本文由劉寅、唐紅科、侯文皓、王嘉駿、Eleftherios Charalambous、Thomas Czigler、Sebastian Reiter和Patrick Schulze合作撰寫,代表麥肯錫化學品及農業事業部觀點。

 

當下正是水泥價值鏈的核心——水泥工廠建立韌性的關鍵時期。2020年,水泥行業深受新冠疫情影響,全球需求下降了約7%-8%——但各地區所受影響不盡相同【1】。在疫后復蘇較好的中國,水泥行業也面臨著限產和減排的壓力。盡管工廠只是水泥價值鏈上的一個環節,但在引導行業應對顛覆性趨勢、推動企業取得未來成功方面卻是至關重要。

前方的道路非常清晰:擁抱數字化和可持續發展。將這兩個趨勢置于未來規劃的首位,關鍵在于要一邊建立高效的數字化工作新模式,一邊提升水泥企業面對顛覆時的韌性。

未來水泥工廠的運營模式將與現在迥然不同。在本文中,我們將描繪有韌性、敏捷、綠色、高效的未來工廠愿景,探討其商業價值,以及高層在確立發展路線時應考量的戰略要素。

 

愿景:2030年的領先水泥工廠

 

未來的水泥工廠將通過優化能效、配方和產能來降低運營成本,提升資產價值,借助更具針對性的有效維護延長設備的運行周期。每家工廠的環境足跡都降至最低,以確保在其運營的地區都能獲得經營許可。工廠根據實時客戶數據動態調整生產和物流,以滿足客戶所需。無附加值的工作實現自動化,員工可以將工作熱情傾注于增值活動中。各層級管理者遠程即可獲取實時信息,以更好地制定決策。

未來已來。我們的分析顯示,數字化和可持續抓手將是水泥工廠大幅提高產能和效率的關鍵舉措(表1)。它們可以將每噸水泥的利潤提升3-6美元【2】,讓工廠的成本曲線升至同等技術裝備工廠中排名前25%的水平。(詳見“今天的水泥工廠”)

表1:

實現轉型所需的資金數額取決于所采取的舉措。例如,為回轉窯設置先進分析試點【3】需要專家工作2-3個月,以收集并分析歷史數據,建模和訓練系統;投資替代燃料裝置需要高達數百萬乃至上千萬美元的資金,以及長達一年的試運行時間;更為激進創新的方案則需要更多的資金和時間。除此之外,業內常見的卓越運營或合規性要求,以及其他一些規定也都需要資金投入。

 

今天的水泥工廠

在想象未來的水泥工廠時,首先需要了解今天典型的水泥工廠。我們參考的工廠使用六級預熱器-預分解爐,包括輥壓式生料磨和兩個水泥磨,年產熟料200萬噸,能夠生產多種類型的產品。工廠設備的平均利用率為90%,最多可以用15%的替代燃料。

近期,工廠使用先進流程控制工具來管理回轉窯、生料及水泥磨。工廠設有中控室全面監督運營,作業員每天集中檢視數字屏上的班次結果。設備部門將每日檢查日志記錄到可靠性管理工具中,確保下次設備檢查時點檢員能夠了解情況。在這樣一家工廠,每噸水泥的成本在35-40美元之間。

運營領跑者:賦能數字化及先進分析

和其他行業相比,水泥行業尚處于全面數字化轉型的初級階段。在54家被認為是“燈塔”(即應用工業4.0技術的領先者)的制造工廠中,沒有一家是水泥工廠(詳見“制造4.0:世界經濟論壇定義的燈塔工廠”)。然而,監管趨嚴、需求降低,以及建筑生態系統發生的廣泛變化,使得水泥行業迫切需要應用工業4.0技術以確保競爭力。

在未來的水泥工廠中,價值(而不見得是產量)至關重要。基于數據實時進行決策將是常態,工廠會通過持續的調整適應生態系統的變化。產品組合增至現有規模的5-10倍,通過動態的約束條件和目標尋優來管理運營,并同步調整相應的生產參數。數字孿生(Digital twins)模擬并優化了外部變化對運營的整體影響,將從燃燒等復雜工藝到維護等更結構化的活動都囊括在內。

必須留在工作現場的員工進一步減少,互動式線上儀表盤讓管理者可以通過遠程合作解決問題,他們能夠根據全面的信息與團隊一起快速決策。設備工程師會被及時告知設備故障或即時維護工單,并在增強現實的幫助下,按照操作指南一步步進行修復。

強大的技術基礎將推動水泥價值鏈全面整合,包括不同職能之間的融合。先進分析算法改善了物耗、產量、質量、能效以及熟料摻加量【4】。通過對設備綜合利用率(OEE)損失的自動追蹤以及先進分析賦能軟件,可以定制設備管理策略,提升設備可靠性并延長使用壽命(表2)。

表2:

制造4.0:世界經濟論壇定義的燈塔工廠

自2018年起,世界經濟論壇與麥肯錫合作研究先進的制造領軍企業(或稱“燈塔”)不同于業內其他企業的特質。世界經濟論壇將“燈塔”定義為有能力應用第四次工業革命(工業4.0)技術,通過工廠、價值鏈和業務模式的轉型來實現財務和運營影響的制造企業。燈塔的概念并不局限于工廠本身,也代表了各種工廠模式的可復制性以及價值鏈整合程度。

截至2020年9月,世界經濟論壇燈塔網絡囊括了工業4.0中的54家領先工廠。新的端到端燈塔利用數字互聯來推廣工廠內的數字化運營,同時為價值鏈中的各職能消除阻礙。此外,端到端燈塔也持續推動技術擴展邊界,超越工廠屬性,迅速提升效益并重塑客戶旅程1。

