從精敏制造到工業(yè)4.0長尾生產(chǎn)的制造業(yè)轉型升級

姚錫凡,張劍銘,陶 韜,蔣經(jīng)發(fā),陳新準

(1.華南理工大學 機械與汽車工程學院,廣東 廣州 510640;2.廣東雋諾環(huán)保科技股份有限公司,廣東 廣州 511453)

0 引言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。工業(yè)革命使人類從農(nóng)業(yè)社會進入工業(yè)社會，制造業(yè)從手工作坊生產(chǎn)進入到大規(guī)模生產(chǎn)(大批量生產(chǎn))。隨著人類生活水平的提高和信息通信技術的迅速發(fā)展，客戶需求的個性化和多樣化日益增強，企業(yè)面臨競爭越來越激烈的動態(tài)多變的全球化市場。

2008年國際金融危機爆發(fā)后，工業(yè)發(fā)達國家紛紛提出“再工業(yè)化戰(zhàn)略”，試圖通過發(fā)展先進制造技術搶占新一輪科技和產(chǎn)業(yè)競爭的制高點，進而實現(xiàn)“產(chǎn)業(yè)空心化”到“再工業(yè)化”的回歸。特別是進入21世紀的第二個10年，新一輪工業(yè)革命又拉開序幕，毫無疑問，正如歷史上的工業(yè)革命一樣，新工業(yè)革命將對制造業(yè)產(chǎn)生變革性的影響[1]。而作為制造業(yè)大國的中國，國民經(jīng)濟正邁入新常態(tài)——從高速增長轉為中高速增長，尤其是隨著我國人口紅利的逐漸消失，傳統(tǒng)的依靠大量消耗資源的勞動密集型發(fā)展思路難以為繼，面臨雙向壓力，即低端制造業(yè)向更低成本的國家轉移，以及高端制造業(yè)回流“再工業(yè)化”和引領新工業(yè)革命的發(fā)達國家。我國制造業(yè)轉型升級已經(jīng)到了緊要關頭。對此，我國借鑒德國工業(yè)4.0理念，先后發(fā)布了“互聯(lián)網(wǎng)+”和《中國制造2025》等一系列頂層設計文件來推動新一代信息技術與制造技術的融合發(fā)展，并將智能制造作為兩化深度融合的主攻方向，培育新型生產(chǎn)方式，以促進我國制造業(yè)轉型升級。因此，對進入“新常態(tài)”的我國制造業(yè)而言，面臨著產(chǎn)業(yè)轉型升級帶來巨大的機遇。

制造業(yè)發(fā)展歷史表明，大規(guī)模生產(chǎn)(mass production)已經(jīng)難以適應多樣化和個性化需求，大規(guī)模定制(mass customization)[2]乃至大規(guī)模個性化定制(mass personalization)[3]應運而生,而且后兩者會變得越來越重要，所占市場份額將越來越大，形成所謂的產(chǎn)品生產(chǎn)長尾部分。本文探討制造業(yè)如何從大規(guī)模生產(chǎn)走向長尾生產(chǎn)(long tail of making products)[1]，為我國制造業(yè)轉型升級提供理論和技術的支持。

1 生產(chǎn)模式的演化——以汽車生產(chǎn)為例

生產(chǎn)模式指企業(yè)體制、經(jīng)營、管理、生產(chǎn)組織和技術系統(tǒng)的形態(tài)和運作方式[4]。Koren以美國汽車制造業(yè)為例，認為制造(生產(chǎn))模式經(jīng)歷了3次重大轉變:①大規(guī)模生產(chǎn)替代手工作坊式生產(chǎn);②大規(guī)模定制生產(chǎn)替代大規(guī)模生產(chǎn);③個性化生產(chǎn)(personalized production)替代大規(guī)模定制，如圖1所示[5-6]。

在工業(yè)實踐上，福特公司于1913年創(chuàng)建了世界上第一條汽車流水生產(chǎn)線，標志著大規(guī)模生產(chǎn)方式的出現(xiàn)。大規(guī)模生產(chǎn)以泰勒的科學管理方法為基礎，以生產(chǎn)過程的分解、流水線組裝、標準化零部件、大批量生產(chǎn)和機械式重復勞動等為主要特征，使美國的汽車生產(chǎn)于1955年達到了大批量生產(chǎn)的頂峰，并取代了手工作坊式生產(chǎn)。到20世紀80年代，大規(guī)模定制在美國占據(jù)了主導地位，進入21世紀，大規(guī)模定制又被新興起的生產(chǎn)模式——個性化生產(chǎn)所替代。

