融入人工智能技術(shù)的規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式發(fā)展研究

劉宇飛，孔德婧，屈賢明

（1. 華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢 430074；2. 北京郵電大學(xué)現(xiàn)代郵政學(xué)院，北京 100876；3.中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心，北京 100088）

一、前言

隨著生活水平的提升，人們對于民生消費品的個性化需求逐漸增加。制造企業(yè)在提供產(chǎn)品使用價值的同時，滿足客戶的個性化需求成為制造企業(yè)提升市場占有率、增加收益的重要途徑。為消費者提供定制化的產(chǎn)品，全面提高消費者的滿意度，已經(jīng)成為企業(yè)追求新的競爭優(yōu)勢的必然趨勢 [1～4]。

規(guī)模定制生產(chǎn)是指對定制的產(chǎn)品進行規(guī)模化的生產(chǎn)，它把大規(guī)模生產(chǎn)和定制生產(chǎn)這兩種模式的優(yōu)勢有機地結(jié)合起來，在保證企業(yè)經(jīng)濟效益的前提下滿足單個消費者的個性化需求。大規(guī)模生產(chǎn)模式在犧牲消費者多樣、多變需求的基礎(chǔ)上具有高效率、低成本的優(yōu)勢；定制生產(chǎn)能夠一定限度地滿足消費者的個性化需求，然而不利于對時間、原材料、能源和人力成本的控制[5]。規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式采用了柔性的生產(chǎn)過程和組織結(jié)構(gòu)，能夠為客戶提供更多樣化、個性化的產(chǎn)品和服務(wù)，并使這些產(chǎn)品和服務(wù)能夠與標準化、規(guī)模化生產(chǎn)模式制造的產(chǎn)品相競爭。

定制化生產(chǎn)方式在大型機械行業(yè)中一直有著廣泛應(yīng)用，然而在年產(chǎn)量較大的民生消費品行業(yè)，利用傳統(tǒng)的技術(shù)手段實現(xiàn)小批量、多品種、短交付周期的定制化產(chǎn)品生產(chǎn)是十分困難的。新一代信息技術(shù)為定制產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，能夠有效地降低成本、節(jié)約能耗、縮短交付周期。應(yīng)用于規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式的新一代信息技術(shù)主要包括大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。然而，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上的規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式在研發(fā)設(shè)計的精準性和產(chǎn)品的定制化程度上仍有待進一步提升[6]，人工智能技術(shù)將進一步推動規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式的發(fā)展。

本文根據(jù)案例調(diào)研和專家訪談，深入探討規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式融入人工智能技術(shù)的必要性以及關(guān)鍵技術(shù)，并依據(jù)規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式的發(fā)展趨勢提出對策建議。

二、研究背景

規(guī)模定制生產(chǎn)正在數(shù)字技術(shù)普遍應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐的前提下悄然興起，家具、服裝、家電等民生消費品行業(yè)規(guī)模定制生產(chǎn)的知識積累模式和生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化的驅(qū)動模式已經(jīng)發(fā)生改變。

（一）市場需求變化推動了制造業(yè)向定制化方向發(fā)展

供給側(cè)改革深刻影響著制造業(yè)的經(jīng)營模式和理念。家電、家具、服裝企業(yè)價值鏈逐步由以產(chǎn)品為中心向以客戶為中心轉(zhuǎn)變，規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式正在影響著這三個行業(yè)的發(fā)展。為了適應(yīng)消費結(jié)構(gòu)升級的需要，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正在向多層次、定制化方向發(fā)展。

首先，客戶需求的快速響應(yīng)成為競爭焦點。一種新產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計、試制到商業(yè)性投產(chǎn)，在19世紀大約要經(jīng)歷70年的時間，在20世紀兩次世界大戰(zhàn)之間則縮短為40年，戰(zhàn)后至60年代更縮短為20年，到了70年代以后又進一步縮短為5～10年，而到現(xiàn)在只需2～3年甚至更短的時間，這種態(tài)勢必然導(dǎo)致市場競爭焦點的快速轉(zhuǎn)移。當差異化和低成本制造方式得以共同實現(xiàn)時，能夠快速響應(yīng)客戶需求成為決定企業(yè)生存能力的重要因素。在這種情況下，差異化的市場定位成為競爭的必要條件。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同需求推行快速交貨、保障高質(zhì)量、低成本和重環(huán)保的市場供應(yīng)便成為影響競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵性因素。

其次，環(huán)境資源有限引發(fā)了客戶的定制化需求。例如，房價上漲導(dǎo)致大部分居民只能購買有限的居住空間，而房屋資源的有限帶來了全屋定制家具的興起，使有限空間得到最大的使用率。越來越多的人認識到能源的珍貴，從而對家用電器的能耗和智能使用有了更高的要求。

