燈塔工廠，被譽為“世界上最先進的工廠”，代表當(dāng)今全球制造業(yè)領(lǐng)域智能制造和數(shù)字化最高水平。截至目前，全球“燈塔工廠”共計153家，其中，中國擁有62家，占比超過三成，是世界上擁有最多“燈塔工廠”的國家。

燈塔工廠的起源：2018年，由達沃斯世界經(jīng)濟論壇牽頭，聯(lián)合麥肯錫發(fā)起了全球燈塔工廠的遴選。其初心是，希望第四次工業(yè)革命的領(lǐng)先企業(yè)可以像燈塔一樣，賦能更多的企業(yè)走出困境，照亮數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路。

所謂燈塔工廠，指的是那些在大規(guī)模應(yīng)用第四次工業(yè)革命（又稱工業(yè)4.0，是德國在2013年的漢諾威工業(yè)博覽會上提出的概念）中的技術(shù)，積極推動工廠、價值鏈和商業(yè)模式轉(zhuǎn)型的制造廠商。其中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包括云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、量子技術(shù)、3D打印、5G等。

燈塔工廠的判定標準：1. 實現(xiàn)重大影響；2. 擁有多項成功案例；3. 擁有可拓展的技術(shù)平臺；4. 在關(guān)鍵推動因素方面表現(xiàn)出眾（如管理變革、能力構(gòu)建以及與第四次工業(yè)革命社區(qū)展開協(xié)作）。

一、燈塔工廠分布特征

（一）全球分布特征

01 全球“燈塔工廠”快速增長，中國數(shù)量居全球首位截止2023年1月13日，全球共有132家工廠入選燈塔工廠，分屬于76家公司。從燈塔工廠所屬公司所在國家的分布來看，排名前三的是中國、美國、德國，分別占比26.3%、25%、10.5%。從燈塔工廠所在國家的分布來看，排名前三的是中國、美國、印度，分別占比37.9%、7.6%、7.6%。綜合來看，中國在燈塔工廠方面處于領(lǐng)先位置，特別是燈塔工廠的數(shù)量遠超其他國家，說明中國的企業(yè)正在積極的應(yīng)用工業(yè)4.0的關(guān)鍵技術(shù)推動轉(zhuǎn)型，也必將帶來大量的市場機會。

圖1：全球燈塔工廠分布圖（來源：麥肯錫）

圖2：燈塔工廠所屬公司所在國家的分布

圖3：燈塔工廠所在國家的分布

02 “燈塔工廠”行業(yè)分布領(lǐng)域廣泛，集中在離散型行業(yè)

從當(dāng)前132家“燈塔工廠”所屬行業(yè)分布來看，覆蓋電子設(shè)備、消費品、汽車、家用電器、制藥、服飾、采礦、食品飲料等20多個領(lǐng)域。其中（以工廠所屬企業(yè)國別來看），美國、德國的“燈塔工廠”集中于醫(yī)療、半導(dǎo)體、工業(yè)自動化、增材制造、生物技術(shù)等尖端制造行業(yè)，中國的“燈塔工廠”主要分布在貼近終端消費者的產(chǎn)業(yè)鏈下游，集中在家電制造、電子設(shè)備等離散型制造行業(yè)（具備多品種、小批量、工藝復(fù)雜等特點）。

圖4：全球及中國“燈塔工廠”行業(yè)分布

圖5：中美德企業(yè)“燈塔工廠”所屬行業(yè)對比

（二）中國分布特征

僅就中國而言，中國擁有的50個燈塔工廠分布在16個省的27個城市中，集中在制造業(yè)大省/強市。從省份分布來看，江蘇“燈塔工廠”數(shù)量位列全國第一（9家），廣東次之（7家），山東、臺灣、安徽緊隨其后（各擁有4家），五省入選總數(shù)占到了全國的56%。從城市分布來看，蘇州“燈塔工廠”數(shù)量最多（6家），合肥次之（4家），上海、青島、天津（各擁有3家）以及長沙、佛山、北京、深圳、廣州、鄭州、成都、無錫、臺中、高雄（各擁有2家）緊隨其后。

