卡特彼勒作為全球工程機械行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，其數字化戰略的推行從上世紀90年代中期使用Telematics連接出廠(chǎng)設備開(kāi)始，就一直沒(méi)有停下腳步。20多年之后的今天，市場(chǎng)上連接的卡特彼勒設備數量已經(jīng)達到了56萬(wàn)臺。無(wú)疑，卡特彼勒是全球工程機械領(lǐng)域里實(shí)踐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的鼻祖。

卡特彼勒的數字化戰略是“以客戶(hù)為中心（Customer Centric）”，它的數字化愿景是“從數字獲取洞察，由洞察驅動(dòng)行動(dòng)”。這兩句話(huà)看起來(lái)十分常見(jiàn)，但卡特彼勒用堅實(shí)的腳步，一步一步地按計劃踐行，取得了扎實(shí)的效果。

數字化轉型的第一步：面向客戶(hù)的CAT Connect 

卡特彼勒數字化轉型的第一步，正是遵循“以客戶(hù)為中心”的客戶(hù)優(yōu)先戰略，建立了CAT Connect（官方翻譯為“卡特智能”）系統。它通過(guò)在出廠(chǎng)設備上安裝傳感器，采集設備數據，智能地運用各種技術(shù)與服務(wù)來(lái)監控、管理和加強設備的運行狀況，從而讓客戶(hù)更好更深入地控制現場(chǎng)作業(yè)，提高生產(chǎn)效率、降低成本、增強安全性，實(shí)現更加綠色和可持續性的業(yè)務(wù)。

CAT Connect不是一個(gè)封閉的系統，它甚至可以連接和管理其他廠(chǎng)家的工程機械設備。舉例來(lái)說(shuō)，卡特彼勒在北美的一個(gè)客戶(hù)，擁有大約一萬(wàn)臺設備，其中只有三分之一來(lái)自卡特彼勒。這家客戶(hù)希望由一家企業(yè)將所有的設備連接起來(lái)，用一個(gè)屏幕來(lái)管理它們的使用情況?？ㄌ乇死胀ㄟ^(guò)自己的硬件，使用了其他設備廠(chǎng)家的API，加上自己的Telematics技術(shù)，在一年之內，實(shí)現了客戶(hù)的目標，將設備的整體使用率提高了15%。對于這種規模體量的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常顯著(zhù)的管理提升。

從2017年開(kāi)始，卡特彼勒開(kāi)始使用AT&T的物聯(lián)網(wǎng)4G服務(wù)，將CAT Connect這套服務(wù)推廣到155個(gè)國家。它可以給卡特彼勒、經(jīng)銷(xiāo)商和客戶(hù)提供近乎實(shí)時(shí)的關(guān)于設備在工作現場(chǎng)的性能信息。

盡管CAT Connect在幫助客戶(hù)提高設備管理水平上發(fā)揮重要的作用，但這并不意味著(zhù)卡特彼勒的186家經(jīng)銷(xiāo)商被排除在這場(chǎng)數字化轉型之外。事實(shí)上，在經(jīng)過(guò)數字化技術(shù)改造過(guò)的服務(wù)流程中，經(jīng)銷(xiāo)商發(fā)揮著(zhù)更加重要的作用。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，將數據從分散的設備采集并集中到一個(gè)地點(diǎn)之后，就可以獲得大量的洞察，例如對設備故障進(jìn)行預測分析，從而為客戶(hù)提供更多有價(jià)值的服務(wù)，改變了經(jīng)銷(xiāo)商過(guò)去“等服務(wù)上門(mén)”的業(yè)務(wù)模式。

卡特彼勒將這些服務(wù)包含在了移動(dòng)App中，建立了卡特彼勒、經(jīng)銷(xiāo)商和客戶(hù)的協(xié)同工作方式。并且，針對不同的行業(yè)，這套移動(dòng)App對應不同的解決方案?？ㄌ乇死臻_(kāi)發(fā)了10個(gè)行業(yè)方案，以便更加貼切不同行業(yè)客戶(hù)的需求。

