直男工厂的“柔性”改造

编者按：本文来自微信公众号“钛禾产业观察”（ID:Taifangwu），36氪经授权发布。

作者 | 李富强

编辑 | 刘爱国

数据支持 | 钛禾产业研究院

变革者

1967年，英国Molins公司工程师迪奥·威廉姆逊研制出一种名为Molins System-24的系统——用6台模块化结构的多工序数控机床，实现无人条件下昼夜24小时连续加工。

这个系统的推出，标志着人类工业史上「柔性制造」系统的正式诞生。

尽管这个划时代的系统最终由于资金和技术上的困难并未全部建成，但却为未来自动化、无人化工厂提供了演进的方向，成为日后各工业发达国家争相效仿和完善的技术。

疫情期间，中国各大工厂快速完成产线切换，转产口罩和防护服等抗疫物资、支援全球抗疫战场的新闻屡屡见诸媒体，让柔性制造再次成为行业关注的焦点。

根据海关总署发布的统计数据，3月1日-4月30日，全国共验放出口主要防疫物资口罩278亿只，防护服1.3亿件，新冠病毒检测试剂盒7341万人份，红外测温仪1257万件，呼吸机4.91万台，近期日均出口防疫物资30亿元以上，一个月内持续增长逾3倍。

这一长串亮眼数据的背后，除了原有厂家密集排产之外，通过柔性方式实现「跨界转产」的力量贡献巨大。

各路明星企业转产防疫物资，给国人造成一种错觉假象——认为中国制造已经具备相当强大的「柔性」实力。但实际上据「钛禾智库」在一线企业的调研观察，绝大多数的中国工厂，尤其是高端制造，离「柔性」其实还相当遥远。

1 以「柔」补刚

跨界转产防疫物资的编外力量中，不乏众多超级企业的身影。

其中著名的如比亚迪。从一月底开始调配资源，开发自动化口罩生产设备，半个多月即实现量产。几乎同时，中石化的业务范围也向下游延伸，开发了口罩、消毒液等生产线。

巴菲特在社交媒体平台为比亚迪口罩打call

以造战斗机著名的航空工业也玩起了「跨界」，集结集团旗下分布在6省市4家单位的力量，将原来生产飞机所用的数字化设计技术引入口罩生产，仅用3天时间设计，16天时间就完成样机制造，速度堪称惊人。

航空工业研制的「1出2型」全自动口罩机

这些新成立的生产线，普遍具备高度自动化特点，一个操作工人就可以同时维护两三条生产线的运转。

疫情带来的不仅是国民经济的大考，也正在成为加速中国制造业变革的变量因素。无论是通过「柔性」方式实现对生产线的快速切换，还是用机器「换人」，通过无人技术大量替换人力，都是转型升级的中国制造行业需要攀越的重重关山。（参见前文：《疫情过后，这个行业或将加速「换人」》）

这背后的一个基本逻辑是——「自制」和「外包」过程中越来越多的矛盾，需要靠柔性制造来调和解决。

批量越大，效率越高，这是工业3.0时代的普世原理。假如一个工厂只生产一种零件，那无论是从原材料采购、仓储管理、生产线运转、操作人员熟练程度等各个维度，均能实现效率最大化。然而，这样的工厂只能是理想状态下的「乌托邦」——需求的多元化，甚至个性化是无法抵挡的趋势。

作为科技进步的受益者，诸多行业也不得不面对由此而来的现实问题：产品复杂程度越来越高，生产流程变得越来越长。为了保障效率，我们把生产流程碎片化，依靠外包来解决多元化需求带来的效率影响。

于是，我们看到从原材料到成品的路径从单一企业的「马拉松式」生产，变成了各级供应商和主制造商的「接力式」生产。在这根越拉越长的链条上，每个成员集中精力冲刺一段赛道，每个阶段的效率得以维持。

但是随着外包程度的加深，工厂对供应链的依赖程度也日益提高，甚至经常有被「卡脖子」的风险（参见前文：《供应链木桶：从「波音囚笼」看国产大飞机》）。疫情突起，全球范围的大隔离至今未完全解除，车间停工、物流滞后、工厂倒闭，大量产业链因此受制于「人」，诸多行业面临着前所未有的断供危机。

