卡特彼勒作為全球工程機(jī)械行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè),其數(shù)字化戰(zhàn)略的推行從上世紀(jì)90年代中期使用Telematics連接出廠設(shè)備開始,就一直沒有停下腳步。20多年之后的今天,市場上連接的卡特彼勒設(shè)備數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了56萬臺。無疑,卡特彼勒是全球工程機(jī)械領(lǐng)域里實(shí)踐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的鼻祖。
卡特彼勒的數(shù)字化戰(zhàn)略是“以客戶為中心(Customer Centric)”,它的數(shù)字化愿景是“從數(shù)字獲取洞察,由洞察驅(qū)動行動”。這兩句話看起來十分常見,但卡特彼勒用堅(jiān)實(shí)的腳步,一步一步地按計(jì)劃踐行,取得了扎實(shí)的效果。
卡特彼勒數(shù)字化轉(zhuǎn)型的第一步,正是遵循“以客戶為中心”的客戶優(yōu)先戰(zhàn)略,建立了CAT Connect(官方翻譯為“卡特智能”)系統(tǒng)。它通過在出廠設(shè)備上安裝傳感器,采集設(shè)備數(shù)據(jù),智能地運(yùn)用各種技術(shù)與服務(wù)來監(jiān)控、管理和加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行狀況,從而讓客戶更好更深入地控制現(xiàn)場作業(yè),提高生產(chǎn)效率、降低成本、增強(qiáng)安全性,實(shí)現(xiàn)更加綠色和可持續(xù)性的業(yè)務(wù)。
CAT Connect不是一個封閉的系統(tǒng),它甚至可以連接和管理其他廠家的工程機(jī)械設(shè)備。舉例來說,卡特彼勒在北美的一個客戶,擁有大約一萬臺設(shè)備,其中只有三分之一來自卡特彼勒。這家客戶希望由一家企業(yè)將所有的設(shè)備連接起來,用一個屏幕來管理它們的使用情況?？ㄌ乇死胀ㄟ^自己的硬件,使用了其他設(shè)備廠家的API,加上自己的Telematics技術(shù),在一年之內(nèi),實(shí)現(xiàn)了客戶的目標(biāo),將設(shè)備的整體使用率提高了15%。對于這種規(guī)模體量的客戶來說,這是一個非常顯著的管理提升。
從2017年開始,卡特彼勒開始使用AT&T的物聯(lián)網(wǎng)4G服務(wù),將CAT Connect這套服務(wù)推廣到155個國家。它可以給卡特彼勒、經(jīng)銷商和客戶提供近乎實(shí)時的關(guān)于設(shè)備在工作現(xiàn)場的性能信息。
盡管CAT Connect在幫助客戶提高設(shè)備管理水平上發(fā)揮重要的作用,但這并不意味著卡特彼勒的186家經(jīng)銷商被排除在這場數(shù)字化轉(zhuǎn)型之外。事實(shí)上,在經(jīng)過數(shù)字化技術(shù)改造過的服務(wù)流程中,經(jīng)銷商發(fā)揮著更加重要的作用。通過物聯(lián)網(wǎng),將數(shù)據(jù)從分散的設(shè)備采集并集中到一個地點(diǎn)之后,就可以獲得大量的洞察,例如對設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)測分析,從而為客戶提供更多有價(jià)值的服務(wù),改變了經(jīng)銷商過去“等服務(wù)上門”的業(yè)務(wù)模式。
卡特彼勒將這些服務(wù)包含在了移動App中,建立了卡特彼勒、經(jīng)銷商和客戶的協(xié)同工作方式。并且,針對不同的行業(yè),這套移動App對應(yīng)不同的解決方案?？ㄌ乇死臻_發(fā)了10個行業(yè)方案,以便更加貼切不同行業(yè)客戶的需求。
圖:基于CAT Connect的移動App
在客戶端,卡特彼勒在接下來的3～4年里,計(jì)劃將AR/VR技術(shù)引入到服務(wù)和銷售環(huán)節(jié)。AR技術(shù)不僅可以在客戶使用設(shè)備的環(huán)節(jié),以及保養(yǎng)和維修的環(huán)節(jié)發(fā)揮作用,還可以用在銷售環(huán)節(jié)中。試想經(jīng)銷商如果可以使用VR技術(shù)來向客戶展示設(shè)備,可以節(jié)省大量的展示設(shè)備的庫存資金。
通過10余年以來不斷打造CAT Connect,卡特彼勒在客戶和經(jīng)銷商端實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型。那么,下一步繼續(xù)前進(jìn)的方向在哪里呢?