圖：基于CAT Connect的移動(dòng)App

在客戶(hù)端，卡特彼勒在接下來(lái)的3～4年里，計劃將AR/VR技術(shù)引入到服務(wù)和銷(xiāo)售環(huán)節。AR技術(shù)不僅可以在客戶(hù)使用設備的環(huán)節，以及保養和維修的環(huán)節發(fā)揮作用，還可以用在銷(xiāo)售環(huán)節中。試想經(jīng)銷(xiāo)商如果可以使用VR技術(shù)來(lái)向客戶(hù)展示設備，可以節省大量的展示設備的庫存資金。

通過(guò)10余年以來(lái)不斷打造CAT Connect，卡特彼勒在客戶(hù)和經(jīng)銷(xiāo)商端實(shí)現了數字化轉型。那么，下一步繼續前進(jìn)的方向在哪里呢？

數字化轉型的第二步：數字化業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)系統

作為一家制造業(yè)公司，企業(yè)自身的數字化建設永遠是數字化轉型的主要陣地?？ㄌ乇死兆鳛槿蚬こ虣C械行業(yè)的龍頭，經(jīng)歷了太多次全球經(jīng)濟的起起伏伏。每一次的起伏，都會(huì )直接反映到工程機械市場(chǎng)以及卡特彼勒的業(yè)務(wù)上來(lái)。數字化技術(shù)為卡特彼勒提供了一個(gè)重要的手段，就是可以實(shí)時(shí)地對整個(gè)價(jià)值鏈進(jìn)行監控和管理，從上游供應網(wǎng)絡(luò )的每一個(gè)成員，到制造工廠(chǎng)的每一臺機器，再到每一個(gè)經(jīng)銷(xiāo)商，以及每一個(gè)客戶(hù)和每一臺銷(xiāo)售出去的設備，都可以連接起來(lái)，從管理的視角進(jìn)行數字化映射，從而確保對每個(gè)最小單元進(jìn)行有效的管理。通過(guò)這種更為精細化的管理方式，使得企業(yè)的盈利能力不會(huì )因為外部市場(chǎng)環(huán)境的變化而波動(dòng)。

舉一個(gè)例子。在建筑機械行業(yè)大幅滑坡的2016年，卡特彼勒在建筑行業(yè)的收入從2015年的178億美元下滑到2016年的156億，跌去了12%；利潤也同步從18.7億下滑到16.5億，同樣也跌去了12%。換個(gè)角度說(shuō)，就是卡特彼勒的利潤率，并沒(méi)有隨著(zhù)銷(xiāo)量的下滑而有任何變化。無(wú)疑，這才是一個(gè)成熟的全球化企業(yè)經(jīng)營(yíng)實(shí)力的表現。

數字化技術(shù)在幫助卡特彼勒建設這樣一個(gè)業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)系統的過(guò)程中扮演了重要的角色。最重要的環(huán)節，就是打造一個(gè)將卡特彼勒整個(gè)價(jià)值鏈上的各個(gè)業(yè)務(wù)要素和業(yè)務(wù)單元進(jìn)行快速連接和精準管理的數字化經(jīng)營(yíng)系統，包括了三大基石：

• 一是神經(jīng)——基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，連接所有的產(chǎn)品和設備。無(wú)論這些產(chǎn)品和設備的地點(diǎn)是在上游的供應鏈，還是在企業(yè)的工廠(chǎng)，或是下游的渠道和客戶(hù)，卡特彼勒將感知的觸角延伸到企業(yè)上下游的每一個(gè)角落，讓企業(yè)擁有四通八達的神經(jīng)系統。

• 二是骨骼和肌肉——基于支撐大數據的商業(yè)應用系統，吸納來(lái)自數字神經(jīng)系統的數據，推動(dòng)上下游的業(yè)務(wù)流程的運轉，讓卡特彼勒擁有高效敏捷的骨骼和肌肉。

