設計,並透過模擬降低施工延遲或不合格的風險。項目數位孿生還可以改善供應鏈內的物流和溝通,這有助於維持進度和預算。
在營運期間,性能數位孿生變得最有價值。當來自物聯網 (IoT) 連接設備(例如提供持續調查,以即時跟蹤現實世界條件下的資產變化的無人機)的輸入添加到數位表示中時,所有者營運商獲得洞察力。這種透明度有助於業主營運商,優先考慮並改進維護或升級。
當應用人工智慧 (AI) 和機器學習 (ML) 時,從大數據中獲得的分析可見性,可以提供洞察力和沈浸式數位營運,以提高營運和維護的有效性。結果是,訪問性能數位孿生可能使員工能夠在問題出現之前,預測和避免問題,或者縮短他們的反應時間。
隨著無人機和機器人的應用,以及基於人工智慧的電腦視覺,使用數位孿生自動化檢查任務,專家可以遠端進行檢查,提高生產力,利用專家的價值,並降低暴露團隊成員所帶來的風險危險的環境。
路橋數位孿生在現實生活中的應用
Bentley 看到其用戶透過數位孿生實現數位化,推進數位化工作流程,並使用智慧組件,並使用數位環境來改進項目交付,和/或使資產在世界各地,每天都表現得更好。以下是一些案例,說明 Bentley 使用者,如何在他們的項目工作中實現數位化。
Italferr 使用數位孿生技術,在義大利熱那亞建造了 Pergenova 高架橋。Pergenova Consortium Company 選擇 Italferr 為義大利熱那亞 Polcevera 河上的 1,182 米莫蘭迪大橋,設計應急替代方案。倒塌的橋樑關閉了三條鐵路線,增加了 120 公里的公路旅行。因此,盡快重建它對於城市的長期經濟和文化健康非常重要 —— 並且需要在設計進行時開始施工。
為了在按時完成設計的同時,確保設計的準確性,Italferr 使用 Bentley 的建築資訊模式 (BIM) 方法,並創建了高架橋的數位孿生模式,以簡化整個設計階段的工作流程。為了實現這一目標,Italferr 將建造和運營的詳細資訊納入模式,因為在設計階段之後,幾乎沒有時間對模式進行重大修改。該組織還建立了一個開放、互聯的數據環境,以促進多學科項目團隊之間的協作,並確保單一的事實來源。 Bentley 應用還幫助 Italferr 定義標準、模板和基本標準,以創建數位孿生和統一的 3D 資訊模式,構成設計、施工和營運的基礎。
利用 BIM 並使用 Bentley 應用,創建數位工作流,Italferr 能夠以比傳統 2D 設計更高的品質和速度可視化設計。使用 Bentley 的 BIM 解決方案和數位孿生模式,Italferr 降低了設計成本、改進了決策、提高了準確性並改進了多學科交流。
BIM 進步和數位孿生,優化了中國高速公路的設計和施工。湄潭至十阡高速公路,是中國貴州省交通運輸發展「十三五」規劃的重點項目。它是中國第一條大批量、全學科應用 BIM 方法,進行建設和管理的高速公路。高速公路位於山區,全長 113 公里,橋樑、高架公路和隧道眾多。
該項目利用數位孿生技術,提升高速公路建設品質,實現全生命週期管理理念。無人機飛來勘察現有場地,並使用 Bentley 的實景建模軟體,創建 3D 實景模型。擁有這種現實背景,幫助團隊加速和優化設計,將施工週期縮短了 89 天。
虛擬設計和施工技術的引入,改變了該項目傳統的施工生命週期。項目團隊在設計階段,發現了使用以前的方法在施工階段之前,無法發現和解決的問題。在設計階段發現問題,將設計工作量和時間減少了一半,提高了施工品質,並降低了施工成本。項目期間收集的 BIM 模式,用於建立數位孿生模型,為維護以及建模和預測未來資產性能奠定基礎。
Foth 使用數位孿生在愛荷華州錫達福爾斯 (Cedar Falls) 實施道路復興項目。Foth Infrastructure and Environment 被保留為愛荷華州錫達福爾斯,一條繁忙的公路走廊,制訂,從初步工程到最終設計和施工的綜合交通計劃。該市的目標,是改善交通流量和安全性,提供自行車和行人通道和機動性,並促進商業通道,同時最大限度地減少資本投資和營運成本。
為瞭解決該市的優先事項,Foth 引入了該州很少見的創新設計元素,包括環形交叉路口、車道減少和完整的街道方法,以容納多式聯運旅客。
擁有單個 3D 模型,提高了設計過程的準確性和效率,無縫整合了來自全球網路的設計師和顧問。3D 模型還有助於改進施工階段。Foth 將 3D 模型建立為數位孿生模型,隨著現場人員識別並解決現場潛在問題,數據流入和流出模式。除了施工,數位孿生中包含的工程資訊,將為未來的營運和資產管理提供重要價值,因為這些數位資產可以智慧地向城市,傳達改善績效的關鍵資訊。
在設計階段節省時間,大大縮短了整體項目進度,使 Foth 能夠在交付高品質項目的同時,滿足施工和城市進度。在開放、互聯的數據環境中,使用 Bentley 的應用,改進了各個階段的項目交付成果,最大限度地提高了行動團隊,和分散團隊之間的協作和生產力,並優化了與城市、公用事業公司和社區利益相關者的溝通。編者按:有關此項目的更多資訊,請參閱「在振興道路的同時,Foth 團隊磨練了簡化遠端工作的協作流程」。
BIM、實景建模和 GIS 數據為馬來西亞的高速公路,生成數位孿生模式。馬來西亞的泛婆羅洲公路,是一條全長 1,060 公里的四車道雙車道,橫跨沙撈越州現有社區和保護區的起伏地形。馬來西亞政府選定項目,交付合作夥伴 Lebuhraya Borneo Utara (LBU) 和 Bentley 通路合作夥伴 Reveron Consulting,為泛婆羅洲公路的設計、施工和營運實施 Bentley 解決方案。
LBU 將泛婆羅洲公路的規劃、設計和建設數位化,符合政府標準,提供最佳價值。在整個施工過程中利用 Bentley 應用(包括用於施工監控)後,下一階段的重點是營運、維護和資產管理,以確保高速公路滿足其當前和未來的功能要求。
由於它利用了實景建模,以及數位流程和工作流程,因此數位孿生方法被用作營運決策的基礎。 Bentley 的整合應用及其連接的數據環境,提供了一個完整的技術解決方案,可以創建數位孿生。數位孿生被用來整合道路資訊系統、橋樑管理系統和維護管理系統,這些系統是專門開發和設計的,包括不合格報告的開發。數位孿生使用 Bentley 技術將 BIM、實景建模和 GIS 數據結合起來,以提供身臨其境的可見性和分析,以便及時做出決策並提高基礎設施資產性能。
結論
數位孿生使用者能夠在整個資產生命週期中,可視化基礎設施資產、跟蹤變化,並執行分析以優化資產性能。Bentley 的基礎設施數位孿生結合了工程數據、現實數據和物聯網數據,可提供地上和地下基礎設施的整體視圖。身臨其境的可視化、可見性和分析可幫助使用者,更深入地瞭解基礎設施資產,從而改進決策,以獲得更好的結果。