柔性制造的实施愿景、逻辑与策略

智能制造的形态之一是柔性制造。所谓柔性制造，是指企业以最少的资源和资产投入，实现多样化的产品或服务，以满足多样化的客户需求。在发达的市场环境中，市场和客户需求的碎片化和不确定性已是趋势；在适应这种趋势的前提下，还要实现持续、更大的盈利，企业唯有进行柔性化改造。 

一、柔性制造的实施愿景

不同行业，市场特点和产品形态不同，柔性制造的内涵和表现形式也不相同。基本上，柔性制造有两大类，柔性化产品或服务（flexible products and services）和柔性化过程（flexiblemanufacturing  processes），前者指产品或服务结构的柔性化，后者指生产过程的柔性化。如果把行业做如下三大类的划分：快速消费品、耐用消费品和工业消费品，以汽车为代表的耐用消费品和以工程设备为代表的工业消费品，其柔性制造主要以产品的柔性化为主，以及支持其生产制造的过程柔性化；以日用品为代表的快速消费品行业，其柔性制造主要以生产制造过程的柔性化为主，可能有少量的产品柔性化。在耐用消费品和工业消费品等行业，客户看重的是产品的效用（功能和外观），以及包括购买、维护、回收等在内的总拥有成本最低；在快速消费品行业，客户除了看重产品的效用，还看重产品是否时髦，购买价格是否合理。耐用消费品和工业消费品等行业数字化转型的主要方向是服务型制造。在服务型制造中，如何延长产品的使用寿命，如何将服务内容多样化，是企业考虑的重点。往往，服务型制造中产品和服务的升级需要远程操作，这主要通过产品中的软件系统来完成的。快速消费品行业数字化转型的主要方向是个体化制造。在个体化制造中，如果通过产品要素的有机组合，交付给客户以个体化产品，并尽可能占领各种利基（细分）市场，是企业考虑的重点。柔性化产品的技术支撑是智能互联产品（Smart Connected Products，SCP），柔性化过程的技术支撑是智能互联运营（SmartConnected Operation，SCO），上述两种技术支撑都是建立在以物联网、大数据、云计算和人工智能为组成的工业互联网的基础上，差别就在于其侧重点不同。

图1 智慧互联产品（SCP） 

 二、柔性制造的实施逻辑

从不变的资源和资产，到万变的客户和需求，中间的承接和转化就是柔性制造，柔性制造的逻辑就是如何以不变应万变。借用《周易》的“三易”之法，易有三种：“变易”，“简易”和“不易”，“变易”和“不易”之间的桥梁是“简易”，柔性制造就是“简易”，“简易”的具体内容是可配置。市场环境和客户需求是变化的（Change），企业运营和管理则需要有序（Conduct），要想在变化和有序之间进行有机过渡和转换，则要求企业的产品和产品的制造过程是可配置的（Configurable）。从变化（Change：需求）à可配置（Configurable：结构和关系）à有序（Conduct：运营管理），这就是柔性制造的实施逻辑。

图2 柔性制造的实施逻辑 

由上可知，柔性制造的实施焦点就在于如何实现产品结构和制造过程的可配置。在以汽车为代表耐用消费品行业和以工程设备为代表的工业消费品行业，产品的可配置可通过产品的模块化架构，和产品的软件化、系统化来实现的；制造过程的柔性化则主要通过通用作业单元、AGV传送带、智物（Intelligent Objects）、服务化架构等的组合应用来实现。 

三、柔性制造的实施策略

以系统学角度看，制造企业的核心对象主要有三类：资源、过程和产品，资源是输入，产品是输出，过程是转化。柔性化制造过程要求资源或设备等应是可移动或可识别，而过程则应是可配置，其中的支撑技术是智物、服务化IT架构、动态适配式流水线和决策算法，等等。

1、智物（Intelligent Objects）

云行雨施，品物流形，随圆就圆，随方就方。制造过程可配置的前提是其作用对象——资源、工具和设备等的可感知、可连接、可沟通、可分类、可运算，这就要求将它们“智物”化。

图3 资源、工具和设备的“智物”化 

资源、工具和设备的“智物”化，就要求它们要有 “眼睛”、“耳朵”、“鼻子”、“手和腿”，甚至“脑袋”，即在物理构造的基础上加上嵌入式软件、传感器、通讯模块或执行器。

2、服务化架构

企业的制造过程主要由“硬件”和“软件”等两大类能力所构成。在以往的架构中，“软件”能力通常用自动化金字塔来描述。五层式自动化金字塔是多层级、集中式架构，满足不了企业能力在动态组合、实时连接、分布式运算等方面的要求，因而要进行分布式、网络化、服务化重构。

图4 IT系统的分布式、网络化、服务化重构

 3、动态适配流水线

为了实现大批量、规模化生产，企业的生产作业往往采取流水线的方式来组织。如果这种流水线是刚性的，则要牺牲生产的柔性化。柔性制造的生产作业，也采取流水线作业，不过，它的流水线是根据产品的工艺要求进行动态适配，即根据所生产的产品不同，所使用到的工具和设备也不同，在制品在作业单元之间的传输路径也不同。

 图5 资源、工具、设备和流水线的动态适配

如上图5所示，产品的工艺路径由决策算法来推导，并下发给相应的作业管理系统，“智物”化资源、工具或设备之间通过各自的代理来进行相互沟通，工件或在制品在不同位置之间的传送则由AGV小车来完成。 通过产品结构和制造过程的可配置，企业就可实现以智能互联产品（SCP）和智能互联运营（SCO）为组成的柔性制造，从而实现服务型制造或个体化制造的转型。作为智能制造的一种形态，柔性制造的发展方向是自主制造，即实现产品、服务和制造系统的自组织和自适应。