直男工廠的“柔性”改造
- 變革者
1967年，英國Molins公司工程師迪奧·威廉姆遜研制出一種名為Molins System-24的系統(tǒng)——用6臺(tái)模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)無人條件下晝夜24小時(shí)連續(xù)加工。
這個(gè)系統(tǒng)的推出，標(biāo)志著人類工業(yè)史上「柔性制造」系統(tǒng)的正式誕生。
盡管這個(gè)劃時(shí)代的系統(tǒng)最終由于資金和技術(shù)上的困難并未全部建成，但卻為未來自動(dòng)化、無人化工廠提供了演進(jìn)的方向，成為日后各工業(yè)發(fā)達(dá)國家爭相效仿和完善的技術(shù)。
疫情期間，中國各大工廠快速完成產(chǎn)線切換，轉(zhuǎn)產(chǎn)口罩和防護(hù)服等抗疫物資、支援全球抗疫戰(zhàn)場的新聞屢屢見諸媒體，讓柔性制造再次成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
根據(jù)海關(guān)總署發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，3月1日-4月30日，全國共驗(yàn)放出口主要防疫物資口罩278億只，防護(hù)服1.3億件，新冠病毒檢測試劑盒7341萬人份，紅外測溫儀1257萬件，呼吸機(jī)4.91萬臺(tái)，近期日均出口防疫物資30億元以上，一個(gè)月內(nèi)持續(xù)增長逾3倍。
這一長串亮眼數(shù)據(jù)的背后，除了原有廠家密集排產(chǎn)之外，通過柔性方式實(shí)現(xiàn)「跨界轉(zhuǎn)產(chǎn)」的力量貢獻(xiàn)巨大。
各路明星企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)防疫物資，給國人造成一種錯(cuò)覺假象——認(rèn)為中國制造已經(jīng)具備相當(dāng)強(qiáng)大的「柔性」實(shí)力。但實(shí)際上據(jù)「鈦禾智庫」在一線企業(yè)的調(diào)研觀察，絕大多數(shù)的中國工廠，尤其是高端制造，離「柔性」其實(shí)還相當(dāng)遙遠(yuǎn)。
1 以「柔」補(bǔ)剛
跨界轉(zhuǎn)產(chǎn)防疫物資的編外力量中，不乏眾多超級(jí)企業(yè)的身影。
其中著名的如比亞迪。從一月底開始調(diào)配資源，開發(fā)自動(dòng)化口罩生產(chǎn)設(shè)備，半個(gè)多月即實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。幾乎同時(shí)，中石化的業(yè)務(wù)范圍也向下游延伸，開發(fā)了口罩、消毒液等生產(chǎn)線。
以造戰(zhàn)斗機(jī)著名的航空工業(yè)也玩起了「跨界」，集結(jié)集團(tuán)旗下分布在6省市4家單位的力量，將原來生產(chǎn)飛機(jī)所用的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)引入口罩生產(chǎn)，僅用3天時(shí)間設(shè)計(jì)，16天時(shí)間就完成樣機(jī)制造，速度堪稱驚人。
這些新成立的生產(chǎn)線，普遍具備高度自動(dòng)化特點(diǎn)，一個(gè)操作工人就可以同時(shí)維護(hù)兩三條生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)。
疫情帶來的不僅是國民經(jīng)濟(jì)的大考，也正在成為加速中國制造業(yè)變革的變量因素。無論是通過「柔性」方式實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線的快速切換，還是用機(jī)器「換人」，通過無人技術(shù)大量替換人力，都是轉(zhuǎn)型升級(jí)的中國制造行業(yè)需要攀越的重重關(guān)山。(參見前文：《疫情過后，這個(gè)行業(yè)或?qū)⒓铀佟笓Q人」》)
這背后的一個(gè)基本邏輯是——「自制」和「外包」過程中越來越多的矛盾，需要靠柔性制造來調(diào)和解決。
批量越大，效率越高，這是工業(yè)3.0時(shí)代的普世原理。假如一個(gè)工廠只生產(chǎn)一種零件，那無論是從原材料采購、倉儲(chǔ)管理、生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)、操作人員熟練程度等各個(gè)維度，均能實(shí)現(xiàn)效率最大化。然而，這樣的工廠只能是理想狀態(tài)下的「烏托邦」——需求的多元化，甚至個(gè)性化是無法抵擋的趨勢。