过刚易折，自制和外包两条路都不能走上极端，而二者之间，需要一些「柔性」来中和。

作为工业4.0重要命题之一的柔性制造，其核心价值在于，既能够依靠自动化设备保障生产效率，又让生产线具有一定的延展性，可以根据市场变化和客户需求对产品进行适时调整。

从更宏观的视野角度来说，「柔性」概念其实已经在潜移默化地影响我们的日常生活。疫情期间，体育馆改建成了方舱医院，教师当起了网络主播，无人机被改造成五花八门的「空中机器人」……

但是，即使全社会都认可「柔性」的大趋势，也并不意味实现的容易。局部领域的「柔性」和智能化，也并不代表中国制造已经具备全面迈进工业4.0的能力。

近年来，「柔性制造」被行业提及的频率大幅度降低，其重要原因之一是——具备较高自动化水平的柔性生产线，对于绝大多数的中国工厂，尤其是高端制造工厂来说仍然是奢侈品。

中国机械工业联合会专家名誉委主任、工信部智能制造专家咨询委员会主任朱森第认为，相当一部分中国工厂还处于「工业2.0」阶段：

「中国制造业需要采取并行战略，即2.0补课、3.0普及、4.0示范。」

2 柔性制造有多难？

1982年，由60个FMC（柔性制造单元）和一个立体仓库组成的自动化电机加工车间在日本FANUC公司建成，依靠两台自动引导台车传送毛坯和工件，加工，装卸，传送过程不需要人工操作，此外，FANUC还有一个无人化电机装配车间，同样能实现连续24小时运转。

而同时期的中国，第一批个体户才刚刚尝到赚钱的甜头。搞导弹的科学家们，正在深墙大院里羡慕大街上「卖茶叶蛋的」。

柔性制造在中国的推广普及，与中国制造业的进化过程密不可分——其中始终绕不开的两个关键词，一是「需求」，二是「技术」。

从需求上来说，长期以来依靠廉价劳动力红利的中国企业，对自动化生产的需求并不迫切。

虽然劳动力成本整体快速上涨，但是中国工人的普遍收入水平仍然无法和西方发达国家相比。根据国家统计局的数据，2018年我国城镇制造业从业人员的平均年收入为72088元，分摊到小时计算，平均时薪为35元，在7年内翻了两倍。这个数字粗看貌似增长不错，且数字背后，基层从业人员收入「被平均」的现实和越来越频繁的加班加点却没有体现出来。

与此同期，美国从业人员的时薪为21.5美元，日本也有约2000日元，且这两国多年来的制造业工资水平并无大幅度增长。

2011-2018年中国城镇制造业从业人员工资增长情况

对于大量中小制造企业甚至作坊式工厂来说，能通过人工解决的问题，就尽量不用昂贵设备——人走了可以再招，但是前置投入巨大，且「落地打八折」的机器设备，经过若干年折旧之后，可能只是一堆累赘资产。

只有当人工无法解决一些生产问题，或者效率明显跟不上机器的时候，自动化替代才会成为企业刚需。

据「钛禾智库」研究观察，目前国内柔性制造和「无人工厂」普及率较高的行业，除了汽车、家电、3C数码等生产批量大、头部企业集中的行业，以及一些从事简单加工的行业等，其它制造企业与西方发达国家相比，更多的仍然是依靠「人海战术」。甚至在我们的产业结构中，一些越尖端的行业，越难以摆脱「手工作坊式」生产的影子。许多关键工序的实现还是要依赖操作者的熟练程度。

国内大量机械加工，还处于高度依赖「人」的阶段

从防疫物资的生产也可见一斑，口罩、防护服等低端产品的转产可以迅速跟上需求。但是生产难度较高的呼吸机时就开始露怯，大量的海外订单已经排到年底。

当然，并不能因此全面贬低中国制造的能力。即使是制造业发达的欧美国家，也只有通用、福特、特斯拉等几个为数不多的行业巨头，有能力迅速转产呼吸机或相关零件。

我国科技政策与管理研究泰斗、联合国大学新技术研究所高级研究员顾淑林女士曾对「钛禾智库」讲述一个细节，2018年，一位留德的高级专家回到中国办厂，从事高精密的航天零部件加工。但是这位专家却发现，德国学到的工业4.0知识根本用不到国内的产线上，仍然需要从3.0，甚至2.0的课开始补起。