圖6：中國燈塔工廠的地域分布

從行業(yè)分類來看，50家“燈塔工廠”主要來自于3C電子、家電、汽車、鋼鐵、新能源等。其中，家電行業(yè)入圍“燈塔工廠”的數(shù)量最多，家電巨頭海爾（擁有6家）、美的（擁有5家）擁有的“燈塔工廠”合計占中國“燈塔工廠”總數(shù)近四分之一。三一重工（擁有2家：北京樁機工廠、長沙18號工廠）、寧德時代（擁有2家：寧德基地、四川時代）分別擁有全球重工行業(yè)、全球鋰電行業(yè)僅有的“燈塔工廠”。

二、數(shù)字化用例特征及收益

（一）整體概況

截止到2023年1月13日，燈塔工廠共有145個數(shù)字化用例（所謂數(shù)字化用例，就是一個具體的數(shù)字化應(yīng)用項目的提煉，比如“用于良率管理和根因分析的數(shù)據(jù)分析平臺”）。根據(jù)側(cè)重點不同，這些數(shù)字化用例分為制造工藝（聚焦于生產(chǎn)制造本身）、端到端價值鏈（聚焦于打通端到端價值鏈）兩個方向，每個方向又分別有5個分類。132個燈塔工廠都是應(yīng)用了這10類145個數(shù)字化用例中的某些，并在降本提質(zhì)增效方面獲得了實質(zhì)性的收益（具體到某一家則不盡相同，因為面臨的問題和需要解決的問題各不相同）。

圖7：燈塔工廠的數(shù)字化用例分類

（二）主要特征

01 聚焦產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)全要素協(xié)同數(shù)字化轉(zhuǎn)型提升成為重要趨勢

在燈塔工廠的10類145個數(shù)字化用例中，聚焦內(nèi)部生產(chǎn)制造本身用例和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同提升用例分別為67個和78個，占比分別為46%和54%，而該比例在2020年分別為65%和35%。由此可見，聚焦產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)全要素協(xié)同數(shù)字化轉(zhuǎn)型提升成為重要趨勢。

02 與大數(shù)據(jù)相關(guān)的應(yīng)用超50%

數(shù)據(jù)是數(shù)字化應(yīng)用的基礎(chǔ)，所有的數(shù)字化用例都會不同程度的使用到數(shù)據(jù)。在燈塔工廠的10類145個數(shù)字化用例中，共有74個與大數(shù)據(jù)相關(guān)（指的是明確提到了使用AI、數(shù)據(jù)分析、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、信息預(yù)測的應(yīng)用），占比51%。從燈塔工廠的數(shù)字化用例分布來看，每一分類中都有相應(yīng)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，意味著工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用不再局限于良率管理、實時生產(chǎn)狀態(tài)、設(shè)備維護等制造工藝方向，在端到端價值鏈方向中也有廣泛應(yīng)用?？傮w看，工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以分為四類：一是描述性分析，用于發(fā)現(xiàn)發(fā)生了什么問題；二是診斷性分析，找出為什么會發(fā)生這個問題；三是預(yù)測性分析，通過預(yù)測發(fā)現(xiàn)將要發(fā)生的問題；四是指導(dǎo)性分析，針對發(fā)生的問題給出最優(yōu)的行動建議。對于現(xiàn)階段燈塔工廠的大數(shù)據(jù)相關(guān)應(yīng)用，主要集中在前三種應(yīng)用類型。比如，“用于監(jiān)控OEE性能的數(shù)字化看板”屬于描述性分析，“用于根因分析的數(shù)據(jù)分析平臺”屬于診斷性分析，“基于歷史和傳感器數(shù)據(jù)的預(yù)測性維護”屬于預(yù)測性分析。

圖8：燈塔工廠的數(shù)字化用例分布

（三）總體收益

總體看，“燈塔工廠”通過采用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、增材制造、云計算、數(shù)字孿生、工業(yè)機器人等新技術(shù)，構(gòu)建覆蓋企業(yè)內(nèi)部全流程、產(chǎn)業(yè)鏈上下游全環(huán)節(jié)、產(chǎn)品服務(wù)全生命周期的數(shù)字化體系，全面提升企業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈上下游的效率、降低成本；同時通過數(shù)據(jù)要素作用的發(fā)揮，探索新的模式進而形成新的增長點，成效顯著。數(shù)據(jù)顯示，那些與數(shù)字技術(shù)成功結(jié)合的“燈塔工廠”，生產(chǎn)力平均提升超過2.5倍，利潤率提升8%-13%，運營指標提升50%-60%。

