如今，制造业高管面临着种类繁多的前景广阔的新技术，从人工智能到互联设备，再到3D打印，这些技术都能以不同组合带来成本节约、质量提升和更高的灵活性。人们很容易认为，制造商只需用采用这些技术的新流程取代旧流程，就能实现自我现代化。但历史记录表明，这还不够。
正如我们在论文《数字工厂报告》中所述，我们可以借鉴19世纪末的类比，当时的管理者争相推进工厂电气化。电气化看似显而易见地能提高生产率，但在三十多年里却未能带来任何显著收益。直到1920年前后，情况才开始转变；电气化带来的收益加速增长，并在20世纪20年代占到了制造业全部生产率增长的一半。
电气化的滞后效应
斯坦福大学经济学家保罗·戴维（Paul David）在其1990年的经典论文《发电机与计算机》中解释了电气化引入与其对生产率产生影响之间的滞后现象。他发现，问题在于管理者起初只是将“一个技术系统叠加在既有的层级之上”。19世纪末的工厂采用“集中驱动”系统，由水车或蒸汽机通过皮带轮和皮带系统带动大量机器运转。在电气化的第一波浪潮中，管理者只是用新的电动机取代了旧的动力源，而这些电动机仍通过同样的皮带轮系统驱动大批机器。他们在燃料方面获得了适度的成本节约，控制性能也略有提升，但工厂的运作方式依然一如既往。
20世纪初，新一代工厂开始以不同方式运用电气化。它们不再安装通过旋转轴驱动机器的集中式电动机，而是开始采用“单机驱动”，即在每台机器上安装一台独立驱动它的电动机。事实证明，电气化的优势之深远，是早期采用者未曾想象到的。
由于集中驱动的传动轴在长距离传输中很快因摩擦而损耗能量，早期工厂的布局围绕动力的传输而非劳动力和货物的流动来设计。工厂必须做得紧凑，以使机器靠近动力源，而任何重组都是一个繁琐的过程。
与之相对，20世纪20年代和30年代诞生了我们今天几乎会认为是现代的工厂。没有了固定在天花板上的集中驱动传动轴，工厂可以成为明亮通透的场所，采用高效的单层布局，能够根据市场需求迅速重新调整。电气化改变了制造业，但前提是管理者愿意围绕电动机械的基本能力重新设计其整个业务。
采用集中驱动系统的工厂（上图）其布局围绕着通过旋转轴和皮带传递动力的流程而组织。这些工厂既危险、低效，又缺乏灵活性。现代工厂（下图）出现于20世纪20年代，当时新一代工厂管理者在每台机器上安装独立电动机来建造厂房。由此形成的设施明亮、高效且灵活，其布局反映了物料和劳动力的流动，不再受机械动力输送的约束。
无法计算
保罗·戴维撰写其分析时，经济学家面临另一个生产率悖论：计算机已无处不在，人们很容易认为它们理应提高生产率，但这些收益却迟迟没有显现。（经济学家罗伯特·索洛（Robert Solow）在1987年曾俏皮地说：“你可以在各处看到计算机时代，唯独不在生产率统计数据中。”）
企业最初只是将薪资发放、库存管理和会计等单项职能转移到计算机上。这带来了一些适度的效率提升，但远谈不上一场革命。真正的收益并非来自在记账上节省一点钱，而是来自围绕计算机对整个公司和行业进行重组。事实上，从20世纪90年代中期开始，我们见证了一代有价值的企业的崛起，这些企业围绕计算机和网络，发明了全新的、本质上属于数字化的商业模式。
如今的制造商所处的位置，与戴维在20世纪90年代初所描述的半数字化企业相似。针对制造商面临的诸多问题，已有各种单项技术解决方案：人工智能可以节省质量保证等工作任务的人工成本；互联设备可以提前预警维护需求，从而减少停机时间；3D打印则提供了快速原型制作、柔性生产和中小批量制造的成本节约。
如果制造商在采用这些技术时没有制定重塑业务的规划，它们最终将落得与19世纪纺织厂相同的境地：那些纺织厂只是用一台电动机取代一台蒸汽机来实现电气化，仅获得渐进式改进，未能充分实现新技术的全部价值。
在数字时代重新构想制造业的途径
我们在新论文《数字工厂报告》中列出了最有可能改变制造业的技术。这些技术大致归入三大领域——人工智能、增材制造，以及互联机器/智能机器人技术；而且关键在于，每一领域都与围绕该技术兴起而构建的若干新商业模式相关联。
制造商可以借鉴若干早期成功案例，这些案例中数字工厂推动了产品和商业模式的变革。其中包括：
大规模定制，即围绕个体消费者设计和制造产品。最初的应用出现在医疗器械等高价值领域，但数字制造技术成本的下降有望将大规模定制推广到低价值产品，包括消费电子产品、服装和运动器材。
案例：Align Technology（爱齐科技），该公司已用其Invisalign隐形牙套为超过500万名正畸患者提供了治疗。Align意识到，从患者口腔的3D扫描开始，并延续基于3D打印的制造流程，数字化生产有助于其将原本依赖手工制作技术、较为分散的市场整合为一项全国性的正畸业务。
持续的产品开发，即不断完善实体产品，以提供改进或开拓新市场。我们理所当然地认为，软件（尤其是存放在云端的软件）会持续改进。但考虑到改造的成本和复杂性，改变实体产品要困难得多，因此它们往往通过偶尔推出的重大产品版本来演进。数字制造固有的灵活性降低了产品开发和改造的成本，使持续的产品开发成为可能。
案例：空中客车在其最新的A350-1000客机中使用了超过1000个3D打印部件。其中一些部件属于结构件，但大多数是非关键的线束和空气管道，每当机舱布局发生变更时都必须重新配置。通过3D打印这些部件，空中客车避免了改造成本和供应链中断；满足客户对新机舱配置的需求，只需进行数字化重新设计。理论上，空中客车可以为生产线上下线的每一架飞机更新其机舱布局。
数字供应链，即将数字设计文件与能够制造这些文件的灵活、自动化生产设施相结合。通过使分布式制造成为可能并减少库存需求，它们降低了供应链成本和风险，并使得以其他方式不可行或不具成本效益的方式服务市场成为可能。
案例：德国铁路运营商兼全球物流供应商德意志铁路公司发现其维护列车所需的备件中有50%可以通过3D打印制造。通过使用3D打印制造列车备件，德意志铁路公司减少了成本高昂的备件库存（目前价值6亿欧元），提高了可靠性，并通过使其能够在无需原始制造商长期支持的情况下运营部分已有50年车龄的列车，为铁路车队规划带来了灵活性。
数字供应链还提供了一种应对新兴全球关税体系的方式：产品规格可以以数字方式传输至分布式工厂，这些工厂可以为当地市场生产产品，从而无需承受关税。
当新的制造技术出现时，人们很容易从具体应用的角度来思考它们——它们能够满足的需求，以及它们能够制造的产品种类。但真正的回报属于那些能够在此基础上构建新商业模式，并愿意围绕这些技术重新组织整个产业的人。