• 三是大腦——在上述兩項基石的基礎上，建立起集產(chǎn)品數據、設備數據和業(yè)務(wù)數據（包括客戶(hù)數據在內）于一體的的經(jīng)營(yíng)駕駛艙——這里稱(chēng)之為“數字化行情室（Digital Board Room）”，從而讓企業(yè)擁有可以快速決策的大腦。

如下圖所示，這樣的一個(gè)數字化業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)系統，在最上端包括了一個(gè)“數字化行情室”，在“數字化核心”打造的數字化運營(yíng)基礎上，通過(guò)“數字化供應網(wǎng)絡(luò )”和“數字化客戶(hù)”源源不斷地導入客戶(hù)和供應網(wǎng)絡(luò )的數據，從而建立起更大范圍的數字化生態(tài)系統，并在“數字化行情室”中展示、分析和決策。

圖：卡特彼勒的數字化經(jīng)營(yíng)系統

實(shí)時(shí)工廠(chǎng)Live Factory的IT系統 

上圖中的“數字化供應網(wǎng)絡(luò )”，其核心無(wú)疑是卡特彼勒打造的“實(shí)時(shí)工廠(chǎng)”（Live Factory）。實(shí)時(shí)工廠(chǎng)的設計思想，同樣遵循了卡特彼勒數字化業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)系統的“神經(jīng)+骨骼和肌肉+大腦”理念，將基于OT的應用打造的神經(jīng)系統、基于IT的系統打造的骨骼和肌肉，以及基于數字化行情室打造的大腦，完美地結合在了一起。

讓我們首先來(lái)介紹一下卡特彼勒實(shí)時(shí)工廠(chǎng)的IT系統。像卡特彼勒這樣規模的全球化生產(chǎn)制造企業(yè)，其IT系統的核心，是其全球化的生產(chǎn)計劃與調度體系?？ㄌ乇死瞻凑沼媱澑采w的時(shí)間周期長(cháng)短，將其生產(chǎn)計劃體系分為四個(gè)層面的內容，它們分別是：

• 全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )流程GPNP（Global Production Network Process）：確保5到10年內最優(yōu)的制造網(wǎng)絡(luò )規劃。GPNP主要包括三大目標：加強與預期銷(xiāo)量的配合、提高與生產(chǎn)相關(guān)的資產(chǎn)的回報、提高企業(yè)內部不同地區和部門(mén)之間的協(xié)同。從2005年開(kāi)始，該系統開(kāi)始投入使用。

• 高層產(chǎn)品項目EPP（Executive Product Program）：這是一個(gè)對3年內的制造資產(chǎn)進(jìn)行投資、建設或購買(mǎi)及采購進(jìn)行決策的能力計劃。在實(shí)際運行過(guò)程中，EPP也會(huì )被分為短期決策和長(cháng)期決策，長(cháng)期增加產(chǎn)能的決策會(huì )讓企業(yè)在市場(chǎng)競爭中處于有利地位，但是從短期來(lái)看會(huì )對企業(yè)的現金流帶來(lái)約束。

• 銷(xiāo)售與運營(yíng)計劃S&OP（Sales & Operation Planning）：這是對18個(gè)月的市場(chǎng)需求進(jìn)行管理的系統。一方面，卡特彼勒需要對市場(chǎng)銷(xiāo)售做出預測；另一方面，預測的結果也需要在生產(chǎn)、物流等部門(mén)進(jìn)行協(xié)調和修改。SAP的集成業(yè)務(wù)計劃IBP（Integated Business Planning）系統在這里發(fā)揮了重要的作用。

• 模型混合計劃M(mǎn)MP（Mode Mixed Planning）：基于SAP的高級排產(chǎn)與優(yōu)化APO（Advanced Planning &Optimization）系統，卡特彼勒實(shí)現了從周到數月的生產(chǎn)排序管理，將客戶(hù)訂單、銷(xiāo)售預測、庫存和生產(chǎn)結合起來(lái)，以最優(yōu)的方式組織工廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)。

