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數位轉型:停聽看?(二) 發文時間: 2018/10/2   文 / 呂學錦台北 瀏覽數 / 7,100+

五、向工業4.0成熟度指數借光

德國於2011年提出工業4.0這個劃時代的政策,在推動這項政策七年後,該國科學與工程院成立專案計畫,進行為期一年的調查研究,探討這麼棒的政策為什麼推動不易?究竟遭遇到什麼障礙,以致陷入後繼無力的困境?(資料來源:Industrie 4.0 Maturity Index Managing the Digital Transformation of Companies Günther Schuh, Reiner Anderl, Jürgen Gausemeier, Michael ten Hompel, Wolfgang Wahlster (Eds.)  National Academy of Science and Engineering, Germany)

為什麼當初氣勢如虹的政策,淪落到這般田地?

原本各種研究報告預估,工業4.0在未來五年,將為德國經濟帶來千億歐元產值的美好未來,但對工業界而言,如今卻像天邊的彩霞,仍然遙不可及。

產業界的投入,短期內看不到績效,中小企業尤甚。德國產業氛圍充滿不確定性,以致於公司普遍極不願意投資;那些有投入工業4.0的,大都只推動小規模可行性探討的先導計畫,當然無法展現工業4.0本然具有的完整潛力,因為他們僅顧及技術面,忽視了實施過程中的關鍵因素:組織結構和企業文化也必須配合改變。

經過一番徹底檢討,德國科學與工程院提出《工業4.0成熟度指數》 (Industry 4.0 Maturity Index),做為繼續推動的指引。

5.1 成熟度模型

首先,在明定工業4.0之意義後,確定工業4,0的終極目標是把公司轉型成為學習型機敏的企業,有能力持續機敏地適應改變中的環境。

這個指標包含六階段成熟度模型:

第一階段,電腦化(computerization);

第二階段,聯網化(connectivity);

第三階段,視覺化(visibility);

第四階段,透明化(transparency);

第五階段,預測能力(predictive capacity);

第六階段,適應性(adaptability)。

前面兩個階段是數位化(digitalization),後面四個階段是工業4.0的主體。視覺化讓你知道發生了什麼事;透明化告訴你為什麼它發生了;預測能力進一步預告什麼事將發生;適應性就是如何達成自動回應的能力。每個階段的落實,都將獲得更多附加利益。

為了完整表述製造業,《工業4.0成熟度指數》採用「生產與管理框架」的設計模式,把公司內部分為結構、流程和發展三大部門。

公司結構是為生產產品或服務不可或缺的組成,包括四個關鍵領域:資源(resource) 、資訊系統(information systems) 、文化(culture),以及組織結構(organizational structure),每個領域各有兩個基本原則。

對於有意願推動工業4,0的公司,最大的挑戰在於,開發依《工業4.0成熟度指數》所描述的各種能力,俾能把這八個原則付諸實施,如此才有辦法從數據產生知識,把公司轉換成為學習型機敏的組織。落實後,便能達成各部門加快做決定、各流程加快調整速度等目標。具備這種機敏能力的公司,在破壞性充斥的環境中,將擁有相當的競爭優勢。

公司流程指的是每個功能領域的一系列作業流程,《工業4.0成熟度指數》探討五大功能領域,即研發(development)、生產(production)、物流(logistic)、服務(services),以及市場與行銷(marketing and sales)。

至於公司發展,指的是公司的策略和作業發展。

5.2 工業4.0需要的業務能力

一個製造公司為了轉型升級成為學習型機敏的組織,必須具備工業4.0需要的業務能力,考量的範圍包括公司結構的四個關鍵領域,即資源、資訊系統、文化和組織結構。這些領域,由工業4.0六階段成熟度路徑連結,如圖示之六層同心圓。

每個關鍵領域訂定兩項原則,它是持續發展的指引;每個原則包含幾個能力,它們必須在每個階段依序建立。如此建立的各種能力程度,決定這個原則的成熟度。把一個關鍵領域的兩項原則之成熟度綜合評估,就得知此領域的發展階段。

《工業4.0成熟度指數》第四章敘述這四個領域,每個領域各有兩項原則,每項原則有若干能力。為便於一目了然與參考,筆者綜合整理如下表列;至於每個能力之詳細內容說明,請有興趣之讀者參考原著。

    一、資源

    原則一:數位能力(Digital Capability)

