卡特彼勒作為全球工程機械行業(yè)的領先企業(yè),其數(shù)字化戰(zhàn)略的推行從上世紀90年代中期使用Telematics連接出廠設備開始,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備數(shù)量已經(jīng)達到了56萬臺。無疑,卡特彼勒是全球工程機械領域里實踐工業(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,由洞察驅動行動”。這兩句話看起來十分常見,但卡特彼勒用堅實的腳步,一步一步地按計劃踐行,取得了扎實的效果。
卡特彼勒數(shù)字化轉型的第一步,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)。它通過在出廠設備上安裝傳感器,采集設備數(shù)據(jù),智能地運用各種技術與服務來監(jiān)控、管理和加強設備的運行狀況,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、增強安全性,實現(xiàn)更加綠色和可持續(xù)性的業(yè)務。
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械設備。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,使用了其他設備廠家的API,加上自己的Telematics技術,在一年之內(nèi),實現(xiàn)了客戶的目標,將設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,將CAT Connect這套服務推廣到155個國家。它可以給卡特彼勒、經(jīng)銷商和客戶提供近乎實時的關于設備在工作現(xiàn)場的性能信息。
盡管CAT Connect在幫助客戶提高設備管理水平上發(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)字化轉型之外。事實上,在經(jīng)過數(shù)字化技術改造過的服務流程中,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)從分散的設備采集并集中到一個地點之后,就可以獲得大量的洞察,例如對設備故障進行預測分析,從而為客戶提供更多有價值的服務,改變了經(jīng)銷商過去“等服務上門”的業(yè)務模式。
卡特彼勒將這些服務包含在了移動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,計劃將AR/VR技術引入到服務和銷售環(huán)節(jié)。AR技術不僅可以在客戶使用設備的環(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技術來向客戶展示設備,可以節(jié)省大量的展示設備的庫存資金。
通過10余年以來不斷打造CAT Connect,卡特彼勒在客戶和經(jīng)銷商端實現(xiàn)了數(shù)字化轉型。那么,下一步繼續(xù)前進的方向在哪里呢?
作為一家制造業(yè)公司,企業(yè)自身的數(shù)字化建設永遠是數(shù)字化轉型的主要陣地?？ㄌ乇死兆鳛槿蚬こ虣C械行業(yè)的龍頭,經(jīng)歷了太多次全球經(jīng)濟的起起伏伏。每一次的起伏,都會直接反映到工程機械市場以及卡特彼勒的業(yè)務上來。數(shù)字化技術為卡特彼勒提供了一個重要的手段,就是可以實時地對整個價值鏈進行監(jiān)控和管理,從上游供應網(wǎng)絡的每一個成員,到制造工廠的每一臺機器,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備,都可以連接起來,從管理的視角進行數(shù)字化映射,從而確保對每個最小單元進行有效的管理。通過這種更為精細化的管理方式,使得企業(yè)的盈利能力不會因為外部市場環(huán)境的變化而波動。
舉一個例子。在建筑機械行業(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)營實力的表現(xiàn)。
數(shù)字化技術在幫助卡特彼勒建設這樣一個業(yè)務經(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值鏈上的各個業(yè)務要素和業(yè)務單元進行快速連接和精準管理的數(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,連接所有的產(chǎn)品和設備。無論這些產(chǎn)品和設備的地點是在上游的供應鏈,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)務流程的運轉,讓卡特彼勒擁有高效敏捷的骨骼和肌肉。
三是大腦——在上述兩項基石的基礎上,建立起集產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)和業(yè)務數(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)字化運營基礎上,通過“數(shù)字化供應網(wǎng)絡”和“數(shù)字化客戶”源源不斷地導入客戶和供應網(wǎng)絡的數(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)字化供應網(wǎng)絡”,其核心無疑是卡特彼勒打造的“實時工廠”(Live Factory)。實時工廠的設計思想,同樣遵循了卡特彼勒數(shù)字化業(yè)務經(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,完美地結合在了一起。
讓我們首先來介紹一下卡特彼勒實時工廠的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)計劃與調度體系。卡特彼勒按照計劃覆蓋的時間周期長短,將其生產(chǎn)計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)絡流程GPNP(Global Production Network Process):確保5到10年內(nèi)最優(yōu)的制造網(wǎng)絡規(guī)劃。GPNP主要包括三大目標:加強與預期銷量的配合、提高與生產(chǎn)相關的資產(chǎn)的回報、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)品項目EPP(Executive Product Program):這是一個對3年內(nèi)的制造資產(chǎn)進行投資、建設或購買及采購進行決策的能力計劃。在實際運行過程中,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。
