基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的制造業(yè)客制化

李鴻基，徐新悅，陳沛豐

(廣州數(shù)控設(shè)備有限公司，廣東廣州 510530)

0 引言

隨著科技水平的發(fā)展以及社會生活水平的提高，消費者對產(chǎn)品的需求也逐漸發(fā)生了變化，不再滿足于產(chǎn)品的功能性需求，還要求產(chǎn)品具備個性化特點，甚至具備唯一的識別度。個性化需求已從消費品擴(kuò)展至工業(yè)品，正逐步覆蓋人們生產(chǎn)生活的方方面面。

在傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝條件下，相較于批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，個性化定制化產(chǎn)品往往預(yù)示著更高的成本、更長的供應(yīng)周期。要滿足人民日益增長的對美好生活的需要，針對產(chǎn)品的客制化需求，需要將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)與制造業(yè)進(jìn)行深度融合，優(yōu)化管理手段，才能解決客制化產(chǎn)品高成本、長周期的供應(yīng)矛盾問題。

本文作者將對客制化的可行性進(jìn)行分析，并就工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可能帶來的紅利及對行業(yè)的推動進(jìn)行探討。

1 制造業(yè)與客制化

1.1 客制化的必要性

客制化就是產(chǎn)品完全滿足客戶的要求，所以產(chǎn)品必須要定制，而定制的產(chǎn)品往往比標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的成本要高得多且生產(chǎn)周期要長得多，這是由于傳統(tǒng)的定制行為局限于傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝所導(dǎo)致的。根本解決方法是將產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)設(shè)計結(jié)合起來，在設(shè)計產(chǎn)品的時候考慮把客制化作為一項重要的設(shè)計原則，智能制造部門也密切參與其中進(jìn)行生產(chǎn)線研發(fā)。就拿汽車某部件的顏色舉例，傳統(tǒng)生產(chǎn)線上只生產(chǎn)有限的幾種顏色，而客制化的產(chǎn)品能讓客戶在移動端在線調(diào)色，智能工廠根據(jù)下單顏色調(diào)色生產(chǎn)。

從單一的產(chǎn)品，由客戶“愛買不買”到“客制”再到“客制化”，可以看出來“客制”和“客制化”就只有一字之差，但轉(zhuǎn)型并不容易。制造業(yè)是在生產(chǎn)線上將原材料變成產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，后面產(chǎn)生了柔性生產(chǎn)線的概念，很好地解決了一條生產(chǎn)線多個產(chǎn)品復(fù)用的問題。如果把柔性生產(chǎn)比作生產(chǎn)線的“加法”，那客制化就要求生產(chǎn)線實現(xiàn)“乘法”。道理如同10個10加起來等于100，而10個10相乘大大超過全世界人口的數(shù)量，只有這樣一條“乘法”的生產(chǎn)線才能滿足大多數(shù)人的需求。就汽車行業(yè)來說，一個車型通常只有幾個版本供客戶選擇，但是高配版本有些功能用不上，而低配版本又缺少了某些高配才有的必要功能，這是汽車行業(yè)普遍的“愛買不買”現(xiàn)象。當(dāng)中涉及到車企、經(jīng)銷商、配件商、消費者多方利益，如果僅從客制化考慮，車企可以讓客戶對汽車的非核心配置進(jìn)行靈活選配，從而得出上萬種組合以滿足客戶的差異化需求?？椭苹倪M(jìn)程還促進(jìn)企業(yè)之間的合作和競爭，使用戶滿足率的并集越來越大。消費觀念將從“要我買”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙I”。

綜上所述，客制化不但能給客戶帶來滿足的體驗，還能給企業(yè)帶來飛躍性突破。同時也帶來苛刻的門檻，要求產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)上要考慮客制化的智能制造、產(chǎn)品要有效覆蓋到80%的用戶需求、企業(yè)之間要展開高效的合作。

1.2 實現(xiàn)客制化的分析

要實現(xiàn)客制，必須把需求以訂單的形式落地到生產(chǎn)。那么客戶訂單分離點(Customer Order Postponement Decoupling Point,CODP)[1]就決定了客制化程度，也可以把其稱為客戶需求切入點。

圖1 客戶訂單分離點

從生產(chǎn)流程上來看，客制程度從上到下(從按庫存生產(chǎn)到按訂單設(shè)計)呈現(xiàn)遞增，即按訂單設(shè)計的生產(chǎn)模式將會大大滿足客戶需求，但與之矛盾的是生產(chǎn)速度從上到下呈現(xiàn)遞減。假設(shè)產(chǎn)品從設(shè)計、采購、制造、裝配、發(fā)貨的時間固定，客戶越早把需求落地，商品必然越符合客戶的需求，代價是交付時間也會越長、成本也越高。顯然客制化程度與客戶的付出(金錢、交付時間)相矛盾。

