2023 年工业制造五大趋势

Margaret Lindquist | 内容策略专家 | 2023 年 7 月 28 日

虽然面临劳动力短缺、供应链持续中断、需求不断波动等一系列问题,但制造业在经济发展中继续起着带头作用。飞机、汽车、化学品、计算机、消费电子产品、重型机械、石油和钢铁等工业产品的生产甚至超过了新冠疫情前的水平。该行业正在经历从基于机器的装配线到使用机器人、物联网 (IoT)、数据分析、增强现实 (AR) 和其它前沿技术的“智能工厂”的代际转变。

这一转变通常称为工业 4.0,在自动化和连接技术进步的推动下,制造业数字化进入新的阶段。举例来说,采用工业 4.0 原则的制造商可能会使用无人机运送零部件和简化装配线检查;技术人员可以在生产机器维护期间使用 AR 耳机调用说明书或原理图。

1. 技术投资

传统观点认为,在疫情期间增加技术投资的工业制造商比那些削减技术支出的制造商更能够平稳渡过经济低迷期,化危机为机遇。根据 Deloitte 2023 年展望调查,领先的制造商正在投资以下三个主要技术领域:机器人和自动化,用以加快制造速度、降低成本并缓解劳动力短缺(62% 的受访者提到);数据分析,用以改善预测,及时发现供应短缺,避免影响生产线 (60%);IoT,用以收集和分析来自工厂车间以及工业设备中嵌入的传感器数据,从而改进制造、供应链跟踪和产品维护 (39%)。在此次调查中,区块链 (4%) 和量子技术 (5%) 是提及的优先级最低的技术。

实施工业物联网

工业物联网 (IIoT) 是一张由物理对象(机器、设备、汽车、电器和其它“物品”)组成的网络。这些物理对象嵌入了传感器和软件,可收集数据并通过互联网与其它系统进行交换,然后执行分析,用于指导进一步行动。例如,汽车制造商可以使用 IIoT 监视工厂车间机器人,在关闭装配线前发现维护问题。

工业制造商可以使用 IoT 地点数据跟踪供应链中的资产。他们可以监视机器温度、湿度和振动频率,从而提醒用户存在潜在故障或直接将软件修复程序上传到机器上。这些数据收集和分析可帮助制造商完善产品计划,识别容易出错的组件。此外,5G 也将在工业物联网中发挥重要作用 — John Deere 和福特已经开始使用超快的低延迟无线网络连接数千个传感器。尽管到 2020 年仅有约 10% 的制造商实施了 IIoT,但据 Grand View Research 预计,这一比例将在 2025 年达到约 50%。

加速数字化转型

据 IndustryWeek 和 Oracle 在 2021 年 10 月联合开展的一项调查显示,投资了数字化功能和数据驱动流程(即数字化转型)的供应商与没有投资这些技术的供应商之间的竞争差距正在扩大。当被要求对四个领域的重要性进行排序时,受访者首先选择了数字化转型,然后是智能技术、可持续实践和劳动力发展。受访制造商最关注的领域包括提高效率(55% 的受访者认为这是重中之重)、生产开发和创新 (53%)、响应市场需求 (42%) 以及深化客户关系 (40%)。其中有一半的受访者表示,他们同意或强烈同意制造商必须适应未来的时代需求,在更虚拟的环境中工作。

制造行业下一波数字化转型的代表是微型工厂。这是一种模块化、高度自动化、技术先进的小规模制造结构,它可以设立在客户群附近,以降低发运和存储成本,简化定制产品生产。构建高度自动化的微型工厂离不开 IoT 和机器人技术。事实上,未来的微型工厂甚至可以自行生产构建工厂所需的零部件。其它的行业数字化转型计划还包括:自动执行日常任务,以减轻劳动力短缺的影响;整合不同设施、装配线和供应商的数据,及早发现潜在中断。

2. 吸引和培养人才

出于某些原因,美国工业制造商在未来几年面临的劳动力短缺将进一步加剧。例如,企业寻找接替人选的速度无法赶上工人退休的速度;许多工人跳槽到收入更高、就业更稳定的其它行业;雇主无法吸引专业人才,特别是年轻一代的人才来维护和管理工业 4.0 工厂的机器人、传感器和软件。据麦肯锡预测,在未来十年,制造商对需要身体力行的手动劳动等传统技能的需求将下降 30%,对技术技能的需求将增加 50%。不变的是,制造商仍将面临机械师、焊接工、金属工人、生产主管和其它行业重要工种从业人员短缺的困境。

实施员工保留策略

德勤和美国制造业研究所 2021 年的一项研究显示,到 2030 年,美国制造业技能短缺可能导致 210 万个职位空缺,仅在 2030 年,该行业就可能损失 1 万亿美元。在接受调查的美国制造企业中,有 83% 的企业负责人表示吸引和留住员工是他们的重中之重,有 45% 的受访者表示所在企业近期因缺少员工而错失了某些商机。