在汽車全球化生產(chǎn)視野下，雖然福特汽車公司創(chuàng)立的大規(guī)模生產(chǎn)流水線獲得廣泛應用，并成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要特征，但是隨著市場需求向多樣化發(fā)展，單品種、大批量流水生產(chǎn)方式的弱點日漸突顯，而源于日本豐田汽車公司創(chuàng)立的精益生產(chǎn)在20世紀60～80年代更受業(yè)界推崇。20世紀90年代，美國政府為重新奪回制造業(yè)的世界領先地位，由通用汽車公司(GM)和里海(Leigh)大學牽頭制訂了旨在提高美國在未來世界中的競爭地位、培養(yǎng)競爭優(yōu)勢的先進制造計劃，形成了一種新的生產(chǎn)方式——敏捷制造，以便更快響應定制化的產(chǎn)品需求。

在學術界研究上，1970年Toffler[7]最早提出大規(guī)模定制設想——以類似于標準化和大規(guī)模生產(chǎn)的成本和時間，提供客戶特定需求的產(chǎn)品和服務;1987年Davis[8]首次將這種生產(chǎn)方式稱為Mass customization(大規(guī)模定制);1993年Pine[2]對大規(guī)模定制的內容進行了完整的描述，標志大規(guī)模定制理論成型。然而大規(guī)模定制并不意味著所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)都按客戶的定制化需求生產(chǎn)，通常是由客戶訂單分離點(Customer Order Decoupling Point, CODP)[9]位置確定，在CODP之前的生產(chǎn)是推式(push)的大規(guī)模生產(chǎn)，而在CODP之后的生產(chǎn)是拉式(pull)的定制生產(chǎn)。

根據(jù)CODP[10]，可將大規(guī)模定制分為按訂單銷售(Sale-To-Order, STO)、按訂單裝配(Assemble-to-Order, ATO)、按訂單制造(Make-to-Order, MTO)和按訂單設計(Engineer-to-Order, ETO)四種類型。為了降低成本和快速響應客戶的需求，企業(yè)將CODP盡量向下游移動[11]，但會降低定制化程度。為了平衡這種需求，可在CODP之前精益(lean)生產(chǎn),以盡可能地消除浪費和非增加值的活動，而在CODP之后采用敏捷(Agile)制造，從而形成如圖2所示的精敏(leagile)制造[12]的大規(guī)模定制生產(chǎn)方式。

從圖2可見，大規(guī)模生產(chǎn)和個性化生產(chǎn)是大規(guī)模定制的兩種極端情形:一是大規(guī)模生產(chǎn)，由企業(yè)負責所有產(chǎn)品生產(chǎn)銷售活動，客戶只能購買既定的商品;一是個性化生產(chǎn)，客戶可全程參與到生產(chǎn)設計活動中，以客戶為主導，按需制造產(chǎn)品。STO本質上是大規(guī)模生產(chǎn)，只有從銷售活動開始才由客戶訂單驅動，然而因為可結合客戶訂單包裝或加工出庫，所以有利于制造業(yè)向服務化方面轉型;而ETO是純粹的拉式定制生產(chǎn)，也是客戶參與到設計中的個性化生產(chǎn)方式[13]，包括產(chǎn)品的開發(fā)設計、制作、裝配、運輸都由客戶訂單驅動;ATO和MTO介于這兩種極端情形之間，也是大規(guī)模定制的典型情形。因此，大規(guī)模定制本質上是由推式的大規(guī)模生產(chǎn)和拉式的定制化生產(chǎn)相結合而形成的一種推拉式(push-pull)混合生產(chǎn)模式，即在CODP上游采用大批量生產(chǎn)通用、模塊化的零部件，在CODP下游根據(jù)客戶訂單形成定制化的最終產(chǎn)品,精敏制造則是這種推拉式混合生產(chǎn)模式的一種典型代表。

由此可見，以ATO和MTO為代表的典型大規(guī)模定制成為連接大規(guī)模生產(chǎn)和個性化生產(chǎn)的橋梁。綜合和總結文獻[14-16]得到如表1所示的3種生產(chǎn)模式的對比分析。從市場細分角度來看，大規(guī)模個性化定制(或個性化生產(chǎn))強調單人市場(markets of one)[15]，也是大規(guī)模定制的一種極端——ETO，為單個客戶提供個性化需求的產(chǎn)品和服務;大規(guī)模定制的另一個極端——STO或大規(guī)模生產(chǎn)，強調大眾市場(markets of many)，為公眾提供低成本的產(chǎn)品和服務。

