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【原】陈根:制造嬗变进行时,大规模定制加速到来

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文/陈根
人类文明的发展离不开制造技术的进步。随着制造技术的不断革新,人类的工作、生活水平才得以不断提高。与此同时,任何制造系统都包含两个尺度,即制造技术系统和伴随制造技术系统的制造模式系统
制造技术系统是制造技术的集合,推动着生产力不断向前发展,而制造模式系统则影响着技术投入的种类、转换过程的性质和系统的产出。制造模式系统决定着技术利用的有效性和效率,如果简单地试图使技术系统最优化,则可能使社会制造的总效能降低
当前,以物联网和大数据为代表的信息技术、以绿色能源为代表的新能源技术、以3D打印技术为代表的数字化智能制造等技术系统正协同创新,将柔性化、智能化、敏捷化、精益化、全球化和人性化融为一体,改变着制造业的生产模式和全球经济系统,引领人们的生活走向智能化时代。
在制造技术嬗变的基础上,理解制造模式的嬗变,将为我们带来重塑物理世界的新契机。

  从单件小批制造到大规模生产
制造模式是制造业为了提高产品质量、市场竞争力、生产规模和生产速度,以完成特定的生产任务而采取的一种有效的生产方式和生产组织形式。从制造业的发展进程来看,不同社会发展时期决定了不同的制造思想、生产组织方式和管理理念,它们相互作用、共同决定了特定时期的制造模式。
单件小批制造是工业生产发展的起点。单件小批制造范式的是生产完全按照不同客户的个性化要求进行,技术工人使用通用机械,每次生产只能完成一件或几件非标准化的产品。产品质量主要依赖手工匠的技艺,也使得其成本较高、生产批量小,零部件的质量可控性和兼容性比较差。
19世纪末期这种制造范式的应用范围和技术复杂度达到顶峰。彼时,欧洲和美国大量的马车生产商开始转向汽车的生产。然而,由于零部件的生产高度依赖于工匠个人的技能,因此汽车零部件的生产、车体制造和组装都大量分散在配备了通用机床的手工作坊中。
在这种制造范式下,厂商的基本商业模式是:首先,提供拟向客户提供的汽车设计概念,客户选择设计概念后与厂商签订订单;随后,厂商根据设计概念和客户要求进行详细的产品设计;最后,根据产品设计生产并提供产品。销售、设计和生产的各个环节的高度个性化,使得手工生产的产量非常有限。到19世纪末期,整个欧洲每年的汽车产量也仅有约1000台。
大规模生产是推进工业社会发展最重要的加速器之一,它伴随着“第一次工业革命”的成果不断普及。因此,以专业化机械、可更换零部件、组织化的工厂、科学管理的工序为特点的批量生产方式也日益普及,成为了第二次工业革命的重要特点。
大规模生产的专业化和标准化,不仅充分利用了生产的规模经济,从而显著降低了生产成本,同时也大大提高了产品的精度。大规模生产的强大经济生命力在于,它通过降低生产成本扩大了市场需求,扩大了的市场需求反过来又为大规模生产提供了更大的空间,从而形成市场需求和生产规模相互增强的机制
“大规模、少品种”是大规模生产方式的重要特点。比如,在福特推出流水线生产方式后的13年里,其产量迅速由4万辆增长到200万辆。截至1955年,通用、福特和克莱斯勒的仅6款车型的产量就占到了全美汽车销量的80%。由此可见,大规模生产大大提高了劳动生产率。
通过用流水线替代过去的并行生产方式,福特公司将平均单个工人花在一辆车上的直接劳动时间由9小时降到了2.3分钟。从福特的T型车流水线出现直到20世纪80年代,大规模生产都是主导的工业生产方式。
与单件制造生产方式不同,大规模制造范式下的商业模式具有典型的生产驱动特征,即企业首先设计出可以通过大规模生产方式制造出来的产品,假定所有生产的产品都有市场,最后将产品尽可能销售给顾客。由于大规模生产提高了生产的规模经济性以及工作标准化带来的管理的规模经济性,工业社会开始步入大企业主导的时代

