灯塔工厂就是智能制造的领路人，当我们遭遇大风大浪、黑暗、不知道方向的时候，人们会需要灯塔。在中国制造升级的 路途上，灯塔工厂具备网络化、自动化、更优化的特征，同时也具备代表性、技术性、高效性和价值性，给中国广大的制造业指路。
一、灯塔工厂是什么？
“灯塔工厂”(Lighthouse Network)是由世界经济论坛和麦肯锡咨询公司共同遴选出来的“数字化制造”“全球化4.0”技术应用示范者，入选灯塔工厂的示范者一般具有以下特征：
（1）实现重大影响；数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
（2）成功集成多个用例；
（3）可拓展的技术平台；
（4）在关键推动因素方面表现出色。
此外，还可以快速响应市场需求，创新运营模式，实现绿色可持续发展。
“灯塔工厂”是工业4.0技术的应用典范，工业4.0的核心技术包：:大数据分析、自主机器人、模拟、横向和纵向系统集成(一体化)、工业物联网、网络安全、云计算、增材制造(3D打印)以及增强现实。
基于工业4.0的新技术，制造业由孤立的、优化的单元转变为完全集成、自动化和优化的生产流程，促进效率的提升，并改变传统的供应商、生产商和客户之间的关系，以及人与机器之间的关系。
2013年，德国在汉诺威工业博览会上正式提出“工业4.0”的概念，提出推动以CPS为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的工业革命，通过提升制造业的数字化和智能化水平，打造一个柔性制造、精益生产的智慧工厂。物联网等新一代信息技术与工业经济的融合，使得工业生产进入智慧化时代，即工业4.0。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
智慧工厂是工业4.0的核心，“灯塔工厂”本质是企业在迈向智慧工厂过程的成功探索实践。现代工厂的智能化逐渐聚焦于将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与产品全生命周期管理(PLM)相融合，使工厂具备自组织、自学习和自适应能力。智慧工厂具备的几项智能化功能包括：
二、我国制造业数字化转型现状
2022年10月11日，世界经济论坛发布了第11批全球工厂名单，共有11家新工厂入选，至此，全球灯塔工厂数量达到114家，分布在27个国家和地区，其中中国地区拥有42家，占全球数量比重超过三分之一，反映了中国作为世界工厂的牢固地位及近年来经济数字化转型取得巨大成就。
我国工业、能源企业数字化转型还处于早期阶段。根据德勤对145家企业的调查数据，目前国内超六成的访问企业已经启动了数字化，科技、传媒和电信，消费行业企业领跑数字化转型进程，而工业，能源、资源行业企业数字化转型较晚，还处于早期发展阶段。
当前我国制造业面临多重压力，包括生产成本上升、产业外移、生产效率低产品交付周期长、供应链中断风险上升等问题，企业亟需通过实施数字化技术，精益生产来降低成本，提升效率，提高企业风险抵抗能力。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
5G、人工智能、物联网、大数据等新一代信息技术的出现及终端计算设备的发展，带来了研发模式、生产模式、消费模式、体制机制的系统性变革，企业应该建设适应工业4.0时代发展要求的新型生产体系。
我国制造业智能化需要补齐四个短板。复旦大学特聘教授、重庆市原市长黄奇帆认为制造业智能化的核心是发展产业互联网，即利用数字技术把产业各要素、各环节全部数字化网络化，推动业务流程、生产方式重组变革，进而形成新的产业协作、资源配置和价值创造体系。我国制造业智能化过程中仍存在以下短板亟待补齐：
企业对于数字化态度发生积极变化。中国工业企业面对产业数字化的态度正在发生积极变化，针对500+家工业企业数字化/智能化情况的调查发现，2021年，“非常支持并有详细计划”的企业占比为52.4%，较2020年的31.1%提升了21.3个百分点。工业企业数字化转型的主要目的为降本增效和提升产品质量。
三、中国新一代智能制造架构
灯塔工厂引领制造业数字化智能化转型风向。灯塔工厂是第四次工业革命的成功实践者，通过分享其数字化智能化转型经验，为传统工业企业的数字化转型照亮前进方向。《全球灯塔网络:具有社会责任的行业转型实践指南》认为，灯塔工厂成功实现第四次工业革命转型的六大核心要素包括敏捷方法、敏捷数字工作室、工业物联网平台、工业物联网学院、技术生态系统和转型办公室。
灯塔工厂通过拓展合理用例促进精益生产。灯塔工厂通过部署多样化用例改进生产，有的侧重于工厂内部的数字化生产，有的侧重于打通端到端的价值链。
