从新一轮制造业革命看全球制造业趋势

发布时间：2018-01-22

关键字：制造业趋势

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在下一轮制造业革命中，3D打印、机器人等科技将改变工厂生产的方式，而企业也将重新考虑其产品以及生产基地。

■客户导向型软件

这一类先进软件应用技术的形式很简单，最佳代表是苹果公司iPhone的研发以及全球发售的模式。苹果公司只是将iPhone定位为一般硬件装置，可通过程序及应用程式实现个性化设置与持续升级，从而满足个人用户的喜好；苹果公司相信定制化软件将为其产品带来可持续性的价值。在实际中，每位iPhone用户通过苹果公司提供的平台，装载各自所需的第三方开发的针对各区域需求的应用程序，自行完成最终产品的配置，实现用户定制化。

苹果公司的这一模式，其他通讯与计算机公司也在采用。这样的模式是客户导向按需服务的相对基础应用，很少涉及软件更深层的技术领域。谈及和按需生产相比更超前却同样可能成真的概念，不得不提及区块链在制造业的影响。(区块链已成为金融服务领域常见的软件机制，用于保证安全的点对点交互，无需第三方中间人介入及验证交易。)在生产领域应用这一技术后，制造企业、供应商及客户可通过区块链网络迅速找到对方，不管是提交1件甚至10万件商品的即时需求，都可建立数字化交易关系。有能力在紧迫交付时间内完成任务的供应商与制造企业(在某些情况下将涉及多个生产者)将共同合作实现客户的需求。

■数字化工厂

配备先进生产硬件与软件的全数字化工厂可完成制造流程与足迹的本地化与自动化，从而简化与缩短供应链。这些高度自动化、重度依赖科技的工厂实质上是新型统包工厂范本，可在任何区域迅速投入使用。自动化可减少对于当地技术型劳动力与培训的需求，同时保证质量稳定性。制造企业在向当地工厂转移更多价值的同时，获得更多的灵活性、有能力提供产品定制化服务将成为可能。

为更好地满足中国、非洲以及中东地区客户对于短项目计划周期的要求，美国一家工业设备制造企业拟定并执行了一项生产计划，此计划勾勒了数字化工厂的蓝图。该公司作出这一决策是由于发现有些客户在启动新工厂项目之前只预留了有限的时间，因此通常会购买符合工厂需求的任何市面上销售的工业机器设备，完全不在意品牌。这意味着这些地区的工业设备制造企业只需要将其产品交付周期缩短两周，便可明显提升在当地的市场份额。基于这一发现，该公司执行了一项生产计划：仅在美国生产工业设备的精简框架，而后利用联网计算机辅助设计与数字工程工具，在毗邻其新兴市场客户的定制化中心完成产品的最终装配，如安装附加配件或根据当地客户需求作改动。

通过评估企业收集到的大量有关目前运营情况的数据：各区域市场对于自身产品的需求、客户对于产品的使用情况、库存水平、产品性能(通过B2B领域制造并镶嵌在产品中的传感器获取)，以及供应链活动，先进的分析技术可深度开发数字工厂及数字按需制造的潜在价值。这些分析成为反映企业生产与供应链近况及其应对客户需求能力的窗口。故此，这些宝贵的数字信息存储(有时也称为智能可视化为弹性灵活的制造足迹奠定了基础，企业可根据不同区域市场的多变需求作出动态应变的生产决策。

制药行业是积极探索如何利用数据分析与数字化工厂的领先行业之一。已有一家大型制药企业以及众多制药研究团队投身于研究如何运用智能可视化快速建立便捷式制造软件套件，从而提供满足特定区域市场需求的定制化产品。初始的这类制药工厂仍然处在试运行阶段或正在等待监管审批，但制药企业希望这一模式可帮助减少库存、更好地应对当地需求以及缩短工厂停工期。西门子也采纳类似的应用，将智能可视化与模拟软件结合，在为工业客户建立工厂前通过数字化精密调整工厂工程设计、质量控制、产能利用、设备运行、自动化与生产流程。在这一模拟蓝图的帮助下，西门子协助其客户快速建立高成本效益、高效率的按需生产的工厂，根据输出类型、产量及其他地区要求量身打造。