企業(yè)可以根據(jù)自身產(chǎn)品的客制化程度、庫存率、訂單響應(yīng)時間、設(shè)備利用率，選擇合適的訂單分離方案。比如按庫存生產(chǎn)的供應(yīng)鏈在產(chǎn)品單一且訂單量較少時才發(fā)揮設(shè)備利用率和訂單響應(yīng)時間方面的優(yōu)勢。按庫存生產(chǎn)必然難以實現(xiàn)客制化。按訂單生產(chǎn)的供應(yīng)鏈，庫存明顯低于按庫存生產(chǎn)的供應(yīng)鏈，但能滿足客戶一定的個性化、多樣化的需求，但交付時間上也有一定的風(fēng)險。

但單一的方案并不能獲得理想的供應(yīng)鏈性能和客戶的忠誠度。在客制化進(jìn)程中，更需要合理運用訂單分離的概念，組合一個更適合企業(yè)的方案，使庫存、訂單響應(yīng)時間和設(shè)備利用率達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)紅利

2013年6月，GE提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命(Industrial Internet Revolution)[2]，一個開放、全球化的網(wǎng)絡(luò)，將人、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)同時是工業(yè)4.0時代的重要組成部分，我們正處于新時代的開端，這既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。

挑戰(zhàn)是每次工業(yè)革命都帶來巨大的產(chǎn)業(yè)更替，一旦落后即使巨人也會沒落。比如智能手機(jī)的出現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)手機(jī)，即使諾基亞和摩托羅拉等巨頭也不能幸免。機(jī)遇是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能帶來顛覆性的紅利就在眼前。20年前，戴爾電腦開創(chuàng)了戴爾模式，依托互聯(lián)網(wǎng)，將自己所生產(chǎn)的各種零部件及其價格陳列給客戶?？蛻舾鶕?jù)自己的需要進(jìn)行組合，然后將訂單和定金交給戴爾公司。戴爾公司收到訂單和定金后，在幾天之內(nèi)將產(chǎn)品組裝好，并送到消費者手中。戴爾模式成為近20年來世界最好的商業(yè)模式之一。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新模式，C2M(Customer-to-Manufacturer，即消費者到制造)，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代新的商業(yè)模式。先有客戶提出需求，后有生產(chǎn)企業(yè)按需求組織生產(chǎn)，與人們熟悉的以生產(chǎn)企業(yè)為中心、少品種大批量的B2C(Business-to-Consumer, 即企業(yè)對消費者)模式恰恰相反。戴爾模式是B2C的成功案例，而制造業(yè)客制化是C2M的重要組成部分，能完全顛覆我們消費模式：

上汽大通就采用了C2M的模式，通過定制化來吸引消費者，給客戶高級的體驗感受，從而在激烈的乘用車競爭環(huán)境中占據(jù)一席之地。從公開的信息看，今年上半年上汽大通的產(chǎn)量6 0641輛，上半年銷量62 732輛。而關(guān)于客戶定制方面，上汽大通能提供的訂制項目總共能達(dá)10 616種，如此定制水平，必然需要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的支撐，從研發(fā)到生產(chǎn)各環(huán)節(jié)全流程做好供應(yīng)鏈的全面設(shè)計。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代新名詞不斷涌現(xiàn)，如無人工廠、黑燈工廠、智能工廠。上海通用金橋工廠，號稱中國最先進(jìn)的汽車制造工廠，十幾位操作工管理300多臺機(jī)器人，實現(xiàn)100%的焊接自動化，不僅釋放了人力資源到技術(shù)和維護(hù)團(tuán)隊，而且加速了生產(chǎn)速度和提高了品質(zhì)。但成功模式并不容易復(fù)制，企業(yè)更不能盲目跟隨，需要在一定的理論研究、實踐驗證的基礎(chǔ)上根據(jù)自身企業(yè)的特點推進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動下的探索方向

定制化的痛點是復(fù)用性低、生產(chǎn)成本高、服務(wù)成本高、生產(chǎn)周期長，最終造成企業(yè)不愿意看到的利潤下滑。所以再次強(qiáng)調(diào)企業(yè)不能盲目一刀切地跟隨別人的成功模式，應(yīng)該結(jié)合自身的特點，做好客制化產(chǎn)品風(fēng)險因素識別[3]，并在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推動下?lián)肀录夹g(shù)，不斷探索前進(jìn)。下面將結(jié)合客戶需求切入點(CODP)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向兩個維度，提出制造業(yè)向客制化轉(zhuǎn)型升級的探索方向，如圖2所示。

最理想的生產(chǎn)客制化是能高效地從按訂單設(shè)計開始按客戶的需求把產(chǎn)品生產(chǎn)出來，朝這個目標(biāo)，需要在產(chǎn)品從設(shè)計到發(fā)貨的各個環(huán)節(jié)分階段地實現(xiàn)優(yōu)化，把痛點逐個擊退。

