该行业经历了十多年的数字化阵痛。在企业资源规划（ERP）和制造执行系统（MES）的帮助下，核心规划、调度、仓储、库存管理和物流流程得到优化和自动化。然而，这些成就仅限于技术领域，并支持工厂的各个功能领域，而不是在更广泛的层面上提高工厂的整体效率及其供应链效率。
如今，数字化的痛苦已成为过去，制造商已进入数字红利的黄金时期。随着高端智能传感器、人工智能、大型数据库、机器人及其与云技术的广泛集成，制造商正在迎来一个新时代：集成工厂可以根据客户需求快速定制产品，并快速响应不断变化的需求和趋势。这家完全数字化的工厂可以成为快速发展的催化剂，提高生产率、产量和市场份额，优化财务和运营绩效，加强供应链控制和透明度。同时，数字工厂在安全、环境可持续性和碳排放控制方面也有着辉煌的表现。
数字工厂作为一个覆盖范围广泛的网络系统，也被称为工业4.0。前三次工业化浪潮是由蒸汽机机械化、电力和装配线以及计算机的出现推动的。网络系统中使用的设备来自物联网，并被集成以形成端到端的生态系统。该生态系统涵盖内部职能（如销售、采购、工程和研发）和外部参与者（如供应商和客户）。
数字化工厂能够迅速根据客户需求定制产品，快速应对不断变化的需求和趋势。
技术进步仍在塑造数字工厂的生态。从今天的最初形式来看，数字工厂更像是位于德国奥格斯堡的富士通工厂。在这里，包罗万象的信息技术支持“超级供应市场”，存储富士通的计算机和其他硬件产品部件。一旦客户的订单到达，机器人将自动拾取和组装零件，将其装载到无人驾驶电动汽车（即物流列车）中，然后通过准时顺序供应流程将其运输到生产现场。由于每个组装产品的具体规格可能不同，动态屏幕将准确显示每个订单所需的零件，并显示具体的操作说明。产品特性的调整可由现场工程设计团队在装配过程中在短时间内完成，现场工程师也可根据客户的最新要求及时进行调整。预测性维护过程基于每个设备的历史和实时数据，可以在故障发生之前预防故障，避免故障，并大大缩短停机时间。由于整个生产过程是无纸化的，工厂几乎没有碳足迹，其日产量可达到12000台电脑和1000多台服务器。这些成就使富士通奥格斯堡工厂成为世界上最具生产力和成本效益的工厂之一。
用数字化实现定制化
尽管这些成就值得称赞，但富士通的德国工厂只是数字工厂众多潜力之一。普华永道最近对200家德国制造商进行的一项调查显示，制造商对数字工厂概念的接受程度普遍较低（德国企业在生产创新领域享有很高的声誉。因此，本次调查将德国企业视为全球发达制造商的代表）。尽管90%以上的受访者表示，他们已经设立了数字工厂建设专项资金，但这些投资过于集中于单独或不完全集成的技术。只有6%的企业将其工厂归类为“全数字化”。
这项调查最有趣的是，尽管制造商尚未完全接受数字化，但他们已经开始认识到数字化的战略潜力，而之前他们往往对此视而不见。但这并不意味着制造商不再重视实际的战略考虑。事实上，98%的受访者仍然将数字化仅仅等同于某种程度上提高生产力的手段。但与此同时，高达74%的企业认为区域化是数字投资的主要原因。区域化是指在产品销售市场建立和扩大工厂的能力，并通过定制产品和提升服务水平来实现增加收入的目的。
