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預測性維護:“工業4.0”提出的關鍵創新點之一

2018-01-08 來源：評論：0

摘要：預測性維護對制造業的重要性已被充分認識和廣泛接受。預測性維護是保證未來高效、可持續服務的關鍵。雖然預測性維護所依賴的技術已經取得了快速發展與突破，但在將數據系統地轉化成(客戶)利益并應用到特定商業模式方面，理想與現實之間仍然存在較大距離。

　　導語：預測性維護對制造業的重要性已被充分認識和廣泛接受。預測性維護是保證未來高效、可持續服務的關鍵。雖然預測性維護所依賴的技術已經取得了快速發展與突破，但在將數據系統地轉化成(客戶)利益并應用到特定商業模式方面，理想與現實之間仍然存在較大距離。

　　預測性維護(Predictive Maintenance，簡稱PM)是“工業4.0”提出的關鍵創新點之一。基于連續的測量和分析，預測性維護能夠預測諸如機器零件剩余使用壽命等機關指標。關鍵的運行參數數據可以輔助決策，判斷機器的運行狀態、優化機器的維護時機。

　　預測性維護是從“狀態監測”這一概念發展而來。“狀態監測”收集被監測零件狀態的實時信息；然而，狀態監測未能前瞻性地預測機器運轉中斷和磨損消耗。因此，預測性維護的出現是一大轉折點：更加精巧的傳感器、更加高效的通信網絡、能夠處理大規模數據的強大運算平臺，通過隨機算法將數據與機器出現問題時的數據模式進行比對。由此，我們可以識別、模擬并解讀機器運行參數的規律。正是這些規律幫助我們更加精準地預測機器的使用壽命，并且通過整合系統的所有操作數據，優化服務的方方面面——既能使客戶受益，又能夠幫助供應商改進產品。

　　擁有精確預測的能力后，產品生產和服務的整個過程以及相關決策都能變得更為主動、有針對性，并且有數據支撐。預測性維護使得供應商能夠成為客戶更好的增值伙伴。（圖1）

　　預測性維護技術將改變客戶的設備維護、生產策略，同時對機械工程類公司服務業務的商業模式帶來巨大影響。其中，傳感器、網絡互聯以及計算能力將挑戰傳統專業服務領域的知識和經驗積累；擁有數字化領域知識背景的企業將進軍制造業的服務市場。德國工程行業必須在預測性維護解決方案的定義、執行與傳播過程中占據領導地位，以應對所面臨的嚴峻挑戰。因此，德國機械工程行業協會和商品交易會運營機構德國博覽會集團將“預測性維護”定為今年漢諾威工業展覽會的主題之一。雖然在機械和廠房相關工程的各個環節中已經出現了大量方法和初始方案，但是關于預測性維護的討論意見仍眾說紛紜。

　　為了使討論更加客觀，并確定預測性維護所處的發展階段，羅蘭貝格與德國機械工程行業協會、德國博覽會集團共同開展了一項大規模的企業調研，旨在清晰描述預測性維護方案的現狀，以及德國工程行業對預測性維護實際應用情況。該項調查針對以下行業的相關公司：輸電工程/液壓傳動、電氣自動化/機器人技術、離散制造技術、軟件工程及數字化技術。本研究對該項調查的關鍵發現進行總結。（圖2）

　　預測性維護在德國工程行業中實際應用情況

　　預測性維護是德國工程領域的關鍵議題之一：毫無疑問，德國工程行業現已普遍接受并理解預測性維護這一重要的行業趨勢。有81%的受訪公司已經著手深入解決這個問題。

　　展望未來，許多公司仍難評估預測性維護作為成功要素的作用：近40%的公司認為預測性維護是幫助穩固并提升服務收入的關鍵所在和成功要素，對于未來業務的發展尤為重要。

　　不同行業中存在普遍共識：盡管各細分產業對預測性維護的具體產品和應用方式的理解上存在微小的差異，但我們的研究并未發現顯著的分歧。總體而言，在不同行業中，各公司的看法、發展狀況和面臨的挑戰大體相似。