为此,制造商正在通过多种方式应对这一挑战。在美国国家制造商研究所 2022 年的一项调查中,有近四分之三的受访者表示,他们计划在 2022 年将员工工资平均提高 3%,这比在 2021 年新冠疫情爆发期间的加薪幅度更大。随着制造业越来越重视数字化转型,制造企业正在重新培训员工,并确保让员工知道自己的工作对公司整体成功的重要贡献。此外,制造商也在制定全面的认可计划,让努力工作的人都能够得到应有的回报。美国制造研究所制造研究中心和美国心理学会在 2020 年开展的一项调查发现,几乎所有感到受到雇主重视的受访者都表示自己的工作积极性很高 (97%),对自己的工作感到满意 (97%),并且评价公司是理想的工作场所,愿意向他人推荐自己的公司 (96%),相比之下,那些在工作中感受不到重视的人则没有那么积极。

同时,制造商正在对设施进行现代化改造,以改善工作环境。例如,他们正在引入机器人和无人机“工人”来执行危险任务,并且支持混合和远程办公模式。

几十年来,劳动力离岸和外包已经损害了制造业在提供优质、可靠工作方面的声誉。为了打消人们的这种看法,工业制造商必须展示他们对培养职业人才的渴望,并承诺提供稳定的高薪工作。营造可持续学习的工作环境是制造商留住新一代员工最重要的措施之一。

通过再培训解决劳动力短缺问题

美国制造业研究所的制造业研究中心和美国心理学会在 2020 年的一项研究中发现,年轻员工更容易被愿意投资员工的雇主所吸引。在 25 岁以下的制造业员工中,分别有近 70% 和 65% 的人表示他们留在公司是因为雇主给了他们发展技能的机会和职业发展机会。雇主应考虑制定多种不同的再培训计划,包括实况课程(线上和线下课程)、录制视频以及使用增强/虚拟现实的课程。

美国先进复合材料制造创新研究所 (IACMI) 启动了一项名为“America’s Cutting Edge”的计划,旨在为机床行业培训人员。美国全国制造商协会和制造业研究所也发起了“Creators Wanted”项目,为员工提供空缺职务培训,制定新的职业发展路径。此外,东北威斯康星技术学院和芝加哥附近的西北大学等美国学院和大学也启动了工业 4.0 研究项目,涵盖网络安全、工业物联网和机器人等多项技术。

构建多元化的员工队伍

如今的制造商正处于两难境地:既难以招聘到适合生产岗位的入门级员工,也难以招聘到受过技术培训、能够熟练使用现代化工厂日益复杂的系统的员工。为解决这一难题,制造商意识到他们必须吸引更多女性和不具代表性的少数民族群体。

根据美国劳动统计局 2022 年的数据,目前女性在制造业劳动力总数中的占比不到三分之一,非裔、亚裔和拉丁裔雇员的比例略高,但也只有 36%。为让这些人口群体更多地参与制造业,美国政府作出了两项努力,一是国防部拨款 62 亿美元用于培训和再培训,打下面向未来的劳动力基础,二是全国制造商协会发起一项倡议,为女性提供就业指导,力求改变人们对制造业的固有看法。

3. 可持续发展投资

据 2023 年美国环境保护署的一份报告显示,制造和原材料行业的温室气体排放占美国总排放量的 23%。虽然近年来该行业在减排方面取得了一定进展,但仍有很长的路要走。制造商需要评估整个供应链,寻找减少浪费的机会,增加供应商多样性,并优先考虑在工厂车间和产品交付过程中使用高效燃料和电动汽车。

重视可持续发展和碳中和

咨询机构 Climate Impact Partners 在 2022 年的一项研究报告中指出,在《财富》世界 500 强企业中,已有 42% 的企业实现重要的气候里程碑,或承诺在 2030 年之前实现这一目标。碳中和是指企业采取某些措施抵消自身向大气中排放的二氧化碳排放量。尽管气候变化专家警告称,设置供应链整体排放目标是企业实现零碳目标的唯一途径,但碳中和仍然非常适合作为第一个里程碑。为此,一些制造商开始投资“智能建筑”技术,如传感器控制的供暖、制冷和照明系统;一些制造商开始寻找可再生能源为设施供能,例如在工厂和原材料运输中使用电动汽车(利用清洁能源车辆抵税)。在 McKinsey 2021 年开展的一项调查中,有 22% 的受访制造商表示,在过去五年中,可持续发展举措给他们带来了巨大价值,还有 40% 的受访制造商预计将在未来五年内实现价值。这些价值包括与减少能源使用相关的成本节省以及客户参与度提升。

