“人們可以訂購(gòu)任何顏色的汽車，只要它是黑色的?！逼嚧笸鹾嗬?福特一百多年前說(shuō)出這句自相矛盾的話時(shí)底氣十足——想要擁有一輛汽車，你別無(wú)選擇，而這就是大批量生產(chǎn)時(shí)代的現(xiàn)實(shí)。

大批量生產(chǎn)的貢獻(xiàn)

1913年春，世界上第一條汽車流水裝配線在福特的工廠里出現(xiàn)了，大規(guī)模流水線帶來(lái)了生產(chǎn)方式的一次偉大革命。由于高效的批量流水生產(chǎn)作業(yè)，汽車生產(chǎn)所需的時(shí)間、成本和資源大幅下降，汽車也從剛發(fā)明時(shí)極為昂貴的奢侈品變成了消費(fèi)者能負(fù)擔(dān)得起的交通工具。

圖1-風(fēng)靡一時(shí)的福特T型車

大批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，也就是經(jīng)常說(shuō)的“規(guī)模效應(yīng)”。大批量生產(chǎn)會(huì)顯著降低采購(gòu)成本，通過(guò)簡(jiǎn)單的削減供應(yīng)商數(shù)量，贏得更大的采購(gòu)量，就可以讓一個(gè)企業(yè)降低成本。同時(shí)，質(zhì)量迭代也是需要過(guò)程的，大批量生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)的問(wèn)題被統(tǒng)計(jì)出來(lái)，明確改善的方向，材料、加工工藝、流程都可以被優(yōu)化。

一百多年過(guò)去，大批量生產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到爐火純青的地步，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的潛力不斷被挖掘。一代代工業(yè)人在機(jī)器、人工訓(xùn)練、流程優(yōu)化等領(lǐng)域的努力，使得大批量生產(chǎn)為我們創(chuàng)造了“廉價(jià)的”物資，人們才得以擁有了如今豐富的物質(zhì)生活。

以批量產(chǎn)品的價(jià)格

擁有個(gè)性化的產(chǎn)品

在物資匱乏的時(shí)代，只要生產(chǎn)出產(chǎn)品就可以賣出去。因此，在20世紀(jì)初是沒(méi)有柔性制造這一概念的。二戰(zhàn)后，市場(chǎng)快速蓬勃發(fā)展，同時(shí)全球化競(jìng)爭(zhēng)使市場(chǎng)逐漸由生產(chǎn)者轉(zhuǎn)變到消費(fèi)市場(chǎng)，消費(fèi)者擁有了話語(yǔ)權(quán)。

人們不再滿足于自己穿著與別人同樣的衣服——今天，對(duì)于一個(gè)女性消費(fèi)者而言，“撞衫”是不可接受的。對(duì)于那些追求品質(zhì)的人們而言，定制服裝意味著與眾不同，然而高企的價(jià)格以及漫長(zhǎng)的交貨周期使個(gè)性化只能服務(wù)于富裕階層，無(wú)法普及。

就像100多年亨利福特的批量生產(chǎn)讓普通家庭消費(fèi)得起汽車一樣，今天，是否有一種生產(chǎn)方式的變革能讓人們消費(fèi)得起個(gè)性化的產(chǎn)品，并且可以快速交付？

大規(guī)模定制（MassCustomization）應(yīng)運(yùn)而生，這一思想最早由Akin Tomer在其著作Future Shock中提出是：以大規(guī)模生產(chǎn)的成本和時(shí)間提供滿足顧客特定需求的產(chǎn)品和服務(wù)的運(yùn)營(yíng)模式，即從大規(guī)模生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У靥峁M足單個(gè)客戶需求的產(chǎn)品或者服務(wù)。大規(guī)模定制采用柔性過(guò)程和柔性組織結(jié)構(gòu)，以提供個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)，從而使整個(gè)制造過(guò)程敏捷化，而這種產(chǎn)品和服務(wù)價(jià)格又必須與標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模生產(chǎn)相競(jìng)爭(zhēng)。

基于柔性制造的大規(guī)模定制在全面綜合成本、質(zhì)量、柔性和時(shí)間等競(jìng)爭(zhēng)因素的前提下有效地解決了需求多樣化與大規(guī)模生產(chǎn)之間的沖突，從而為現(xiàn)代制造企業(yè)提供了一種全新的競(jìng)爭(zhēng)模式。