作為一家制造業(yè)公司,企業(yè)自身的數(shù)字化建設(shè)永遠(yuǎn)是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要陣地?？ㄌ乇死兆鳛槿蚬こ虣C(jī)械行業(yè)的龍頭,經(jīng)歷了太多次全球經(jīng)濟(jì)的起起伏伏。每一次的起伏,都會直接反映到工程機(jī)械市場以及卡特彼勒的業(yè)務(wù)上來。數(shù)字化技術(shù)為卡特彼勒提供了一個重要的手段,就是可以實(shí)時地對整個價(jià)值鏈進(jìn)行監(jiān)控和管理,從上游供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的每一個成員,到制造工廠的每一臺機(jī)器,再到每一個經(jīng)銷商,以及每一個客戶和每一臺銷售出去的設(shè)備,都可以連接起來,從管理的視角進(jìn)行數(shù)字化映射,從而確保對每個最小單元進(jìn)行有效的管理。通過這種更為精細(xì)化的管理方式,使得企業(yè)的盈利能力不會因?yàn)橥獠渴袌霏h(huán)境的變化而波動。
舉一個例子。在建筑機(jī)械行業(yè)大幅滑坡的2016年,卡特彼勒在建筑行業(yè)的收入從2015年的178億美元下滑到2016年的156億,跌去了12%;利潤也同步從18.7億下滑到16.5億,同樣也跌去了12%。換個角度說,就是卡特彼勒的利潤率,并沒有隨著銷量的下滑而有任何變化。無疑,這才是一個成熟的全球化企業(yè)經(jīng)營實(shí)力的表現(xiàn)。
數(shù)字化技術(shù)在幫助卡特彼勒建設(shè)這樣一個業(yè)務(wù)經(jīng)營系統(tǒng)的過程中扮演了重要的角色。最重要的環(huán)節(jié),就是打造一個將卡特彼勒整個價(jià)值鏈上的各個業(yè)務(wù)要素和業(yè)務(wù)單元進(jìn)行快速連接和精準(zhǔn)管理的數(shù)字化經(jīng)營系統(tǒng),包括了三大基石:
一是神經(jīng)——基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),連接所有的產(chǎn)品和設(shè)備。無論這些產(chǎn)品和設(shè)備的地點(diǎn)是在上游的供應(yīng)鏈,還是在企業(yè)的工廠,或是下游的渠道和客戶,卡特彼勒將感知的觸角延伸到企業(yè)上下游的每一個角落,讓企業(yè)擁有四通八達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)。
二是骨骼和肌肉——基于支撐大數(shù)據(jù)的商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng),吸納來自數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù),推動上下游的業(yè)務(wù)流程的運(yùn)轉(zhuǎn),讓卡特彼勒擁有高效敏捷的骨骼和肌肉。
三是大腦——在上述兩項(xiàng)基石的基礎(chǔ)上,建立起集產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(包括客戶數(shù)據(jù)在內(nèi))于一體的的經(jīng)營駕駛艙——這里稱之為“數(shù)字化行情室(Digital Board Room)”,從而讓企業(yè)擁有可以快速決策的大腦。
如下圖所示,這樣的一個數(shù)字化業(yè)務(wù)經(jīng)營系統(tǒng),在最上端包括了一個“數(shù)字化行情室”,在“數(shù)字化核心”打造的數(shù)字化運(yùn)營基礎(chǔ)上,通過“數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)”和“數(shù)字化客戶”源源不斷地導(dǎo)入客戶和供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù),從而建立起更大范圍的數(shù)字化生態(tài)系統(tǒng),并在“數(shù)字化行情室”中展示、分析和決策。
圖:卡特彼勒的數(shù)字化經(jīng)營系統(tǒng)
上圖中的“數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)”,其核心無疑是卡特彼勒打造的“實(shí)時工廠”(Live Factory)。實(shí)時工廠的設(shè)計(jì)思想,同樣遵循了卡特彼勒數(shù)字化業(yè)務(wù)經(jīng)營系統(tǒng)的“神經(jīng)+骨骼和肌肉+大腦”理念,將基于OT的應(yīng)用打造的神經(jīng)系統(tǒng)、基于IT的系統(tǒng)打造的骨骼和肌肉,以及基于數(shù)字化行情室打造的大腦,完美地結(jié)合在了一起。
讓我們首先來介紹一下卡特彼勒實(shí)時工廠的IT系統(tǒng)。像卡特彼勒這樣規(guī)模的全球化生產(chǎn)制造企業(yè),其IT系統(tǒng)的核心,是其全球化的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度體系。卡特彼勒按照計(jì)劃覆蓋的時間周期長短,將其生產(chǎn)計(jì)劃體系分為四個層面的內(nèi)容,它們分別是:
