二次冶金站的一線操作人員習(xí)慣于基于過去的經(jīng)驗(yàn)來操作該過熱處理流程。他們會參考保存有標(biāo)準(zhǔn)公式的控制系統(tǒng)的提示信息，然后決定使用哪些設(shè)定值，以使鋼材溫度最終達(dá)到目標(biāo)范圍。大多數(shù)情況下，他們會將每三批鋼中的兩批加熱到最佳溫度范圍。該“成功率”使他們每天可以完成25次“加熱”，但這也留出了提升的空間。將成功率提高到85%左右，這會導(dǎo)致每天可加熱28到30次，足以將產(chǎn)量提高大約8%至12%，即每天600至900噸。
這一機(jī)會對于工廠經(jīng)理來說很重要，他們已經(jīng)被要求通過高級分析技術(shù)來提高工廠績效。在2017年初，他們制定了一個構(gòu)建分析模型的計劃，這將幫助一線操作人員從過熱處理流程和其他幾項操作中獲得更好的結(jié)果。塔塔鋼鐵公司和麥肯錫公司(McKinsey)的數(shù)據(jù)科學(xué)家利用該工廠的歷史信息來構(gòu)建和“訓(xùn)練”過熱優(yōu)化模型，該模型會檢查實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，并會推薦有助于提高成功率的流程設(shè)定值。此外，管理人員還安排了一些員工去接受數(shù)據(jù)科學(xué)、數(shù)據(jù)工程和其他高級分析學(xué)科的課堂培訓(xùn)。
最初，該過熱模型給出了可持續(xù)提高成功率的一些設(shè)置。但由于客戶的鋼鐵訂單種類開始不同于該模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)中記錄的訂單種類，因此該模型開始產(chǎn)生錯誤的建議——一線操作人員不再遵循這些建議。那些參加過課堂培訓(xùn)的員工試圖修復(fù)該模型，但發(fā)現(xiàn)問題過于復(fù)雜，而無法使用他們學(xué)到的基本技能予以解決。在該工廠中其他地方使用的該模型也遇到了類似的困難。
盡管遭遇了挫折，管理人員還是看到了高級分析模型如何降低成本和提高產(chǎn)量。管理人員還意識到，僅靠課堂培訓(xùn)并不能使員工維持這些績效的提升。管理人員得出的結(jié)論是，公司需要進(jìn)一步培養(yǎng)員工的分析技能，并改變他們的工作方式。他們的見解得到了回報。通過培養(yǎng)這些能力，該工廠使其績效提高到世界一流水平，并在2019年7月贏得了世界經(jīng)濟(jì)論壇的贊譽(yù)，成為44家在采用第四次工業(yè)革命技術(shù)方面處于燈塔地位的公司之一。
為分析技術(shù)做準(zhǔn)備，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于時代
塔塔鋼鐵公司多年來一直致力于培養(yǎng)卡林加納加工廠的分析能力，這可以追溯到高管們在2005年做出的一項決定，當(dāng)時該工廠正在進(jìn)行初期設(shè)計和建造。當(dāng)時，分析技術(shù)距離實(shí)際應(yīng)用到業(yè)務(wù)中還需要數(shù)年時間。盡管如此，塔塔鋼鐵公司的高管仍在考慮是否應(yīng)該為工廠配備一些儀器和傳感器來監(jiān)控設(shè)備和流程。
他們的決定還不像現(xiàn)在這樣明確——如今，遙感設(shè)備已不那么昂貴，并且先進(jìn)的分析技術(shù)已被廣泛采用。但一些高管和經(jīng)理已預(yù)見到，花錢購買數(shù)據(jù)收集設(shè)備將是值得的，盡管當(dāng)時還不清楚如何使用這些數(shù)據(jù)。該工廠時任電氣維護(hù)負(fù)責(zé)人阿米特·庫馬爾·查特吉(Amit Kumar Chatterjee)是推動進(jìn)行早期投資的人之一，甚至他也承認(rèn)，當(dāng)時還不清楚高級分析技術(shù)的潛在應(yīng)用。
“除了可能用于自動過程控制之外，我們沒有想過如何使用這些數(shù)據(jù)。我們生活在物理學(xué)的世界中，其中經(jīng)驗(yàn)和方程式最為重要。數(shù)據(jù)科學(xué)甚至還沒有出現(xiàn)，”查特吉說。甚至工廠設(shè)備制造商也拒絕增加儀器。“盡管如此，我們?nèi)匀徽J(rèn)為在那個階段應(yīng)該安裝傳感器，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為，當(dāng)我們清楚數(shù)據(jù)的用途之后，再去安裝傳感器會變得困難得多。”
