21世紀的水泥工廠：綠色互聯
未來的水泥工廠將擁抱數字化和可持續趨勢，打造競爭(zheng) 優(you) 勢，建立韌性。
本文由劉寅、唐紅科、侯文皓、王嘉駿、Eleftherioses Charalambous、Thomas Czigler、Sebastian Reiter和Patrick Schulze合作撰寫(xie) ，代表麥肯錫化學品及農(nong) 業(ye) 事業(ye) 部觀點。
當下正是水泥價(jia) 值鏈的核心——水泥工廠建立韌性的關(guan) 鍵時期。2020年，水泥行業(ye) 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】。在疫後複蘇較好的中國，水泥行業(ye) 也麵臨(lin) 著限產(chan) 和減排的壓力。盡管工廠隻是水泥價(jia) 值鏈上的一個(ge) 環節，但在引導行業(ye) 應對顛覆性趨勢、推動企業(ye) 取得未來成功方麵卻是至關(guan) 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(liang) 個(ge) 趨勢置於(yu) 未來規劃的首位，關(guan) 鍵在於(yu) 要一邊建立高效的數字化工作新模式，一邊提升水泥企業(ye) 麵對顛覆時的韌性。
未來水泥工廠的運營模式將與(yu) 現在迥然不同。在本文中，我們(men) 將描繪有韌性、敏捷、綠色、高效的未來工廠願景，探討其商業(ye) 價(jia) 值，以及高層在確立發展路線時應考量的戰略要素。
願景：2030年的領先水泥工廠
未來的水泥工廠將通過優(you) 化能效、配方和產(chan) 能來降低運營成本，提升資產(chan) 價(jia) 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(chan) 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(qing) 注於(yu) 增值活動中。各層級管理者遠程即可獲取實時信息，以更好地製定決(jue) 策。
未來已來。我們(men) 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(chan) 能和效率的關(guan) 鍵舉(ju) 措（圖1）。它們(men) 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”）
實現轉型所需的資金數額取決(jue) 於(yu) 所采取的舉(ju) 措。例如，為(wei) 回轉窯設置先進分析試點【3】需要專(zhuan) 家工作2-3個(ge) 月，以收集並分析曆史數據，建模和訓練係統；投資替代燃料裝置需要高達數百萬(wan) 乃至上千萬(wan) 美元的資金，以及長達一年的試運行時間；更為(wei) 激進創新的方案則需要更多的資金和時間。除此之外，業(ye) 內(nei) 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(men) 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(liang) 個(ge) 水泥磨，年產(chan) 熟料200萬(wan) 噸，能夠生產(chan) 多種類型的產(chan) 品。工廠設備的平均利用率為(wei) 90%，最多可以用15%的替代燃料。
近期，工廠使用先進流程控製工具來管理回轉窯、生料及水泥磨。工廠設有中控室全麵監督運營，作業(ye) 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誌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(ye) 相比，水泥行業(ye) 尚處於(yu) 全麵數字化轉型的初級階段。在54家被認為(wei) 是“燈塔”（即應用工業(ye) 4.0技術的領先者）的製造工廠中，沒有一家是水泥工廠（詳見“製造4.0：世界經濟論壇定義(yi) 的燈塔工廠”）。然而，監管趨嚴(yan) 、需求降低，以及建築生態係統發生的廣泛變化，使得水泥行業(ye) 迫切需要應用工業(ye) 4.0技術以確保競爭(zheng) 力。
在未來的水泥工廠中，價(jia) 值（而不見得是產(chan) 量）至關(guan) 重要。基於(yu) 數據實時進行決(jue) 策將是常態，工廠會(hui) 通過持續的調整適應生態係統的變化。產(chan) 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(you) 來管理運營，並同步調整相應的生產(chan) 參數。數字孿生（Digital twins）模擬並優(you) 化了外部變化對運營的整體(ti) 影響，將從(cong) 燃燒等複雜工藝到維護等更結構化的活動都囊括在內(nei) 。
必須留在工作現場的員工進一步減少，互動式線上儀(yi) 表盤讓管理者可以通過遠程合作解決(jue) 問題，他們(men) 能夠根據全麵的信息與(yu) 團隊一起快速決(jue) 策。設備工程師會(hui) 被及時告知設備故障或即時維護工單，並在增強現實的幫助下，按照操作指南一步步進行修複。
強大的技術基礎將推動水泥價(jia) 值鏈全麵整合，包括不同職能之間的融合。先進分析算法改善了物耗、產(chan) 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，可以定製設備管理策略，提升設備可靠性並延長使用壽命（圖2）。
製造4.0：世界經濟論壇定義(yi) 的燈塔工廠
自2018年起，世界經濟論壇與(yu) 麥肯錫合作研究先進的製造領軍(jun) 企業(ye) （或稱“燈塔”）不同於(yu) 業(ye) 內(nei) 其他企業(ye) 的特質。世界經濟論壇將“燈塔”定義(yi) 為(wei) 有能力應用第四次工業(ye) 革命（工業(ye) 4.0）技術，通過工廠、價(jia) 值鏈和業(ye) 務模式的轉型來實現財務和運營影響的製造企業(ye) 。燈塔的概念並不局限於(yu) 工廠本身，也代表了各種工廠模式的可複製性以及價(jia) 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(ye) 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(nei) 的數字化運營，同時為(wei) 價(jia) 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，迅速提升效益並重塑客戶旅程【1】。