銷售與運營計劃S&OP(Sales & Operation Planning):這是對18個月的市場需求進行管理的系統(tǒng)。一方面,卡特彼勒需要對市場銷售做出預測;另一方面,預測的結果也需要在生產(chǎn)、物流等部門進行協(xié)調和修改。SAP的集成業(yè)務計劃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、銷售預測、庫存和生產(chǎn)結合起來,以最優(yōu)的方式組織工廠進行生產(chǎn)。
圖:卡特彼勒的生產(chǎn)計劃的四個層次
在卡特彼勒的實時工廠,眾多互聯(lián)的自動設備組成了多產(chǎn)品混線生產(chǎn)的自動線。承接模型混合計劃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)定單進行信息配置與傳達,指導工人進行對應操作或指揮設備自動執(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)品不合格的風險。同時,SAP ME的數(shù)據(jù)采集功能實現(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)實現(xiàn)了從長期的制造網(wǎng)絡規(guī)劃一直到排序的生產(chǎn)定單的執(zhí)行,但卡特彼勒的實時工廠的建設道路到這里還遠沒有停止。
卡特彼勒的實時工廠的OT系統(tǒng),從設備層的數(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)計劃對應,打通了“從洞察到行動”的閉環(huán),使得這套數(shù)字化業(yè)務經(jīng)營系統(tǒng)真正成為企業(yè)可以駕馭的“高速列車”。
圖:卡特彼勒的實時工廠的OT架構及其與IT的閉環(huán)
卡特彼勒實時工廠的OT系統(tǒng),采用了大量的SAP Leonardo應用,包括:
SAP車輛洞察VI(Vehicle Insight):對現(xiàn)場的物流車輛進行監(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備運行性能數(shù)據(jù),還通過與SAP ERP中的物流數(shù)據(jù)進行匹配,不但可以對物流車輛的運行狀況進行監(jiān)控,還可以對業(yè)務價值(如不同補貨類型下的有效運載距離和時間等)進行全方位的評估,提高整體工作效率,降低成本,實現(xiàn)成本最優(yōu)的基于地點的自動物料補貨機制。
圖:SAP車輛洞察VI實現(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)進行可視化,提供各種類型的KPI報表,成為對數(shù)字化工廠進行管理的重要工具。
圖:SAP制造集成與智能MII采集來自ME和ERP的數(shù)據(jù),并進行可視化展示和分析
SAP整體設備效率OEE(Overall Equipment Effectiveness):SAP的OEE可以幫助企業(yè)實時和充分地掌握設備和整個工廠的效率情況,進行原因分析,并在整個集團內(nèi)進行跨工廠的分析和比較,從而提高制造設施的生產(chǎn)效率。
圖:SAP整體設備效率OEE幫助企業(yè)提高制造設施效率
SAP關鍵零件跟蹤CPT(Critical Parts Tracker):零部件是否到位,是決定工廠的生產(chǎn)能否順利進行的關鍵。盡管通過物料需求計劃MRP,可以對零部件的供應進行計劃,但是實際情況仍然要比系統(tǒng)所能計劃的要復雜和動態(tài)。通過將零部件分為不同的類型(缺失件、熱點件和短缺件),并與ERP、制造執(zhí)行ME和車輛洞察VI等系統(tǒng)連接,可以實時連續(xù)地對關鍵零件生成跟蹤儀表板。
圖:SAP關鍵零件跟蹤CPT實現(xiàn)了對零部件的實時連續(xù)跟蹤
SAP預測性維護與服務PdMS(Predictive Maintenance & Service):工廠設備尤其是關鍵設備的正常穩(wěn)定的運行,對于生產(chǎn)計劃的完成率和工廠運行效率起到重要的作用。通過采集設備上的傳感器數(shù)據(jù),通過一系列的統(tǒng)計算法,挖掘出數(shù)據(jù)規(guī)律,根據(jù)設定的規(guī)則生成相應的維修工單,從而提高了工廠設備的自動化管理水平,改善了設備的運行效率,確保生產(chǎn)計劃順利執(zhí)行。
圖:SAP的預測性維護與服務PdMS實現(xiàn)了設備的檢修工單的自動生成
SAP設施績效指標和SAP數(shù)字化制造洞察:這是一個基于云的應用,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)進行匯總和分析,便于管理層從集團的角度對各地的工廠進行管理,并加強與IT系統(tǒng)的互動。
圖:SAP的設施績效指標和數(shù)字化制造洞察,幫助管理層總體掌握工廠運行情況
上述這些SAP Leonardo應用,配合SAP制造執(zhí)行系統(tǒng),在設備級實現(xiàn)了對生產(chǎn)設備、物流設備以及相關設施的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和分析。在這些設備級OT應用的基礎上,產(chǎn)生出相應的洞察,交由對應的生產(chǎn)計劃和執(zhí)行系統(tǒng)加以執(zhí)行,從而實現(xiàn)了“神經(jīng)+骨骼和肌肉+大腦“的閉環(huán)。
小結
制造業(yè)的數(shù)字化轉型是一條漫長的道路。對設備進行智能化改造,通過遠程接入來改善客戶體驗和提高售后服務收入,是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術在產(chǎn)品生命周期后半段的應用。這僅僅代表了卡特彼勒在20多年以前的實踐和認知。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工作中進行持續(xù)的投入和探索。它代表了美國工程機械的領先企業(yè),對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為企業(yè)數(shù)字化整體架構的認識和實踐,值得我們借鑒和學習。