到2010年代中期，卡林加納加工廠的領(lǐng)導(dǎo)們開始仔細(xì)研究如何利用工廠傳感器所收集到的數(shù)據(jù)。2015年，塔塔鋼鐵公司總經(jīng)理納倫德蘭(T. V. Narendran)制定了一個10億美元的成本優(yōu)化目標(biāo)，并呼吁公司各工廠的負(fù)責(zé)人為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)制定一個路線圖。他建議，提高績效的一種方法是利用數(shù)字技術(shù)做更多的工作。硬件和數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步使企業(yè)能更容易獲取大數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)一些模式，并做出預(yù)測，以幫助他們提高績效。
卡林加納加工廠的領(lǐng)導(dǎo)們對其工廠如何應(yīng)用數(shù)據(jù)科學(xué)展開了自己的調(diào)查。2016年，他們前往德國，參觀了科技初創(chuàng)公司和大型知名企業(yè)，以進(jìn)一步了解數(shù)據(jù)科學(xué)可以做什么。次年年初，該工廠的領(lǐng)導(dǎo)們決定在卡林加納加啟動一項高級分析項目。
啟動分析技術(shù)轉(zhuǎn)型
卡林加納加的高級管理人員決定在幾個試點(diǎn)項目中嘗試使用高級分析技術(shù)。在為期兩天的研討會中，管理人員和運(yùn)營專家與麥肯錫公司專家合作，找到了十種分析技術(shù)的可能用途，然后選擇側(cè)重于其中三個用途——其中一個涉及工廠二次冶金站的過熱處理流程。管理人員希望構(gòu)建一個高級分析模型，可以評估工廠內(nèi)的運(yùn)行條件，然后計算出過熱處理流程中需要施加多少熱量，以使鋼材能達(dá)到目標(biāo)溫度范圍。
研究過熱模型的團(tuán)隊試圖找出哪些變量是鋼材最終溫度的最重要決定因素，從而了解操作人員該如何提高成功率。他們匯總了兩年的工作數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由傳感器生成或在日志中由手工記錄的。數(shù)據(jù)科學(xué)家編寫了一些算法使關(guān)鍵因素相關(guān)聯(lián)：鋼材到達(dá)二次冶金站時的狀態(tài)測量，操作人員在過熱處理過程中要調(diào)整的設(shè)備設(shè)置，以及在工作周期中不能進(jìn)行調(diào)整，但可能會隨著時間而改變的其他設(shè)置(例如最大氧氣流量，受到已安裝的設(shè)備限制)。
兩周后，該團(tuán)隊建立了一個模型，該模型能夠以75%的準(zhǔn)確率預(yù)測一組建議的設(shè)定值是否會使鋼水在所需溫度范圍內(nèi)到達(dá)鑄造站。其他兩個試點(diǎn)項目團(tuán)隊也建立了一些具有相似可靠性的模型。盡管這些模型尚未在工廠車間進(jìn)行測試，但初步結(jié)果已使卡林加納加工廠的領(lǐng)導(dǎo)們信服，擴(kuò)大了分析工作規(guī)模，并創(chuàng)建了員工會實(shí)際使用的一些模型。
2017年9月，領(lǐng)導(dǎo)們提出了五個運(yùn)營領(lǐng)域，他們希望在這幾個領(lǐng)域提升工廠的關(guān)鍵績效指標(biāo)(能耗、生產(chǎn)量、質(zhì)量和利潤)，并認(rèn)為分析技術(shù)會有所幫助。他們決定將過熱模型的工作繼續(xù)推進(jìn)至項目的第一個完整階段。這五個領(lǐng)域有可能每年總共提高1000萬美元的利潤。
不斷提升