圖：卡特彼勒的生產(chǎn)計劃的四個(gè)層次

在卡特彼勒的實(shí)時(shí)工廠(chǎng)，眾多互聯(lián)的自動(dòng)設備組成了多產(chǎn)品混線(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)線(xiàn)。承接模型混合計劃M(mǎn)MP所生成的生產(chǎn)定單的，是SAP的制造執行ME（Manufacturing Execution）系統，它會(huì )根據不同產(chǎn)品的生產(chǎn)定單進(jìn)行信息配置與傳達，指導工人進(jìn)行對應操作或指揮設備自動(dòng)執行操作。通過(guò)這套系統，工廠(chǎng)極大提高了生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化率，有效實(shí)現了無(wú)紙化生產(chǎn)信息管理，并大大降低了產(chǎn)品不合格的風(fēng)險。同時(shí)，SAP ME的數據采集功能實(shí)現了生產(chǎn)數據的全程可追溯性，為工藝流程的提高和改善提供了充分的數據依據。

到這里為止，卡特彼勒的整套IT系統實(shí)現了從長(cháng)期的制造網(wǎng)絡(luò )規劃一直到排序的生產(chǎn)定單的執行，但卡特彼勒的實(shí)時(shí)工廠(chǎng)的建設道路到這里還遠沒(méi)有停止。

實(shí)時(shí)工廠(chǎng)Live Factory的OT系統

卡特彼勒的實(shí)時(shí)工廠(chǎng)的OT系統，從設備層的數據采集，再到數據分析，以及最上層的“數字化行情室”，不僅體現了“從數據到洞察”的理念，并且與IT系統中不同時(shí)間跨度和周期的生產(chǎn)計劃對應，打通了“從洞察到行動(dòng)”的閉環(huán)，使得這套數字化業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)系統真正成為企業(yè)可以駕馭的“高速列車(chē)”。

圖：卡特彼勒的實(shí)時(shí)工廠(chǎng)的OT架構及其與IT的閉環(huán)

卡特彼勒實(shí)時(shí)工廠(chǎng)的OT系統，采用了大量的SAP Leonardo應用，包括：

• SAP車(chē)輛洞察VI（Vehicle Insight）：對現場(chǎng)的物流車(chē)輛進(jìn)行監控和管理。監控的數據不僅包括從車(chē)輛傳感器采集的設備運行性能數據，還通過(guò)與SAP ERP中的物流數據進(jìn)行匹配，不但可以對物流車(chē)輛的運行狀況進(jìn)行監控，還可以對業(yè)務(wù)價(jià)值（如不同補貨類(lèi)型下的有效運載距離和時(shí)間等）進(jìn)行全方位的評估，提高整體工作效率，降低成本，實(shí)現成本最優(yōu)的基于地點(diǎn)的自動(dòng)物料補貨機制。
  

圖：SAP車(chē)輛洞察VI實(shí)現了對現場(chǎng)物流車(chē)輛的監控和管理 

• SAP制造集成與智能MII（Manufacturing Integration & Intelligence）：SAP的MII實(shí)現了SAP ME與SAP ERP之間的集成，并將來(lái)自SAP ME和SAP ERP的數據進(jìn)行可視化，提供各種類(lèi)型的KPI報表，成為對數字化工廠(chǎng)進(jìn)行管理的重要工具。

圖：SAP制造集成與智能MII采集來(lái)自ME和ERP的數據，并進(jìn)行可視化展示和分析

• SAP整體設備效率OEE（Overall Equipment Effectiveness）：SAP的OEE可以幫助企業(yè)實(shí)時(shí)和充分地掌握設備和整個(gè)工廠(chǎng)的效率情況，進(jìn)行原因分析，并在整個(gè)集團內進(jìn)行跨工廠(chǎng)的分析和比較，從而提高制造設施的生產(chǎn)效率。