表1 3種生產(chǎn)模式對比

從用戶角度來看，大批量生產(chǎn)只能是在既定的產(chǎn)品之間進行選購;定制化生產(chǎn)是在可選的目錄上進行選擇性定制;個性化生產(chǎn)是按客戶要求進行設計生產(chǎn)[17]，在設計上進一步考慮用戶的個人品味、使用習慣、相關經(jīng)歷等[18-19]。從制造的角度來看，大規(guī)模制造通過少品種大批量避免了多樣化的負擔。大規(guī)模定制和個性化生產(chǎn)的差別在于:典型的大規(guī)模定制在生產(chǎn)上采用大規(guī)模制造，將多樣化的負擔轉移到裝配上，通過裝配最終形成不同的產(chǎn)品;而個性化生產(chǎn)不僅實現(xiàn)多樣化的裝配，還可以實現(xiàn)多樣化的設計制造。

由圖1可見，生產(chǎn)模式從拉式的手工作坊開始，經(jīng)歷了大規(guī)模生產(chǎn)和大規(guī)模定制之后又回到起點——拉式的(大規(guī)模)個性化生產(chǎn)，似乎經(jīng)歷了一個輪回。其實不然，這不是一個簡單輪回，而是螺旋式的上升演化。從生產(chǎn)制作來說，傳統(tǒng)大規(guī)模定制和大規(guī)模個性化定制的產(chǎn)品成本相對高昂，傳統(tǒng)手工作坊是封閉式的，由專職人員全面負責生產(chǎn)，而當前興起的個性化定制生產(chǎn)是開放式的，由消費者與消費者、消費者與專業(yè)人員之間多領域共同合作完成。從產(chǎn)品設計來說，傳統(tǒng)的個性化是由某一設計者向多個用戶提供個性化的產(chǎn)品與服務，而大規(guī)模個性化定制是基于網(wǎng)絡的開放結構，由多個設計者(包括外形設計、結構設計、生產(chǎn)制造商、用戶等)共同為特定用戶提供個性化定制的產(chǎn)品與服務[20]。

汽車生產(chǎn)已從大規(guī)模生產(chǎn)逐漸過渡到如圖2所示的精敏生產(chǎn)方式，具體例證如表2所示。19世紀末，第一輛汽車以手工生產(chǎn)的方式誕生，但因生產(chǎn)效率低、成本高而無法得到普及。20世紀20年代，得益于福特提出的流水線生產(chǎn)模式，汽車得到大量生產(chǎn)和推廣。然而，正如福特本人所說，每個用戶只能買到黑色的車，此時汽車的大規(guī)模生產(chǎn)以“大而全”的生產(chǎn)廠商為中心，強調于滿足制造和設計過程，最終實現(xiàn)的是少數(shù)車型的低成本生產(chǎn)。60年代，豐田公司提出精益生產(chǎn)的理念，實現(xiàn)了以需求拉動的生產(chǎn)，并為客戶提供定制化的空間。上世紀80年代，大眾率先提出汽車平臺的概念，一個平臺可為幾個車型提供共用的零部件，通過零部件共享降低生產(chǎn)成本，汽車可以在一個平臺內進行拓展，形成一個車系，進一步豐富了產(chǎn)品的型號。近年來，在平臺化的基礎上，汽車制造商通過擴張、兼并和共享擴大可使用平臺的數(shù)量，而后對多個平臺進行整合及精益化，進一步對零部件進行模塊化，建立模塊化汽車平臺，從而使汽車設計不受單一汽車平臺的限制，實現(xiàn)更多樣化和個性化的設計。模塊化一方面通過零件共享降低成本，另一方面通過按需組合進行產(chǎn)品的客戶化/個性化生產(chǎn)，緩解零件共享化與產(chǎn)品客戶化/個性化之間的沖突。

表2 汽車生產(chǎn)模式轉變

實際上，以模塊化為基礎，汽車不同零部件可以采用不同的方式生產(chǎn)，如圖3所示，汽車的通用零部件，可通過大規(guī)模生產(chǎn)模式實現(xiàn)高效低成本生產(chǎn)；對于可選零部件，可通過定制化生產(chǎn)形成產(chǎn)品系列或產(chǎn)品族，以供用戶選擇；對于個性化的部分，可通過個性化生產(chǎn)進行量身定制。

