如何打造灯塔工厂？工业 4.0 下的智能制造案例
文章内容大纲
灯塔工厂的定义
灯塔工厂（Lighthouse Factory）是由世界经济论坛（World Economic Forum）和麦肯锡（McKinsey & Company）共同推动的一个概念，旨在表彰那些活用工业 4.0 技术来改造工厂的制造企业。
这些工厂被视为行业中的标杆，它们借由融合先进技术和创新方法，提升生产效率和产品品质外，还推动永续发展，增强整体的营运表现，在价值链和商业模式上展现出领导力，成为其他企业的学习典范。
「成为灯塔工厂的领导者们，具有远见、拥抱创新和负有责任感，他们在生产网络和制造以外的范畴采用先进技术。在优先考虑环境永续的同时，解锁全新价值。」
灯塔工厂的核心价值
灯塔工厂有四大核心价值：先进技术整合、高效营运管理、ESG 永续发展实践、人才培育。
1. 工业 4.0 先进技术整合
通过采用工业 4.0 的先进技术，如物联网（IoT）、人工智慧（AI）、机器学习和数字孪生（Digital Twin），灯塔工厂优化生产流程，提升作业品质的同时，也让管理更高效。
这些工厂的目标是将这些单点的技术应用推向大规模整合，使工厂朝向全面智慧化，在少量多样的生产趋势下，仍能保持高度灵活性和生产水平。
在扩展工业 4.0 技术方面，88% 的灯塔工厂企业已上轨道或超前计划，而只有 60% 的非灯塔工厂企业正按照计划进行，其余则落后于计划。
2. 高水平的运营效率，精实生产
灯塔工厂企业的领导力，不只展现在技术创新，更体现在对运营高效的追求上。他们专注于持续的流程改进，从资源配置到生产线的每一个细节，确保以最少的投入实现最大的产出，减少浪费，达到精益生产。
这些工厂强调协作和透明度，建立以数据为基础的决策环境，使产线能迅速应对客户要求和市场变化。在运营管理的精益求精，帮助降低成本并提高生产力。
3. ESG 永续发展实践
灯塔工厂以永续发展而努力，为环境管理树立标竿。承诺减少能源消耗、碳排放、对水的影响以及降低整体的资源浪费。
在进行第四次工业革命转型的同时，工厂增加绿色措施，实现产品生态效益（Eco-efficiency），兼顾生产运营和保护生态环境的经营理念。
4. 人才培育，应对缺工
灯塔工厂重视员工的能力提升和培训，将赋能员工作为核心策略之一。在进行工业 4.0 转型时，同步培训员工掌握最新技术，在工作中灵活地使用以解决问题。
员工是积极参与优化创新的重要推动者，这种赋能不仅能提升生产力和工作满意度，还可以促进企业内的创新文化，让员工在日常工作中发挥更大的价值，形成一个具有高度适应性和竞争力的企业生态。
「仅有 7% 的非灯塔工厂生产网络，被认定使用先进技术，但对获选灯塔工厂的企业而言，这个比例则达到了 20％。」
现有灯塔工厂概览
目前，共有 153 座工厂获选为全球灯塔工厂。
这些工厂在各自的领域中，透过不断创新和技术应用，为全球制造业展示以技术推动运营的最佳典范。
首批全球灯塔工厂：BMW 集团汽车制造工厂
BMW 位于雷根斯堡的工厂，是首批获选为全球灯塔工厂的制造基地之一。为应对定制化订单带来的生产复杂性，BMW 导入集团定制的 IoT 物联网平台，将所有新型应用的部署时间缩短了 80%，大大降低了物流成本。BMW 在选择数字化解方时，重点放于智慧化数据分析、智慧物流、自动化和辅助系统，同时也重视员工的参与，集团的平台提供员工一个数字工箱，方便他们运用厂内资源，创造自己的整合方案。
「只要一个智慧解决方案成功实施，它可以快速扩展应用在其他生产区域和其他工厂。」
永续发展灯塔工厂：施耐德电机设备工厂
施耐德电机（Schneider Electric）位于印度海德拉巴的工厂，是 2023 年新增的永续发展灯塔工厂之一。这个工厂专门生产关键电机设备，它导入了云端技术和 IoT 物联网设备，让管理系统与车间操作相互连接，获取即时数据，也搭配结合 AI 人工智慧的预测分析，达到智慧化决策。这座永续发展灯塔工厂在能源消耗减少 59%，二氧化碳排放量降低 61%，用水量减少 57%，也改善了 64% 的废弃物处理。