  
  

  圖：SAP整體設備效率OEE幫助企業(yè)提高制造設施效率 

• SAP關(guān)鍵零件跟蹤CPT（Critical Parts Tracker）：零部件是否到位，是決定工廠(chǎng)的生產(chǎn)能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。盡管通過(guò)物料需求計劃M(mǎn)RP，可以對零部件的供應進(jìn)行計劃，但是實(shí)際情況仍然要比系統所能計劃的要復雜和動(dòng)態(tài)。通過(guò)將零部件分為不同的類(lèi)型（缺失件、熱點(diǎn)件和短缺件），并與ERP、制造執行ME和車(chē)輛洞察VI等系統連接，可以實(shí)時(shí)連續地對關(guān)鍵零件生成跟蹤儀表板。

圖：SAP關(guān)鍵零件跟蹤CPT實(shí)現了對零部件的實(shí)時(shí)連續跟蹤 

• SAP預測性維護與服務(wù)PdMS（Predictive Maintenance & Service）：工廠(chǎng)設備尤其是關(guān)鍵設備的正常穩定的運行，對于生產(chǎn)計劃的完成率和工廠(chǎng)運行效率起到重要的作用。通過(guò)采集設備上的傳感器數據，通過(guò)一系列的統計算法，挖掘出數據規律，根據設定的規則生成相應的維修工單，從而提高了工廠(chǎng)設備的自動(dòng)化管理水平，改善了設備的運行效率，確保生產(chǎn)計劃順利執行。

圖：SAP的預測性維護與服務(wù)PdMS實(shí)現了設備的檢修工單的自動(dòng)生成

• SAP設施績(jì)效指標和SAP數字化制造洞察：這是一個(gè)基于云的應用，提供了一種更為靈活的方式，對來(lái)自卡特彼勒各地工廠(chǎng)采集的OT數據進(jìn)行匯總和分析，便于管理層從集團的角度對各地的工廠(chǎng)進(jìn)行管理，并加強與IT系統的互動(dòng)。

圖：SAP的設施績(jì)效指標和數字化制造洞察，幫助管理層總體掌握工廠(chǎng)運行情況

上述這些SAP Leonardo應用，配合SAP制造執行系統，在設備級實(shí)現了對生產(chǎn)設備、物流設備以及相關(guān)設施的數據采集、監控和分析。在這些設備級OT應用的基礎上，產(chǎn)生出相應的洞察，交由對應的生產(chǎn)計劃和執行系統加以執行，從而實(shí)現了“神經(jīng)+骨骼和肌肉+大腦“的閉環(huán)。

小結 

制造業(yè)的數字化轉型是一條漫長(cháng)的道路。對設備進(jìn)行智能化改造，通過(guò)遠程接入來(lái)改善客戶(hù)體驗和提高售后服務(wù)收入，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在產(chǎn)品生命周期后半段的應用。這僅僅代表了卡特彼勒在20多年以前的實(shí)踐和認知。而要打造一個(gè)真正的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，更多更難的工作量，體現在打造實(shí)時(shí)工廠(chǎng)在IT層面的生產(chǎn)體系，OT層面的數據采集與分析，以及IT與OT的融合以及OT對IT的決策支持。直到今天，卡特彼勒還在后面的幾項工作中進(jìn)行持續的投入和探索。它代表了美國工程機械的領(lǐng)先企業(yè)，對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為企業(yè)數字化整體架構的認識和實(shí)踐，值得我們借鑒和學(xué)習。

本文作者彭俊松博士，現任SAP中國區副總裁、首席數字官。負責將SAP的全球數字化創(chuàng )新與中國本地實(shí)踐相結合，建立SAP的思想領(lǐng)導力，推動(dòng)數字化轉型、工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在中國市場(chǎng)的業(yè)務(wù)。