重视企业社会责任

美国环境保护署认为企业社会责任 (CSR) 是一种自我监管形式,企业应努力确保企业活动和实践对环境、消费者、员工和社区产生积极影响。延伸到制造商供应链领域,CSR 工作通常涉及两个主要方面:环境可持续性(包括回收、降低化石燃料消耗和减少浪费)和社会进步(包括缩小性别工资差距、承诺公平的雇用和晋升实践、支付足够的生活工资以及确保工作场所安全)。

制造商采取的此类措施不仅惠及地球和人类,还有利于提高企业盈利能力。研究机构 Lab42 在 2022 年进行的一项调查发现,有 84% 的受访者表示,他们愿意花更多的钱购买他们认为具有社会责任感的公司的产品。

4. 重新评估供应链

时至 2023 年,制造商仅了解供应商和客户的行为是不够的。这种可见性需要扩展到供应商的供应商及客户。成功的制造商应当投资部署数字供应链功能,更好地洞察供应链中每个利益相关者的职能,让每位参与者做出关于原材料寻源和客户需求的明智决策。

解决供应链中断问题

为应对过去几年出现的持续供应链中断问题,工业制造商正在重新评估原材料采购产地和制造工厂的地理位置。自 20 世纪 60 年代起,全球制造商开始从低成本国家采购原材料,并将业务转移到这些地区。但近年来,由于境外国家劳动力成本不断上涨、运输成本不断上升、汇率波动以及实现环境和社会可持续性目标的需求,全球制造企业开始回迁。

工业采购市场 Thomas 在 2021 年进行的一项调查显示,有 83% 的北美制造商表示可能或极有可能“回迁”至少部分业务。在 2020 年,这一比例仅为 54%。然而,回迁只是制造商建立多样化供应商网络的举措之一,其它措施还包括引入来自不同区域的供应商。事实上,根据咨询公司 BDO 的一项调查,2021 年有超过一半的制造商在寻找替代或备用供应商。但是,制造商需要在供应商多样化的好处以及管理更多供应商带来的复杂性和成本之间进行权衡。

向产品即服务模式转型

对于制造商而言,以服务形式提供某种产品版本是一个绝佳的市场机会。这种形式通常采用订阅模式,收取固定费用或按使用收费。例如,汽车制造商已经开始尝试推出“汽车即服务”。在这种模式下,客户只需支付前期注册费用和每月支付订阅费用即可获得最新车型的使用权。与传统的汽车租赁协议不同,在“汽车即服务”协议中,注册、税收、驾驶员保险、道路援助和维护通常全部由汽车制造商负责,客户每月可以有一次或两次更换新车型的权利。云计算本身就是一种产品即服务,软件开发人员可以通过互联网以订阅模式提供应用、数据库和基础设施。

其他制造商提供的服务可能包括产品安装、监视和维护。在“XX 即服务”模式下,焊接机器人制造商可按固定价格向客户提供一定数量的焊接服务,而不是出售机器人。

借助产品即服务(也称为 XaaS 或“一切即服务”)模式,制造商不仅能够更有规律、更准确地预测收入流,增加交叉销售和追加销售机会,还能够收集有关客户产品使用情况的宝贵数据,然后基于这些数据开发新的产品和收入机会。

5. 打造未来工厂

未来工厂具备高度自动化和高效等特点,例如使用无人机收集生产线数据,让员工及时了解库存水平和机器运行状况,降低不准确率,减少人为错误。随着人工智能、机器学习、IoT 和机器人在仓库和工厂中发挥越来越重要的作用,体力劳动的重要性将会降低,分析工作的重要性将增加。但智能工厂建立在由财务、生产和计划软件组成的强大后台基础上,这些软件可以处理即便是最小规模工厂生成的大量数据。

利用 ERP 实现现代化

为实现智能制造或工业 4.0 承诺,制造商必须了解哪些技术可以助其简化流程,实时收集准确的财务、生产和其它信息以及降低成本。虽然许多制造商在几年前就开始使用企业资源计划 (ERP)、供应链管理 (SCM) 和产品生命周期管理 (PLM) 等企业软件,但仍有许多企业在使用缺少关键功能、难以更新和彼此孤立的传统系统。此外,并购活动也会进一步增加这种复杂性,因为制造商会从收购公司处继承一套完全不同的 ERP、SCM 和 PLM 系统。

对于制造商而言,整合和部署现代化 ERP 系统是一项尤为重要的技术优先事项。在大多数情况下,企业都可以通过将这些系统迁移到云技术服务中来确保获得定期更新和最新的安全控制。云端 ERP 套件还支持企业按需扩展财务、制造和其它独立应用,并且只需按使用付费。集成的云技术应用套件(与 SCM 和 PLM 集成的 ERP)可为制造商提供跨职能可见性。