    ※    能力1:提供數位能力

    ※    能力2:通過傳感器和致動器自動蒐集數據

    ※    能力3:分散(預)處理傳感器數據

    原則二:結構化溝通/通訊(Structured Communication)

    ※    能力4:有效的溝通/通訊

    ※    能力5. 基於任務之介面設計

    二、資訊系統

    原則一:資訊處理(Information Processing)

    ※    能力6:數據分析

    ※    能力7:情境化數據傳遞

    ※    能力8:特定於應用之用戶介面

    ※    能力9:彈性IT基礎設施

    原則二:整合(Integration)

    ※    能力10:水平與垂直整合

    ※    能力11:數據治理

    ※    能力12:標準數據介面

    ※    能力13:IT安全

    三、組織結構

    原則一:有機內部結搆(Organic Internal Organization)

    ※    能力14:靈活的團隊

    ※    能力15:決策權管理

    ※    能力16:激勵目標系統

    ※    能力17:敏捷管理

    原則二:價值網路中之動態協作(Dynamic Collaboration in Value Networks)

    ※    能力18:聚焦客戶利益

    ※    能力19:網路內協作

    四、文化

    原則一:社會協作(Social Collaboration)

    ※    能力20:民主領導風格

    ※    能力21:開放的溝通

    ※    能力22:對流程與資訊系統的信心

原則二:願意改變(Willingness to Change)

    ※    能力23:認識到錯誤的價值

    ※    能力24:對創新的開放性

    ※    能力25:基於數據的學習和決策

    ※    能力26:持續専業發展

    ※    能力27:塑造改變

這二十七項能力的建立,是實踐工業4.0把公司轉型升級為學習型機敏組織的基礎。

5.3 達到適應性階段成熟度之特徵

如果有這麼一個公司身體力行,如實做到,每項能力都達到最高的第六階段成熟度,這個公司有什麼特徵昵?

《工業4.0成熟度指數》第四章在闡述每個關鍵領域應具備之能力,每一節都針對該領域最終目標有一段結語,精簡描述這個領域的願景特徵。

「當公司的資源達到適應性成熟度階段,已建立的員工技能組合應擴大到包括廣泛的IT技能。技術資源應該已經添加了數據處理層,以便控制連接的傳感器和致動器並產生反饋數據;各種資源交互作用,以聚合此數據並創建數位影子(digital shadow)。公司應配置人與人、機器與機器和人與機器等通訊,以便即時交換數據和訊息,讓所有利益相關群體都包含在通訊流程中。

「一旦公司的資訊系統達到第六階段成熟度之適應性,高品質數據集中儲存並且自動分析。分析和處理皆能自我學習,意指資訊系統不斷適應改變中的環境。以這種方式獲得的知識,以情境化的方式提供給員工,並在他們的工作中為他們提供支援,此乃得益於整合資訊系統。水平和垂直整合及標準介面結合,可創建高度靈活的資訊系統。

「公司可以通過首先在現有價值網路中更有效地合作,來更接近靈活且開放的市場目標。水平訂單整合與通用數據交換平台(例如:供聯合開發計畫使用),可以做為合作的催化劑。當公司的組織結構達到適應性階段,對內而言,不論內部團隊結構或管理皆具足敏捷性。至於具有市場概念的對外關係,其中價值鏈按訂單順序配置。

「只要在文化領域瑧至適應性成熟度階段,製造公司具有如下之特徵:社會協作存在於員工之間、員工和客戶與合作夥伴之間,對系統和流程的信心獲致高流程穩定性。

「人們願意把獲得的知識建檔並與人分享;民主領導風格重視人們所為之貢獻,並且具有開放溝通之企業文化,員工既能從善如流且願意改變,從汲取的數據中有系統地學習,對創新方法持開放態度,並參與塑造改變過程。員工也深刻了解持續不斷提升技能的需求要。雖然仍會犯錯,但大家都認識到,員工很有價值,因為他們有可能引發改進。」

5.4五大功能領域

接下來把前述各項業務能力,分別套在製造業五大功能領域並加以研究。每個功能都會在其組成業務流程層面,探討資源、資訊系統、組織結構、文化四大關鍵結構領域的原則與能力。(詳細內容說明,請有興趣之讀者參考原著。) 每個功能領城及其所含之業務流程,在每項能力之特定成熟度可能不同。