此外，随着数字化的快速发展，根据客户偏好快速定制产品并为客户创造专属产品的前景似乎已成为影响生产决策的关键因素。相比之下，降低劳动力成本的影响似乎是次要的。事实上，只有20%的受访企业计划将工厂迁往劳动力成本较低的国家，如亚洲、东欧和南美。近80%的受调查企业专注于西欧（主要客户群所在地），以发现数字工厂所需的新功能。从阿迪达斯新建的“速度工厂”不难看出这一趋势。2017年和2018年，新概念工厂分别在德国安斯巴赫和美国亚特兰大建成。在这些工厂中，自动化生产线由程序员管理，所需的原材料由监控整个供应链的网络提供。凭借这些优势，“speed factory”可以在5小时内生产出一双昂贵的多功能定制运动鞋。在数字化程度低、成本低的亚洲工厂，这一过程可能需要数周时间。阿迪达斯表示，一旦规模效应形成，“速度工厂”将在几年内收回成本。预计新概念工厂还将大大缩短新设计的交付周期，并快速响应不断变化的客户偏好。
德国安斯巴克，阿迪达斯SPEED工厂的自动化制造设备。
数字工厂的一些技术主轴包括相对过时的软件（过去主要是ERP和MES，甚至还有excel制表软件）。使用这些软件的初衷是进行基本规划，解决运行效率低下的问题。通过传感器和云技术将这些分散的数据和分析网络集成到公共基础设施中，可以实现零件、机器、生产经理、运输车辆和装配线工人之间以及整个生态系统内的实时通信。这样，从原材料到成品的时间和距离都大大缩短，有助于完成机械设备的及时维护。
数字制造的影响很大一部分来自科学技术的飞跃。科技进步的步伐没有停止，传统的ERP时代已经成为过去。例如，机器人可以通过重复而不是编程来学习。此类设备的出现使人类能够快速训练机器进行多任务处理，并在出现不同任务需求时根据优先级灵活安排机器人从事不同的活动。
另一个例子是无人机。无人机可以将缺失的零件快速运输到装配站，并实现对工厂和设备的视觉监控。奥地利汽车供应商麦格纳·斯太尔（Magna Steyr）拥有更广泛的无人机应用。在格拉茨工厂，无人机独立飞越装配线，扫描物料标签以比较仓库中的现有储备，并为管理工厂库存清单的网络提供信息。麦格纳·斯太尔还采用了数字工厂的一个有趣特征，其潜在价值正在开始显现：数字孪生兄弟或工厂的虚拟复制。这项技术可以再现形态、功能和化学物理过程。因此，新工厂可以从三维设计和建造，在工厂投入使用之前，潜在的错误和低效将得到解决。当工厂正式投入运营时，可将实际运营绩效和任务数据传回虚拟工厂，以便对其进行持续监督和调整，以优化流程并以最高效率维护设备。
了解阻碍
劳动力构成将是数字工厂必须解决的棘手问题。数字工厂的先进生产模式代表了一种新的人机交互模式，许多工人或制造商仍然对此毫无准备。了解数字工厂对公司员工的影响非常重要，这与计算数字工厂的经济效益同样重要，部分原因是前者最终会影响后者。因为工厂重视新技术而感到边缘化或无法在这种环境中工作的员工将阻碍工厂的成功发展。
纯粹从这一角度来看，许多公司清楚地认识到自己还没有为数字化工厂做好准备。我们的调查显示，近半数的制造商认为他们的员工不愿意拥抱数字化变革，也有半数的受访者认为其公司缺乏真正的数字文化。一种解决方案便是重新培训公司中能力出众的工人，使其精通工厂自动化设备编程，并培养其数据敏感度；另一种解决方案是支持政府的学徒项目，招聘更符合数字工厂要求的员工。换句话说，制造商不应消极应对变化，而应主动出击，重新调整当前和未来员工的技能。
但仅解决劳动力难题还远远不够。高层管理人员必须积极推进数字化举措，并在公司上下公开表示支持，通过向员工阐述技术的裨益，提升员工对新战略的信任度和接受度。
管理人员可以向工人保证，数字化工厂能让他们避免高度重复、耗费体力和危险的工作，同时提高准确性和生产力。工人可以享受更加生态环保、清洁干净的工厂环境，其就业和薪资前景也将更加广阔。近半数的受访者预计数字化工厂的工人薪资将会增加，退休年龄将延迟；86%的受访者预计员工的工作时间仍保持不变。这表明员工可以与公司共享效率和收入增长的红利。
前进之路