個(gè)性化挑戰(zhàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)

由于汽車工業(yè)具有非常大的產(chǎn)能和激烈的市場(chǎng)變化，因此汽車工業(yè)一直走在大規(guī)模定制的前列。今天管理學(xué)界的運(yùn)營(yíng)管理、敏捷制造、5S、6 Sigma等管理方法與工具均源自于汽車行業(yè)大量的實(shí)踐。盡管在汽車以外的大量產(chǎn)業(yè)，大規(guī)模定制、柔性制造尚未能夠達(dá)到較高水平，但個(gè)性化的挑戰(zhàn)卻同樣變得迫切，越來(lái)越多的行業(yè)對(duì)于推進(jìn)柔性制造同樣有著巨大的需求。

個(gè)性化定制并非像我們想象那樣的美好——對(duì)于傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)型制造模式而言，定制化不啻為一個(gè)巨大的“災(zāi)難”。

讓我們來(lái)看一下定制化生產(chǎn)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，精益生產(chǎn)可以把生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程分為增值和不增值部分，增值即指穩(wěn)定的生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，而其它如上下料、等待、當(dāng)機(jī)都屬于“不增值”，而不增值就成為了浪費(fèi)。比如開(kāi)機(jī)浪費(fèi)，對(duì)于很多機(jī)器，如包裝、印刷、塑料等設(shè)備，開(kāi)機(jī)時(shí)的調(diào)校是必須的過(guò)程，這對(duì)于大批量生產(chǎn)而言占比較小，但對(duì)于小批量訂單來(lái)說(shuō)，就意味著不良品率的上升；此外，還有切換時(shí)間，機(jī)械調(diào)校的時(shí)間隨著訂單變化的頻率在整個(gè)生產(chǎn)中的比例也會(huì)提高，而這會(huì)降低設(shè)備的綜合效率。

開(kāi)機(jī)浪費(fèi)、停機(jī)等待、減速損失等都屬于“不增值”——變成了成本。因此，在傳統(tǒng)生產(chǎn)中，個(gè)性化將會(huì)導(dǎo)致成本的上升，進(jìn)而影響整體企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

柔性生產(chǎn)

通往大規(guī)模定制之路

什么是柔性制造？維基百科對(duì)柔性制造系統(tǒng)的定義是由具有柔性能力的制造系統(tǒng)，系統(tǒng)可以響應(yīng)無(wú)論預(yù)知或非預(yù)知的變化。這里的柔性生產(chǎn)通常包含兩種類別：第一類是機(jī)器柔性，包含系統(tǒng)生產(chǎn)新的產(chǎn)品類型的切換能力，并能改變部件作業(yè)執(zhí)行次序；第二類是工藝柔性，使用多臺(tái)機(jī)器對(duì)同一部件進(jìn)行作業(yè)的能力。柔性制造系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于對(duì)制造資源高度靈活的管理，尤其適用于大規(guī)模生產(chǎn)中的小批量產(chǎn)品制造。

在過(guò)去很多年中，柔性制造除了在汽車制造業(yè)中取得突破外，在其它領(lǐng)域受制于各種因素推進(jìn)緩慢。隨著大批量生產(chǎn)達(dá)到瓶頸，消費(fèi)者的個(gè)性化需求日益強(qiáng)烈，實(shí)現(xiàn)“差異化”是企業(yè)贏得競(jìng)爭(zhēng)的必由之路。

科技創(chuàng)新為柔性制造的發(fā)展帶來(lái)了曙光，并重新定義了柔性制造的疆界。

1更多的設(shè)備具有智能性，軟件定義成為趨勢(shì)：

設(shè)備能夠適應(yīng)更多產(chǎn)品的生產(chǎn)，單一設(shè)備面向更廣泛的產(chǎn)品生產(chǎn)而設(shè)計(jì)。隨著伺服系統(tǒng)的大量使用，諸如裁切這類動(dòng)作僅需設(shè)置尺寸規(guī)格、速度即可完成同一裁切刀輥應(yīng)對(duì)不同規(guī)格的生產(chǎn)，而灌裝系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)根據(jù)液體的密度、容器的規(guī)格進(jìn)行灌裝曲線的計(jì)算和執(zhí)行。

