當(dāng)前我國(guó)制造業(yè)正處由“大”變“強(qiáng)”、緩慢爬坡的關(guān)鍵階段,發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的核心舉措。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)因其高附加值、高創(chuàng)新性和高成長(zhǎng)潛力,能為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新動(dòng)力,增強(qiáng)國(guó)家綜合實(shí)力,提高國(guó)家的戰(zhàn)略地位和影響力。我國(guó)“十二五”規(guī)劃提出重點(diǎn)發(fā)展包括新能源和新材料在內(nèi)的七大領(lǐng)域,“十三五”規(guī)劃明確提升戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增加值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比重,“十四五”規(guī)劃進(jìn)一步將戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)擴(kuò)充到九大領(lǐng)域,提出戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的核心。
航空航天、船舶制造、高端裝備制造等是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。這些行業(yè)的產(chǎn)品工藝復(fù)雜、產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、生產(chǎn)周期久、生產(chǎn)過(guò)程需要多次迭代。以大型客機(jī)為例,設(shè)計(jì)階段需要長(zhǎng)時(shí)間的市場(chǎng)調(diào)研、技術(shù)研發(fā)和工程設(shè)計(jì);每架飛機(jī)涉及上萬(wàn)零部件的全球化采購(gòu)和生產(chǎn),需要數(shù)年時(shí)間協(xié)調(diào)和安排生產(chǎn)進(jìn)度;飛機(jī)總裝涉及機(jī)型配置、座位布局、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)以及內(nèi)部裝飾等個(gè)性化需求。制造這些產(chǎn)品需要用戶高度介入,采取定制化的方式,傳統(tǒng)的規(guī)?;a(chǎn)方式難以符合生產(chǎn)要求。大規(guī)模定制在高效率、低成本、規(guī)?;a(chǎn)的同時(shí)還能夠滿足個(gè)性化需求,成為這些行業(yè)的主流生產(chǎn)方式。
大規(guī)模定制利用先進(jìn)的信息技術(shù)和制造技術(shù),以接近大規(guī)模生產(chǎn)的成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的定制化生產(chǎn)。在大規(guī)模定制中,企業(yè)先確定產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)和通用部件,然后根據(jù)客戶的個(gè)性需求,對(duì)產(chǎn)品的部分特征進(jìn)行定制。例如,在電腦制造商提供的大規(guī)模定制服務(wù)中,消費(fèi)者可以根據(jù)配件清單選擇基本配置,也可以選擇偏好的外殼顏色、鍵盤(pán)類(lèi)型等個(gè)性化配置,電腦制造商可以根據(jù)這些信息進(jìn)行生產(chǎn)和裝配。這既能滿足消費(fèi)者的個(gè)性化需求,又能通過(guò)通用部件的規(guī)模生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)成本控制。
大規(guī)模定制實(shí)現(xiàn)的前提是確定“客戶訂單分離點(diǎn)”(Customer Order DecouplingPoint,以下簡(jiǎn)稱(chēng)CODP),并以此為基礎(chǔ)利用核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化部分的大規(guī)模制造和個(gè)性化部分的定制生產(chǎn)或者組裝。CODP是大規(guī)模定制的核心概念,是生產(chǎn)流程中標(biāo)準(zhǔn)化和定制化的分界點(diǎn)。在CODP之前,企業(yè)批量化地生產(chǎn)通用部件,利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低成本,提高效率;CODP之后,企業(yè)根據(jù)訂單進(jìn)行個(gè)性化生產(chǎn),滿足客戶的特定需求。通過(guò)合理設(shè)置CODP,企業(yè)能夠在大規(guī)模生產(chǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制,保持高效的生產(chǎn)和供應(yīng)鏈管理的同時(shí)滿足客戶的個(gè)性化需求。
根據(jù)CODP在產(chǎn)品生產(chǎn)全生命周期中的位置,可以將生產(chǎn)分為四類(lèi)(見(jiàn)表1)。第一類(lèi)是按庫(kù)存生產(chǎn)。該模式不存在CODP,企業(yè)按照預(yù)測(cè)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。第二類(lèi)是按訂單裝配。該模式中CODP位于制造與裝配之間,產(chǎn)品由標(biāo)準(zhǔn)化的零部件組成,客戶對(duì)產(chǎn)品配置有較強(qiáng)的個(gè)性化需求。第三類(lèi)是按訂單制造。該模式中CODP位于設(shè)計(jì)與制造之間,企業(yè)在收到客戶訂單后進(jìn)行詳細(xì)的需求分析,確認(rèn)產(chǎn)品規(guī)格、數(shù)量、交貨時(shí)間及特殊要求后進(jìn)行生產(chǎn)。第四類(lèi)是按訂單設(shè)計(jì)。該模式是定制化程度最高的大規(guī)模定制,CODP位于設(shè)計(jì)之前,企業(yè)根據(jù)客戶訂單中的特定需求,從零開(kāi)始進(jìn)行產(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造