2 工業(yè)4.0下的長尾生產(chǎn)方式

如上所述，在市場環(huán)境和客戶需求變化驅動的下，生產(chǎn)模式不斷發(fā)生變化，并通過新的科學技術實現(xiàn)模式轉變[21]。新工業(yè)革命[22]，尤其是德國提出的工業(yè)4.0[23]，標志著工業(yè)生產(chǎn)繼蒸汽機驅動的機械化、電機驅動的規(guī)模流水線生產(chǎn)和電子信息技術引領的自動化之后，人類又迎來了以信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical System, CPS)為基礎的智能化生產(chǎn)革命，基于CPS的智能制造也應運而生[24]。圖4所示為工業(yè)革命與制造模式演化過程。

與前三次工業(yè)革命不同，工業(yè)4.0除了技術維度外，還包括新增的社會維度[1]。其中，技術維度以CPS形式延伸了前期的工業(yè)革命生產(chǎn)模式，將前述精敏制造(工業(yè)3.0下的代表性大規(guī)模制造模式)轉變?yōu)榛贑PS的智能定制化制造，同時3D打印在某種程度上可以看作為以CPS方式復興和拓展了的手工作坊生產(chǎn)模式；而社會維度與基于CPS的生產(chǎn)系統(tǒng)形成智慧制造——社會信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)。從圖4中可以看出，工業(yè)4.0將更加關注定制化/個性化產(chǎn)品的智能化生產(chǎn)，像3D打印這樣的新型制造技術因在單件小批量生產(chǎn)中具有優(yōu)勢而獲得了廣泛應用。然而，即使是個性化產(chǎn)品，也包含通用模塊、定制模塊以及個性化模塊[14]，在現(xiàn)實生產(chǎn)中,大規(guī)模定制、大規(guī)模生產(chǎn)和個性化生產(chǎn)3種生產(chǎn)模式在當前和今后一段時間長期并存，并不是簡單的替代關系，而是形成了如圖5所示的長尾生產(chǎn)方式[1]。其中，大規(guī)模生產(chǎn)主要關注“頭部”的大批量標準化生產(chǎn);大規(guī)模定制和個性化生產(chǎn)組成所謂“長尾生產(chǎn)方式”、關注“尾部”的小批量或單件產(chǎn)品生產(chǎn)。

產(chǎn)品長尾生產(chǎn)理論借鑒長尾理論[25]而被提出來，它強調由大規(guī)模定制與個性化定制組成的“長尾分布”的產(chǎn)品生產(chǎn)，可以生產(chǎn)任意數(shù)量(尤其是單件小批量)的產(chǎn)品來滿足多層次的客戶需求，而這些單件小批量產(chǎn)品所占的市場份額，甚至比大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品市場份額更大[1]。

長尾生產(chǎn)方式是一種新型大規(guī)模定制(包括個性化定制)的生產(chǎn)方式，是應全球化市場激烈競爭和多樣化的客戶需求而生。以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息技術的發(fā)展為長尾生產(chǎn)的實施提供使能技術。借助這些新興技術，特別是隨新一輪工業(yè)革命興起的新一代智能制造，生產(chǎn)資源按需自組織、自維護成為可能，長尾個性化產(chǎn)品生產(chǎn)才得以真正實現(xiàn)，尤其是3D打印(增材制造)解決了大規(guī)模生產(chǎn)和個性化需求的矛盾，最終形成以3D打印為代表的個性化定制，以智能制造為基礎的大規(guī)模定制，以及不斷升級的大規(guī)模生產(chǎn)共同組成的長尾生產(chǎn)系統(tǒng)，如圖5所示。

3D打印以數(shù)字化、自動化形式“復活”了手工作坊生產(chǎn)，而生產(chǎn)的產(chǎn)品成本卻比手工生產(chǎn)低得多。另外，3D打印依靠數(shù)字模型直接成型，避免了傳統(tǒng)加工中復雜的工藝規(guī)劃和工藝局限(如鑄造注口、退刀槽等)，提高了設計的靈活性，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，擴大了加工范圍[26]，在既有的數(shù)字模型下，可制造結構復雜的零件，其加工成本取決于產(chǎn)品的質量和體積，且對結構的復雜程度不敏感，同時基于數(shù)字模型的制造使得加工成本不受加工零件之間差異化的影響[27]。此外，以數(shù)字模型作為產(chǎn)品的存儲和傳輸對象，進一步促進長尾生產(chǎn)方式實現(xiàn)。由于上述優(yōu)勢，3D打印已應用于航天航空、機械制造、生物、醫(yī)療、個人制造等領域，可以生產(chǎn)傳統(tǒng)制造難以克服的形狀、結構、工藝以及生產(chǎn)批量小等特點的產(chǎn)品(圖6)。