5.4.1 敏捷開發

製造業開發功能,隨著工業4.0在技術、文化和組織方面,愈來愈滲透到企業流程中,正在脫胎換骨。

由於體認不可能剛開始開發就完全知道客戶需求,傳統的設計理論和機電系統設計規範都得調整。愈來愈普遍的開發工作,從產品願景著手,不再堅持一開始心中就存有一個剛性產品;產品願景在整個開發階段,甚至在產品使用過程中,隨著新需求和自動修改請求等變化而不斷發展。

5.4.2 製造業的核心:生產

生產仍然是製造業的核心,只是生產和組裝技術不斷改進。

產品加工和製造的方式,必須與客戶對產品的要求保持一致,從而制定新的價值創造策略。每個公司都專注於核心競爭力。他們將成為真正的價值創造網路的一部分,這將降低垂直整合的程度,也將在產品功能和產品組合方面實現更高的靈活性,以滿足客戶的個人化需求。

合作生態系統還將提供更高的客戶關注度,以及用更具成本效益的方式生產所需(訂製)商品。為維持高度競爭力,在高工資國家,經由授權,讓工作場所第一線人員做更符合現場需要的決定,俾確保資源有效利用,這一點至為重要。

5.4.3 應需物流

就物流而言,學習型敏捷公司的優先項目,是滿足客戶、消費者和用戶的服務需求。物流扮演公司內外整合與橫跨之功能角色,必須確保以對的成本,為正確的客戶,在對的時間、地點和數量,提供正確的物料。這不僅適用於成品,也同時適用於備用零組件,以確保售後產品或資產的可用性。

然而,工業4.0帶來的典範轉移,對於相關的資訊流有著根本性改變,它對整個物流遞送流程有顯著影響。

結果呢?物流跟整體價值鏈更加整合,並且轉為服務型的應需物流(logistics on demand)。

5.4.4 產品即服務

工業4.0為製造業者提供了新的機會,可以有利地開發各種業務。

愈來愈常見的情況是,新穎的以解決方案驅動的服務商業模式,取代傳統的以僅銷售自己公司製造之產品的活動。未來,公司將從以交易為基礎的客戶擁有產品銷售模式,轉型為「產品即服務」的模式——客戶可以使用產品,但依其使用量付費,或其他跟該產品提供的價值密切相關的計費方式來付費,如:勞斯萊斯飛機引擎以動力依時計費。

客戶具體和有時候多樣化的需求,不再經由產品來滿足,而是透過可個別配置的、基於數據的服務來實現。這些服務結合了內部和外部合作夥伴製作的產品。一個簡單的例子,是基於與產品遠距連線的預測型維護服務。

根據客戶特定要求定製服務能力,可以更有效交付服務,並加強客戶與服務供應商之間的關係。

服務供應商對客戶價值創造過程中的各個步驟,承擔更多責任,從而更緊密整合到這個流程,如:服務水平協議,基於產出結果的商業模式,服務提供者從生產力提升分享營收。它們的共通點,是以訂購(subscription)模式支付費用給製造商。

5.4.5 引導客戶旅程

敏捷公司的主要目標,是策略性專注於有系統地理解和滿足客戶需求。

行銷職能在這方面扮演關鍵性的作用,經由積極引導客戶在所謂「客戶旅程」中做出購買決定,同時整合各種流程,以創建個人化的端到端數位購買體驗,為客戶增加價值。

不僅如此,還要從早期階段就培養客戶忠誠度,將客戶置於公司業務的中心。

5.5 工業4.0成熟度指數之應用

製造業公司可以用工業4.0成熟度指數,規劃適合自己的發展路徑圖,一步一步轉型成為敏捷公司。

5.5.1 應用原則

這個成熟度指數的應用分為三個步驟。

步驟一:盤點各功能領域當前之成熟度階段。

能力是根據功能領域中的業務流程確定的,使用調查問卷評估每個流程的能力,每個問題都是多重選擇題,其答案與六個發展階段相關聯。

評估,在公司現場進行;現場查訪,有助於對流程的工作方式形成初步印象,接著在工作研討會中評估這些流程。

然後,為每個流程彙集屬於相關原則的能力得分,並以適當圖表顯示。

步驟二:根據公司策略,確定希望在轉型過程結束時達到的目標發展階段。

這涉及按功能和結構領域分析其現有工業4.0能力。接著用差異分析來確定仍需要開發的所需能力。這些將取決於步驟一確定的當前發展階段,以及公司希望在轉型結束時達到的目標。

