“人們可以訂購任何顏色的汽車，只要它是黑色的。”汽車大王亨利?福特一百多年前說出這句自相矛盾的話時底氣十足——想要擁有一輛汽車，你別無選擇，而這就是大批量生產(chǎn)時代的現(xiàn)實。

大批量生產(chǎn)的貢獻

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)所需的時間、成本和資源大幅下降，汽車也從剛發(fā)明時極為昂貴的奢侈品變成了消費者能負(fù)擔(dān)得起的交通工具。

?圖1-風(fēng)靡一時的福特T型車

??????大批量生產(chǎn)的優(yōu)勢非常明顯，也就是經(jīng)常說的“規(guī)模效應(yīng)”。大批量生產(chǎn)會顯著降低采購成本，通過簡單的削減供應(yīng)商數(shù)量，贏得更大的采購量，就可以讓一個企業(yè)降低成本。同時，質(zhì)量迭代也是需要過程的，大批量生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)的問題被統(tǒng)計出來，明確改善的方向，材料、加工工藝、流程都可以被優(yōu)化。

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??????一百多年過去，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)品的價格擁有個性化的產(chǎn)品

??????在物資匱乏的時代，只要生產(chǎn)出產(chǎn)品就可以賣出去。因此，在20世紀(jì)初是沒有柔性制造這一概念的。二戰(zhàn)后，市場快速蓬勃發(fā)展，同時全球化競爭使市場逐漸由生產(chǎn)者轉(zhuǎn)變到消費市場，消費者擁有了話語權(quán)。

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

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

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?????大規(guī)模定制（MassCustomization）應(yīng)運而生，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)的成本和時間提供滿足顧客特定需求的產(chǎn)品和服務(wù)的運營模式，即從大規(guī)模生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)變為有效地提供滿足單個客戶需求的產(chǎn)品或者服務(wù)。大規(guī)模定制采用柔性過程和柔性組織結(jié)構(gòu)，以提供個性化的產(chǎn)品和服務(wù)，從而使整個制造過程敏捷化，而這種產(chǎn)品和服務(wù)價格又必須與標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模生產(chǎn)相競爭。

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????基于柔性制造的大規(guī)模定制在全面綜合成本、質(zhì)量、柔性和時間等競爭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爭模式。

個性化挑戰(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)界的運營管理、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，但個性化的挑戰(zhàn)卻同樣變得迫切，越來越多的行業(yè)對于推進柔性制造同樣有著巨大的需求。

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

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????讓我們來看一下定制化生產(chǎn)帶來的挑戰(zhàn)。簡單的說，精益生產(chǎn)可以把生產(chǎn)的整個過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)機都屬于“不增值”，而不增值就成為了浪費。比如開機浪費，對于很多機器，如包裝、印刷、塑料等設(shè)備，開機時的調(diào)校是必須的過程，這對于大批量生產(chǎn)而言占比較小，但對于小批量訂單來說，就意味著不良品率的上升；此外，還有切換時間，機械調(diào)校的時間隨著訂單變化的頻率在整個生產(chǎn)中的比例也會提高，而這會降低設(shè)備的綜合效率。

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?????開機浪費、停機等待、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，個性化將會導(dǎo)致成本的上升，進而影響整體企業(yè)的產(chǎn)品競爭力。

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，使用多臺機器對同一部件進行作業(yè)的能力。柔性制造系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于對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。

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?????在過去很多年中，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緩慢。隨著大批量生產(chǎn)達(dá)到瓶頸，消費者的個性化需求日益強烈，實現(xiàn)“差異化”是企業(yè)贏得競爭的必由之路。

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

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更多的設(shè)備具有智能性，軟件定義成為趨勢：

?????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。隨著伺服系統(tǒng)的大量使用，諸如裁切這類動作僅需設(shè)置尺寸規(guī)格、速度即可完成同一裁切刀輥應(yīng)對不同規(guī)格的生產(chǎn)，而灌裝系統(tǒng)則會自動根據(jù)液體的密度、容器的規(guī)格進行灌裝曲線的計算和執(zhí)行。

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通信互聯(lián)：

??????過去豐富的總線變為了障礙，實時性、拓撲結(jié)構(gòu)等都對柔性制造系統(tǒng)的推進造成了困難。現(xiàn)在的實時以太網(wǎng)技術(shù)、OPC?UA技術(shù)以及未來的TSN技術(shù)都使得這些變得更為簡單高效，為柔性制造提供了發(fā)展的基礎(chǔ)。

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邊緣計算：

?????集中式控制是過去單機與產(chǎn)線的顯著特點，邏輯、運動控制、機器人的協(xié)同需要集中的控制單元進行協(xié)同。隨著邊緣計算應(yīng)用于對多個產(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，邊緣計算還實現(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)，從而可以及時進行調(diào)整。

?圖2?邊緣計算為全局協(xié)同優(yōu)化帶來提升

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柔性輸送系統(tǒng)：

?????傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)有很多障礙，包括機械磨損、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、無磨損、低維護并且占地小。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，實現(xiàn)與其它設(shè)備的協(xié)同；降低機械系統(tǒng)復(fù)雜性，并簡化生產(chǎn)中繁冗的流程。

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工業(yè)機器人：

?????在柔性生產(chǎn)中，工業(yè)機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)效率和市場反應(yīng)速度。?

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

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?????要確保靈活調(diào)整，緊跟市場步伐，同時保持出色的生產(chǎn)率、質(zhì)量和安全性，工程設(shè)計的效率是關(guān)鍵。機器人編程和虛擬調(diào)試應(yīng)用可以在實際的機器人操作軟件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)逼真的模擬，將編程和配置結(jié)果可視化，而不會耗費高昂成本，對生產(chǎn)造成干擾。開啟了柔性的數(shù)字化機器人控制新紀(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)的未來工廠提供廣泛的運動控制選項和更加定制化的解決方案，滿足更加多元化的制造需求。

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

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