3 長尾生產(chǎn)的經(jīng)濟學分析

下面從經(jīng)濟學的角度對大規(guī)模生產(chǎn)、大規(guī)模定制和個性化生產(chǎn)進行分析和對比。產(chǎn)品的生產(chǎn)成本主要受設計研發(fā)成本、運輸成本、材料成本、生產(chǎn)數(shù)量等因素影響。3種生產(chǎn)模式之間的差別主要體現(xiàn)在產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量上，而且產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本也主要受生產(chǎn)數(shù)量影響。在對產(chǎn)量與生產(chǎn)成本關系的分析中，學習曲線(learning curve)是一種重要的預測和估計工具[28]，它反映生產(chǎn)數(shù)量對生產(chǎn)成本的影響，即對于某一特定產(chǎn)品，如果產(chǎn)量增加一倍，則產(chǎn)品的生產(chǎn)成本以一定的學習曲線率(r)下降。根據(jù)文獻[29-30]得到大規(guī)模定制中產(chǎn)品的單位生產(chǎn)成本為

(1)

式中，CMC(Ni)為大規(guī)模定制中生產(chǎn)第N個(批)i種產(chǎn)品生產(chǎn)時的生產(chǎn)成本，m種產(chǎn)品的產(chǎn)量分別為N1，N2，…，Nm;Ci(1)為首次生產(chǎn)第i種的成本，r為生產(chǎn)該產(chǎn)品的學習曲線率。假設所有產(chǎn)品的首次生產(chǎn)成本相近，令Ci(1)=C1(1)=C(1)，則式(1)可進一步簡化為

(2)

對于大規(guī)模生產(chǎn)情形，即假定產(chǎn)品種類i只有1種，此時由式(2)得到大規(guī)模生產(chǎn)的單位生產(chǎn)成本CMP(Ni)為

(3)

對于個性化定制生產(chǎn)，由于其產(chǎn)品為單件生產(chǎn)，可令式(2)中Nj≡1，得個性化生產(chǎn)的單位生產(chǎn)成本

Cpp(Ni)=C(1)。

(4)

由于學習曲線以指數(shù)的形式單調遞減，對上述公式進行分析可知，CMP和CMC都是從C(1)開始以指數(shù)形式遞減，且大規(guī)模定制中產(chǎn)品種類多于大規(guī)模生產(chǎn)的種類，在生產(chǎn)相同總量的產(chǎn)品時，單位價格的下降速度小于大規(guī)模生產(chǎn)。CPP因為均為單件小批量生產(chǎn)，所以受數(shù)量影響較小，其值近似為C(1)，如圖7a所示。