数字化发展的阻碍会对一些制造商造成寒蝉效应。尽管工厂现代化的长期效益显而易见，且竞争对手通过采用新技术势必构成威胁，但制造商仍对工厂现代化感到畏怯。前进的必由之路便是脚踏实地、稳扎稳打地实现数字化。以下是数字化六步走计划。
1. 制定数字化工厂战略
为数字化工厂绘制一套连贯的模型，紧密关联公司的整体业务战略，且能在公司上下切实执行。在确定数字化工厂的优先事项时，确保人员与技术同等重要。为了成功落实这一关键步骤，需建立一个强大的内部赢家网络，由高层领导、管理层和工人或车间团队负责人组成，以真诚领导力为网络凝聚核心。
2. 开展试点项目
从试点项目开始，对技术和概念进行测试。当未经验证、具有风险的全新方式无法吸引投资或获得支持时，该步骤尤其有效。小范围的试点成功通常能为大范围推广树立信心。可能的试点方式是在一到两个工厂内实施垂直整合，涵盖数字工程和集成制造规划，或者是在关键制造设备上安装传感器和执行器，并使用数据分析来探索预测性维护解决方案。另一种试点方式是在特定工厂内对特定生产线进行数字化。试点项目应整合各种数字化应用程序，而不是单独实施各项技术升级。
3. 明确所需能力
试点项目所得出的经验教训可以协助探索并确定必要能力。这些能力取决于公司的生产战略、业务目标以及开发及采用新技术的能力。一些公司力求成为物流领域的领头羊；一些则从提高生产力或产品质量中获得利润增长；还有一些公司使用数据作为开展创新的切入点。尽管数字化设备可以为上述发展增添一臂之力，但如果没有在企业、人员、流程和技术层面建立起合适的能力，数字化工厂将无法实现增强业务的目标。
4. 精通数据分析和互联互通
随着企业广泛使用数据驱动技术进行流程和质量优化、资源管理以及预测性维护，互联互通成为贯穿数字化工厂的主线。每家公司都需要掌握生成和传输数据的连通工具和系统以及数据分析工具，以提高效率和质量。
5. 转型为数字化工厂
工厂数字化转型与其他任何形式的转型一样，对变化进行管理至关重要，转型对公司员工的影响尤其需要得到重视。显然，数字化工厂的基础是新技术和数字化解决方案，进行工厂数字化转型的企业首先需夯实基础。与此同时，发展流程、组织架构、人员等方面的数字化能力同样重要，以保障转型的可持续性。与员工建立合作伙伴关系，加大培训和进修的投入力度，员工问题将迎刃而解。此外，高管议程须以数字化工厂战略为中心，摈弃传统的项目审批流程，释放数字化团队的潜力，推动数字化进程快速发展。精简报告渠道可确保数字化团队专注于增值活动，摆脱行政工作的束缚。
6. 数字化工厂融入全面数字生态系统
制定雄心勃勃的数字化工厂战略未尝不可。例如，利用实时短期客户需求数据调整规划和生产，从而灵活匹配产量与消费者偏好。亦或是将数字化功能集成到产品中，以提供能挖掘数据价值的服务。例如，机器制造商可能使用传感器和人工智能来销售增强型维护套餐服务。
若能找到方式使制造过程中生成的数据产生效益，便能产生深远影响。拥有数字化工厂的企业有机会通过利润丰厚的售后市场增加其利润率并获取客户，也可以进军全新的业务领域，而不是仅仅专注于生产。数字化工厂生态系统必须包括一个全面联网、透明集成的数字化供应链，从原材料和零部件供应商到物料和成品运输商，最终流向终端客户。
成功的工厂数字化转型需要长时间打磨，因此不要期望在某项单独的技术升级（例如在装配线上配置一个机器人）中获得快速回报。虽然数字化工厂带来的效益远超一次性技术升级，但其投资回报期可能长达五年。漫长的投资回报期反而加强了制造商希望立刻转型工厂的迫切性。设想一下：2023年的工厂是什么样子？是否可能一成不变？如果企业对未来工厂时代的到来后知后觉，那么其市场地位将岌岌可危。