顾淑林认为，中国在尖端技术领域并不落后于世界强国，我们很早就能搞出世界领先的尖端武器和重大装备。但是却长期依赖于「人」，这些人一旦离开岗位，很多先进技术甚至面临「失传」风险。

「中国有一帮经验丰富的老工匠，但是目前最缺乏的，是把这些老工匠脑袋里的经验翻译成数字化公式、进行复制推广的新一代产业人。」

高端装备制造，是柔性制造要攻克的最终堡垒，也是对「柔性」需求最强烈的领域。

这类行业的零部件批量小、品种多、结构复杂、加工难度大、装配工序繁琐，是最迫切希望保持速率优势，又期待生产弹性的领域。

但恰恰是这些高端装备制造行业，加工工序过于复杂，工艺要求太高——没有长期工程技术经验的量化积累，就相当于地基不稳，智能化的柔性制造只能是空中楼阁。

压在企业头上的还有经济账——即使能全面实现柔性改造，购置生产线的额外成本也需要相当长的时间才能收回。

要想彻底改造这些「硬核直男」，还有相当长的路要走。

3 软肋和硬骨头

2015年，某重大装备制造央企曾经投入数千万元打造柔性制造样板车间，但是历时四年却进展缓慢。

原因之一是软件问题，由于机器设备多为进口，在国外操作系统基础上再来编写国产流程控制软件，造成诸多运行逻辑出现冲突。

软件的研发，一直是中国制造业的软肋。

擅长于逆向开发的中国人，积累了大量响应需求的经验，能够高质高效的解决HOW（怎么做）的问题，但也容易形成思维局限——降低对WHAT（做什么）的敏感。这就相当于坐在副驾驶的位置上，其实永远学不会开车。

其二是硬件短板。例如，数控机床上一个工装夹具的加工精度无法满足要求，缺陷也会通过长链生产线逐层放大，导致整个环节效率和产品质量的严重受制。同时，生产设备对不同软件系统的适应性差，也让总体效率大受掣肘。

硬件的能力，也是难啃的硬骨头。

1958年，在中国诞生了亚洲第一台数控机床。但是此后由于历史原因，中国机床行业陷入长达20多年的沉寂。与此同时，邻国日本却在工业化的道路上突飞猛进，在机床精度、转速和产品稳定性上精益求精，并建立了完备的产业体系。时至今日，国产数控机床仍然在大量依靠价廉来换取市场占有率。

亚洲第一台数控机床——北京第一机床厂与清华大学合作试制的X53K1三坐标数控机床

此外，「软硬融合」是柔性制造的最终钥匙——再高端的硬件如果过于「矫情」，与软件的兼容性差，只能越用越「死」，最终被更先进的设备淘汰。硬件的延展度和灵活度，在很大程度上决定了一套柔性系统的寿命值和生产能力。

软件功能需要硬件平台得以实现，硬件设备又依赖软件系统进行串联。而当下摆在中国制造业的现实困局是——软件开发尚未厘清头绪，硬件水平跟不上步伐，这个看似无解的莫比乌斯环，需要一点一点的撕开重组。

4 刚柔并济

用软件手段解决硬件问题，对非标设备进行调试和系统优化，是一种思路。

疫情期间，哈工大机器人集团（HRG）共派出5名骨干，用6天时间，对黑龙江省两家抗疫转型的生产企业临时采购的21台口罩生产设备进行调试，这些设备型号、规格各有不同，甚至有部分是「二手」。经过调试，共7条生产线释放了2倍的产能，并将合格率从80%提高到了95%。

反之，对标准化设备的系统进行个性化编辑，从而实现不同的功能，是另外一种「柔性」思路。

这类操作方式一般是：用规范化、模块化的硬件平台去承载不断迭代的软件系统，实现多重排列组合，适应不同的产品生产。这也是目前最经济的解决方案之一。

有经济实力和丰富经验的企业，可能会一次性投入巨资打造「刚柔并济」的未来车间，但这毕竟是极少数。

一个典型案例，是三一重工位于长沙的「18号工厂」，这个号称亚洲最大的智能化制造车间里，实现了生产中人、设备、物料、工艺等各要素的柔性融合。8条装配线，可以实现69种产品的混装柔性生产；在10万平方米的车间里，每一条生产线可以同时混装30多种的机械设备，马力全开可支撑300亿产值。