上述分析僅考慮了數(shù)量對產(chǎn)品生產(chǎn)成本的影響，即當某一類產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量提高時會形成規(guī)模經(jīng)濟，從而取得生產(chǎn)成本上的優(yōu)勢。然而產(chǎn)品的生產(chǎn)成本還受多方面影響，大規(guī)模定制生產(chǎn)還可以通過市場細分和范圍經(jīng)濟，使成本進一步下降。此外，相關技術的進步將導致產(chǎn)品的邊際成本和平均成本下降，即圖7a中的成本曲線整體下移。具體而言，受信息通信技術和管理技術等影響，提高定制化生產(chǎn)技術可以降低定制成本，而且新的生產(chǎn)技術，如3D打印和可重組制造，可以使單件小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)成本進一步下降，特別是3D打印可以以較低的成本生產(chǎn)個性化產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本與數(shù)量變化無關[1]。也就是說，無論數(shù)量如何變化，成本變化始終為零(嚴格意義上來說，多個產(chǎn)品打印在設計和物流等方面有一定價格優(yōu)勢，但在生產(chǎn)上幾乎不受影響)。由于上述原因，圖7a中的CMC和CPP進一步下移，形成了如圖7b所示的3條曲線交于A和B兩個點。從經(jīng)濟角度來看，B點以后部分表示隨著產(chǎn)品批量的增加，大規(guī)模生產(chǎn)通過規(guī)模經(jīng)濟取得生產(chǎn)成本上的優(yōu)勢，適用于生產(chǎn)數(shù)量較多的通用零件或產(chǎn)品;A和B之間的部分表示大規(guī)模定制通過新技術引進、市場細分和范圍經(jīng)濟，在生產(chǎn)定制(可選)零件或產(chǎn)品時取得了經(jīng)濟上的優(yōu)勢，滿足客戶的多樣化產(chǎn)品需求;OA段表示3D打印等技術使個性化的生產(chǎn)成本下降，并在單件小批量的生產(chǎn)中較其他生產(chǎn)模式有優(yōu)勢，通過單件、多品種小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)可進一步獲得范圍經(jīng)濟效應。此外，個性化和定制化的生產(chǎn)將使產(chǎn)品具有更高的附加值，更貼合用戶的需求，滿足用戶的價值體驗，用戶也愿意購買比大規(guī)模生產(chǎn)價格稍高的定制產(chǎn)品，從而為企業(yè)贏得更好的市場和價格。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、務聯(lián)網(wǎng)、云計算、CPS和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術而興起的智能制造(Smart Manufacturing, SM)[31]，為實現(xiàn)多樣化制造提供了基礎[32-33]:①通過智能機器人、自動導引小車等先進設備提高自動化水平;②結合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術提高了生產(chǎn)的管理水平和制造系統(tǒng)的智能化水平，并不斷向個性化生產(chǎn)方向發(fā)展，為實現(xiàn)低成本、多品種、差異化的產(chǎn)品生產(chǎn)提供支持;③盡管3D打印能夠完成商品的個性化部分，但是對于涉及多個領域并由多個構件組成的復雜產(chǎn)品，通常需要將多個通用模塊、可選模塊和個性化模塊進一步組合裝配，仍需要智能制造技術進行大規(guī)模的通用模塊和定制化的可選模塊的生產(chǎn)[34]。

由此可見，從經(jīng)濟學角度來看，長尾生產(chǎn)方式兼顧現(xiàn)有3種主要生產(chǎn)方式的優(yōu)點，彌補各自的不足，形成一種理想的生產(chǎn)方式[1]。通過長尾生產(chǎn)，企業(yè)不僅能在激烈的全球化市場下滿足用戶個性化產(chǎn)品需求，還能為自身帶來巨大的利益，具體包括如下幾個方面：首先，個性化生產(chǎn)可以減少庫存量，提高企業(yè)資金流動；其次，多樣化的產(chǎn)品可提高企業(yè)的抗風險能力；再者，個性化的生產(chǎn)使企業(yè)積累的經(jīng)驗和人才得到充分的發(fā)揮，提高企業(yè)的創(chuàng)新能力和研發(fā)能力；此外，用戶的廣泛參與為企業(yè)提供多樣化的群體智慧，擴寬企業(yè)的創(chuàng)新來源；同時，多樣化的生產(chǎn)有利于推動不同企業(yè)之間的交流協(xié)作，進而促進產(chǎn)業(yè)集群的形成，提高行業(yè)的整體生產(chǎn)水平[35]。

4 基于長尾生產(chǎn)方式的我國制造業(yè)轉型升級分析

我國制造業(yè)產(chǎn)值已占世界第一，是名符其實的制造業(yè)大國，但自主創(chuàng)新能力不足、生產(chǎn)模式落后，主要體現(xiàn)在如下的結構性問題[36-38]:①中低端產(chǎn)品(低附加值產(chǎn)業(yè)、高消耗、高污染、高排放產(chǎn)業(yè))過剩，高端產(chǎn)品(高附加值產(chǎn)業(yè)、綠色低碳產(chǎn)業(yè)、具有國際競爭力產(chǎn)業(yè))供給不足，關鍵零部件和核心技術受限于人;②生產(chǎn)要素投入不合理與環(huán)境污染，需要進一步提高人才、技術、知識、信息等高級要素所占比重;③生產(chǎn)要素(如勞動力、土地、能源等)成本攀升，人口老齡化和人口紅利衰減使制造成本上升，依靠要素規(guī)模推動的經(jīng)濟增長難以為繼。

為適應這種變化，我國制造業(yè)迫切需要依托先制造技術，先進制造裝備，并結合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術，進行智能化、個性化的轉型升級，進而改革供給側，提高資源利用率，增加產(chǎn)品附加值，降低能源消耗和環(huán)境污染，以實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低耗的綠色制造和智能制造，從制造業(yè)大國走向制造業(yè)強國。