工厂内部的生产数字化用例包括：数字装配与加工、数字设备维护、数字化绩效管理、数字质量管理、数字化可持续发展；数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
端到端价值链用例包括：供应网络连接性、端到端产品开发、端到端规划、端到端交付、客户连接性。
通过拓展合适的用例，企业生产效率，产品质量、交付速度、节能等指标有了大幅改善。
四、智慧工厂是什么？
德国工业4.0参考架构模型。灯塔工厂是企业数字化、智能化转型的典范，核心为工业4.0技术的应用。2015年德国发布了工业4.0的参考架构模型RAMI4.0，RAMI4.0是一个基于高度模型化的理念而构建的三维架构体系，通过垂直轴层(Layers)、左水平轴流(Stream)、右水平轴级(Levels)三个维度构建并连接了工业4.0中的基本单元。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
2018年，中国工程院提出了“新一代智能制造”的概念，认为智能制造是一个不断演进发展的大概念，可归纳为三个基本范式：数字化制造、数字化网络化制造、数字化网络化智能化制造——新一代智能制造。对比德国RAMI4.0，新一代智能制造架构强调了人工智能技术与先进制造技术的融合。
RAMI4.0较好地体现了以CPS为主的“数字化智能制造”，但因为没有新一代人工智能技术导入，难以达到第三范式。通过在RAMI4.0信息层和功能层加入“AI层”或者参考工程院提出的智能制造系统总体架构来建设，才能实现“新一代智能制造”第三范式。
智能制造的主要功能系统包括智能设计、制造过程控制优化(包括加工过程、装配过程、工厂运行等)、智能供应链、智能服务等。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
《智慧工厂的参考模型与关键技术》结合人机料法环测(5M1E)及RAMI4.0中纵向维度的构成，将知识、功能、信息等定义为企业的虚拟资源，将人力、机器、物料等定义为企业的实体资源。
实体资源对应RAMI4.0的水平维度:组织域对应RAMI4.0纵向维度资源的集成、交互所需相关架构和规范：RAMI4.0的全生命周期维度各阶段的不同功能单元视为服务，基于面向服务架构SOA，将智慧工厂中的服务角色和服务内容定义为服务域。
在资源内的映射关系中，人力域和设备域根据RAMI4.0中的水平维度进行划分，同时与ISA 95定义的三个层次对应，明确了角色定位和职能分工。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
借鉴IT领域的SOA架构思想，工业生产的实体资源以及信息、知识、功能等资源均可视CPS平台中服务网络的服务资源。SOA的核心思想是统一服务接口规范，将重复的功能抽取为模块化组件(服务)，每个模块可以独立实现功能，不同模块组合又可以提供不同的服务。
基于SOA，将工厂生产过程分解为服务的请求、匹配和处理的独立过程，降低工厂各功能资源、知识资源之间的耦合程度，从而优化企业资源配置、提升生产效率和产品质量。
五、智慧工厂的参考架构
智慧工厂的参考架构思想并不唯一，其中面向服务的生产模式架构成为主流的架构设计思想。
智慧工厂的参考架构包括：德国RAMI4.0参考架构、云制造参考架构、工业互联网体系架构2.0，以及半导体产业、石化产业试行的离散工业和流程工业的智慧工厂参考架构等，具体实施何种架构需要结合行业特征和工厂规模等因素来决定。
以流程工业中的石化工厂为例，《智慧工厂的参考模型与关键技术》将工厂实施架构方案分为四个阶段七个阶段。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
通过构建泛在感知的工业物联网将现场设备、原物料、仪器仪表等实体资源映射到网络，实现生产流程数据的集成、智能分析处理。构建工业物联网是制造业数字化智能化转型的基础。
典型的物联网系统架构有三层：
一是感知层(RFID、传感器、二维码等)，获取物体信息；
二是网络层，传递信息；
三是应用层，分析处理感知层获取的信息，实现智能化识别、定位、监控和管理等应用。
工业物联网与传统的物联网架构主要有点差异：
一是工业感知数据/控制指令等数据交互的实时性；
二是在现有工业系统中，不同企业拥有属于自己的一套数据采集与监视控制系统(SCADA)，在工厂范围内实施数据的采集与监视控。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
大数据分析（机器学习、数据挖掘、数字孪生等）的出现，使过去企业依赖经验改善生产活动的模式，转变为数据驱动决策和生产管理新模式。