　　僅有少數公司提供了具體的預測性維護產品/服務：在工程領域，預測性維護實際可用“產品”的成熟度差異巨大。盡管近40%的受訪公司已在提供相關技術和服務，但大部分公司仍然在產品研究階段，或尚未開始任何相關工作。

　　受訪對象認為，預測性維護對客戶帶來的主要價值在于業績提升：79%的受訪對象表示，得益于更好的機器可用性、更長的服務壽命以及更穩定的工作等，客戶從預測性維護中獲得的主要益處是生產方面的優異表現。相較而言，僅有不到五分之一的受訪公司將預測性維護看作削減維護成本的手段。（圖3）

　　大多數受訪對象期望預測性維護能推動業務增長：盡管關于預測性維護對財務方面的整體影響仍討論激烈，但受訪對象對于增長預期的樂觀態度大于對負面效應的擔心。從商業預期來看，80%的受訪對象預計預測性維護將會刺激其服務業務的增長。相較而言，20%的公司更加關注風險，擔心其現有的服務業務將可能受少量負面影響。

　　迫切需要和客戶需求取得一致：迄今為止，預測性維護的發展動力主要來自于機械工程人員從技術角度希望改良產品的愿望。近90%的受訪對象承認在對客戶以及終端客戶真實需求的理解上仍然存在不足。因此，即使供應商承諾預測性維護的益處，仍然不確定客戶是否能夠認同這些收益能增加顯著且可量化的價值。

　　系統性戰略和產品開發仍有不足：超過50%的受訪公司仍然沒有系統化方法——缺乏明確的商業模式、業務目標和相應的開發預算。這也說明目前發展方式主要受技術驅動，未讓客戶共同參與。

　　業內普遍認為已基本掌握了支撐預測的主要技術：受訪對象認為，預測性維護所需的技術已大體就位。不過，在部分領域仍存在挑戰，包括機遇分析和識別機器運轉模式及狀態數據微調預測性維護，從部件和機器層面發展到生產與系統(網絡化生產)層面進行預測和決策支持。

　　許多企業尚未明確在價值鏈上的定位：預測性維護最復雜部分之一是將機器運行數據適當轉化為對整個生態系統的認知以及客戶實際收益。約65%的受訪者表示其尚未明確自身定位。在一定程度上，這可能是由于企業(尤其是中小企業)缺乏數字化專業知識與技術導致的。幾乎所有市場參與者都很難判斷客戶的“生態系統”和配套平臺未來會如何發展。但企業必須進行自我調整應對這些變化，清晰認識預測性維護的邏輯和價值。由于預測性維護所涉及的數字化要素將不斷增加，有69%的受訪對象認為與專業的外部伙伴合作(尤其在軟件和數據分析領域)“尤為重要”；40%的調查對象甚至未明確排除與直接競爭對手合作的可能性。

　　仍未明確預測性維護的盈利模式：有90%的受訪對象提到了如何通過提供預測性維護服務盈利的問題，這顯然是企業嘗試建立商業模式時候面臨的普遍困擾。原因之一是長久以來，制造業的客戶不愿為數字化服務買單。受訪企業現在更多考慮基于成本的定價模式，而非基于業績表現“更數字化”的模式。（圖4）

　　不過，也有許多企業已經清醒地認識到，這項新的服務需要新的思維方式。例如，需要對接客戶的層級就有所不同。目標對象不應該再是車間工廠；與此相反，為了體現預測性維護方案對公司整體目標以及對關鍵業績指標(KPI)的貢獻，必須同客戶的最高管理層直接開展合作與對話。