圖9：部分燈塔工廠總體收益（來源：麥肯錫）

三、新的趨勢：可持續(xù)燈塔工廠

值得注意的是，在2023年宣布的新晉燈塔工廠中，有7家憑借在減少環(huán)境足跡方面的卓越表現(xiàn)而被評選為“可持續(xù)燈塔工廠”。專欄：2023年新晉的“可持續(xù)燈塔工廠”革新故事

Ar?elik（烏爾米，羅馬尼亞）：Ar?eli k的烏爾米綠色工廠實現(xiàn)了100%綠電供應(yīng)，成功開展了數(shù)個可持續(xù)發(fā)展用例項目，包括用于能源管理的數(shù)字孿生項目以及集成了先進水處理工廠的水資源閉環(huán)管理系統(tǒng)。在用水緊張的背景下，該項目為每件產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)約25%用水量，降低17%能源消耗以及22%溫室氣體排放。偉創(chuàng)力（巴西，索羅卡巴）：為了減少能源使用、水消耗和溫室氣體排放，偉創(chuàng)力對工廠公用設(shè)施實行智能化管理，通過采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器最大程度地減少供應(yīng)鏈中的電子垃圾，積極推動循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，從而將范圍1和2的溫室氣體排放減少了41%，而在范圍3的排放方面，成功減排44千噸二氧化碳當(dāng)量，并將用水量降低了30%以上。海爾（中國，天津）：為了在能源成本上升的背景下提高經(jīng)營韌性和減少碳排放，海爾采用了大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)， 打造了一個設(shè)備電力負荷模型，部署了旨在優(yōu)化能耗的生產(chǎn)調(diào)度程序，將能源消耗降低了35%，將溫室氣體排放量降低了36%。美光（新加坡）：隨著對內(nèi)存和存儲解決方案的需求不斷增長，新加坡美光需要擴大和增加千兆字節(jié)產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時減少對環(huán)境的影響。2018年到2021年，新加坡美光部署了可持續(xù)技術(shù)，通過跟蹤環(huán)境足跡不斷優(yōu)化材料消耗，最終產(chǎn)量增加了約270%，同時每生產(chǎn)千兆字節(jié)的資源消耗減少了約45%。西門子（德國，安貝格）：為了提前四年實現(xiàn)2026年碳中和目標，西門子采用了數(shù)字流程效率分析和評估工具，將實現(xiàn)正常產(chǎn)量所產(chǎn)生的范圍1和2溫室氣體排放量減少了69%。此外，為了實現(xiàn)整個供應(yīng)鏈的脫碳（范圍3），該工廠發(fā)揮孵化器的作用，積極開發(fā)第四次工業(yè)革命產(chǎn)品，比如數(shù)字產(chǎn)品通行證和基于區(qū)塊鏈的軟件，便于和供應(yīng)商交換二氧化碳數(shù)據(jù)。聯(lián)合利華（達帕達，印度）：為了實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標，即到2025年將溫室氣體范圍1和2的排放量減少70%（相較于2015年基線），并在應(yīng)對產(chǎn)量快速增長的同時減少用水量，聯(lián)合利華達帕達開展了14個使用案例，如通過集成能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)以機器學(xué)習(xí)驅(qū)動的能源優(yōu)化，運用數(shù)字孿生技術(shù)加速制定生態(tài)友好型配方生產(chǎn)策略。達帕達將范圍1和2的排放量減少了54%，范圍3的排放量減少了43%，用水量減少了36%，提前實現(xiàn)了其減排目標。西部數(shù)據(jù)（上海，中國）：在需求不斷增長的情況下，西部數(shù)據(jù)在2017年至2021期間將工廠拍字節(jié)（PB）產(chǎn)量翻了一番，同時減少了每PB產(chǎn)品的環(huán)境足跡，以實現(xiàn)企業(yè)的減排目標。這一結(jié)果由第四次工業(yè)革命的多項科技驅(qū)動，如運用機器學(xué)習(xí)動態(tài)優(yōu)化水循環(huán)工廠性能以及根據(jù)實時操作數(shù)據(jù)檢測異常能耗預(yù)測系統(tǒng)。這些措施使每PB產(chǎn)品的用水量減少了62%，能源消耗減少了51%。

附：132家燈塔工廠名單（截止2023年1月）