「18号工厂」的柔性制造生产系统包含了大量数据信息：用户需求、产品信息、设备信息、生产计划等。依托工业互联网将这些大数据连接起来并通过三一的MES系统处理，能制定最合适的生产方案，最优的资源分配。

软件和硬件，是如今柔性制造需要齐头并进，同步破解的两大难题。

软件的开发不能止步于IT部门，需要由企业最高决策者来部署和推动，贯穿整个组织和各大职能，并在运营环节落地。每一个生产环节通过信息化建立连接，并实现可视化。

硬件的标准化管理也非一日之功。不同的设备规范，一定程度上需要相互融合借鉴——这意味着工厂、企业，甚至大量行业都要逐步走出舒适圈，适应新的游戏规则。全球化的经济网络，也要求我们与国际接轨，充分考虑到国产设备与进口设备、零部件以及软件的可替代性和兼容性，形成整个上下流产业链的疏通和规范化管理。

「多个庙就多个鬼」——自动化生产是减法思维，越简单越稳定；而柔性制造既要做减法，也要做加法。一条生产线上，用尽量少的设备和工具，实现生产更多产品的可能。

5 中体西用

清末洋务运动时期，洋务派就以「中学为体，西学为用」作为指导思想——主张以中国伦常经史之学为核心理念和原则方法，以西方先进技术作为辅助工具。

再先进的西方科技之术，也需要根植于中国的现实土壤，在中国智慧的浇灌下开花结果。

2018年，为了提升工具管理的自动化水平，某企业斥资上百万从海外引进了智能刀具立体库，然而运行一段时间却发现管理效率不升反降。

库房管理人员只是把刀具从普通库移入了智能库，但账目管理仍然是传统的Excel表格，并没有与信息系统对接，领用流程也仍然是纸质单据，而没有做到流转过程中的优化。

这套昂贵系统带来的唯一优点是，取用高处刀具不再需要搬梯子爬上爬下，用按钮解决存取问题。但是却常因多发的系统故障导致刀库卡住，维修人员迟迟不能到位影响生产进度——最终，这些立体库沦为了安置不常用、高价值刀具的「水晶棺材」。

实现「工业4.0」版本的柔性制造，考验的绝不单是企业的技术能力，还有管理等各方面的软实力。而机制体制的问题，不是依靠引入一两项先进设备就能解决的——用一只昂贵的金鞍去配一匹老马，只会让老马更加不堪重负。

中国制造要真正实现从「刚」到「柔」的升级，也不能仅仅局限于对生产层面的关注，更需要全面开发上下游产业的柔性。以企业的制造能力和柔性程度为基础，结合供应链和市场，把产品的各个功能部件独立成单个模块，实现其任意组合和输出，而不同模块的生产流程和生产成本都柔性可控。

而这一系列复杂纷繁的排列组合，都只能依靠中国人自己的智慧，从漫长的实践过程中去寻找答案。

参考文献：

[1] 邓宏筹 《面向21世纪的柔性制造技术》，2000

[2] 肖永清 《柔性制造技术决定汽车工业的未来》，2009

[3] 航空工业 《航空品质的口罩机、压条机来了！》，2020

[4] 潘锋 《国外柔性加工系统的发展状况、趋势及无人工厂的实践》，1983

[5] 栾峻苇 《基于物联网的无人工厂技术探究》，2019

[6] 中国电子报《朱森第：中国制造要补课2.0，普及3.0，示范4.0》，2015

[7] 比亚迪电子 《日产500万的口罩工厂，比亚迪是如何打造的？》，2020

[8] 黄旭东陈卫福康存锋《数控机床与数控技术》，2000

[9] 孟辛酉《自动化技术在机械设计制造中的应用》，2020

[10] 新华社，白田田《「聪明工厂」助企业「精准复工」》，2020

[11] 徐建立，姚谌 《柔性制造技术的应用与实践浅析》，2019

[12] 李有兵 《柔性生产线智能控制系统设计》，2018

[13] 李子宸 《三一重工：18号厂房试验,从大厂房到智慧工厂》，2015

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