大批量生產的貢獻

1913年春，世界上第一條汽車流水裝配線在福特的工廠里出現了，大規模流水線帶來了生產方式的一次偉大革命。由于高效的批量流水生產作業，汽車生產所需的時間、成本和資源大幅下降，汽車也從剛發明時極為昂貴的奢侈品變成了消費者能負擔得起的交通工具。

 圖1-風靡一時的福特T型車

大批量生產的優勢非常明顯，也就是經常說的“規模效應”。大批量生產會顯著降低采購成本，通過簡單的削減供應商數量，贏得更大的采購量，就可以讓一個企業降低成本。同時，質量迭代也是需要過程的，大批量生產中產品質量出現的問題被統計出來，明確改善的方向，材料、加工工藝、流程都可以被優化。

一百多年過去，大批量生產已經達到爐火純青的地步，提高生產效率、降低生產成本的潛力不斷被挖掘。一代代工業人在機器、人工訓練、流程優化等領域的努力，使得大批量生產為我們創造了“廉價的”物資，人們才得以擁有了如今豐富的物質生活。

以批量產品的價格擁有個性化的產品

在物資匱乏的時代，只要生產出產品就可以賣出去。因此，在20世紀初是沒有柔性制造這一概念的。二戰后，市場快速蓬勃發展，同時全球化競爭使市場逐漸由生產者轉變到消費市場，消費者擁有了話語權。

人們不再滿足于自己穿著與別人同樣的衣服今天，對于一個女性消費者而言，“撞衫”是不可接受的。對于那些追求品質的人們而言，定制服裝意味著與眾不同，然而高企的價格以及漫長的交貨周期使個性化只能服務于富裕階層，無法普及。

就像100多年亨利福特的批量生產讓普通家庭消費得起汽車一樣，今天，是否有一種生產方式的變革能讓人們消費得起個性化的產品，并且可以快速交付？

大規模定制（MassCustomization）應運而生，這一思想最早由Akin Tomer在其著作Future Shock中提出是：

以大規模生產的成本和時間提供滿足顧客特定需求的產品和服務的運營模式，即從大規模生產標準產品轉變為有效地提供滿足單個客戶需求的產品或者服務。大規模定制采用柔性過程和柔性組織結構，以提供個性化的產品和服務，從而使整個制造過程敏捷化，而這種產品和服務價格又必須與標準大規模生產相競爭。

基于柔性制造的大規模定制在全面綜合成本、質量、柔性和時間等競爭因素的前提下有效地解決了需求多樣化與大規模生產之間的沖突，從而為現代制造企業提供了一種全新的競爭模式。

個性化挑戰傳統生產

由于汽車工業具有非常大的產能和激烈的市場變化，因此汽車工業一直走在大規模定制的前列。今天管理學界的運營管理、敏捷制造、5S、6 Sigma等管理方法與工具均源自于汽車行業大量的實踐。盡管在汽車以外的大量產業，大規模定制、柔性制造尚未能夠達到較高水平，但個性化的挑戰卻同樣變得迫切，越來越多的行業對于推進柔性制造同樣有著巨大的需求。

個性化定制并非像我們想象那樣的美好對于傳統的批量生產型制造模式而言，定制化不啻為一個巨大的“災難”。

讓我們來看一下定制化生產帶來的挑戰。簡單的說，精益生產可以把生產的整個過程分為增值和不增值部分，增值即指穩定的生產出合格的產品，而其它如上下料、等待、當機都屬于“不增值”，而不增值就成為了浪費。

比如開機浪費，對于很多機器，如包裝、印刷、塑料等設備，開機時的調校是必須的過程，這對于大批量生產而言占比較小，但對于小批量訂單來說，就意味著不良品率的上升；

此外，還有切換時間，機械調校的時間隨著訂單變化的頻率在整個生產中的比例也會提高，而這會降低設備的綜合效率。

開機浪費、停機等待、減速損失等都屬于“不增值”變成了成本。因此，在傳統生產中，個性化將會導致成本的上升，進而影響整體企業的產品競爭力。

柔性生產通往大規模定制之路

什么是柔性制造？維基百科對柔性制造系統的定義是由具有柔性能力的制造系統，系統可以響應無論預知或非預知的變化。這里的柔性生產通常包含兩種類別：

第一類是機器柔性，包含系統生產新的產品類型的切換能力，并能改變部件作業執行次序；

第二類是工藝柔性，使用多臺機器對同一部件進行作業的能力。柔性制造系統的主要優勢在于對制造資源高度靈活的管理，尤其適用于大規模生產中的小批量產品制造。

在過去很多年中，柔性制造除了在汽車制造業中取得突破外，在其它領域受制于各種因素推進緩慢。隨著大批量生產達到瓶頸，消費者的個性化需求日益強烈，實現“差異化”是企業贏得競爭的必由之路。

科技創新為柔性制造的發展帶來了曙光，并重新定義了柔性制造的疆界。

 1、更多的設備具有智能性，軟件定義成為趨勢：

設備能夠適應更多產品的生產，單一設備面向更廣泛的產品生產而設計。隨著伺服系統的大量使用，諸如裁切這類動作僅需設置尺寸規格、速度即可完成同一裁切刀輥應對不同規格的生產，而灌裝系統則會自動根據液體的密度、容器的規格進行灌裝曲線的計算和執行。

 2、通信互聯：

過去豐富的總線變為了障礙，實時性、拓撲結構等都對柔性制造系統的推進造成了困難。現在的實時以太網技術、OPC UA技術以及未來的TSN技術都使得這些變得更為簡單高效，為柔性制造提供了發展的基礎。

 3、邊緣計算：

集中式控制是過去單機與產線的顯著特點，邏輯、運動控制、機器人的協同需要集中的控制單元進行協同。隨著邊緣計算應用于對多個產線的全局優化，基于信息的“策略與路徑”成為柔性制造更高層次的需求。同時，邊緣計算還實現了數據的透明化，如同精益的看板一樣，清晰地反應設備與產線的性能、狀態，從而可以及時進行調整。

圖2 邊緣計算為全局協同優化帶來提升

 4、柔性輸送系統：

傳統的輸送系統有很多障礙，包括機械磨損、生產重組不靈活、不易變化以及需要緩沖等。而新一代的輸送系統則完全突破這些瓶頸，具有非常大的靈活性，并且易于重組、可復用、無磨損、低維護并且占地小。它徹底改變了生產的組織形式，使得同一產線可以生產不同的產品；根據負載變化同步減速提速，實現與其它設備的協同；降低機械系統復雜性，并簡化生產中繁冗的流程。

 5、工業機器人：

在柔性生產中，工業機器人扮演著極其重要的角色。

讓我們先回到汽車行業，以為長安福特提供的超柔性化白車身解決方案為例，該方案包含車身總拼定位系統、柔性車身定位系統、柔性車身輸送系統、激光焊接系統以及機器人滾邊系統。比如其中的車身總拼定位系統，多達6種車型的車身可以共用同一條生產線完成制造，多種車型生產的快速切換只需18秒，幫助客戶根據市場需求靈活調節生產，有效降低投資成本、提高生產效率和市場反應速度。 

作為智能工廠現場層的終端執行機構，機器人及其所具有的高精度和高柔性特點對整個生產線的各道工序都提出了更高的要求，甚至能夠重塑整個生產流程，促進整個生產環節品質的提高和效率的改善，推動整個制造業向著更為智能的方向發展。