全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)流程GPNP(Global Production Network Process):確保5到10年內(nèi)最優(yōu)的制造網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。GPNP主要包括三大目標(biāo):加強(qiáng)與預(yù)期銷量的配合、提高與生產(chǎn)相關(guān)的資產(chǎn)的回報(bào)、提高企業(yè)內(nèi)部不同地區(qū)和部門之間的協(xié)同。從2005年開始,該系統(tǒng)開始投入使用。
高層產(chǎn)品項(xiàng)目EPP(Executive Product Program):這是一個對3年內(nèi)的制造資產(chǎn)進(jìn)行投資、建設(shè)或購買及采購進(jìn)行決策的能力計(jì)劃。在實(shí)際運(yùn)行過程中,EPP也會被分為短期決策和長期決策,長期增加產(chǎn)能的決策會讓企業(yè)在市場競爭中處于有利地位,但是從短期來看會對企業(yè)的現(xiàn)金流帶來約束。
銷售與運(yùn)營計(jì)劃S&OP(Sales & Operation Planning):這是對18個月的市場需求進(jìn)行管理的系統(tǒng)。一方面,卡特彼勒需要對市場銷售做出預(yù)測;另一方面,預(yù)測的結(jié)果也需要在生產(chǎn)、物流等部門進(jìn)行協(xié)調(diào)和修改。SAP的集成業(yè)務(wù)計(jì)劃IBP(Integated Business Planning)系統(tǒng)在這里發(fā)揮了重要的作用。
模型混合計(jì)劃MMP(Mode Mixed Planning):基于SAP的高級排產(chǎn)與優(yōu)化APO(Advanced Planning &Optimization)系統(tǒng),卡特彼勒實(shí)現(xiàn)了從周到數(shù)月的生產(chǎn)排序管理,將客戶訂單、銷售預(yù)測、庫存和生產(chǎn)結(jié)合起來,以最優(yōu)的方式組織工廠進(jìn)行生產(chǎn)。
圖:卡特彼勒的生產(chǎn)計(jì)劃的四個層次
在卡特彼勒的實(shí)時工廠,眾多互聯(lián)的自動設(shè)備組成了多產(chǎn)品混線生產(chǎn)的自動線。承接模型混合計(jì)劃MMP所生成的生產(chǎn)定單的,是SAP的制造執(zhí)行ME(Manufacturing Execution)系統(tǒng),它會根據(jù)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)定單進(jìn)行信息配置與傳達(dá),指導(dǎo)工人進(jìn)行對應(yīng)操作或指揮設(shè)備自動執(zhí)行操作。通過這套系統(tǒng),工廠極大提高了生產(chǎn)線的自動化率,有效實(shí)現(xiàn)了無紙化生產(chǎn)信息管理,并大大降低了產(chǎn)品不合格的風(fēng)險(xiǎn)。同時,SAP ME的數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全程可追溯性,為工藝流程的提高和改善提供了充分的數(shù)據(jù)依據(jù)。
到這里為止,卡特彼勒的整套IT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從長期的制造網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃一直到排序的生產(chǎn)定單的執(zhí)行,但卡特彼勒的實(shí)時工廠的建設(shè)道路到這里還遠(yuǎn)沒有停止。
卡特彼勒的實(shí)時工廠的OT系統(tǒng),從設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集,再到數(shù)據(jù)分析,以及最上層的“數(shù)字化行情室”,不僅體現(xiàn)了“從數(shù)據(jù)到洞察”的理念,并且與IT系統(tǒng)中不同時間跨度和周期的生產(chǎn)計(jì)劃對應(yīng),打通了“從洞察到行動”的閉環(huán),使得這套數(shù)字化業(yè)務(wù)經(jīng)營系統(tǒng)真正成為企業(yè)可以駕馭的“高速列車”。
圖:卡特彼勒的實(shí)時工廠的OT架構(gòu)及其與IT的閉環(huán)
卡特彼勒實(shí)時工廠的OT系統(tǒng),采用了大量的SAP Leonardo應(yīng)用,包括:
SAP車輛洞察VI(Vehicle Insight):對現(xiàn)場的物流車輛進(jìn)行監(jiān)控和管理。監(jiān)控的數(shù)據(jù)不僅包括從車輛傳感器采集的設(shè)備運(yùn)行性能數(shù)據(jù),還通過與SAP ERP中的物流數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,不但可以對物流車輛的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控,還可以對業(yè)務(wù)價(jià)值(如不同補(bǔ)貨類型下的有效運(yùn)載距離和時間等)進(jìn)行全方位的評估,提高整體工作效率,降低成本,實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)的基于地點(diǎn)的自動物料補(bǔ)貨機(jī)制。
圖:SAP車輛洞察VI實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場物流車輛的監(jiān)控和管理