第一階段：連接。制造業(yè)設(shè)備之間的互聯(lián)方式經(jīng)歷了IO方式互聯(lián)、串行通信、以太網(wǎng)通信，盡管現(xiàn)在的設(shè)備主控配以太網(wǎng)接口才是標(biāo)配，但工業(yè)上還有大量設(shè)備使用IO和串行通信，這兩種通信方式的局限是通信速度慢和連接方式不靈活等，所以具有一定局限性。但不妨礙在一定應(yīng)用場景下，使用網(wǎng)關(guān)的技術(shù)使數(shù)據(jù)上云，同樣能實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。這里所說的數(shù)據(jù)包括傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、邊緣層數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與云端交互。“連接”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的根基，為企業(yè)實現(xiàn)庫存、裝配、制造、采購和設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)字化。

連接的另一個概念是客戶與企業(yè)之間的連接?；ヂ?lián)網(wǎng)使客戶與企業(yè)有了更多的互動，用戶通過手機(jī)隨時隨地獲取企業(yè)產(chǎn)品信息，并且方便地把需求提供給企業(yè)；同樣，企業(yè)與企業(yè)之間也通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)相互合作。

圖2 制造業(yè)向客制化轉(zhuǎn)型升級的探索方向

第二階段：分析。只有大量的數(shù)據(jù)是沒有意義的，必須要在專業(yè)知識的背景下分析后的數(shù)據(jù)才有價值。在沒有大數(shù)據(jù)之前，可能只對數(shù)據(jù)作抽樣分析，甚至?xí)荒承┮馔鈹?shù)據(jù)干擾分析結(jié)果；大數(shù)據(jù)這一新技術(shù)的出現(xiàn)，使數(shù)據(jù)分析更加高效，產(chǎn)生的價值最大化。比如通過大數(shù)據(jù)分析，在設(shè)計階段通過分析大量用戶需求數(shù)據(jù)得出優(yōu)化方案，為客戶定制需求提供最大的參考價值。也為企業(yè)在設(shè)計階段帶來極大的參考價值，比如通過遺傳算法，可以從眾多需求中測試出最佳可定制參數(shù)項組合，以滿足80%的客制化需求，而又大大降低企業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜度。在客制化產(chǎn)品制造階段，通過振動傳感器分析機(jī)床刀具磨損情況、是否斷刀等。在產(chǎn)品測試階段，通過分析傳感器數(shù)據(jù)，檢驗產(chǎn)品是否合格。

第三階段：仿真。數(shù)據(jù)經(jīng)過連接和分析之后需要給用戶以及客戶一個感官上的呈現(xiàn)，即數(shù)據(jù)透明。對于生產(chǎn)線用戶來說，工廠虛擬化、同步化、可視化能帶來管理效率的提升[4]。對于設(shè)計人員來說，產(chǎn)品的仿真呈現(xiàn)，大大提高了調(diào)試優(yōu)化效率。對于客戶來說，可以更快地看到定制化的產(chǎn)品效果。甚至對于客制化企業(yè)的下游制造業(yè)來看，利用數(shù)字孿生技術(shù)，只要提供零件加工代碼到下游的仿真機(jī)床中仿真加工一遍，查看零件加工仿真無誤后，就基本能確認(rèn)其真實機(jī)床加工無誤，將加工代碼下單加工。再由客制化企業(yè)裝配出客戶定制產(chǎn)品，這樣一個企業(yè)的客制化進(jìn)程就能帶動下游客制化企業(yè)，形成客制化產(chǎn)業(yè)鏈。

第四階段：感知。在智能制造方面，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)達(dá)到產(chǎn)能、良品率和故障等預(yù)知能力[5]。在客戶需求方面，結(jié)合用戶關(guān)注點，利用推薦算法優(yōu)化選購系統(tǒng)，利用購后管理系統(tǒng)收集用戶對產(chǎn)品的使用評價，最終達(dá)到提高客戶選購體驗的目的。

第五階段：決策。利用第四階段感知的結(jié)果，自動調(diào)整訂單排程、排除干擾和處理故障等，形成一個智能控制環(huán)路，實現(xiàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代下利用人工智能，協(xié)同MES、ERP、PLM、APS、QMS、WMS等系統(tǒng)實現(xiàn)精益制造。

4 總結(jié)

以上5個階段其實就是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能與制造業(yè)的深度融合，就是需要企業(yè)擁抱新興技術(shù)，脫離舊工藝、舊管理和封閉的體系，一步一步從自動化到信息化再到智能化。按企業(yè)現(xiàn)有訂單分離點進(jìn)行5個階段的優(yōu)化改造。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將會給制造業(yè)帶來巨大變革，讓客制化生產(chǎn)模式源源不斷深入制造業(yè)，甚至“零庫存”也成為可能。這不只是客戶與廠家雙贏的局面，而且是跨行業(yè)合作共贏的局面。