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臺模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機(jī)床，實現(xiàn)無人條件下晝夜24小時連續(xù)加工。
這個系統(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。
盡管這個劃時代的系統(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、支持全球抗疫戰(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。
根據(jù)海關(guān)總署發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，3月1日～4月30日，全國共驗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，近期日均出口防疫物資30億元以上，一個月內(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”實力。但實際上據(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”其實還相當(dāng)遙遠(yuǎn)。
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)自動化口罩生產(chǎn)設(shè)備，半個多月即實現(xiàn)量產(chǎn)。幾乎同時，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。
巴菲特在社交媒體平臺為比亞迪口罩打call
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)計技術(shù)引入口罩生產(chǎn)，僅用3天時間設(shè)計，16天時間就完成樣機(jī)制造，速度堪稱驚人。
航空工業(yè)研制的“1出2型”全自動口罩機(jī)
這些新成立的生產(chǎn)線，普遍具備高度自動化特點，一個操作工人就可以同時維護(hù)兩三條生產(chǎn)線的運轉(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)型升級的中國制造行業(yè)需要攀越的重重關(guān)山。（參見文章：《疫情過后，這個行業(yè)或?qū)⒓铀佟皳Q人”》）
這背后的一個基本邏輯是——“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時代的普世原理。假如一個工廠只生產(chǎn)一種零件，那無論是從原材料采購、倉儲管理、生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)、操作人員熟練程度等各個維度，均能實現(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，每個成員集中精力沖刺一段賽道，每個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（參見文章：《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，其核心價值在于，既能夠依靠自動化設(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)行適時調(diào)整。
從更宏觀的視野角度來說，“柔性”概念其實已經(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，即使全社會都認(rèn)可“柔性”的大趨勢，也并不意味實現(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)合會專家名譽(yù)委主任、工信部智能制造專家咨詢委員會主任朱森第認(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?！?/strong>
柔性制造有多難？
1982年，由60個FMC（柔性制造單元）和一個立體倉庫組成的自動化電機(jī)加工車間在日本FANUC公司建成，依靠兩臺自動引導(dǎo)臺車傳送毛坯和工件，加工，裝卸，傳送過程不需要人工操作，此外，F(xiàn)ANUC還有一個無人化電機(jī)裝配車間，同樣能實現(xiàn)連續(xù)24小時運轉(zhuǎn)。
而同時期的中國，第一批個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，長期以來依靠廉價勞動力紅利的中國企業(yè)，對自動化生產(chǎn)的需求并不迫切。
雖然勞動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計算，平均時薪為35元，在7年內(nèi)翻了兩倍。這個數(shù)字粗看貌似增長不錯，且數(shù)字背后，基層從業(yè)人員收入“被平均”的現(xiàn)實和越來越頻繁的加班加點卻沒有體現(xiàn)出來。
與此同期，美國從業(yè)人員的時薪為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。
2011-2018年中國城鎮(zhèn)制造業(yè)從業(yè)人員工資增長情況
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)器的時候，自動化替代才會成為企業(yè)剛需。
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)研究所高級研究員顧淑林女士曾對“鈦禾智庫”講述一個細(xì)節(jié)，2018年，一位留德的高級專家回到中國辦廠，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。
“中國有一幫經(jīng)驗豐富的老工匠，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?！?/strong>
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。
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，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，其實永遠(yuǎn)學(xué)不會開車。
其二是硬件短板。例如，數(shù)控機(jī)床上一個工裝夾具的加工精度無法滿足要求，缺陷也會通過長鏈生產(chǎn)線逐層放大，導(dǎo)致整個環(huán)節(jié)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)重受制。同時，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，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，并創(chuàng)建了完備的產(chǎn)業(yè)體系。時至今日，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床仍然在大量依靠價廉來換取市場占有率。
亞洲第一臺數(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得以實現(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，這個看似無解的莫比烏斯環(huán)，需要一點一點的撕開重組。
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天時間，對黑龍江省兩家抗疫轉(zhuǎn)型的生產(chǎn)企業(yè)臨時采購的21臺口罩生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，這些設(shè)備型號、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，。
這類操作方式一般是：用規(guī)范化、模塊化的硬件平臺去承載不斷迭代的軟件系統(tǒng)，實現(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)實力和豐富經(jīng)驗的企業(yè)，可能會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)。
一個典型案例，是三一重工位于長沙的“18號工廠”，這個號稱亞洲最大的智能化制造車間里，實現(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，貫穿整個組織和各大職能，并在運營環(huán)節(jié)落地。每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)通過信息化創(chuàng)建連接，并實現(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，形成整個上下流產(chǎn)業(yè)鏈的疏通和規(guī)范化管理。
“多個廟就多個鬼”——自動化生產(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，實現(xiàn)生產(chǎn)更多產(chǎn)品的可能。
中體西用
清末洋務(wù)運動時期，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，然而運行一段時間卻發(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、高價值刀具的“水晶棺材”。
實現(xiàn)“工業(yè)4.0”版本的柔性制造，考驗的絕不單是企業(yè)的技術(shù)能力，還有管理等各方面的軟實力。而機(jī)制體制的問題，不是依靠引入一兩項先進(jìn)設(shè)備就能解決的——用一只昂貴的金鞍去配一匹老馬，只會讓老馬更加不堪重負(fù)。
中國制造要真正實現(xiàn)從“剛”到“柔”的升級，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)品的各個功能部件獨立成單個模塊，實現(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，從漫長的實踐過程中去尋找答案。
參考文獻(xiàn)：
[1] 鄧宏籌 《面向21世紀(jì)的柔性制造技術(shù)》，2000
[2] 肖永清 《柔性制造技術(shù)決定汽車工業(yè)的未來》，2009
[3] 航空工業(yè) 《航空品質(zhì)的口罩機(jī)、壓條機(jī)來了！》，2020
[4] 潘鋒 《國外柔性加工系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r、趨勢及無人工廠的實踐》，1983
[5] 欒峻葦 《基于物聯(lián)網(wǎng)的無人工廠技術(shù)探究》，2019
[6] 中國電子報《朱森第：中國制造要補(bǔ)課2.0，普及3.0，示范4.0》，2015
[7] 比亞迪電子 《日產(chǎn)500萬的口罩工廠，比亞迪是如何打造的？》，2020
[8] 黃旭東\陳衛(wèi)福\康存鋒《數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù)》，2000
[9] 孟辛酉《自動化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用》，2020
[10] 新華社，白田田《“聰明工廠”助企業(yè)“精準(zhǔn)復(fù)工”》，2020
[11] 徐創(chuàng)建，姚諶 《柔性制造技術(shù)的應(yīng)用與實踐淺析》，2019
[12] 李有兵 《柔性生產(chǎn)線智能控制系統(tǒng)設(shè)計》，2018
[13] 李子宸 《三一重工：18號廠房試驗,從大廠房到智慧工廠》，2015