長尾生產(chǎn)對制造業(yè)轉型升級的可行性可從供給和需求兩個方面進行分析。從供給側而言，當前我國的低端產(chǎn)能過剩，大規(guī)模生產(chǎn)方式已能滿足大眾的基本需求，擺脫了產(chǎn)品短缺而處于供大于求的狀態(tài)，但中高端產(chǎn)品缺乏說明現(xiàn)在還不能滿足人們消費水平提高而呈現(xiàn)出的多樣化與個性化的需求。因此需要對供給側進行改革，即通過去產(chǎn)能減少已能滿足大眾基本需求的大規(guī)模生產(chǎn)的低端產(chǎn)品，通過增產(chǎn)能增加滿足多樣化與個性化需求的長尾產(chǎn)品(高端產(chǎn)品)。長尾生產(chǎn)要求廠家以短的產(chǎn)品研發(fā)周期和多品種變批量的生產(chǎn)規(guī)模進行生產(chǎn)，提高了廠家對市場需求的反應速度，即供給的彈性，有利于市場的穩(wěn)定發(fā)展;同時以滿足客戶需求為出發(fā)點，避免盲目生產(chǎn)，減少大規(guī)模生產(chǎn)帶來的庫存壓力，去除過剩產(chǎn)能，彌補中高端制造短板。

從需求方面而言，人類的需求是一個從低端走向高端的過程。對于需求的分類和分析，人們提出不同理論和模型，如Kano模型[39]、馬斯洛(Maslow)需求層次理論[40]。不論分類如何，從低級需求走向高級的過程都體現(xiàn)了從單一走向多樣化的要求，因為高級需求取決于人的經(jīng)歷、文化背景、心理因素等，需要滿足人們差異化的精神需求。我國改革開放30多年來，解決了人們的基本需求——溫飽問題，步入了中等收入國家行列，已成為名副其實的經(jīng)濟大國，人們對產(chǎn)品提出了更高的期望需求。

按照經(jīng)濟均衡(尤其是競爭性均衡)理論[41]，當價格為如圖8a所示的P1時，需求大于供給，即消費者購買商品大于生產(chǎn)者所能供給的商品，必然導致價格上升，生產(chǎn)者愿意擴大產(chǎn)能；當價格為P2時，供給大于需求，即消費者愿意購買的商品小于生產(chǎn)者供給的商品，必然導致價格下降，生產(chǎn)者不得不縮減產(chǎn)能；當價格為P時，供給和需求相等，生產(chǎn)者和消費者都能接受并愿保持該均衡點(E)上的價格(P)與數(shù)量(Q)。當前我國絕大部分商品的生產(chǎn)以大規(guī)模制造為主導，雖然能提供數(shù)量充足的基本產(chǎn)品，但不能分層次、分程度地滿足客戶的多樣化需求；雖然高端產(chǎn)品存在需求，卻沒有形成有效的供給，造成高端產(chǎn)品依賴進口，國內價格過高的現(xiàn)象。因而，需要發(fā)展以用戶為中心、直接面向客戶多樣化需求的長尾生產(chǎn)。長尾生產(chǎn)能夠更好地滿足不同群體和個人多層次、多樣化產(chǎn)品和服務需求，最終達到如圖8b所示的供求基本均衡狀態(tài)。

我國資源、土地和勞動力的低成本比較優(yōu)勢已大大減弱，環(huán)境壓力卻逐漸增大，因此經(jīng)濟的增長將全面轉向依靠技術、知識、信息等高級要素的創(chuàng)新驅動。隨著互聯(lián)網(wǎng)，特別是社會化媒體、人際網(wǎng)和移動

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，越來越多的社會因素被引入到現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，出現(xiàn)了社會制造和智慧制造(Wisdom Manufacturing, WM)等概念[42-44]。社會(化)制造可看作為3D打印等制造技術與社會系統(tǒng)的有機融合[22]，智慧制造可作看為基于CPS的智能制造與社會系統(tǒng)的結合[42]，進而形成一種基于社會信息物理系統(tǒng)(Social CPS, SCPS)的制造模式，如圖4所示。因此，引入社會維度后，將如圖5所示的以大規(guī)模定制和個性化生產(chǎn)為主的“長尾”變?yōu)槿鐖D9所示的以智慧制造和社會制造為主的“長尾”[1]，未來大批量生產(chǎn)所占市場份額越來越少，并逐漸被智慧制造替代，而尾巴卻變得更長和更粗。實質上，3D打印等先進制造技術是工業(yè)4.0下智能制造的重要組成部分[23]，因此智慧制造也包括社會制造，使整個長尾生產(chǎn)“智慧化”。