作為科技進(jìn)步的受益者，諸多行業(yè)也不得不面對由此而來的現(xiàn)實(shí)問題：產(chǎn)品復(fù)雜程度越來越高，生產(chǎn)流程變得越來越長。為了保障效率，我們把生產(chǎn)流程碎片化，依靠外包來解決多元化需求帶來的效率影響。
于是，我們看到從原材料到成品的路徑從單一企業(yè)的「馬拉松式」生產(chǎn)，變成了各級(jí)供應(yīng)商和主制造商的「接力式」生產(chǎn)。在這根越拉越長的鏈條上，每個(gè)成員集中精力沖刺一段賽道，每個(gè)階段的效率得以維持。
但是隨著外包程度的加深，工廠對供應(yīng)鏈的依賴程度也日益提高，甚至經(jīng)常有被「卡脖子」的風(fēng)險(xiǎn)(參見前文：《供應(yīng)鏈木桶：從「波音囚籠」看國產(chǎn)大飛機(jī)》)。疫情突起，全球范圍的大隔離至今未完全解除，車間停工、物流滯后、工廠倒閉，大量產(chǎn)業(yè)鏈因此受制于「人」，諸多行業(yè)面臨著前所未有的斷供危機(jī)。
過剛易折，自制和外包兩條路都不能走上極端，而二者之間，需要一些「柔性」來中和。
作為工業(yè)4.0重要命題之一的柔性制造，其核心價(jià)值在于，既能夠依靠自動(dòng)化設(shè)備保障生產(chǎn)效率，又讓生產(chǎn)線具有一定的延展性，可以根據(jù)市場變化和客戶需求對產(chǎn)品進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。
從更宏觀的視野角度來說，「柔性」概念其實(shí)已經(jīng)在潛移默化地影響我們的日常生活。疫情期間，體育館改建成了方艙醫(yī)院，教師當(dāng)起了網(wǎng)絡(luò)主播，無人機(jī)被改造成五花八門的「空中機(jī)器人」……
但是，即使全社會(huì)都認(rèn)可「柔性」的大趨勢，也并不意味實(shí)現(xiàn)的容易。局部領(lǐng)域的「柔性」和智能化，也并不代表中國制造已經(jīng)具備全面邁進(jìn)工業(yè)4.0的能力。
近年來，「柔性制造」被行業(yè)提及的頻率大幅度降低，其重要原因之一是——具備較高自動(dòng)化水平的柔性生產(chǎn)線，對于絕大多數(shù)的中國工廠，尤其是高端制造工廠來說仍然是奢侈品。
中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)專家名譽(yù)委主任、工信部智能制造專家咨詢委員會(huì)主任朱森第認(rèn)為，相當(dāng)一部分中國工廠還處于「工業(yè)2.0」階段：
「中國制造業(yè)需要采取并行戰(zhàn)略，即2.0補(bǔ)課、3.0普及、4.0示范?！?br />
2 柔性制造有多難?
1982年，由60個(gè)FMC(柔性制造單元)和一個(gè)立體倉庫組成的自動(dòng)化電機(jī)加工車間在日本FANUC公司建成，依靠兩臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)車傳送毛坯和工件，加工，裝卸，傳送過程不需要人工操作，此外，F(xiàn)ANUC還有一個(gè)無人化電機(jī)裝配車間，同樣能實(shí)現(xiàn)連續(xù)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。
而同時(shí)期的中國，第一批個(gè)體戶才剛剛嘗到賺錢的甜頭。搞導(dǎo)彈的科學(xué)家們，正在深墻大院里羨慕大街上「賣茶葉蛋的」。
柔性制造在中國的推廣普及，與中國制造業(yè)的進(jìn)化過程密不可分——其中始終繞不開的兩個(gè)關(guān)鍵詞，一是「需求」，二是「技術(shù)」。
從需求上來說，長期以來依靠廉價(jià)勞動(dòng)力紅利的中國企業(yè)，對自動(dòng)化生產(chǎn)的需求并不迫切。
雖然勞動(dòng)力成本整體快速上漲，但是中國工人的普遍收入水平仍然無法和西方發(fā)達(dá)國家相比。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2018年我國城鎮(zhèn)制造業(yè)從業(yè)人員的平均年收入為72088元，分?jǐn)偟叫r(shí)計(jì)算，平均時(shí)薪為35元，在7年內(nèi)翻了兩倍。這個(gè)數(shù)字粗看貌似增長不錯(cuò)，且數(shù)字背后，基層從業(yè)人員收入「被平均」的現(xiàn)實(shí)和越來越頻繁的加班加點(diǎn)卻沒有體現(xiàn)出來。
