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从无序到有序:论离散制造业的“流程化改造”

振动传感器 2020-09-03 34 0

特斯拉、SpaceX载人龙飞船、北斗三号,都是离散制造业的产物。

离散制造的流程化改造,实际上是希望在松散无序的离散制造业中引入「秩序」,让离散制造的过程也像流程制造一般,各要素之间紧密配合(减少浪费,减少半成品),实现快速、准确、高一致性的生产。

未来,在物联网技术普及、软硬件成本下降、消费侧与流通侧数字化水平急速提升等等因素的催化下,我们相信,更多机会将在这一领域不断涌现,因为那是工业互联网的星辰大海。

观点精选

从某种意义上来讲,流程制造是「囿于技术(OT)」的,离散制造则是「面向需求」的。

基于工艺流程的严格要求,流程制造天然具备「人、机、料、法」紧密耦合的特性,追求「毕其功于一役」;但离散制造对各种要素条件耦合的要求则松散得多,这一方面提供了更大的容错空间,同时在客观上降低了整个生产过程的效率。

正如工艺流程的严格限制塑造了流程制造的「魂」,需求也应成为离散制造的「魂」,并与IT一起为这一过程塑造「秩序」,提高效率。今天中国社会的数字化水平和技术能力已经为这种转变提供了丰沃的土壤。

▲ 超跑与面包:离散制造与流程制造的两个示例

过去几年中,处于IT、CT和OT交叉点的工业互联网领域逐渐成为创投热点。不同行业、不同模式和不同切入点的创业项目遍地开花,各种概念也层出不穷,同时在传播中产生了一些重叠、混用和困惑。今天,我们就从制造业的基本分类出发,与大家分享晨山资本对这个领域的一些思考。

离散制造与流程制造的分野

#核心区别/代表行业是什么

也许有的朋友对这两个概念并不熟悉。那首先让我们看看离散制造和流程制造的定义——这类公开资料很多,此处我们结合了PTC和美国生产及库存管理学会(APICS)的定义:

离散制造Discrete Manufacturing

离散制造主要是通过对原材料物理形状的改变、组装成为产品,使其增值。

产品为构造型的(或者说乐高积木式的),即由元件、配件、零件构成部件、组件再构成产品。生产过程中只发生形状的改变,没有质变。

典型的离散制造行业包括汽车、机械制造、航空航天、计算机、通讯设备和各类消费电子产品等。

流程制造Process Manufacturing

流程制造是指物料经过混合、分离、成型或者化学反应,生产出有价值的产品。

在此过程中,物料大多连续地通过相同路径,经过了相同的物理化学过程。

典型的流程制造行业包括钢铁冶金、石油化工、电力橡胶、制药、食品等。

▲ 图片来源:BatchMaster

上述定义似乎并不那么直观易懂。可以通过一些简单的特征来区分离散制造和流程制造。

从产品的可区分性来看,离散制造的产品通常有清晰的基本单位,比如一台汽车、一块手表,可以逐件生产;流程制造业的产品往往是均质的,需要相对大批量地进行生产制造,按照质量/体积进行售卖,比如钢铁、汽油。

从组装和拆解来看,离散制造的产品通常是由一系列基本零配件组装起来的,这些零配件在制成品状态下仍然可以被明确地区分与拆解;而流程制造的产品,比如可乐,就很难被还原为其原始材料(虽然液体无法简单地被拆解和还原,但容器、瓶盖和液体还是可以区分和拆解的——因此,可乐液体生产的过程属于流程制造,罐装/包装过程属于离散制造)。

举一个简单但未必十分严谨的例子:烤面包属于流程制造业——面包均质、单一而难以拆解;炒菜多属于离散制造业——炒菜多样、由不同原材料组装而来且可拆分。

为什么存在两种不同的生产组织形态?

#形成这种差异的核心原因又是什么

塑造一个行业具体形态的两个最根本的因素是需求和供给:需求决定某个特定行业的「目标」或「理想状态」,供给则提供了面向需求的一组「当前可选集合」。当二者能够找到交点时,则会诞生一个「行业」。

需求往往天然是个性化的,在时间上和空间上是分散的。供给能力往往受限于技术水平,而技术水平在短期内通常是稳定的,因此技术水平和需求的天然状态往往既决定了交点是否存在(比如人类有永生的需求,但供给尚无法提供一个交点),而当交点存在时,又决定了该「交点」的位置,即该交点对应的业务流程和形态,以及价格和产出规模。

短期看,供给能力往往是刚性(缺乏弹性/供不应求)的,这时要么需求侧妥协(接受更高的价格或者更多的不便利),使得需求和供给能够找到一个交点并在交点附近形成一个「行业」或者「市场」,否则这个行业就不存在。长期看,需求和供给都会发生变化,因此有些已经存在的「交点」或者「行业」也会逐渐消失(比如路边的家电维修店、流动的酱油/醋摊贩等)。