使用数据驱动的决策机制

一个制造系统可以生成大量数据。据 Cisco 调查发现,一个离岸石油和天然气平台可包含 35 万到 50 万个传感器,每天可生成 1 到 2 TB 数据。通过收集和分析数据,石油公司可以避免石油泄露和计划外停工,保护工人免受灾难性设备故障的影响。

随着数据流的增加,制造商需要更先进的软件来分析数据,从中获取洞察。德勤通过调查发现,有 60% 的公司将分析软件列为 2023 年的首要重点,用以改善预测、及早发现产品组件和原材料短缺,避免影响生产线。LNS Research 在 2023 年的一份报告指出,37% 的制造商认为数据质量问题是分析过程中优先级最高的问题。

另一个对制造商至关重要的决策技术是“数字孪生”,它是制造设施、流程和产品的数字表示。制造商可使用数字孪生模拟供需波动对装配线产量、新产品尺寸,甚至是工厂车间使用的某个制造设备的影响,帮助企业负责人做出明智的生产决策,在评估成品质量之后再决定是否投资实物资产。

采用自动化和机器人技术

自动化的好处包括降低劳动力成本、增强工作场所安全以及提高工作效率,它在制造业根本不是新现象了。而机器人、协作机器人(可以与人协同工作的机器人)、无人机和自动驾驶汽车的采用率正在急速上升。据机器人贸易组织先进自动化协会 (Association for Advancing Automation) 称,2022 年第二季度北美工作场所机器人订单同比增加 25%。Grand View Research 的数据表明,虽然机器人订单在 2023 年初有所下降,但全球工业机器人市场预计将在 2023 年至 2030 年间以 10.5% 的复合年增长率 (CAGR) 快速扩张。ABI Research 的数据则表明,2020 年全球协作机器人市场规模仅为 4.75 亿美元,这一数值在 2021 年增长至 6 亿美元,并将在 2030 年达到 80 亿美元。

农业和粮食生产行业是另一个走在自动化前沿的行业。市场分析机构 IMARC 在一份报告中预测,到 2028 年,全球农业机器人市场规模将从 2022 年的 76 亿美元增加到 211 亿美元,年复合增长率达到 18.4%,届时机器人预计将能够处理从种植到除草和收割的整个生长过程。从更广泛的层面来看,制造业趋势正在向“熄灯”工厂发展,即对人工干预的依赖非常低,工厂或制造车间甚至可以在黑暗环境中正常运转。

携手 Oracle 引领工业制造趋势

在过去几年里,制造商面临严峻逆风,忙于应对各种问题,其中一些挑战主要集中在全球化、供应链、财务、劳动力和项目管理等方面。聪明的制造商已经开始将互联云技术应用和新一代工业 4.0 技术引入工厂、仓库和后台系统中。

Oracle Cloud for Industrial Manufacturing 包括企业资源计划、绩效管理、供应链管理、产品生命周期管理、制造和人力资本管理等方面的集成应用。Oracle 在上述每一个领域都已经非常成熟,可帮助企业进一步实现数字化转型。举例来说,制造商可以实施基于云技术的 SCM 应用来监视和快速应对供应链中断,通过基于云技术的 HCM 来自动执行招聘和入职流程中的日常例行工作,从而将更多精力投入价值更高的员工开发和互动活动中。制造商可以开发新的销售模式,例如以服务形式提供产品,消除客户的所有权负担。最重要的是,由于应用部署在云环境中,制造商可以按照自己的节奏部署应用,根据实际需要添加跟踪软件、库存管理工具和高级物流等新功能。

工业制造趋势常见问题解答

哪些制造领域正在快速增长?
研究机构 IBISWorld 预测,在 2023 年至 2028 年期间,太阳能设备(复合年增长率为 25.5%)、3D 打印机 (24.1%)、无人机 (24.1%) 以及混合动力和电动汽车 (22%) 将成为美国收入增长最快的工业制造领域。

制造业的增长前景如何?
Interact Analysis 的研究表明,2022 年全球制造业总产出增长了 3.6%,但当前经济逆风对制造业产出的影响最早可能在 2024 年就会显现。亚洲是本次预测中的一个亮点,预测显示由于解除疫情封锁,中国经济将出现适度增长,尤其是在制药和化学品行业。

制造流程有哪四种类型?
制造流程主要分为四类:剪切和成型,将物品切割成多块(例如织物或纸)或弯曲成特定形状;接缝,将两件物品连接在一起,如最常见的焊接;铸造和注塑成型,将塑料或玻璃等物质熔化推入模具;机械加工,通过机械对物体进行切割、塑形或去除材料,例如在金属钉上钻孔或蚀刻螺纹以制成螺钉。

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