與此同期，美國從業(yè)人員的時(shí)薪為21.5美元，日本也有約2000日元，且這兩國多年來的制造業(yè)工資水平并無大幅度增長。
對于大量中小制造企業(yè)甚至作坊式工廠來說，能通過人工解決的問題，就盡量不用昂貴設(shè)備——人走了可以再招，但是前置投入巨大，且「落地打八折」的機(jī)器設(shè)備，經(jīng)過若干年折舊之后，可能只是一堆累贅資產(chǎn)。
只有當(dāng)人工無法解決一些生產(chǎn)問題，或者效率明顯跟不上機(jī)器的時(shí)候，自動(dòng)化替代才會(huì)成為企業(yè)剛需。
據(jù)「鈦禾智庫」研究觀察，目前國內(nèi)柔性制造和「無人工廠」普及率較高的行業(yè)，除了汽車、家電、3C數(shù)碼等生產(chǎn)批量大、頭部企業(yè)集中的行業(yè)，以及一些從事簡單加工的行業(yè)等，其它制造企業(yè)與西方發(fā)達(dá)國家相比，更多的仍然是依靠「人海戰(zhàn)術(shù)」。甚至在我們的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，一些越尖端的行業(yè)，越難以擺脫「手工作坊式」生產(chǎn)的影子。許多關(guān)鍵工序的實(shí)現(xiàn)還是要依賴操作者的熟練程度。
國內(nèi)大量機(jī)械加工，還處于高度依賴「人」的階段
從防疫物資的生產(chǎn)也可見一斑，口罩、防護(hù)服等低端產(chǎn)品的轉(zhuǎn)產(chǎn)可以迅速跟上需求。但是生產(chǎn)難度較高的呼吸機(jī)時(shí)就開始露怯，大量的海外訂單已經(jīng)排到年底。
當(dāng)然，并不能因此全面貶低中國制造的能力。即使是制造業(yè)發(fā)達(dá)的歐美國家，也只有通用、福特、特斯拉等幾個(gè)為數(shù)不多的行業(yè)巨頭，有能力迅速轉(zhuǎn)產(chǎn)呼吸機(jī)或相關(guān)零件。
我國科技政策與管理研究泰斗、聯(lián)合國大學(xué)新技術(shù)研究所高級(jí)研究員顧淑林女士曾對「鈦禾智庫」講述一個(gè)細(xì)節(jié)，2018年，一位留德的高級(jí)專家回到中國辦廠，從事高精密的航天零部件加工。但是這位專家卻發(fā)現(xiàn)，德國學(xué)到的工業(yè)4.0知識(shí)根本用不到國內(nèi)的產(chǎn)線上，仍然需要從3.0，甚至2.0的課開始補(bǔ)起。
顧淑林認(rèn)為，中國在尖端技術(shù)領(lǐng)域并不落后于世界強(qiáng)國，我們很早就能搞出世界領(lǐng)先的尖端武器和重大裝備。但是卻長期依賴于「人」，這些人一旦離開崗位，很多先進(jìn)技術(shù)甚至面臨「失傳」風(fēng)險(xiǎn)。
「中國有一幫經(jīng)驗(yàn)豐富的老工匠，但是目前最缺乏的，是把這些老工匠腦袋里的經(jīng)驗(yàn)翻譯成數(shù)字化公式、進(jìn)行復(fù)制推廣的新一代產(chǎn)業(yè)人。」
高端裝備制造，是柔性制造要攻克的最終堡壘，也是對「柔性」需求最強(qiáng)烈的領(lǐng)域。
這類行業(yè)的零部件批量小、品種多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、裝配工序繁瑣，是最迫切希望保持速率優(yōu)勢，又期待生產(chǎn)彈性的領(lǐng)域。
但恰恰是這些高端裝備制造行業(yè)，加工工序過于復(fù)雜，工藝要求太高——沒有長期工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的量化積累，就相當(dāng)于地基不穩(wěn)，智能化的柔性制造只能是空中樓閣。
壓在企業(yè)頭上的還有經(jīng)濟(jì)賬——即使能全面實(shí)現(xiàn)柔性改造，購置生產(chǎn)線的額外成本也需要相當(dāng)長的時(shí)間才能收回。
要想徹底改造這些「硬核直男」，還有相當(dāng)長的路要走。
3 軟肋和硬骨頭
2015年，某重大裝備制造央企曾經(jīng)投入數(shù)千萬元打造柔性制造樣板車間，但是歷時(shí)四年卻進(jìn)展緩慢。
原因之一是軟件問題，由于機(jī)器設(shè)備多為進(jìn)口，在國外操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上再來編寫國產(chǎn)流程控制軟件，造成諸多運(yùn)行邏輯出現(xiàn)沖突。
軟件的研發(fā)，一直是中國制造業(yè)的軟肋。
擅長于逆向開發(fā)的中國人，積累了大量響應(yīng)需求的經(jīng)驗(yàn)，能夠高質(zhì)高效的解決HOW(怎么做)的問題，但也容易形成思維局限——降低對WHAT(做什么)的敏感。這就相當(dāng)于坐在副駕駛的位置上，其實(shí)永遠(yuǎn)學(xué)不會(huì)開車。
