未來工廠是一種設想，制造商將能通過在整個價值鏈中應用新的設計原則、數字技術和集成流程來提高生產效率。這些步驟將能把總加工成本最多降低40％，靈活性、質量、速度和安全也將進一步得到提升。要把夢想變成現實，企業必須解決與三大驅動力相關的問題：戰略和領導力、員工技能、信息技術基礎設施。
新技術正在深刻改變著工業生產，“未來工廠”由此誕生。未來工廠的結構、技術和流程將是什么樣子呢？制造商在戰略和領導力、員工技能、信息技術基礎設施方面將需要哪些驅動力，才能將其變成現實？
為回答這些問題，波士頓咨詢公司（BCG）最近開展了一項研究。這項全球研究著重調查了750多家領先企業的生產經理，涉及到了三個工業領域汽車（其中包括供應商和整車廠）、工程產品和加工工業。研究的目標是描繪2030年未來工廠的藍圖，進行價值評估，并制定出實施路線圖。我們的研究合作方是亞琛工業大學機床和生產工程實驗室。
我們發現，工業企業非常渴望能夠提高工廠效率，庫卡機器人驅動器維修，85％的受訪者認為自己能從未來工廠元素的實施中受益。但是，他們的開頭似乎都不順利。在調查受訪者中，有74％表示公司已經引入或計劃在未來五年內引入未來工廠元素，但只有25％認為去年已完成了相關目標。從各個工業領域的調查反饋來看，其結果與我們的整體調查結果一致。此外，我們發現德國公司最為先進。47％的受訪者稱已形成了他們的首個未來工廠概念。不過，即使在德國公司中，也有近五分之一表示還沒有做好引入相關技術的準備。
許多制造商已開始有選擇性地實施我們提出的未來工廠元素愿景。下面，我們將通過多個例子展示人們在這一方面所做的努力，它們大多數還只是針對工廠的特定領域，進行小規模試點。為實現我們的設想，制造商必須在他們的整個工廠和綜合價值鏈中實施這些先進元素。
我們分析了實施十年后，工業機器人維修，加工成本和制造成本將會發生何種變化。我們發現總加工成本最多將能減少40％（參閱圖1）。根據材料成本的高低，總生產成本最多將會減少20％。靈活性、質量、速度和安全的提升也能使制造商獲益。按照十年來計算，公司累計投資會占到一年收入的13％至19％。
在這份報告中，我們主要研究了汽車供應商和整車廠。近幾十年來，這類公司在利用創新提高生產效率方面已走在前列。他們帶頭實施未來工廠元素，有助于積累使用經驗、探明改進機會，成為其他工業制造商學習的典范。
什么是未來工廠？
未來工廠是一種設想，是指制造商應通過改進工廠結構、工廠數字化和工廠流程，來提高生產效率。我們將針對每個元素展開討論，并提供范例來說明領先的汽車供應商和整車廠正在如何測試這些新概念。
工廠結構
未來工廠結構的布局更加靈活、方向更多，擁有模塊化生產線裝置和可持續的生產流程。在我們的調查中，汽車行業的受訪者希望工廠結構能在未來工廠中發揮重要作用有86％認為這一驅動力在2030年將會變得更加重要，而43％認為它在今天已經非常重要。
多方向式布局。未來工廠將會采用多方向式布局，將產品放在無人駕駛運輸系統上，通過與生產機器相聯系來單獨指導生產。位于德國海爾布隆的奧迪R8的工廠，那里并沒有固定的傳送帶。與此相反，無人駕駛運輸系統會按照地面激光掃描儀和無線射頻識別技術的指揮，在裝配流程中移動車體。這種系統能夠快速改變裝配布局。
模塊化生產線裝置。未來的工廠結構擁有可更換的生產線模塊和生產機械，可輕松進行重新配置。目前，豐田正在墨西哥和中國的工廠裝配“簡單利落”的生產流水線。這家汽車制造商將會使用模塊化的傳送帶（建在工廠地面而不是坑井中）給工人提供更大的靈活性，他們可以靈活地改變生產線的長度和移動線端設備。
可持續生產。未來工廠的目的是實現生態可持續生產，其中包括有效利用能源和材料。偉巴斯特已為羅馬尼亞阿拉德的工廠配備了LED照明和夜間自動冷卻系統，從而大大降低了能源消耗。
工廠數字化
制造商對數字技術的使用越來越廣泛。在汽車行業受訪者中，有70％表示工廠數字化將在2030年變得更加重要，13％的人認為今天它已經非常重要。很多公司都在引入更智能的自動化生產，利用各種方法提高效率。
安裝智能機器人。與工人相比，機器人可以執行更為復雜的任務。機器人也能夠從每個正在生產的在制品中收集信息，并按其特性自動調整它們的動作。長安福特已在一條“白車身”焊接線上安裝了靈活的工業機器人。公司計劃使用機器人和車體骨架成型系統，在同一條焊接線上處理六個模型，18秒內便能針對不同的模型完成轉換。
使用協作機器人。機器人可以與工人（不使用防護圍欄）展開協作。在大眾汽車位于德國沃爾夫斯堡的工廠里，協作機器人可以幫助工人擰緊難以夠到的螺絲。
實行增材制造。制造商已開始使用3D打印技術制作工具和組件。在打造勞斯萊斯幻影這款車時，寶馬使用3D打印技術制作的部件超過10，000個，比如中控部件按鈕以及電子駐車制動系統和插座的塑料支架。
使用增強現實技術。使用增強現實技術——比如佩戴智能眼鏡——能使員工在視野范圍內獲得信息。這種協作技術在裝配、維護和物流等方面特別有用。大眾汽車已為德國一家工廠的物流工人配備了3D智能眼鏡，以便進行訂單揀選。
應用生產模擬技術。制造商正在使用實時的3D生產模擬技術，來優化生產流程和物料流。利用物料流3D模擬技術，佛吉亞能夠針對變化作出更靈活的反應，操作員還可借助可視化工作流調整生產線。
進行實境培訓。使用3D模擬進行培訓，有助于員工在現實化環境中學習。使用車輛和裝配組件的數字模型，奔馳已開發出了虛擬裝配生產線。員工可在虛擬環境中使用虛擬角色，分析完成裝配任務的最佳方法。
進行去中心化生產指導。很多公司已開始使用先進技術在工件、機器和員工之間進行通信，從而創造出自主生產流程。博世正在開發一種能夠檢測它們位置的工具。根據工具的位置以及其收到的有關工件確切位置的信息，這種工具將會自動加載相應程序，執行特定操作。比如，螺絲刀會調整自己的扭矩來擰緊特定工件上的螺釘。
進行大數據分析。制造商正在使用應用程序來自動分析大量的數據。在位于德國下圖爾克海姆的工廠，奔馳已在使用預測分析來檢測600多項質量影響參數，生產完美的氣缸蓋。
工廠流程
通過使用新的數字技術，制造商已將精益管理提升到了新的高度，釋放出了它的全部潛力。我們的調查結果表明，優化工廠流程在未來將會變得更加重要。在汽車行業受訪者中，有97％稱精益管理將在2030年變得更為重要，而70％稱其現在已非常重要。在精益管理中，數字技術能夠提升的兩個關鍵要素是以客戶為中心和持續改進。