SAP制造集成與智能MII(Manufacturing Integration & Intelligence):SAP的MII實(shí)現(xiàn)了SAP ME與SAP ERP之間的集成,并將來自SAP ME和SAP ERP的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化,提供各種類型的KPI報(bào)表,成為對數(shù)字化工廠進(jìn)行管理的重要工具。
圖:SAP制造集成與智能MII采集來自ME和ERP的數(shù)據(jù),并進(jìn)行可視化展示和分析
SAP整體設(shè)備效率OEE(Overall Equipment Effectiveness):SAP的OEE可以幫助企業(yè)實(shí)時和充分地掌握設(shè)備和整個工廠的效率情況,進(jìn)行原因分析,并在整個集團(tuán)內(nèi)進(jìn)行跨工廠的分析和比較,從而提高制造設(shè)施的生產(chǎn)效率。
圖:SAP整體設(shè)備效率OEE幫助企業(yè)提高制造設(shè)施效率
SAP關(guān)鍵零件跟蹤C(jī)PT(Critical Parts Tracker):零部件是否到位,是決定工廠的生產(chǎn)能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。盡管通過物料需求計(jì)劃MRP,可以對零部件的供應(yīng)進(jìn)行計(jì)劃,但是實(shí)際情況仍然要比系統(tǒng)所能計(jì)劃的要復(fù)雜和動態(tài)。通過將零部件分為不同的類型(缺失件、熱點(diǎn)件和短缺件),并與ERP、制造執(zhí)行ME和車輛洞察VI等系統(tǒng)連接,可以實(shí)時連續(xù)地對關(guān)鍵零件生成跟蹤儀表板。
圖:SAP關(guān)鍵零件跟蹤C(jī)PT實(shí)現(xiàn)了對零部件的實(shí)時連續(xù)跟蹤
SAP預(yù)測性維護(hù)與服務(wù)PdMS(Predictive Maintenance & Service):工廠設(shè)備尤其是關(guān)鍵設(shè)備的正常穩(wěn)定的運(yùn)行,對于生產(chǎn)計(jì)劃的完成率和工廠運(yùn)行效率起到重要的作用。通過采集設(shè)備上的傳感器數(shù)據(jù),通過一系列的統(tǒng)計(jì)算法,挖掘出數(shù)據(jù)規(guī)律,根據(jù)設(shè)定的規(guī)則生成相應(yīng)的維修工單,從而提高了工廠設(shè)備的自動化管理水平,改善了設(shè)備的運(yùn)行效率,確保生產(chǎn)計(jì)劃順利執(zhí)行。
圖:SAP的預(yù)測性維護(hù)與服務(wù)PdMS實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的檢修工單的自動生成
SAP設(shè)施績效指標(biāo)和SAP數(shù)字化制造洞察:這是一個基于云的應(yīng)用,提供了一種更為靈活的方式,對來自卡特彼勒各地工廠采集的OT數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析,便于管理層從集團(tuán)的角度對各地的工廠進(jìn)行管理,并加強(qiáng)與IT系統(tǒng)的互動。
圖:SAP的設(shè)施績效指標(biāo)和數(shù)字化制造洞察,幫助管理層總體掌握工廠運(yùn)行情況
上述這些SAP Leonardo應(yīng)用,配合SAP制造執(zhí)行系統(tǒng),在設(shè)備級實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)備以及相關(guān)設(shè)施的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和分析。在這些設(shè)備級OT應(yīng)用的基礎(chǔ)上,產(chǎn)生出相應(yīng)的洞察,交由對應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃和執(zhí)行系統(tǒng)加以執(zhí)行,從而實(shí)現(xiàn)了“神經(jīng)+骨骼和肌肉+大腦“的閉環(huán)。
小結(jié)
制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一條漫長的道路。對設(shè)備進(jìn)行智能化改造,通過遠(yuǎn)程接入來改善客戶體驗(yàn)和提高售后服務(wù)收入,是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在產(chǎn)品生命周期后半段的應(yīng)用。這僅僅代表了卡特彼勒在20多年以前的實(shí)踐和認(rèn)知。而要打造一個真正的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),更多更難的工作量,體現(xiàn)在打造實(shí)時工廠在IT層面的生產(chǎn)體系,OT層面的數(shù)據(jù)采集與分析,以及IT與OT的融合以及OT對IT的決策支持。直到今天,卡特彼勒還在后面的幾項(xiàng)工作中進(jìn)行持續(xù)的投入和探索。它代表了美國工程機(jī)械的領(lǐng)先企業(yè),對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為企業(yè)數(shù)字化整體架構(gòu)的認(rèn)識和實(shí)踐,值得我們借鑒和學(xué)習(xí)。