2通信互聯(lián)：

過(guò)去豐富的總線變?yōu)榱苏系K，實(shí)時(shí)性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等都對(duì)柔性制造系統(tǒng)的推進(jìn)造成了困難?，F(xiàn)在的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)、OPC UA技術(shù)以及未來(lái)的TSN技術(shù)都使得這些變得更為簡(jiǎn)單高效，為柔性制造提供了發(fā)展的基礎(chǔ)。

3邊緣計(jì)算：

集中式控制是過(guò)去單機(jī)與產(chǎn)線的顯著特點(diǎn)，邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人的協(xié)同需要集中的控制單元進(jìn)行協(xié)同。隨著邊緣計(jì)算應(yīng)用于對(duì)多個(gè)產(chǎn)線的全局優(yōu)化，基于信息的“策略與路徑”成為柔性制造更高層次的需求。同時(shí)，邊緣計(jì)算還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的透明化，如同精益的看板一樣，清晰地反應(yīng)設(shè)備與產(chǎn)線的性能、狀態(tài)，從而可以及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

圖2 邊緣計(jì)算為全局協(xié)同優(yōu)化帶來(lái)提升

4柔性輸送系統(tǒng)：

傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)有很多障礙，包括機(jī)械磨損、生產(chǎn)重組不靈活、不易變化以及需要緩沖等。而新一代的輸送系統(tǒng)則完全突破這些瓶頸，具有非常大的靈活性，并且易于重組、可復(fù)用、無(wú)磨損、低維護(hù)并且占地小。它徹底改變了生產(chǎn)的組織形式，使得同一產(chǎn)線可以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品；根據(jù)負(fù)載變化同步減速提速，實(shí)現(xiàn)與其它設(shè)備的協(xié)同；降低機(jī)械系統(tǒng)復(fù)雜性，并簡(jiǎn)化生產(chǎn)中繁冗的流程。

5工業(yè)機(jī)器人：

在柔性生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人扮演著極其重要的角色。讓我們先回到汽車行業(yè)，以為長(zhǎng)安福特提供的超柔性化白車身解決方案為例，該方案包含車身總拼定位系統(tǒng)、柔性車身定位系統(tǒng)、柔性車身輸送系統(tǒng)、激光焊接系統(tǒng)以及機(jī)器人滾邊系統(tǒng)。比如其中的Gate Framer車身總拼定位系統(tǒng)，多達(dá)6種車型的車身可以共用同一條生產(chǎn)線完成制造，多種車型生產(chǎn)的快速切換只需18秒，幫助客戶根據(jù)市場(chǎng)需求靈活調(diào)節(jié)生產(chǎn)，有效降低投資成本、提高生產(chǎn)效率和市場(chǎng)反應(yīng)速度。

市場(chǎng)需要高度柔性的解決方案，能靈活應(yīng)對(duì)快速多變、生命周期僅為數(shù)月的產(chǎn)品。真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作的雙臂機(jī)器人可以滿足電子消費(fèi)品等行業(yè)對(duì)柔性和靈活制造的需求。大型機(jī)器人也可以通過(guò)安全認(rèn)證監(jiān)控軟件和安全光柵達(dá)到人機(jī)協(xié)作。未來(lái)的協(xié)作型工廠還將有示教編程、傳感技術(shù)、VR/AR混合現(xiàn)實(shí)的技術(shù)支持，全面提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量。

要確保靈活調(diào)整，緊跟市場(chǎng)步伐，同時(shí)保持出色的生產(chǎn)率、質(zhì)量和安全性，工程設(shè)計(jì)的效率是關(guān)鍵。機(jī)器人編程和虛擬調(diào)試應(yīng)用可以在實(shí)際的機(jī)器人操作軟件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)逼真的模擬，將編程和配置結(jié)果可視化，而不會(huì)耗費(fèi)高昂成本，對(duì)生產(chǎn)造成干擾。開(kāi)啟了柔性的數(shù)字化機(jī)器人控制新紀(jì)元。這一兼具卓越柔性、互聯(lián)性和性能的控制器可為互聯(lián)的未來(lái)工廠提供廣泛的運(yùn)動(dòng)控制選項(xiàng)和更加定制化的解決方案，滿足更加多元化的制造需求。

作為智能工廠現(xiàn)場(chǎng)層的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)器人及其所具有的高精度和高柔性特點(diǎn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的各道工序都提出了更高的要求，甚至能夠重塑整個(gè)生產(chǎn)流程，促進(jìn)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)品質(zhì)的提高和效率的改善，推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)向著更為智能的方向發(fā)展。