■制造创新

数十年来众多生产方式中最新颖的当属3D打印，它将小型或大型零部件及最终产品的生产直接交由工厂完成，不论工厂位于何处，也无需负责产品的运输；应用3D打印—通过建立三维元件层生产产品，因而也称作增材生产—可将制造过程中的附加价值引流至当地制造活动中。因此，实施增材制造计划的汽车制造企业可利用3D打印机在几分钟内根据客户的选择制造出特别设计的车前灯，不再需要耗费数周等待供应商的生产与交付。制造企业因此有能力采取更灵活的方式回应客户需求，也更愿意在产品设计与定制化中大胆尝试。

目前3D打印的工业应用处于相对基础的层面，在探索增材制造将如何影响(并从多方面引领)按需生产的革命方面也只是管中窥豹。在为国际生产工程学院2015年制造工程智能计算大会(IntelligentComputationinManufacturingEngineeringconference)准备的论文中，三位欧洲学者提出一个观点：3D打印将会使云端生产成为必然。在此场景下，供应商将不再生产实物产品，而是向制造企业出售定制化产品数据，随后制造企业利用3D打印在分散式、本地化的工厂中生产产品。

战略框架

制造业风云万变，因此企业需要保持自身的灵活性，迅速应对实时变化，寻找最佳途径建立更加客户导向型、更高效的生产模式。我们认为，所有形态的制造企业都必须重新审视自身的供应链，并决定应如何综合利用下文所述的三大生产战略，从而凭借优势抢占市场高地，从容应对按需生产模式的激烈竞争。

■产品定制化

随着批量制造逐渐被定制化生产所取代，众多企业对新型模式持试探性态度。标准产品根据客户实际订单在需求地进行配置，这是产品定制化目前最为保守的形式，产品定制化也因此被认为是开给顾客的空头支票。这一模式涉及的标准产品数量往往有限，且定制化程度较低，例如吉他或手机壳有六种颜色可选，这一现象在很多行业中比较普遍。由于在产品设计上畏手畏脚，企业即使采用这一模式，也不会在按需生产模式中作出更为大胆的创新，因此不可能收获大量的实际利益。

现今对生产者而言更可取的是至少成长为成熟的产品装配中心，提供相对多元化的按需制造，为客户提供广泛的选择，而不仅仅是屈指可数的产品种类。很多企业纷纷以不同有趣的形式将这一理念延伸并融入生产运营中。例如，运动鞋品牌商阿迪达斯近期在德国与美国建立Speedfactory，工厂内的工作完全由机器人执行，可迅速生产运动鞋，并在颜色、鞋带、材质、足托、图案刺绣以及品牌标志等方面提供多种定制化方案。

IOPscience在印度尼西亚发布了一项有关大规模定制化前景的研究，该研究发现在2014年，德国企业设立了470个基于Web的产品装配系统，美国有超过332个，其他国家的企业也设立了大约200个。

然而，这些都不是完全意义上的定制化制造；定制化制造是按需生产模式的终极目标，因为产品的设计不可能完全由个人单独完成。迄今为止，仅有少数类似LocalMotors这样进行小批量生产的企业在该意义深远的制造领域中积极探索。要实现这一目标，成为真正意义上的按需制造企业，企业必须全面改革并重新制定其产品生产与设计流程。随着生产日益趋向小批量产出、所需要的运营开支不断减少、效率不断提高，市场上极有可能出现大众市场价格的定制化汽车等产品。