其二是硬件短板。例如，數(shù)控機(jī)床上一個(gè)工裝夾具的加工精度無法滿足要求，缺陷也會(huì)通過長鏈生產(chǎn)線逐層放大，導(dǎo)致整個(gè)環(huán)節(jié)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)重受制。同時(shí)，生產(chǎn)設(shè)備對不同軟件系統(tǒng)的適應(yīng)性差，也讓總體效率大受掣肘。
硬件的能力，也是難啃的硬骨頭。
1958年，在中國誕生了亞洲第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。但是此后由于歷史原因，中國機(jī)床行業(yè)陷入長達(dá)20多年的沉寂。與此同時(shí)，鄰國日本卻在工業(yè)化的道路上突飛猛進(jìn)，在機(jī)床精度、轉(zhuǎn)速和產(chǎn)品穩(wěn)定性上精益求精，并建立了完備的產(chǎn)業(yè)體系。時(shí)至今日，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床仍然在大量依靠價(jià)廉來換取市場占有率。
亞洲第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床——北京第一機(jī)床廠與清華大學(xué)合作試制的X53K1三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床
此外，「軟硬融合」是柔性制造的最終鑰匙——再高端的硬件如果過于「矯情」，與軟件的兼容性差，只能越用越「死」，最終被更先進(jìn)的設(shè)備淘汰。硬件的延展度和靈活度，在很大程度上決定了一套柔性系統(tǒng)的壽命值和生產(chǎn)能力。
軟件功能需要硬件平臺(tái)得以實(shí)現(xiàn)，硬件設(shè)備又依賴軟件系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)。而當(dāng)下擺在中國制造業(yè)的現(xiàn)實(shí)困局是——軟件開發(fā)尚未厘清頭緒，硬件水平跟不上步伐，這個(gè)看似無解的莫比烏斯環(huán)，需要一點(diǎn)一點(diǎn)的撕開重組。
4 剛?cè)岵?jì)
用軟件手段解決硬件問題，對非標(biāo)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和系統(tǒng)優(yōu)化，是一種思路。
疫情期間，哈工大機(jī)器人集團(tuán)(HRG)共派出5名骨干，用6天時(shí)間，對黑龍江省兩家抗疫轉(zhuǎn)型的生產(chǎn)企業(yè)臨時(shí)采購的21臺(tái)口罩生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，這些設(shè)備型號(hào)、規(guī)格各有不同，甚至有部分是「二手」。經(jīng)過調(diào)試，共7條生產(chǎn)線釋放了2倍的產(chǎn)能，并將合格率從80%提高到了95%。
反之，對標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備的系統(tǒng)進(jìn)行個(gè)性化編輯，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能，是另外一種「柔性」思路。
這類操作方式一般是：用規(guī)范化、模塊化的硬件平臺(tái)去承載不斷迭代的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多重排列組合，適應(yīng)不同的產(chǎn)品生產(chǎn)。這也是目前最經(jīng)濟(jì)的解決方案之一。
有經(jīng)濟(jì)實(shí)力和豐富經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)，可能會(huì)一次性投入巨資打造「剛?cè)岵?jì)」的未來車間，但這畢竟是極少數(shù)。
一個(gè)典型案例，是三一重工位于長沙的「18號(hào)工廠」，這個(gè)號(hào)稱亞洲最大的智能化制造車間里，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)中人、設(shè)備、物料、工藝等各要素的柔性融合。8條裝配線，可以實(shí)現(xiàn)69種產(chǎn)品的混裝柔性生產(chǎn);在10萬平方米的車間里，每一條生產(chǎn)線可以同時(shí)混裝30多種的機(jī)械設(shè)備，馬力全開可支撐300億產(chǎn)值。