隨著運(yùn)營團(tuán)隊和分析專家建立第一階段的模型，卡林加納加的領(lǐng)導(dǎo)們啟動了一項工作，開始對約130名員工(其中包括四分之一的管理人員)進(jìn)行分析技術(shù)的培訓(xùn)。通過與麥肯錫公司的合作，該工廠建立了一個入門級分析學(xué)院，配備了15名教員，并為五個崗位角色設(shè)計了50小時的課程：數(shù)字大使、項目負(fù)責(zé)人、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型總監(jiān)、數(shù)據(jù)科學(xué)家和數(shù)據(jù)工程師。學(xué)員們根據(jù)自己的崗位角色職責(zé)進(jìn)行一些簡單的練習(xí)。
盡管第一階段的那些模型在一段時間內(nèi)運(yùn)行良好，但由于工廠中的運(yùn)行條件與模型最初進(jìn)行優(yōu)化的條件發(fā)生變化，這些模型開始出現(xiàn)問題。曾在該學(xué)院學(xué)習(xí)過的員工試圖修復(fù)這些模型，但無法利用他們當(dāng)時所學(xué)的基本方法來完成這一工作。他們還沒有在分析項目上做過學(xué)徒，這會給他們提供一些具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的再培訓(xùn)模型。他們只是需要在更現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中接觸分析技術(shù)。
一線操作人員在嘗試開始使用這些模型時，挑戰(zhàn)也隨之而來?？旨蛹{加的高爐操作主管Shailendra Rai回憶道，操作人員從未對設(shè)計用于提高高爐穩(wěn)定性的模型感到滿意：“大多數(shù)人要花20或30年的時間來學(xué)習(xí)如何操作高爐。他們認(rèn)為該模型會是一個神奇的解決方案。但當(dāng)該模型的初期產(chǎn)量與他們的想法不符時，他們無法理解原因。他們不相信該模型是可行的，也不給予支持。”
加倍提升能力
模型構(gòu)建工作證實(shí)了卡林加納加的領(lǐng)導(dǎo)們所期望的那樣：分析技術(shù)可以帶來顯著且有價值的績效提升。分析技術(shù)還說服領(lǐng)導(dǎo)者對員工的能力做進(jìn)一步的投資，這樣他們就能夠維持績效的提升，并將分析技術(shù)應(yīng)用于其他領(lǐng)域。在2018年年中，領(lǐng)導(dǎo)們選擇啟動該項目的第二階段，在該階段，分析專家和一線操作人員在麥肯錫公司的幫助下開發(fā)和實(shí)施一些模型，以幫助他們做出決策，并接受分析技術(shù)方面的實(shí)踐培訓(xùn)。
對于構(gòu)建過熱模型的團(tuán)隊，塔塔鋼鐵公司的分析專家們對他們在該學(xué)院學(xué)過的技能參加了復(fù)習(xí)課程。然后，他們被指派與麥肯錫公司一些有經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)者合作，執(zhí)行某些開發(fā)任務(wù)——增強(qiáng)用戶界面功能，簡化數(shù)據(jù)庫，重新訓(xùn)練模型，部署新的建模技術(shù)和方法。通過讓員工從事這些實(shí)際工作，管理人員就使他們具備自行創(chuàng)建分析模型的能力。
分析專家還花了更多時間與控制二次冶金站過熱處理流程的員工一起工作。他們詢問了有關(guān)該流程的更多問題，以對模型進(jìn)行微調(diào)。專家們觀察了操作人員的工作，并與他們討論了如何使模型更易于使用。操作人員列舉了分析團(tuán)隊已幫助解決的許多困難，從計算機(jī)硬件的故障到用戶界面過于復(fù)雜。分析團(tuán)隊解釋了他們?nèi)绾伍_發(fā)該模型，以及該模型如何工作，因?yàn)樗麄兿Ｍ僮魅藛T能夠相信模型所提供的建議。
“卡林加納加的所有員工都接受過培訓(xùn)，可以根據(jù)他們的經(jīng)驗(yàn)做出決定。當(dāng)出現(xiàn)問題時，他們會嘗試使用物理方程式來解決——投入原材料和熱量，獲得一定的產(chǎn)出量。他們確實(shí)會查看數(shù)據(jù)。但利用數(shù)據(jù)科學(xué)，他們能夠比我們利用物理科學(xué)將更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)聯(lián)系起來。即使他們沒有物理方程式來解釋為何會發(fā)生某些事情，他們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)來弄清楚。這是一個必須建立起來的新的信念體系，”查特吉說。