大数据分析是工厂实现自动化、智能化的主要技术之一，应用场景包括：质景改善、生产调度与机器排程、流程优化、供应链决策支持、精益制造、故障诊断及预测性维护等。
近年来以深度学习为代表的机器学习在工业生产领域的应用引起广泛关注，机器学习属于人工智能的一个分支，而深度学习是机器学习的一个新的研究领域。深度学习非常适合处理工业领域具有高维度、非结构化、大数据最特征数据。
企业智能决策作为生产运行管理的功能核心，数据/算法模型的集成优化、仿真、控制分别对应企业决策的制定、验证和执行三个环节。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
智能决策支持系统（IDSS）可打通企业原有的业务系统、控制系统和采集系统，进而实现数据的分类收集、清洗、存储和分析，并通过仿真、数字李生等技术进行验证，验证后的生产计划和调度指令通过工业控制网络下达到生产车间及设备。通过IDSS可以降低决策试错成本，增强信息的可视性和交互性，提高决策效率。
选择合适的IT架构：模块化单体OR微服务。微服务是IT业内讨论的热点，云计算、容器化等技术的出现，也在很大程度上促成了微服务的流行。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
微服务的优点包括：服务的独立部署、服务的快速启动、敏捷开发、服务按需扩容等。
但微服务也有明显的缺点，包括服务之间的通信复杂难以维护，调试棘手，占用资源增加等。
企业如何选择合适的IT架构主要与企业规模有关。绝大多数IT行业公司不需要微服务，他们没有达到微服务可以大展身手的规模。模块化的架构、单体架构更适合中小型项目。
模块化优于微服务点包括：通信更简单，节省资源，调试更容易，部署过程更简单。
模块化与微服务最大的区别在于模块化是以业务板块作为划为依据，微服务是以业务板块的某项功能作为划分依据，颗粒度更细。
对于大多数公司而言，更好的选择是实施模块化单体，直到规模更大并且微服务变得有意义为止。
以客户价值为导向打通端到端价值链。端到端的价值链打通对应RAMI4.0的生命周期和价值流，目的在于实现生产、业务、物流、管理计划等的全流程掌握，带来的影响包括成本的降低、设备利用效率的提升、交付时间的缩短、库存积压问题的解决、个性化设计与交付等也是实现柔性制造的先决条件。
工业富联提出了基于客户价值导向的端到端价值链设计架构，主要包括两条主线：订单全生命周期主线和产品全生命周期主线。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
机器换人，柔性生产降本增效。机器换人将人们从简单的体力劳动层面提升到决策控制层，通过引入工业机器人、智能成套设备、自动化物流设备、智能检测设备等智能机器设备，实现柔性化生产、自动化生产，提高生产效率，降低能耗和成本。
六、灯塔工厂建设关注点
114家灯塔工厂分布在多个行业领域，其中消费领域（消费品、家用电器、电子产品、汽车等）行业的数字化进程走在市场前列。消费行业在互联网发展红利下销售终端率先实现数字化转型，随后向生产端推进。消费行业贴近消费者，关注提升消费者体验，激发企业在产品和服务融入数字化技术，把握快速变化的消费市场，提升消费体验。
不同的“灯塔工厂”的建设侧重点有所不同。
以服装、日用品、食品饮料为代表的消费品行业，注重产品敏捷开发、个性化定制、快捷交付、库存管理；数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
以钢铁、石化为代表的流程行业“灯塔工厂”更关注精益生产，提高能源使用效率，实现可持续发展；
电子行业“灯塔工厂”关注设备自动化水平、柔性生产模式和绿色发展；
医药行业倾向于通过数字化智能化技术降低成本，提高生产效率，打通端到端价值链促进快捷交付，使用突破性技术降低质量波动。
消费体验及成本控制是消费行业的关注重点。
消费体验提升途径包括：产品敏捷开发、快速交付、个性化定制；
成本控制包括：机器+人工智能引导的生产效率提升，自动化物流带来的仓储成本、物流成本下降等。
钢铁/石化行业属于典型的流程行业，数字化智能化转型的重点为成本的下降、能耗排放的降低、生产效率的提升。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
企业通过生产计划分析、价格预测、工业物联网改进工艺、数字化物流等方式降低各项成本，通过数字化生产计划、智能检测、数字化业务磋商、工业物联网提高生产效率。
电子行业是离散型制造业的代表，生产过程通常分成多个加工任务，对生产计划及工序加工的管理要求较低。数字化的重点在于通过人工智能和机器人等自动化设备的使用提高生产效率，同时对能耗也纳入考虑范围。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