这个短期的平衡点,往往就是我们所看到的当前行业的状态。技术/供给能力不只是决定了生产的工艺,也在很大程度上塑造了企业的组织形式,并对行业格局有着深刻的影响。

长期而言,技术总会进步,供给能力总会改善,因此往往会推动这个平衡点向需求端转移(也就是说,需求端更少地妥协,或者更好地满足需求,比如更低的价格、更个性化的配置、更加便利的消费流程——即更好地与「个性化的、在时间上和空间上分散的」的需求进行匹配)。

技术/供给能力的进步并不仅仅带来了工艺水平的提高,它也常常促使企业的组织形式发生变化,进而对行业格局产生深刻的影响——比如技术的进步显著改变了出租车行业的组织形态,并极大提升了该行业的集中度。让一个原本极为分散、地域性极强的行业,看到了出现行业巨无霸的可能性。

流程制造和离散制造的组织/生产形式,就是技术-需求平衡的一个典型例子:

流程制造业的生产和组织形态与其生产技术工艺是密不可分的。

往往是技术本身(比如化工、炼钢、蒸馒头),决定了生产的流程性而非离散性,比如炼钢过程中需要多种温度、气体、矿物的紧密配合,且在此过程中发生了一系列物理化学变化,并改变了最终产品的物理和化学性质;而技术工艺的要求本身,有时变成了规模经济的来源,比如炼钢的高炉需要大额的设备投资,对于小规模生产来说是不划算的,相比之下,蒸馒头的炉子是规模经济中性的。

作为技术和工艺要求的一个副产品,流程制造过程中,各个生产要素的配比和配合是天然无缝对接进而高效运转的。但由于这种流程下的产品,往往是均质而单一的,未必能够满足千姿百态的终端需求,因而流程制造的产成品常常会成为中间产品,会成为离散制造的「改造对象」。

与之对比,离散制造行业更多地向需求进行妥协,对原材料进行各种加工、拼装和改造,以满足各种不同终端的个性化需求(流程制造的最终产品往往是均质的,离散制造的最终产品是千姿百态的,只有千姿百态的最终产品才能够与「个性化的、在时间上和空间上分散的」的需求进行匹配)。

最终产品的千姿百态,决定了离散制造所需的各个生产要素潜在备选组合的数量指数级提高;同时由于离散制造在工艺上要求的耦合度较低(各个组成部分并不需要同时处在特定的温度、湿度、压力或者某种化学环境中),这就进一步降低了对各类生产要素的紧密组织,或者说「秩序」的要求,客观上造成了各类生产要素组织的「无序和低效」。

具体则体现为,相对松散管理的供应商体系、缺乏严格标准的工艺流程和多层级的分销渠道(为了应付多样的复杂要素组合所需要的专业能力、风险分担以及对应的资金需求、分销需求和服务需求)。

简而言之,流程制造的核心是工艺,其生产过程相对高效但产品和交付模式单一;离散制造的核心是对需求进行匹配,其过程灵活但牺牲了生产效率。离散制造业要解决的关键问题,就是面向需求/偏好进行设计、生产和销售——这一点是离散制造业的重要价值点。

可以说,狭义的离散制造(不包含设计)的核心是「组装」,是「面向需求的组装」,再时髦一点可以说是「面向需求的编程」,是根据用户需求将一系列物料、人力进行组织的形式,其核心就是一套信息系统+控制(管理)系统。

离散制造业的流程化改造

#什么?两种生产组织形态合二为一?

刚才我们提到,由于工艺要求的差异,流程制造业高度依赖一个配方,要求在生产过程中一系列复杂的物理化学条件同时被满足,还要求各种原料/要素按照一系列特定的比例进行配比,同时要求各项工艺流程严丝合缝般地紧密配合。然而,在离散制造过程中,虽然常常也有BOM(物料清单)的限制,但几款相似产品BOM并不必完全一致,且各项工序、各种生产要素的协作,并没有那么精确的要求。同时,由于离散制造业企业往往生产更多种类/型号的产品,多品类的物流清单极大增加了管理的复杂度,进一步从客观上降低了离散制造过程中的「有序性」。

离散制造的「松散、无序」和流程制造的「精密、有序」形成了鲜明的对比——如果能够为离散制造过程提供一种「秩序」,则能够大幅提升这类企业的运营效率。离散制造业的流程化改造,实际上是希望在松散无序的离散制造业中引入「秩序」,让离散制造的过程也像流程制造一般,各要素之间紧密配合(减少浪费,减少半成品),实现快速、准确、高一致性的生产。

实现这种秩序可能有若干种不同的路径,但核心在于:

全链条的数字化——被数字化的链条越长,则新秩序的影响力越大、潜在优化提升的潜力越大。

基于数字化的智能化/优化——数字化是手段而非目的,数字化的下一步是基于全链条数据的流程优化:这种优化可能是作用于设备调度的OEE/设备利用率提升,可能是基于「设计-打样-试产」多环节协作的快速相应,可能是基于全工序数字化和动态调度的APS优化,可能是基于BOM/工艺链条数字化或基于全生产过程智能感知提升的产品一致性,也可能是前述各种效应组合。