為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制,企業(yè)需要應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)、柔性生產(chǎn)和客戶參與平臺(tái)等核心技術(shù)改造規(guī)?;纳a(chǎn)模式。模塊化設(shè)計(jì)即企業(yè)將產(chǎn)品拆分為多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化模塊,客戶可根據(jù)需求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化模塊進(jìn)行組裝。例如,宜家家居通過(guò)模塊化設(shè)計(jì),讓用戶自行搭配柜體、門(mén)板、把手。柔性生產(chǎn)指企業(yè)采用自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、3D打印等技術(shù)改造原有生產(chǎn)線,構(gòu)建柔性生產(chǎn)能力,確保能快速切換生產(chǎn)不同規(guī)格的產(chǎn)品。客戶參與平臺(tái)即企業(yè)打造的線下或網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),為客戶表達(dá)需求,參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造提供途徑。例如,服裝品牌商紅領(lǐng)服飾實(shí)施“由需求驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模個(gè)性化定制”的經(jīng)營(yíng)模式,打造服裝行業(yè)定制化平臺(tái)SUITID,顧客可以在平臺(tái)上根據(jù)自己的體型和喜好定制服裝。
與傳統(tǒng)的定制產(chǎn)品相比,戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品規(guī)模較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度高,總的來(lái)說(shuō),以航空航天、船舶制造和高端裝備制造為代表的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)有如下特征。
第一,產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)難度高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,導(dǎo)致研發(fā)、制造和組裝等環(huán)節(jié)需要大量時(shí)間。例如,高端裝備(盾構(gòu)機(jī)、大型數(shù)控機(jī)床等)包含大量非標(biāo)零件,每個(gè)非標(biāo)零件都要單獨(dú)設(shè)計(jì),這延長(zhǎng)了產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間;產(chǎn)品組裝過(guò)程中,還需要同步開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng),這導(dǎo)致產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到交付需要幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。
第二,產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)且復(fù)雜。航空航天、船舶制造和高端裝備制造等行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條涉及多個(gè)環(huán)節(jié),為了確保生產(chǎn)穩(wěn)定,每個(gè)環(huán)節(jié)又由眾多供應(yīng)商參與,因此這些產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)且復(fù)雜。例如,上海外高橋造船有限公司制造的“愛(ài)達(dá)·魔都號(hào)”號(hào)游輪長(zhǎng)323.6米,寬37.2米,總噸位為13.55萬(wàn)噸。完成這艘“巨無(wú)霸”需要分布在全世界的100多家核心供應(yīng)商與8000多家專(zhuān)業(yè)供應(yīng)商協(xié)同合作,這些供應(yīng)商不僅供應(yīng)傳統(tǒng)船舶制造所需的鋼材、線材等,還有裝飾用品、酒店用品、娛樂(lè)設(shè)施等,突破了傳統(tǒng)造船業(yè)供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)鏈的范圍。
第三,生產(chǎn)過(guò)程中伴隨需求變化。大飛機(jī)、大型游輪和高端裝備的長(zhǎng)生產(chǎn)周期伴隨著高度不確定的需求。在更長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi),技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等外部環(huán)境發(fā)生變化的可能性變大,客戶對(duì)產(chǎn)品的需求也會(huì)發(fā)生變化,這可能會(huì)要求生產(chǎn)企業(yè)重新設(shè)計(jì)和組織生產(chǎn),使得原本的生產(chǎn)過(guò)程被打斷。例如,大量C919的訂單已經(jīng)排到很多年以后,在這段時(shí)間內(nèi),如果C919取得更多國(guó)家和地區(qū)的適航資質(zhì),航空公司為了適應(yīng)新市場(chǎng)需求,會(huì)對(duì)飛機(jī)內(nèi)部的布局、裝飾等提出新要求,這就需要調(diào)整研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié),對(duì)飛機(jī)布局和娛樂(lè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)與改進(jìn)。
第四,產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商多且需要協(xié)同。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)需要產(chǎn)業(yè)鏈成員密切協(xié)同,特別是研發(fā)和生產(chǎn)根據(jù)需求發(fā)生調(diào)整,供應(yīng)鏈成員要快速配合新的研發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃,以確保產(chǎn)品的生產(chǎn)。例如,“愛(ài)達(dá)·魔都號(hào)” 號(hào)游輪的零部件數(shù)量達(dá)到2500萬(wàn)個(gè),相當(dāng)于C919大飛機(jī)的5倍、“復(fù)興號(hào)”高鐵列車(chē)的13倍。龐大的數(shù)量且無(wú)法長(zhǎng)期保持高庫(kù)存的零部件,對(duì)供應(yīng)鏈管理提出了嚴(yán)格的管理和協(xié)調(diào)要求,當(dāng)出現(xiàn)新的需求時(shí),供應(yīng)鏈成員要確保每個(gè)零部件能夠按時(shí)、準(zhǔn)確地安裝到位。
傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需求變化少,產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)計(jì)劃固定,產(chǎn)業(yè)鏈條相對(duì)較短,供應(yīng)商數(shù)量較少,協(xié)同難度相對(duì)較低。生產(chǎn)模式遵循“設(shè)計(jì)—采購(gòu)—生產(chǎn)”的線性時(shí)間邏輯,即設(shè)計(jì)、采購(gòu)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立且順序進(jìn)行,CODP可以固定在特定的環(huán)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中CODP難以固定在特定的環(huán)節(jié),而是要根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要來(lái)確定其在制造鏈條中的環(huán)節(jié)。因此,要重構(gòu)生產(chǎn)方式,建立基于非線性、多線程、動(dòng)態(tài)交互的時(shí)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型大規(guī)模定制,以實(shí)現(xiàn)CODP出現(xiàn)在需要的環(huán)節(jié)和在不同環(huán)節(jié)變換的生產(chǎn)方式。
具體來(lái)說(shuō),時(shí)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有三個(gè)特點(diǎn)。第一個(gè)是非線性。非線性是指在基于新型時(shí)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模定制中,各環(huán)節(jié)間不再按照“設(shè)計(jì)—采購(gòu)—生產(chǎn)”的線性時(shí)間順序進(jìn)行,而是可以同步進(jìn)行,且不同的環(huán)節(jié)之間存在相互作用和依賴(lài)。船舶制造中常用的“三邊生產(chǎn)”(邊研發(fā)、邊采購(gòu)、邊生產(chǎn))、航天領(lǐng)域的科研生產(chǎn)都是非線性的典型例子。例如,船舶制造會(huì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),單個(gè)模塊在三維MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))系統(tǒng)驗(yàn)證,驗(yàn)證成功即可進(jìn)行采購(gòu)和生產(chǎn),而不是在整條輪船全部設(shè)計(jì)完成后再采購(gòu)和生產(chǎn)。
第二個(gè)是多線程。多線程是指在基于新型時(shí)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模定制中,多個(gè)環(huán)節(jié)可以并行,多個(gè)團(tuán)隊(duì)或部門(mén)同時(shí)設(shè)計(jì)、采購(gòu)和生產(chǎn)。例如,在大飛機(jī)的“脈動(dòng)式制造”中,飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼、尾翼等部件可以在不同的工位上同時(shí)裝配,然后再整合。結(jié)合數(shù)字化的工藝規(guī)劃和調(diào)度系統(tǒng),根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)流程,能夠大幅縮短生產(chǎn)過(guò)程。
第三個(gè)是動(dòng)態(tài)交互。動(dòng)態(tài)交互是指在基于新型時(shí)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模定制中,并行環(huán)節(jié)能實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溝通和協(xié)作,以應(yīng)對(duì)變化的生產(chǎn)環(huán)境和客戶需求。這種動(dòng)態(tài)交互提升了生產(chǎn)過(guò)程的靈活性,能快速調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃和資源配置。例如,“愛(ài)達(dá)·魔都號(hào)”游輪的制造商上海外高橋造船廠建立采購(gòu)平臺(tái),通過(guò)平臺(tái),企業(yè)能實(shí)時(shí)發(fā)布采購(gòu)需求和訂單信息,供應(yīng)商也能及時(shí)反饋供應(yīng)能力和交貨期。
戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)要求在產(chǎn)品全生命周期中的任一環(huán)節(jié)和節(jié)點(diǎn)都能快速分離規(guī)?;圃旌蛡€(gè)性化需求,以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)的個(gè)性化需求的低成本應(yīng)對(duì)。新興技術(shù)為實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模定制、推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展提供了基礎(chǔ)。
在新興技術(shù)之中,有三種技術(shù)尤其重要。第一種是數(shù)字技術(shù)。以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能為代表的數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了海量信息的實(shí)時(shí)收集、快速處理和及時(shí)反饋。數(shù)字技術(shù)收集市場(chǎng)環(huán)境信息等預(yù)測(cè)客戶需求并獲取精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)結(jié)果,從而將CODP移至距離客戶需求更近的環(huán)節(jié),并根據(jù)結(jié)果提前開(kāi)展后續(xù)制造環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)流程的非線性改造。例如,中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院通過(guò)三維建模能夠更加清晰地預(yù)測(cè)衛(wèi)星的零部件需求和生產(chǎn)計(jì)劃的安排?;陬A(yù)測(cè),研究院的下游合作伙伴可將生產(chǎn)設(shè)備前置到衛(wèi)星廠房,實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)同步進(jìn)行。