汽车行业属于长生态链的离散型制造业，基于人工智能、协作机器人、物联网等技术实现自动化生产、柔性生产及端到端的价值链打通是灯塔工厂建设重点。
医药行业属于流程制造业，成本控制，生产效率提升、快捷交付是企业的关注重点。
企业基于数字化技术支持的购买决策、电子拍卖、绩效管理降低了生产运营成本，通过人工智能、数字孪生、机器人等技术使用提升了生产效率。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
工业机械大多属于非标、离散型制造业，生产过程完全自动化实施难度较大，企业更关注于生产线的柔性化以适应多品种换线生产；同时利用数字化技术加速产品开发设计，缩短交付时间；利用物联网技术实现资产实时监控远程运维；通过使用焊接机器人、AGC、协作机器人等自动化设备，提高生产效率。
七、灯塔工厂案例建设
【灯塔工厂案例一】美的微波炉顺德工厂：端到端价值链数字化运营。
作为全球最大的微波炉制造基地，美的顺德工厂通过数字化产品、软件和解决方案，实现贯穿研发、制造、采购等方面的全价值链数字化运营。围绕“全价值链卓越工厂”框架，通过产品标准化、精益自动化、自动化系统与IT系统深度融合，打造柔性自动化生产的智慧工厂，
【灯塔工厂案例二】潍柴发动机潍坊工厂：搭建覆盖全价值链的信息化支撑体系。
2020年1月10日，潍柴入选第四批“灯塔工厂”。近年来，潍柴持续推进企业数字化转型，逐步形成了以快速设计为导向的智能制造和产品全生命周期智慧质量管理。从战略部署到研发、生产、服务、产业链等经营涉及的各个环节，潍柴打通从企业端到用户端的全价值链。
【灯塔工厂案例三】三一重工北京桩机工厂—：基于MOM架构打造“智能大脑”。
三一重工是全球最大的桩工机械制造基地，2021年9月27日，三一重工北京机工厂入选“灯塔工厂”名单，成为全球重工行业智能化程度最高的工厂之一，其背后依托的是由树根互联打造自主可控的工业互联网操作系统——根云平台，支撑全局智能化运维。依托“根云平台”，工厂实现生产制造要素全连接，大数据、互联网、人工智能的深度融合。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
【灯塔工厂案例四】富士康：从灯塔工厂到灯塔工业建设灯塔集群。
富士康以深圳厂入选灯塔工厂为契机推动灯塔工厂集群建设，在大陆地区已完成30余座内部灯塔工厂改造。目前共有4座工厂入选灯塔工厂，分别位于深圳、成都、武汉、郑州。富士康灯塔工厂有一套自己的评价标准。在建设过程中，富士康制定了系统智能化（生产系统、供应链、产品生命周期）、智能技术应用（自动化技术、互联技术、智能化技术）、智能管理和组织（人才、组织与管理、文化）3大模块共18个维度的灯塔工厂评价体系，为灯塔工厂集群建设提供依据。
【灯塔工厂案例五】青岛啤酒工厂：基于消费者需求的全生命周期管理。
订单交付时间和新产品开发时间降低50%，定制化啤酒的份额和营收分别增加了33%和14%。鉴于消费者日益需要个性化、差异化和多样化，青岛啤酒工厂在价值链上重新部署了智能化数字技术，包括个性化云定制、基于消费者需求的产品开发模式、全生命周期的计划管理模式、柔性生产、全方位的数字化智能质量管理体系。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
灯塔工厂案例建设经验借鉴：
1、制定科学可行的转型战略规划
2、数字化团队建设 数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
3、结合行业特点及企业发展部署关键用例
4、制定科学可行的转型战略规划
九、中国制造企业面临的问题与挑战
（一）中国智能制造行业面临的主要问题
问题一：智能制造相关标准不够完善
制造业智能化所需的各种智能硬件、同络通信接口、系统软件的集成等，都需要有一个统计的标准，为制清业实现互联互通提供便利。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
目前美国德国等国家把控了先进制造业国际标准的控制权、国内的智能制造理论体系和标准体系仍不完善，工控安全防护体系相对滞后。这界致了国内大部分制造业使用的硬件设备、系统软件来源于多个厂商，软硬件之间存在异构异质问题，形成数据孤岛。
问题二：关键设备和核心部件仍受制于人
部分制造业的自动化设备的核心部件，仍需要依赖国外企业、包括工业机器人、高瑞数控机床、高端轴承、伺服电机等。由于早期企业大量使用国外系统，主要技术工艺依赖进口，与之配套的工业控制系统亦依换国外进口。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