需要注意到的一点是,自动化、智能化硬件设备能够进一步提升工厂效率,但在「离散制造业的流程化改造」的主题下并非不可或缺。只要能够实现全流程的数字化和在线化,即便在较低的自动化水平下,仍然能够大幅提升不同环节、不同要素的配合效率。

▲ 不同环节的数字化示例 图片来源:LNS Research

在离散制造业中引入这种秩序——一种让生产要素无缝衔接,各种设备和人员高效运转的秩序,实际上要比流程制造业中建立这种秩序更为复杂,原因在于:

流程制造业的产品,有很大比例是中间产品(原材料),其面临的库存风险要远远低于终端消费品;而离散制造的产成品(相比原材料)往往具备较高的跌价风险,这就迫使企业采用贴近市场的方式进行生产——更进一步说,这就需要企业将销售和生产计划通盘考虑,甚至将订单系统直接与生产系统打通;

由于离散制造业的核心价值在于对终端需求的灵活适配,千姿百态的产品形态就成为必然。这就意味着比流程大量的SKU以及比流程制造业高几个量级的产品设计、规划、供应链管理难度;

传统上,离散制造业的市场集中度远低于流程制造业(因为流程制造业往往需要投资大型设备,天然地不适合中小企业的发展),因而市场上存在着大量分散的企业主,以及基于资金分散筹集、风险分散/共担、客户分级服务等因素而存在的多层分销结构,整个行业的交付实际上是通过多级网状结构的产业集群完成的——类似的交付在流程制造业中,可能是由一个规模巨大的核心企业主导完成的。

因此,如果要在离散制造业中引入这种秩序,实际上需要通过对一个产业集群的数字化升级来完成。如何完成这种升级,看起来困难重重,但也有种种有利因素,比如物联网技术的普及、软硬件成本的下降、消费侧与流通侧数字化水平的急速提升、生产侧的激烈竞争等等。我们在实践中已经看到若干这样的例子。

为什么离散制造业的流程化改造是工业互联网领域的巨大机会?

#太阳底下没有新鲜事,但世界永不停止改变

实际上,由于同时对海量SKU进行生产和管理的难度巨大,离散制造业的从业者一直在想办法摆脱这种尴尬的局面。这方面最成功的尝试,可能是苹果的「爆款策略」——一方面,苹果通过从设计到生产的深度介入提高了对单一产品线的管理能力(提高了单一产品的生产有序性),另一方面又通过爆款策略避免了多线设计、采购、管理、分销的多线作战问题。

再举个例子,鉴于汽车行业生产调度和供应链管理的高度复杂性(即便电动车的出现大大降低了汽车的复杂度,但今天市场上销售的汽车仍然有1-3万个零件),该行业长期以来都有很强的意愿和足够的资源(体现为汽车的售价)来提高整个生产的有序性。实际上,作为地球上最复杂的量产大型机械设备,汽车行业生产的有序程度在离散制造业中首屈一指。

然而,一切都在发生变化。一方面,爆款策略的实施难度越来越大,我们在各行各业都看到了单个SKU/单订单的数量显著下降以及交货期的不断缩短(这意味着生产管理的难度越来越大)的现象,比如苹果转向了每年发布3部手机的做法;另一方面,汽车行业的管理方法伴随着长达数年的开发周期,更适合高客单价、长生命周期的产品开发和管理,传统方法也无法直接被用在更多的离散制造行业。

那么,为什么我们认为「离散制造业的流程化改造」会是工业互联网时代的巨大机会呢?

首先,传统的工业领域,具备很强的场景特异性和工程领域的「局部最优」特性,所谓「隔行如隔山」;以OT为核心的打法,并不容易找到具备广阔空间的市场机会。

其次,中国工业增加值接近全球的1/3,作为全世界最大的工业国,中国有大量的垂直行业处于全球领先行业规模,且离散制造业在其中占据了很大的比重。

第三,离散制造业中要解决的核心问题,是在现有资源和技术条件下,解决「面向需求的组装」问题,是用户的需求偏好在流通、生产、设计、研发等领域的有效传递并通过多环节协作来进行产品开发和交付的问题。而促进信息的传递和多方协作,恰是互联网的核心能力。

此外,突如其来的疫情,增强了在线协作的工作方式在各行各业的接受度;疲软的需求和复杂的国际环境又给制造业带来了转型的压力;商品流通和物流领域的迅速发展及高度数字化为制造业的变革打下了良好基础;网络技术的进步和软硬件成本的降低进一步降低了采用新技术的成本……长期的、短期的、偶发的各种因素,会让这一土壤更加肥沃。

我们相信,更多的机会将在这一领域不断涌现,因为那是工业互联网的星辰大海。

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