「18號(hào)工廠」的柔性制造生產(chǎn)系統(tǒng)包含了大量數(shù)據(jù)信息：用戶需求、產(chǎn)品信息、設(shè)備信息、生產(chǎn)計(jì)劃等。依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將這些大數(shù)據(jù)連接起來并通過三一的MES系統(tǒng)處理，能制定最合適的生產(chǎn)方案，最優(yōu)的資源分配。
軟件和硬件，是如今柔性制造需要齊頭并進(jìn)，同步破解的兩大難題。
軟件的開發(fā)不能止步于IT部門，需要由企業(yè)最高決策者來部署和推動(dòng)，貫穿整個(gè)組織和各大職能，并在運(yùn)營環(huán)節(jié)落地。每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)通過信息化建立連接，并實(shí)現(xiàn)可視化。
硬件的標(biāo)準(zhǔn)化管理也非一日之功。不同的設(shè)備規(guī)范，一定程度上需要相互融合借鑒——這意味著工廠、企業(yè)，甚至大量行業(yè)都要逐步走出舒適圈，適應(yīng)新的游戲規(guī)則。全球化的經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)，也要求我們與國際接軌，充分考慮到國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備、零部件以及軟件的可替代性和兼容性，形成整個(gè)上下流產(chǎn)業(yè)鏈的疏通和規(guī)范化管理。
「多個(gè)廟就多個(gè)鬼」——自動(dòng)化生產(chǎn)是減法思維，越簡單越穩(wěn)定;而柔性制造既要做減法，也要做加法。一條生產(chǎn)線上，用盡量少的設(shè)備和工具，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)更多產(chǎn)品的可能。
5 中體西用
清末洋務(wù)運(yùn)動(dòng)時(shí)期，洋務(wù)派就以「中學(xué)為體，西學(xué)為用」作為指導(dǎo)思想——主張以中國倫常經(jīng)史之學(xué)為核心理念和原則方法，以西方先進(jìn)技術(shù)作為輔助工具。
再先進(jìn)的西方科技之術(shù)，也需要根植于中國的現(xiàn)實(shí)土壤，在中國智慧的澆灌下開花結(jié)果。
2018年，為了提升工具管理的自動(dòng)化水平，某企業(yè)斥資上百萬從海外引進(jìn)了智能刀具立體庫，然而運(yùn)行一段時(shí)間卻發(fā)現(xiàn)管理效率不升反降。
庫房管理人員只是把刀具從普通庫移入了智能庫，但賬目管理仍然是傳統(tǒng)的Excel表格，并沒有與信息系統(tǒng)對接，領(lǐng)用流程也仍然是紙質(zhì)單據(jù)，而沒有做到流轉(zhuǎn)過程中的優(yōu)化。
這套昂貴系統(tǒng)帶來的唯一優(yōu)點(diǎn)是，取用高處刀具不再需要搬梯子爬上爬下，用按鈕解決存取問題。但是卻常因多發(fā)的系統(tǒng)故障導(dǎo)致刀庫卡住，維修人員遲遲不能到位影響生產(chǎn)進(jìn)度——最終，這些立體庫淪為了安置不常用、高價(jià)值刀具的「水晶棺材」。
實(shí)現(xiàn)「工業(yè)4.0」版本的柔性制造，考驗(yàn)的絕不單是企業(yè)的技術(shù)能力，還有管理等各方面的軟實(shí)力。而機(jī)制體制的問題，不是依靠引入一兩項(xiàng)先進(jìn)設(shè)備就能解決的——用一只昂貴的金鞍去配一匹老馬，只會(huì)讓老馬更加不堪重負(fù)。
中國制造要真正實(shí)現(xiàn)從「剛」到「柔」的升級(jí)，也不能僅僅局限于對生產(chǎn)層面的關(guān)注，更需要全面開發(fā)上下游產(chǎn)業(yè)的柔性。以企業(yè)的制造能力和柔性程度為基礎(chǔ)，結(jié)合供應(yīng)鏈和市場，把產(chǎn)品的各個(gè)功能部件獨(dú)立成單個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)其任意組合和輸出，而不同模塊的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)成本都柔性可控。
而這一系列復(fù)雜紛繁的排列組合，都只能依靠中國人自己的智慧，從漫長的實(shí)踐過程中去尋找答案。