「我们的海德拉巴工厂是一个强而有力的案例，说明企业为何应该大规模且迅速地投资工业 4.0 技术，这不仅是为了实现永续发展，还能带来营运效率的提升。」
E2E 灯塔工厂：海尔洗衣机互联网工厂
海尔在青岛的洗衣机互联网工厂，共部署了 136 个工业 4.0 科技应用案例，利用了包括 5.5G、先进演算法、工业物联网和数字挛生等技术。海尔的物料智慧调度系统，能即时追踪厂内物料车在仓储和配送过程中的移动路径，确保物料能够以最快的速度、最短的路径配送到工作站，这比起传统模式，效率上提升了 50%。整体工厂在材料短缺导致的停机时间下降了 80%、劳动生产率提高了33%，在产品成本上优化了 32%。
灯塔工厂的工业 4.0 创新技术
灯塔工厂们活用的工业 4.0 的技术，帮助他们在生产效能和管理营运上，达到全新的表现提升。
AI 人工智慧和机器学习
AI 人工智慧和机器学习透过分析庞大的生产数据，帮助工厂进行预测性维护、品质管理和生产优化。机器学习演算法能解析设备的历史数据，预测机器故障时间，让工厂能够提前安排维护，避免生产中断。此外，AI 也能运用图像和影像识别技术，快速检测生产中的瑕疵，提升品质管理的效率与准确度。
IoT 物联网和智慧感测器
IoT 物联网和智慧感测器在智能工厂中，由网络串连起各式生产资讯，工厂内的设备、工序和产品的运行状态、人员操作行为等生产进度，都能被即时掌握，并将数据即时传输至中央战情室进行分析。帮助大幅提高生产透明度和可控性，让工厂管理者能够迅速掌握生产状况，预测并解决潜在问题，使工厂管理更为精细。
机器人和自动化设备
自动化设备包括机器人、数控机床、自动化输送系统和自动化仓储系统等等，能够执行重复性高、准确度要求严格的任务。自动化设备帮助智能工厂将人力，安排于其他更需人类灵活性的工作上，也降低这些单调作业里的人为错误风险，提升生产速度和一致性。例如，协作机器人（Cobots）能与作业员一同工作，完成一些繁重或危险的任务，让生产过程更加高效且安全。
数据分析和数字孪生（Digital Twin）
数字孪生技术和数据分析的整合，使灯塔工厂能够从大量生产数据中挖掘有价值的讯息。透过各式生产设备、感测器和其他多样物联网传递而来的庞大数据，工厂管理者有完整的数据基础来进行分析，从而做出更精确的决策。而数字孪生（Digital Twin）即建立在这地基之上，将实体工厂的所有元素，以数字化形式在虚拟环境中复制，实现虚实整合，让管理者能在虚拟空间中模拟、分析和优化生产流程，在不影响实际生产的情况下进行创新测试，提前预测并解决潜在问题。
灯塔工厂的案例
EMS 电子制造工厂
EMS 电子制造工厂的生产趋向少量多样，面对换线频率高的生产模式，意味着必须具备极高的灵活性，确保出货稳定，这种需求导致了对工业 4.0 技术的强烈依赖，以确保快速应对市场需求，维持竞争优势。许多电子制造商已走出成功的转型路径，活用 IoT 物联网、AI 人工智慧技术等等，和厂内 MES 系统串接，实现实时数据搜集和高效生产管理，在快速变动的市场中，仍保有敏捷的应变力。
EV 电动车制造工厂
汽车工厂在全球灯塔工厂名单中的比例相对较小，约占总数的 10%，这反映了汽车制造业在数字化转型过程中的挑战。汽车制造的产业链长、规模庞大且技术要求高，对产品和生产工艺要求高度可靠性和一致性，采用新技术时通常更加谨慎，以确保生产稳定和产品品质。目前获选为灯塔工廠工厂的汽车制造商，突破种种创新压力，为相对已发展成熟的汽车产线，再次提高了生产的灵活度和效率。
成为灯塔工厂的第一步：拥有数据主权
灯塔工厂以技术创新为核心，正在引领全球制造业的变革与升级。透过工业 4.0 技术的深度整合，这些工厂显著提升了生产效率和产品品质。成为灯塔工厂的首要步骤是拥有数据主权，确保数据的所有权、完整性和安全性，以便在各系统之间无缝串联并有效利用。以「数据驱动决策」为核心，灯塔工厂能够通过即时分析大量生产数据，优化生产流程，迅速识别产线上的瓶颈与异常，并精准调整资源配置，从而减少浪费并缩短交付时间。这种精确、敏捷的决策方式，使灯塔工厂在竞争激烈的市场中始终保持领先地位。