數(shù)字技術(shù)可以解耦生產(chǎn)過(guò)程與附著在生產(chǎn)上的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品全生產(chǎn)周期的仿真模擬,數(shù)字化復(fù)原制造過(guò)程,構(gòu)建數(shù)字孿生。通過(guò)數(shù)字孿生,設(shè)計(jì)階段即可高精度模擬生產(chǎn),發(fā)現(xiàn)并解決潛在問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)非線性的高效生產(chǎn)。例如,在“愛(ài)達(dá)·魔都號(hào)”號(hào)游輪的制造中,通過(guò)三維建模軟件,設(shè)計(jì)師可以將設(shè)計(jì)圖紙和模型實(shí)時(shí)共享給供應(yīng)商和制造商,制造商可根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)度提前準(zhǔn)備生產(chǎn)工藝和設(shè)備,供應(yīng)商可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行原材料備貨。
平臺(tái)是數(shù)字技術(shù)中發(fā)展最為迅猛的領(lǐng)域之一,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、“控制塔”、“產(chǎn)業(yè)大腦”等都是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中常見(jiàn)平臺(tái)。平臺(tái)能鏈接更多的利益相關(guān)者,保證產(chǎn)業(yè)鏈的實(shí)時(shí)協(xié)同與互動(dòng),改變CODP在生產(chǎn)過(guò)程中的位置,甚至將其后移至產(chǎn)品交付后。例如,“愛(ài)達(dá)·魔都號(hào)”號(hào)游輪在交付后,可以依托數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)與客戶實(shí)時(shí)溝通和互動(dòng)。乘客可以通過(guò)游輪上的5G網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi等設(shè)備,實(shí)時(shí)反饋對(duì)游輪服務(wù)的意見(jiàn)和建議,運(yùn)營(yíng)管理人員可以根據(jù)這些反饋及時(shí)調(diào)整服務(wù)內(nèi)容和方式,提高客戶滿意度。
第二種是智能制造。智能制造是數(shù)字技術(shù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)的深度融合,包括智能車(chē)間、智能工廠等,其本質(zhì)是利用數(shù)字技術(shù)改造傳統(tǒng)生產(chǎn)流程、業(yè)務(wù)流程和決策模式,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策、智能自動(dòng)化、實(shí)時(shí)監(jiān)控與優(yōu)化、靈活生產(chǎn)等。智能制造可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造的協(xié)同、多基地生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)交互、自動(dòng)化裝配與實(shí)時(shí)監(jiān)控、供應(yīng)商協(xié)同與動(dòng)態(tài)調(diào)整以及生產(chǎn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。智能制造是CODP能夠在生產(chǎn)任何環(huán)節(jié)與節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)并根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)調(diào)整的重要基礎(chǔ)。例如,C919的制造平臺(tái)統(tǒng)一管理設(shè)計(jì)BOM(物料清單)和制造BOM,協(xié)同設(shè)計(jì)與制造,為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和制造團(tuán)隊(duì)提供實(shí)時(shí)溝通工具以及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)工藝,構(gòu)建靈活的生產(chǎn)計(jì)劃。
第三種是增材制造。增材制造是一種采用材料逐漸累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)。相比于傳統(tǒng)制造技術(shù),增材制造不需要提前設(shè)計(jì)模具,也不像切削等工藝存在原材料的浪費(fèi),因此能實(shí)現(xiàn)低成本的定制化生產(chǎn)。增材制造無(wú)需重新設(shè)計(jì)復(fù)雜模具,可以在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)需求快速調(diào)整設(shè)計(jì)。因此,在基于新型時(shí)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模定制中,增材制造是CODP能夠在任何環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的重要工具。例如,在航空航天領(lǐng)域,大量的零部件都是非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,如航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴、不同模塊間的傳動(dòng)齒輪等,這些非標(biāo)品需求量小,無(wú)需大規(guī)模制造,可以利用增材制造根據(jù)需求靈活制造,加速生產(chǎn)流程,縮短生產(chǎn)周期。
基于非線性、多線程、動(dòng)態(tài)交互的時(shí)間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模定制中,CODP可以出現(xiàn)在生產(chǎn)全周期中的任何環(huán)節(jié),也可以根據(jù)實(shí)際需求在不同環(huán)節(jié)間轉(zhuǎn)移,確保企業(yè)能根據(jù)客戶需求實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn),甚至重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品。這種模式適配航空航天、船舶制造以及高端裝備等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn),成為推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手。