最后，個性化追求帶來了客戶的定制化需求。根據(jù)需求理論，隨著人們生活水平的提高，客戶對于產(chǎn)品的基本功能獲得滿足之后，借助產(chǎn)品體現(xiàn)個人品味、文化修養(yǎng)的需求愈發(fā)彰顯?？蛻魧τ诜b款式的要求越來越多樣化，希望得到不同于其他人的、能夠彰顯個人品味的服飾。再如，客戶對于家電的樣式也有了更多的要求，家電不再僅是傳統(tǒng)的款式，而是可以如藝術(shù)品一樣成為家的裝飾。

（二）新一代信息技術(shù)為規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式提供了技術(shù)基礎(chǔ)

應(yīng)用于規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式的新一代信息技術(shù)主要包括大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)。利用來自企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、商場客流數(shù)據(jù)和電子商務(wù)數(shù)據(jù)、國際貿(mào)易數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)評論數(shù)據(jù)等，與適用環(huán)境模型數(shù)據(jù)、地域特征與文化需求數(shù)據(jù)、流行趨勢相關(guān)數(shù)據(jù)及設(shè)計模板數(shù)據(jù)等多維度數(shù)據(jù)進行集成，基于數(shù)據(jù)挖掘工具形成發(fā)展趨勢動態(tài)分析報告、網(wǎng)絡(luò)輿情報告、銷售分析報告等，為企業(yè)定制生產(chǎn)服務(wù)需求提供決策依據(jù)。在產(chǎn)品、制造車間以及單元制造設(shè)備等環(huán)節(jié)應(yīng)用射頻識別技術(shù)和微納傳感技術(shù)，形成流通銷售生產(chǎn)環(huán)節(jié)的透明化大數(shù)據(jù)，為制造數(shù)據(jù)共享和客戶查詢提供基礎(chǔ)條件。利用云計算實現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份、查詢、分析及挖掘的模塊化和服務(wù)化，降低企業(yè)硬件設(shè)施及軟件投入成本，加快大數(shù)據(jù)應(yīng)用的進度。此外，利用移動互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)需求分析、交互設(shè)計及銷售服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化和個性化。

在新一代信息技術(shù)的引領(lǐng)下，企業(yè)一方面利用用戶交互平臺將碎片化、個性化需求匯聚成批量訂單；另一方面通過信息物理系統(tǒng)，促進制造工藝和流程的數(shù)字化管理與產(chǎn)品個性化消費需求的柔性匹配，實現(xiàn)規(guī)模定制生產(chǎn)。目前，家電、家具和服裝行業(yè)的規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式基本完成了數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的試點示范，個別企業(yè)對人工智能技術(shù)的應(yīng)用做了初步探索。

三、規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式的發(fā)展趨勢

根據(jù)家具、家電、服裝和汽車行業(yè)的案例調(diào)研和專家訪談，研究發(fā)現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上的規(guī)模定制生產(chǎn)模式仍有待進一步提升，人工智能技術(shù)有望引領(lǐng)規(guī)模定制生產(chǎn)模式升級，突破瓶頸。

（一）融入人工智能技術(shù)的必要性

在數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上的規(guī)模定制生產(chǎn)模式仍有待進一步提升，主要表現(xiàn)在兩個方面：研發(fā)設(shè)計的精準性和產(chǎn)品的定制化程度。

目前，研發(fā)設(shè)計主要基于客戶與設(shè)計師之間的互動交流。一方面，設(shè)計師依據(jù)經(jīng)驗做出設(shè)計方案，由于設(shè)計師能力的參差不齊，設(shè)計方案并不一定能夠滿足客戶的定制化需求；另一方面，定制的產(chǎn)品是否具備生產(chǎn)條件也是基于設(shè)計師的個人判斷，一定程度上限制了定制產(chǎn)品的創(chuàng)意和個性化程度。實現(xiàn)定制產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的高效和精準需要，集成更復(fù)雜多維的數(shù)據(jù)以及更高效的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。

產(chǎn)品的定制化程度是滿足客戶需求的工藝條件，定制化產(chǎn)品的通用生產(chǎn)模塊仍有進一步解構(gòu)的空間，現(xiàn)有的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)尚未能有效解決更為復(fù)雜多樣的生產(chǎn)模塊加工優(yōu)化。制造過程中資源能源的高效利用亦有待加強，基于數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動排產(chǎn)，在更為復(fù)雜的生產(chǎn)條件下排產(chǎn)模型和方法仍需更新?lián)Q代。

（二）突破瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)