制造系統(tǒng)本質上是社會技術系統(tǒng)[45]，需要從組織、人和技術角度思考制造業(yè)如何轉型升級。對于走向長尾制造的轉型升級，企業(yè)需要發(fā)展先進生產(chǎn)技術和新的科學管理方法，集大眾智慧來實現(xiàn)個性化設計與產(chǎn)品生產(chǎn)，充分發(fā)揮人力資本的創(chuàng)新能力，將“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的理念落實到生產(chǎn)制造中[42]。歷史上，專用設備和流水線生產(chǎn)的發(fā)展促進了大規(guī)模制造的實現(xiàn)，當前信息化自動化技術的引入，使多樣化的大規(guī)模定制成為現(xiàn)實，特別是新興的3D打印、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等為大規(guī)模定制和個性化制造提供了使能技術。

需要指出的是，我國實施的“科學發(fā)展觀”、“一帶一路”政策等為制造的轉型升級提供了新的機遇。在新一代信息通訊技術支撐下的智能(智慧)制造系統(tǒng)中，定制并不總是意味著高的生產(chǎn)成本，當系統(tǒng)有足夠的能力調整生產(chǎn)，滿足多樣化定單時，定制意味著精準、節(jié)約、節(jié)能，例如鋼材的定制可以直接面向需求，避免不必要的冶煉過程，反而節(jié)約能耗和成本。

“一帶一路”政策的提出對解決我國產(chǎn)能過剩、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉型升級有著重要的意義[46]?！耙粠б宦贰钡膰覒?zhàn)略是各國合作共贏、實現(xiàn)共同發(fā)展的道路，一方面利用外部環(huán)境為國內市場引進新的產(chǎn)業(yè)，將自身過剩的產(chǎn)能轉移到沿線有需求的國家;另一方面產(chǎn)業(yè)的轉型升級、生產(chǎn)力的提高也是一帶一路的落腳點?！耙粠б宦贰毖鼐€多個國家基礎設施和產(chǎn)業(yè)結構相對落后[47]，但其廉價的勞動力和巨大的市場有利于我國將過剩的產(chǎn)能轉移到沿線國家，在實現(xiàn)優(yōu)勢互補的同時，有利于我國騰出精力來發(fā)展智能制造，實現(xiàn)制造業(yè)轉型升級。

綜上所述，長尾生產(chǎn)方式符合我國政府當前倡導的創(chuàng)新驅動發(fā)展，有助于實施“供給側改革”、“一帶一路”和“雙創(chuàng)”的戰(zhàn)略，是實現(xiàn)我國制造業(yè)轉型升級的重要途徑。

5 結束語

本文在對大規(guī)模生產(chǎn)、大規(guī)模定制和個性化生產(chǎn)對比分析的基礎上，總結出兼顧精益生產(chǎn)和敏捷制造優(yōu)點的推拉式大規(guī)模定制生產(chǎn)方式，并以汽車生產(chǎn)為例加以印證，然后將精敏大規(guī)模定制生產(chǎn)理念延伸到工業(yè)4.0下的長尾生產(chǎn)，并借助經(jīng)濟學中的學習曲線對長尾生產(chǎn)進行成本分析，最后分析了長尾生產(chǎn)方式對我國制造業(yè)智能化轉型升級的問題。

本研究最鮮明的特點在于從“承前啟后、繼往開來”的角度論述制造業(yè)轉型升級問題。長尾生產(chǎn)不但承傳和拓展了工業(yè)3.0下的精敏大規(guī)模定制理念，而且為工業(yè)4.0的未來制造業(yè)轉型升級指明了方向，同時也為我國實施“供給側改革”、“一帶一路”和“雙創(chuàng)”等戰(zhàn)略提供了有益啟示。

在當前和今后很長的一段時間里,大規(guī)模定制、大規(guī)模生產(chǎn)和個性化生產(chǎn)3種模式長期并存并緊密聯(lián)系在一起，本文正是探討如何融合新一代信息通訊技術和制造技術，形成兼顧大規(guī)模定制、大規(guī)模生產(chǎn)和個性化生產(chǎn)于一體的長尾生產(chǎn)方式來滿足人們對多層次的產(chǎn)品需求，這也是推動我國制造業(yè)邁向中高端轉型升級切實可行的途徑。后續(xù)研究將進一步探討智慧化長尾制造具體實現(xiàn)技術線路圖。