■科技驱动型生产

推动按需制造的科技应用包括工厂模拟、传感器、云端程序、物联网以及3D打印。但真正促进这些应用的，是成熟完善且严谨设计的数据系统，这些系统可生成深度分析，从而支持高效的产品定制化、预测客户喜好。在按需生产环境中，企业网络必须具备迅速连接数以万计客户的能力，自动获取客户订单与需求(无论是生产单个产品，还是按时分批交付)。成功捕捉信息后，这些数据必须直接导入生产系统，系统中的自动生产流程便立刻开始生产。

西门子首席执行官JoeKaeser称，西门子的最终目标是利用客户数据分析—回应客户需求的预测程序、追踪以往订单及具体喜好、用于维护上市产品的传感器—优化价值链。Kaeser如此说道：“从数据中获得的信息可缩短价值链。生产会变得更快、耗费的成本会更低、灵活性也会更高。企业可大规模地生产某一产品，也可删减价值链中低价值的某些环节。”

■精益制造的升级

基本的精益原则在按需制造时代依然具有重要意义，但必须与新兴科技联手以增强精益方法与成效。在新环境下，制造与供应链的灵活性以及模块化产品设计尤为关键，但会对传统精益模式带来的规模经济效益造成一定的威胁。要克服一次性或小批量制造可能产生的低效，数据分析、传感器、机器人技术、联网技术、制造设备(包括但不限于3D打印)以及云端编程等领域应取得突破以加速定制化生产进程与系统发展，从而保障精益概念，即注重质量、效率、工厂绩效与生产力。

在精益领域中，人类在工厂中的地位将不可避免地面对按需制造的考验。传统上，企业采用精益方法来调整与优化流程、规范人员在工厂中的行为与日常活动，最终的目的是杜绝浪费与制程变异。但这一思维将被摒弃，原因在于机器人流程自动化—尤其设计、工程或信息处理等基于软件的活动—能够包容一定程度的低效，这是因为其强大的计算能力可以杜绝轻微浪费或能够更高效工作。换言之，在机器人工厂中，制程变异这个关键的精益指标，将因为流程自动化迎刃而解。

然而，即使在新的精益模式下，人类在价值链的上游依然发挥极其重要的作用。确切来说，既然按需制造依赖高效生产系统以完成定制化生产，那么设计全新的流程、管理流程的执行以及敦促流程的持续完善必然需要人类智慧，即使越来越多的重复性工作将由人交付给机器人与人工智能。要想在建立按需制造工厂后占据优势地位，制造企业必须能够创造性地运用精益原则，让效率更上一层楼：按需制造环境下的成功不仅包括重复性任务的生产力提高，还体现在产品的灵活性与定制化程度随着制造流程处理订单数量的增加而不断提高。在此模式中，人才资源将专攻如何持续改进、微调与创新定制化生产，以及对于简单或复杂客户需求的灵活快速反应。

结论

现代制造业必然会走向产品定制化，对此企业早已深谙于心。确实，为营造定制化程度更高的制造与服务环境、更好地回应客户需求，企业所倡导的大规模定制化可以说是早期甚至是原始的概念。例如，车主可从某种程度上定制自己的爱车：可自主选择颜色、引擎规格及传动方式等等。这一体系并不是十分完善，但由于科技的步伐赶不上定制化宏图的发展，在没有完全构建新生产模式的情况下，制造企业即可涉足大量定制化领域。

但现在情况已完全不同。科技进步与数字化发展正在兴起并迅速影响整个制造环境，令按需生产模式在几乎所有行业中成为必然趋势；而实际上，各行业已经在执行相关应用。最终，大胆创新的客户将可以自主设计LocalMotors甚至丰田、本田及通用这样的大企业生产的汽车，并通过3D打印机制造出来。客户在享受真正产品定制化的成果后将会提出更高的要求，为具备定制化能力的企业带来更多收益，也迫使所有想要继续生存的制造企业培养这方面的能力。对按需制造趋势有所准备的企业终将蓬勃发展。但企业必须现在就行动起来，重新审视自身的长期制造战略，采用优化流程、系统与先进科技，制定生产决策，全面变革与客户互动方式，直面行业中的竞争与挑战。

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