问题三：研发设计类工业软件国产化率较低
目前经营管理类和生产控制类工业软件国产化率均超过了60%，但研发设计类工业软件仅占5%左右。这主要由于国内相关标准水平低，研发设计类软件技术壁垒高，以及国内在基础科学和先进制造领城的沉淀不足。
问题四：智能制造复合型人才缺乏
围绕智能制造，需要高标准、多层次、复含类型的人才队伍支撑、目前智统制造发展所需的高层次人人仍存在短缺，同时具备流程制造技术和信息化智能技术的复合型人才以及熟悉智能化设备操作的技能人才严重短缺。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
（二）企业建设灯塔工厂面临的主要挑战
根据德勤对中国145家企业（其中国企占77%）数字化转型现状的问卷调查，有六成的企业认为，在数字化转型过程中，主要面临的挑战集中在三个方面。
（1）原有多个信息化系统的整合
（2）数据质量和可用性
（3）缺乏统一的数字化转型愿景和目标这
此外，对于大部分中小企业来说，数字化转型面临“不会转”“不能转”成本高等共性问题。
十、我国企业数字化转型建设灯塔工厂发展建议
（一）中小企业数字化转型建设灯塔工厂发展建议
1. 中小企业数字化转型指南
为降低数字化门槛，加速数字化，赋能中小企业，工信部印发了《中小企业数字化转型指南》，从五个方面明确了中小企业转型路径。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
1、开展数字化评估。从数字化基础水平、企业经营管理现状、内外部转型资源等方面进行效字化评估，结合业务环节和管理环节的潜在转型价值，明确数字化转型优先级，切实提高转型效率。
2、推进管理数字化。构建与转型适配的组织架构和管理制度，加强数字化人才培训，深化跨部门沟通协作，提升企业管理精细化水平，优化企业经营管理决策。
3、开展业务数字化。开展数字化转型的过程中，应充分应用订阅式服务、轻量化产品等降低转型成本。开展研发设计、生产制造、仓储物流等业务环节转型，实施产品全生命周期管理，发展基于数字化产品的增值服务。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
4、融入数字化生态。积极对接产业链供应链核心企业、行业龙头企业、园区/产业集群等生态资源，基于工业互联网平台深化协作配套，利用共性技术平台开展协同创新。
5、优化数字化实践。从数字化水平和企业经营管理水平等方面评估数字化转型成效，根据现阶段资源禀赋和转型现状调整数字化转型策略，选用相应的数字化产品和服务，提升转型策略的适配性。
中小企业数字化转型的关键在于多方协同，遵循“大企业建平台、中小企业用平台”由大型企业输出成熟行业数字化转型经验，带动产业链供应链上下游中小企业协同开展数字化转型。
《指南》呼吁聚焦中小企业痛点难点，提供“小快轻准”的产品和解决方案。
2. 中小企业数字化转型在企业架构选择
中小企业数字化转型更多关注于“转型的成本”，转型带来的可预见收益，因此，在技术架构选择上，可以优先选择模块化单体架构，系统建设成本低，效率高。同时依据行业及企业特点，对影响效益较大的业务、场景、优先部署数字化用例。数字化转型网（www.szhzxw.cn）数字化转型网灯塔智造专题
例如消费品行业中小企业基于产品敏捷开发和个性化定制，优先考虑搭建客制化平台，以消费需求为驱动，数据为核心进行产品设计开发，同时利用大数据/人工智能技术辅助产品设计开发，缩短开发周期。
（二）大型企业数字化转型建设灯塔工厂发展建议。
根据德勤的问卷调查，大型企业大部分启动了数字化转型，但自评不高。主要的难点在于统一认识、统一业务数据和管理，以及技术与业务应用场景的结合。
传统大型企业早期使用的IT系统主要为IOE架构（IBM小型机+Oracle数据库+EMC存储设备），随着企业数据处理需求呈现爆发式增长，系统的横向拓展成必然。而IOE架构的横向拓展能力有限，只能通过部署新系统实现业务扩容，各系统之间的数据可利用能力差。云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的出现驱动企业IT基础架构逐步向虚拟化云基础、分布式、模块化发展。
大型企业业务系统庞大，部分企业对业务部署的弹性、灵活性有较高的要求，可以考虑将分布式微服务架构作为IT基础架构。面向服务架构的核心在于标准的统一，采用标准化的数字化解决方案是成功实施数字化转型的基石。此外随着全球暖化加剧，绿色可持续发展逐渐成为企业数字化转型的另一个关注点。
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