注釋：
1. Kate Whiting，《這十座新的“燈塔”工廠展示了製造業(ye) 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(ye) ：應對氣候變化的先鋒
2017年，水泥生產(chan) 為(wei) 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(hui) 和政府的共同脫碳目標都將對行業(ye) 產(chan) 生重大影響，可能會(hui) 顛覆整體(ti) 價(jia) 值鏈。水泥製造商需要重新審視其產(chan) 品、投資組合及合作夥(huo) 伴，並努力實現碳中和。
根據我們(men) 的分析，到2050年，水泥行業(ye) 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(guan) 行業(ye) 在脫碳方麵的進展情況也有所不同。天然火山灰、工業(ye) 副產(chan) 品【5】等熟料替代品也麵臨(lin) 類似情況。
碳捕集、利用與(yu) 封存（CCUS）等創新技術的應用將有助於(yu) 建設更綠色、高效的工廠。在推廣方麵，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(chan) 品中的利用方法），或者將碳存儲(chu) 在之前的油氣田中。其他的清潔理念，包括電解和細菌產(chan) 生碳酸鈣都需要大量投資來落地，且先發優(you) 勢明顯。最重要的是，工廠與(yu) 水泥生產(chan) 的整體(ti) 價(jia) 值鏈緊密掛鉤，有助於(yu) 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(jia) 值鏈透明度都有利於(yu) 實現最優(you) 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(chuan) 統、非敏捷的運營方式，並在尋找和留用重要崗位上的熟練工人方麵挑戰重重。過往兼並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年裏，水泥行業(ye) 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(ye) -資源-規劃”係統、流程優(you) 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(ye) 應著手對其工廠乃至整個(ge) 價(jia) 值鏈進行評估，了解在每個(ge) 市場細分領域的差距和機遇。如此一來，企業(ye) 不僅(jin) 能確定實際的數字化和可持續願景，還能推動有關(guan) 綜合戰略的探討，並將之融入每座工廠的詳細轉型路線圖。水泥企業(ye) 可以自上而下地為(wei) 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(men) 都能通過專(zhuan) 門的能力學院來同步建設數字化能力。做好能力建設之後，工廠應誌存高遠，聚焦於(yu) 能夠為(wei) 企業(ye) 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、集中化意願、現有內(nei) 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(ye) 思考的問題都與(yu) 價(jia) 值創造相關(guan) ——哪些應用和技術能夠最大幅度地提升價(jia) 值？效率最高和產(chan) 能最大，究竟哪個(ge) 才能帶來整體(ti) 價(jia) 值最大化？實現全整合的生產(chan) 流程能否產(chan) 生更高利潤？
疫情讓水泥企業(ye) 意識到開啟數字化轉型旅程宜早不宜遲。數字化、可持續的未來願景更能幫助工廠在產(chan) 能、效率和韌性上獲得長期優(you) 勢，這一認知要比獲取外部投資更為(wei) 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、流程和合作夥(huo) 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(wei) 中心，並樹立團隊的責任感。工廠不能隻聚焦成本，在以精益方式開展日常運營的同時，還要關(guan) 注能夠創造更高價(jia) 值的各項舉(ju) 措。穩定的組織架構能夠確保組織有共同的目標、標準、平台、文化和價(jia) 值，從(cong) 而實現開放、簡單的知識分享。更具效率、更可持續的發展隻是未來願景的一部分，在接下來十年中，水泥企業(ye) 必須在價(jia) 值鏈各環節開展行動，確保水泥生產(chan) 兼具經濟性和生態可持續性。
注釋：
【1】 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，cemnet.com
【2】 不考慮創新設備對減排的影響
【3】 Eleftherioses Charalambous、Robert Feldmann、Gérard Richter和Christoph Schmitz，《AI生產(chan) ：重資產(chan) 製造商的變局要素》，2019年3月7日，McKinsey.com
【4】 Eleftherioses Charalambous、Thomas Czigler、Robert Feldmann和Patrick Schulze，《AI促進核心資產(chan) 》，國際水泥評論，2019年2月，cemnet.com；Charalambous、Feldmann、Richter和Schmitz，《AI生產(chan) ：重資產(chan) 製造商的變局要素》
【5】 Thomas Czigler、Sebastian Reiter、Patrick Schulze和Ken Somers，《為(wei) 零碳水泥打下基礎》，2020年5月， McKinsey.com