　　在某些領域中，要真正實現預測性維護的價值需要獨立的、便于數字化的組織架構，整合的產品/服務戰略。然而，當前大多數的受訪對象仍是在原有的框架下提供預測性維護服務，同時在服務內容方面(如KPI、定價、銷售、管控及垂直整合)的進展也非常有限。

　　預測性維護市場的勝負尚未有定論：誰能主導未來預測性維護服務的市場，是一個充滿爭議的話題。如今，所在領域的專業知識仍是硬件供應商的核心競爭力和優勢。但這一優勢未來能否延續，目前還不得而知。有大量受訪對象認為來自其他行業的技術與平臺提供商可能成為他們的潛在威脅。這些競爭者或許不具備行業應用知識，但他們能夠在IT基礎架構及大數據技術方面充分發揮自身優勢。大多數受訪對象認為預測性維護的未來主要機會將出現在軟件方面。（圖5）

　　預測性維護將在2020年之前取得突破

　　關于預測性維護市場滲透的速度，各方觀點大相徑庭；其中，對于傳感設備和連接技術的更新程度存在不確定性，對新安裝設備是否必須要接入到現有設備體系中存疑。用戶愿意以多快的速度、在多大程度上、在哪些內部及外部存儲設備上允許對數據訪問也尚未明確。但即便如此，仍有近50%的受訪對象認為，在2020年前預測性維護能夠取得突破。這項調查結果再次表明了預測性維護數字化方面的特質，即周期短、顛覆性強。

　　作為工業數字化領域一個潛在爆發點，預測性維護對德國工程行業的重要性毋庸置疑。因此，大多數公司已經將其提上議事日程。雖然在此領域內，技術驅動的創新理念正逐漸受到機械及零部件制造商的重視，但是在許多情況下，其他主要的成功因素(例如對用戶需求的精準理解、商業模式與需求的妥善結合)尚未得到應有的系統性思考。為了能夠在預測性維護市場占據領導地位并獲得商業成功，除了建立必要的大數據系統并提高大數據分析能力外，企業還需注意以下幾個方面：

　　不同創新流程的“市場拉動”：必須要從客戶利益的角度出發，通過與客戶建立更為密切的協作，借鑒數字化領域的研發方式（例如設計思維與共同創新）來制定預測性維護方案。此外，還需要大幅加快研發速度并融入迭代式開發的理念(快速失敗才能快速學習)。

　　不同的市場策略的“數字化模式”：在利用創新的、基于軟件的定價模式和銷售理念向客戶傳達產品價值的同時，企業還必須為客戶提供具體可量化案例，需要與過往不同的、管理更廣泛利益相關方的理念與方法。同時，企業必須認真思考客戶如何看待他們在價值鏈(以B2C模式為基礎)上的定位與重要性，如何使客戶接受預測性維護的費用。

　　不同合作形式的“網絡化方法”：在系統性構建核心能力的同時，企業必須專注于建設自身優勢、提高附加值。此外，企業還應以更開放的心態積極加強與合作方的緊密聯系，從而完善提供預測性維護服務所需的技能、技術和基礎架構。如有必要，企業甚至需要與競爭對手合作，或者與其他生產環節和第三方行業中的公司進行合作。

　　同其他行業一樣，數字化也是機械工程領域中的一個必然趨勢。即使不考慮數字化帶來的商業機遇，也沒有任何一家公司能夠承擔起拒絕數字化變革所帶來的損失。在預測性維護這一議題上，管理層同樣需要通過制定清晰的戰略和系統性的商業模式來積極把握機遇。

　　預測性維護并不是解決企業在產品、市場覆蓋、服務水平等方面問題的萬靈藥。服務業務需要作為公司整體戰略的一環而進行不斷分析與完善。如果企業希望在服務業務中獲得可持續的成功——不僅優化內部產品和效率且與客戶建立長期的信任合作關系，成為一個對客戶有價值的合作伙伴，那么企業就必需以客戶為中心，明確在預測性維護服務方面的自身需求以及潛力，這一點勢在必行。

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