  制造模式走向大规模定制
过去的大规模生产使工业产能和供给能力爆发式增长,“买方市场”成为市场经济的常态。当大部分传统工业的市场趋于饱和时,消费者对产品差异性的要求变得越来越高。想要适应这种社会性的需要,企业必须能够提供更加丰富的产品选择,大规模定制生产方式应运而生
大规模定制通过产品架构和制造流程的重构,以及运用现代化的信息新材料柔性制造等新技术把产品的定制生产问题全部或者部分转化为批量生产,这就为小批量、多品种市场提供低成本的产品。产品模块化是大规模定制之所以能够以足够低的价格向消费者提供丰富的产品选择的重要技术基础
产品模块化,一方面可以通过不同模块的替代和匹配形成多样化的产品组合;另一方面,虽然产品种类增加,因而无法像大规模生产那样在产品层次实现规模经济。但由于多样化的产品共用大部分的模块,因此可以在模块层次利用生产的规模经济,从而很好地解决了大规模生产范式下规模经济和产品差异化之间的矛盾。
时下,以物联网和大数据为代表的信息技术、以绿色能源为代表的新能源技术、以3D打印技术为代表的数字化智能制造等技术系统正协同创新,进一步带来了网络化协同个性化定制 服务化延伸以及智能化生产的制造模式的嬗变。
从网络化协同来看,企业借助互联网、大数据和工业云平台,发展企业间协同研发、众包设计、供应链协同等新模式,将能有效降低资源获取成本,大幅延伸资源利用范围,打破封闭疆界,加速从单打独斗向产业协同转变,促进产业整体竞争力提升。

  从个性化定制来看,互联网、大数据及云计算、算法和柔性化生产能力与水平提升,推动个性化定制迅速发展。个性化定制通过利用互联网平台和智能工厂,将用户需求直接转化为生产排单,实现以用户为中心的个性定制与按需生产,有效满足市场多样化需求,解决制造业长期存在的库存和产能问题,实现产销动态平衡。
比如,在以3D打印为代表的个性化制造系统中,消费者不再被动接受或仅仅从企业给出的产品清单中选择自己喜好的产品,而是亲身参与产品的设计过程,并直接成为产品生产者。
服务化延伸则是企业通过在产品上添加智能模块,实现产品联网与运行数据采集,并利用大数据分析提供多样化智能服务,实现由卖产品向卖服务拓展,有效延伸价值链条,扩展利润空间。构建智能化服务平台智能化服务成为新的业务核心,以摆脱对资源、能源等要素的投入,更好地满足用户需求、增加附加价值、提高综合竞争力
最后,智能化生产是利用先进制造工具和网络信息技术对生产流程进行智能化改造,实现数据的跨系统流动、采集、分析与优化,最终完成设备性能感知、过程优化、智能排产等智能化生产方式。智能生产模式是智能制造模式的关键。
对于过去,想要实现大规模的单件制造,生产是困难的,尤其是还要面对复杂系统的不确定性问题。如今,依托于智能制造,将很大程度上解决复杂系统的不确定性,推动制造的数字化转型。
总的来说,由于网络化协同、个性化定制 、服务化延伸以及智能化生产下的大规模定制强调产品的多样性。因此整个供应链的效率和灵活性成为决定产品和企业竞争力的关键产业的垂直组织结构成为决定产业整体效率和竞争力的主要因素
制造技术的嬗变带来了制造模式的嬗变。在全球化制造范式下,产品架构、能够兼容各种模块的技术界面以及个性化产品的类型和功能等要素,都必须纳入企业的战略决策。
全球化制造范式对产业组织的影响,不仅促进了市场结构由线性向网络和生态化的转变,而且超越了传统产业的边界,重新定义了供给和需求、厂商和消费者之间的关系。重塑物理世界的新契机,正在加速到来。

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