為了解決規(guī)模定制生產(chǎn)模式在家電、家具和服裝行業(yè)存在的問題，研究發(fā)現(xiàn)：利用人工智能技術(shù)加強信息反饋和數(shù)據(jù)挖掘能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)有的研發(fā)設(shè)計系統(tǒng)、虛擬制造仿真優(yōu)化系統(tǒng)、規(guī)模定制生產(chǎn)系統(tǒng)的升級。主要包括以下4個關(guān)鍵技術(shù)。

第一，多源跨媒體異構(gòu)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。異構(gòu)集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、使用環(huán)境數(shù)據(jù)庫、解決方案數(shù)據(jù)庫和生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)庫，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化智能測量系統(tǒng)和客戶需求在線交互平臺采集客戶數(shù)據(jù)，將客戶數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)、虛擬制造數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建在云端，成為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習等算法運行的基礎(chǔ)。

第二，基于大數(shù)據(jù)的設(shè)計需求特征挖掘系統(tǒng)?；谏缛荷鷳B(tài)，對客戶來源信息、基本信息、個性化需求信息（包括可選性信息和產(chǎn)品物理信息）以及定制產(chǎn)品的服務(wù)信息進行采集匯聚，與異構(gòu)數(shù)據(jù)庫進行匹配，利用機器學(xué)習算法、深度學(xué)習模型、模式識別、文本挖掘、三維模型識別、產(chǎn)品使用環(huán)境模型匹配、圖像處理等智能分析技術(shù)實現(xiàn)深度數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)智能解決方案推薦、智能設(shè)計師推薦、智能優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計以及智能原材料采購預(yù)測等。

第三，虛擬體驗系統(tǒng)及虛擬制造。采用多種虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）、云渲染平臺、VR互動體驗技術(shù)快速實現(xiàn)設(shè)計方案的虛擬仿真，實現(xiàn)設(shè)計階段的客戶完整產(chǎn)品體驗。采用多種調(diào)度模型和求解算法，將不同材質(zhì)、不同類型的定制產(chǎn)品訂單快速拆分再合理組織成批次，在虛擬制造系統(tǒng)中實現(xiàn)訂單管理和智能排產(chǎn)。打通研發(fā)設(shè)計與虛擬制造之間的邊界，徹底解決個性化設(shè)計與規(guī)模化生產(chǎn)之間的矛盾。

第四，全流程信息自動采集、生產(chǎn)管控與協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)。通過虛擬制造、微納傳感、條碼標簽等手段，在規(guī)模定制產(chǎn)品柔性制造混流生產(chǎn)中，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)狀態(tài)、生產(chǎn)設(shè)備和品質(zhì)分析等信息的在線查詢和實時管控，優(yōu)化倉儲、設(shè)備、質(zhì)量、物流管理和銷售，并完成對研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)反饋，達到全流程協(xié)同優(yōu)化的目的。

四、對策建議

為了進一步推廣融入人工智能技術(shù)的規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式，基于其發(fā)展趨勢，本文提出如下建議。

第一，加強頂層設(shè)計和規(guī)劃引導(dǎo)。論證規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式在家具、家電和服裝行業(yè)的發(fā)展趨勢和中長期發(fā)展目標，并制定有效的推廣策略；研究規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式在其他行業(yè)的發(fā)展?jié)摿σ约鞍l(fā)展瓶頸，例如汽車行業(yè)，引導(dǎo)規(guī)模定制生產(chǎn)模式的高效推廣；監(jiān)測跟蹤規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式發(fā)展過程中存在的新情況、新問題，加強專項問題研究，做好政策儲備。

第二，激發(fā)企業(yè)活力。創(chuàng)新是企業(yè)快速發(fā)展的核心動力，為了激發(fā)企業(yè)活力，需要制定策略以強化知識產(chǎn)權(quán)保護，從而鼓勵技術(shù)創(chuàng)新。以技術(shù)創(chuàng)新激發(fā)市場需求，以市場需求帶動企業(yè)發(fā)展。

第三，培養(yǎng)促進規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式發(fā)展的人才。人才是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心，也是促進制造業(yè)進入新業(yè)態(tài)、新模式的前提條件，應(yīng)著力人才的多層次多方位培養(yǎng)，進行教育制度改革，優(yōu)化課程設(shè)計，同時加強系統(tǒng)性職業(yè)培訓(xùn)，提高從業(yè)人員的業(yè)務(wù)能力，確保人才供應(yīng)，以滿足規(guī)模定制生產(chǎn)的快速發(fā)展。

第四，加大對規(guī)模定制生產(chǎn)服務(wù)模式的金融支持。加強金融政策的靈活使用，提供多種融資方式，降低企業(yè)融資成本，通過金融手段優(yōu)化資源配置，降低規(guī)模定制生產(chǎn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)投入成本與風險，同時為傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供支撐。