經彙整各個流程的分數,得到每個功能領域的分數和整個公司的總分。

分數的圖示可以快速確定平均成熟度階段,並對於四大結構領域發展階段中的差異,一目瞭然。此外,應該優先建立或提升落後領域所欠缺之能力。

其中,有一項通則:建議公司應首先解決需要採取行動的領域,以便在所有四個結構領域達到相同的成熟度階段,以便實現這一成熟度階段的全部利益(實現成熟度階段的一致性)。惟,可能存在一些功能的作業區域,其中可以實現大部分可得到的利益,而不需要四個領域之間的平衡和相同的成熟度。

一旦達到所需的成熟度和一致性水準,公司就可以繼續進行達到目標階段所需更進一步的行動(達到更高的成熟度階段)。

步驟三:制定行動方案並將其納入路徑圖,以期待開發「步驟二」確定的能力。

必要的行動措施可以從四個結構領域的欠缺能力中推斷出來。由於事實上已經評估了各個流程,因此可以非常精準地訂出行動措施。

公司現在能夠制定發展路線圖,並盡快開始實施這些措施。

可以使用成本效益矩陣評估這些行動措施,《工業4.0成熟度指數》採用一種指標系統來評量各個能力,相關能力開發的程度會反映在指標分數上。至於成本的評量,則留給公司自己處理。

5.5.2 量化效益

企業實施工業4.0的效益利用指標來量化,基本想法是連結業已完善的指標(系統)與工業4.0的影響。透過此連結,評量的結果可以用數字顯示,企業就能了解成熟度改善如何影響相關指標。

為了評估工業4.0應用效益,指標分類系統不可或缺。

複雜的連貫性,例如,自我優化生產流程的好處,需要以易於理解的方式解釋。自我優化生產流程可以增進機器的整體效能,其結果就能降低意外故障率,並且更能遵守準時交貨期限。這就是企業在產出和生產力得到的正面效果。

5.6應用實例

《工業4.0成熟度指數》制定的工業4.0成熟度指引,於2016年8月,在總部位於德國埃斯貝爾坎(Espellkamp)之哈丁公司(Harting AG & Co.)得到驗證。哈丁製造工業連接器、裝置連接技術和網路元件,2016年該公司有員工人數4,300位、行銷公司43家,以及製造廠13家。

哈丁在所有相關功能領域草擬了詳細的流程清單,除了跟各功能領域的專家面談,也進行了實地考察;在此期間,展示了標準產品的製作流程,以便評估不同部門之間的轉變和工作現場訊息的可用性。

在工業4.0,哈丁已經做了很多工作,尤其是製造設備方面。過去數年來已經把IT基礎設施升級了,並且運用工作現場的系統性回饋數據,公司能夠在資訊系統內創建生產環境的數位模型,不同生產領域的個別先導計畫促進了對相關技術的深入了解,公司也從把這些先導計畫與現有營運流程相整合的過程中學到很多東西。

由於該公司已經實施諸多先導計畫,並且已經有數位模型存在,評量結果此公司已達視覺化成熟度(第三階段)。在確定現狀後,制定了一些行動措施,以確保該階段的所有方面都達到一致水準,然後再採取行動,幫助公司達到下一個成熟度。

哈丁的路徑圖包括超過三十個行動措施,橫跨不同功能領域,期待達到第四階段成熟度——透明化。目前的路徑圖不包括達到第五和第六階段成熟度的行動措施,這些行動措施會在後續評量時納入。

功能領城生產中的一項行動措施,是在整個製造流程中整合並推出現有先導計畫。先導計畫在不同生產線上運作,目前僅獲得局部流程改善。這些改善皆是分散且孤立的,因為它們橫跨全部生產線可以獲得的槓桿潛力尚未發揮,因此,該行動措施旨在將各個先導計畫整合到端至端流程中,以充分利用工業4.0的潛力。

這涉及為特定產品或產品組選擇整合方法,並在整個價值創造過程中推出先導計畫。除了部署更多傳感器外,還包括與相關營運和決策流程的整合,以實現基於數據的決策。從實施先導計畫中獲得的經驗成為更大規模地推廣的基礎。

延伸閱讀:

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數位轉型:停聽看?(三)

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