大約六個月后，過熱模型團(tuán)隊構(gòu)建了一個能夠推薦處理流程設(shè)定值的模型，該設(shè)定值可將過熱處理流程的成功率提高到90%?，F(xiàn)在是時候讓一線操作人員開始常態(tài)化使用該模型了。管理人員會跟蹤誰使用了該模型，誰沒有使用，并為那些最忠實(shí)的使用者所取得的業(yè)績進(jìn)行慶祝。在幾個月內(nèi)，員工們從遵循該模型所提供的60%的建議上升到85%。
擴(kuò)展分析技術(shù)的規(guī)模
當(dāng)?shù)诙A段結(jié)束時，工廠領(lǐng)導(dǎo)層再次提高了標(biāo)準(zhǔn)。他們呼吁開始第三階段，在該階段中，塔塔鋼鐵公司的員工將選擇、領(lǐng)導(dǎo)和交付與工廠主要領(lǐng)域(核心流程、電力和公用設(shè)備)相關(guān)的分析項目。麥肯錫公司的顧問將在以員工為主導(dǎo)的項目團(tuán)隊中擔(dān)任指導(dǎo)角色。為了集中精力，這些團(tuán)隊為25以上的績效指標(biāo)設(shè)定了改進(jìn)目標(biāo)，例如該廠高爐每天生產(chǎn)的生鐵噸數(shù)。由于其中一些指標(biāo)與過熱處理流程有關(guān)，因此再次成為分析工作的優(yōu)先事項。
工廠的分析專家當(dāng)時已經(jīng)掌握足夠多的數(shù)據(jù)科學(xué)知識了，可以負(fù)責(zé)過熱模型。他們縮小了目標(biāo)溫度范圍。他們還能夠預(yù)測二次冶金站和鑄造站之間將發(fā)生多大程度的冷卻過程。這有助于操作人員更好地控制轉(zhuǎn)移過程，提高產(chǎn)量。一線操作人員更加嚴(yán)格地遵循了該模型的建議。因此，該過熱模型使每年的成本節(jié)省了400萬美元，這也是該分析項目最初所預(yù)估的數(shù)值。
在工廠其他地方也產(chǎn)生了類似的收益。對于超過25個績效指標(biāo)中的每一個，團(tuán)隊至少實(shí)現(xiàn)了80%的預(yù)定改進(jìn)目標(biāo)。他們的工作創(chuàng)造了7,000萬至8,000萬美元的價值，并使息稅折舊攤銷前利潤(EBITDA1)提升了2-3個百分點(diǎn)。2019年7月，世界經(jīng)濟(jì)論壇宣布，第四次工業(yè)革命的一個獨(dú)立專家小組已認(rèn)定卡林加納加工廠的數(shù)字化成就處于領(lǐng)先地位，并將其命名為燈塔工廠，這使其成為印度第一家這樣的工廠。
放眼未來
卡林加納加工廠現(xiàn)在擁有30多名分析專家，其中包括數(shù)據(jù)科學(xué)家和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型總監(jiān)。最有經(jīng)驗(yàn)的人員已成為內(nèi)部講師和教練，負(fù)責(zé)幫助其他同事學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)科學(xué)、業(yè)務(wù)案例開發(fā)和其他關(guān)鍵領(lǐng)域的新技能。
分析學(xué)知識也滲透到工廠的日常工作中，改變了許多員工解決問題的方式。正如高爐操作主管Shailendra Rai所說：“如果您與五位高爐操作人員交談，他們對于如何解決問題會有五種不同的看法。在某種程度上，所有這五種看法都是正確的——每個人的說法都是基于他們自己的經(jīng)驗(yàn)。但是借助分析模型，人們變得更加以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向。他們無需爭論正確的答案，而是可以深入挖掘數(shù)據(jù)，然后找到答案，并創(chuàng)建一個分析模型來提供決策支持。”
有了這些能力，管理人員已經(jīng)設(shè)計出20多個其他用例，而且正在加強(qiáng)那些已部署分析技術(shù)的環(huán)節(jié)的使用工作。對于塔塔鋼鐵公司的卡林加納加工廠而言，分析技術(shù)已不僅僅是一個回答問題的工具——它已經(jīng)是該工廠運(yùn)營和文化不可或缺的一部分。
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