注釋:

1. Kate Whiting,《這十座新的“燈塔”工廠展示了制造業的未來方向》,世界經濟論壇,2020年9月17日, weforum.org

 

碳中和下的水泥行業:應對氣候變化的先鋒

2017年,水泥生產為全球貢獻了7%的二氧化碳排放量。持續收緊的排放標準,以及社會和政府的共同脫碳目標都將對行業產生重大影響,可能會顛覆整體價值鏈。水泥制造商需要重新審視其產品、投資組合及合作伙伴,并努力實現碳中和。

根據我們的分析,到2050年,水泥行業的碳排放量將較2017年減少75%。其中,約20%來自運營進步,如能效提升和熟料替代;另10%來自替代燃料——然而,各地區替代燃料的可得性不同,鋼鐵、電力等相關行業在脫碳方面的進展情況也有所不同。天然火山灰、工業副產品【5】等熟料替代品也面臨類似情況。

碳捕集、利用與封存(CCUS)等創新技術的應用將有助于建設更綠色、高效的工廠。在推廣方面,CCUS技術或許是最先進的技術方案。水泥廠家使用該技術捕集排放的二氧化碳,獲取碳固化水泥(一種將二氧化碳鎖定在終端產品中的利用方法),或者將碳存儲在之前的油氣田中。其他的清潔理念,包括電解和細菌產生碳酸鈣都需要大量投資來落地,且先發優勢明顯。最重要的是,工廠與水泥生產的整體價值鏈緊密掛鉤,有助于其以最有效的方式實現碳減排和碳捕集。做實排放追蹤、開展端到端碳核算,以及構建全價值鏈透明度都有利于實現最優情況。

 

落地:顛覆現有模式

 

如今,大多數工廠仍然依賴人工或過時技術,采用傳統、非敏捷的運營方式,并在尋找和留用重要崗位上的熟練工人方面挑戰重重。過往兼并的以及大量有待完成的新項目需要投資,使得工廠無心也無力開展徹底變革。此外,盡管在過去20年里,水泥行業的IT基礎設施和運營技術已經取得了極大進展,但新的“企業-資源-規劃”系統、流程優化工具,甚至預見性維護因遭遇管理變革的挑戰以及不同工廠間的文化差異,以致效果不夠理想。

水泥企業應著手對其工廠乃至整個價值鏈進行評估,了解在每個市場細分領域的差距和機遇。如此一來,企業不僅能確定實際的數字化和可持續愿景,還能推動有關綜合戰略的探討,并將之融入每座工廠的詳細轉型路線圖。水泥企業可以自上而下地為每座工廠設立目標,也可根據工廠的實際抓手自下而上地確定目標。無論采取哪種方式,他們都能通過專門的能力學院來同步建設數字化能力。做好能力建設之后,工廠應志存高遠,聚焦于能夠為企業和客戶創造最大利潤的活動。

成功的道路不止一條,每家工廠都應根據自身情況、目標、集中化意愿、現有內部能力等因素選擇適合自己的路徑。啟程之前,亟待水泥企業思考的問題都與價值創造相關——哪些應用和技術能夠最大幅度地提升價值?效率最高和產能最大,究竟哪個才能帶來整體價值最大化?實現全整合的生產流程能否產生更高利潤?

疫情讓水泥企業意識到開啟數字化轉型旅程宜早不宜遲。數字化、可持續的未來愿景更能幫助工廠在產能、效率和韌性上獲得長期優勢,這一認知要比獲取外部投資更為可貴。

 

 

每座工廠都需要建立敏捷運營模式,包括對組織架構、能力、基礎設施、流程和合作伙伴進行調整。領導者需要獲得授權以引領團隊達成目標,保持開放透明、以客戶為中心,并樹立團隊的責任感。工廠不能只聚焦成本,在以精益方式開展日常運營的同時,還要關注能夠創造更高價值的各項舉措。穩定的組織架構能夠確保組織有共同的目標、標準、平臺、文化和價值,從而實現開放、簡單的知識分享。更具效率、更可持續的發展只是未來愿景的一部分,在接下來十年中,水泥企業必須在價值鏈各環節開展行動,確保水泥生產兼具經濟性和生態可持續性。

 

注釋:

  • Paul Roger,《新冠疫情對全球水泥市場的影響》,全球水泥市場,2020年6月,com
  • 不考慮創新設備對減排的影響
  • Eleftherios Charalambous、Robert Feldmann、Gérard Richter和Christoph Schmitz,《AI生產:重資產制造商的變局要素》,2019年3月7日,com
  • Eleftherios Charalambous、Thomas Czigler、Robert Feldmann和Patrick Schulze,《AI促進核心資產》,國際水泥評論,2019年2月,com;Charalambous、Feldmann、Richter和Schmitz,《AI生產:重資產制造商的變局要素》
  • Thomas Czigler、Sebastian Reiter、Patrick Schulze和Ken Somers,《為零碳水泥打下基礎》,2020年5月,com

 

作者:

劉寅是麥肯錫全球董事合伙人,常駐上海;

唐紅科是麥肯錫全球副董事合伙人,常駐上海;

侯文皓是資深專家,常駐上海;王嘉駿是麥肯錫全球副董事合伙人,常駐上海;

Eleftherios Charalambous 是麥肯錫全球董事合伙人,常駐雅典;

Thomas Czigler是麥肯錫知識專家,常駐法蘭克福;

Sebastian Reiter 是麥肯錫全球副董事合伙人,常駐慕尼黑;

Patrick Schulze是麥肯錫全球董事合伙人,常駐柏林。

作者感謝Lennart Baumg?rtner、Carlos Mendes和Prerit Sood對本文的貢獻。