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從無序到有序:論離散制造業的“流程化改造”

振動傳感器 2020-09-03 216 0

特斯拉、SpaceX載人龍飛船、北斗三號,都是離散制造業的產物。

離散制造的流程化改造,實際上是希望在松散無序的離散制造業中引入「秩序」,讓離散制造的過程也像流程制造一般,各要素之間緊密配合(減少浪費,減少半成品),實現快速、準確、高一致性的生產。

未來,在物聯網技術普及、軟硬件成本下降、消費側與流通側數字化水平急速提升等等因素的催化下,我們相信,更多機會將在這一領域不斷涌現,因為那是工業互聯網的星辰大海。

觀點精選

從某種意義上來講,流程制造是「囿于技術(OT)」的,離散制造則是「面向需求」的。

基于工藝流程的嚴格要求,流程制造天然具備「人、機、料、法」緊密耦合的特性,追求「畢其功于一役」;但離散制造對各種要素條件耦合的要求則松散得多,這一方面提供了更大的容錯空間,同時在客觀上降低了整個生產過程的效率。

正如工藝流程的嚴格限制塑造了流程制造的「魂」,需求也應成為離散制造的「魂」,并與IT一起為這一過程塑造「秩序」,提高效率。今天中國社會的數字化水平和技術能力已經為這種轉變提供了豐沃的土壤。

▲ 超跑與面包:離散制造與流程制造的兩個示例

過去幾年中,處于IT、CT和OT交叉點的工業互聯網領域逐漸成為創投熱點。不同行業、不同模式和不同切入點的創業項目遍地開花,各種概念也層出不窮,同時在傳播中產生了一些重疊、混用和困惑。今天,我們就從制造業的基本分類出發,與大家分享晨山資本對這個領域的一些思考。

離散制造與流程制造的分野

#核心區別/代表行業是什么

也許有的朋友對這兩個概念并不熟悉。那首先讓我們看看離散制造和流程制造的定義——這類公開資料很多,此處我們結合了PTC和美國生產及庫存管理學會(APICS)的定義:

離散制造Discrete Manufacturing

離散制造主要是通過對原材料物理形狀的改變、組裝成為產品,使其增值。

產品為構造型的(或者說樂高積木式的),即由元件、配件、零件構成部件、組件再構成產品。生產過程中只發生形狀的改變,沒有質變。

典型的離散制造行業包括汽車、機械制造、航空航天、計算機、通訊設備和各類消費電子產品等。

流程制造Process Manufacturing

流程制造是指物料經過混合、分離、成型或者化學反應,生產出有價值的產品。

在此過程中,物料大多連續地通過相同路徑,經過了相同的物理化學過程。

典型的流程制造行業包括鋼鐵冶金、石油化工、電力橡膠、制藥、食品等。

▲ 圖片來源:BatchMaster

上述定義似乎并不那么直觀易懂。可以通過一些簡單的特征來區分離散制造和流程制造。

從產品的可區分性來看,離散制造的產品通常有清晰的基本單位,比如一臺汽車、一塊手表,可以逐件生產;流程制造業的產品往往是均質的,需要相對大批量地進行生產制造,按照質量/體積進行售賣,比如鋼鐵、汽油。

從組裝和拆解來看,離散制造的產品通常是由一系列基本零配件組裝起來的,這些零配件在制成品狀態下仍然可以被明確地區分與拆解;而流程制造的產品,比如可樂,就很難被還原為其原始材料(雖然液體無法簡單地被拆解和還原,但容器、瓶蓋和液體還是可以區分和拆解的——因此,可樂液體生產的過程屬于流程制造,罐裝/包裝過程屬于離散制造)。

舉一個簡單但未必十分嚴謹的例子:烤面包屬于流程制造業——面包均質、單一而難以拆解;炒菜多屬于離散制造業——炒菜多樣、由不同原材料組裝而來且可拆分。

為什么存在兩種不同的生產組織形態?

#形成這種差異的核心原因又是什么

塑造一個行業具體形態的兩個最根本的因素是需求和供給:需求決定某個特定行業的「目標」或「理想狀態」,供給則提供了面向需求的一組「當前可選集合」。當二者能夠找到交點時,則會誕生一個「行業」。

需求往往天然是個性化的,在時間上和空間上是分散的。供給能力往往受限于技術水平,而技術水平在短期內通常是穩定的,因此技術水平和需求的天然狀態往往既決定了交點是否存在(比如人類有永生的需求,但供給尚無法提供一個交點),而當交點存在時,又決定了該「交點」的位置,即該交點對應的業務流程和形態,以及價格和產出規模。

短期看,供給能力往往是剛性(缺乏彈性/供不應求)的,這時要么需求側妥協(接受更高的價格或者更多的不便利),使得需求和供給能夠找到一個交點并在交點附近形成一個「行業」或者「市場」,否則這個行業就不存在。長期看,需求和供給都會發生變化,因此有些已經存在的「交點」或者「行業」也會逐漸消失(比如路邊的家電維修店、流動的醬油/醋攤販等)。

這個短期的平衡點,往往就是我們所看到的當前行業的狀態。技術/供給能力不只是決定了生產的工藝,也在很大程度上塑造了企業的組織形式,并對行業格局有著深刻的影響。

長期而言,技術總會進步,供給能力總會改善,因此往往會推動這個平衡點向需求端轉移(也就是說,需求端更少地妥協,或者更好地滿足需求,比如更低的價格、更個性化的配置、更加便利的消費流程——即更好地與「個性化的、在時間上和空間上分散的」的需求進行匹配)。

技術/供給能力的進步并不僅僅帶來了工藝水平的提高,它也常常促使企業的組織形式發生變化,進而對行業格局產生深刻的影響——比如技術的進步顯著改變了出租車行業的組織形態,并極大提升了該行業的集中度。讓一個原本極為分散、地域性極強的行業,看到了出現行業巨無霸的可能性。

流程制造和離散制造的組織/生產形式,就是技術-需求平衡的一個典型例子:

流程制造業的生產和組織形態與其生產技術工藝是密不可分的。

往往是技術本身(比如化工、煉鋼、蒸饅頭),決定了生產的流程性而非離散性,比如煉鋼過程中需要多種溫度、氣體、礦物的緊密配合,且在此過程中發生了一系列物理化學變化,并改變了最終產品的物理和化學性質;而技術工藝的要求本身,有時變成了規模經濟的來源,比如煉鋼的高爐需要大額的設備投資,對于小規模生產來說是不劃算的,相比之下,蒸饅頭的爐子是規模經濟中性的。

作為技術和工藝要求的一個副產品,流程制造過程中,各個生產要素的配比和配合是天然無縫對接進而高效運轉的。但由于這種流程下的產品,往往是均質而單一的,未必能夠滿足千姿百態的終端需求,因而流程制造的產成品常常會成為中間產品,會成為離散制造的「改造對象」。

與之對比,離散制造行業更多地向需求進行妥協,對原材料進行各種加工、拼裝和改造,以滿足各種不同終端的個性化需求(流程制造的最終產品往往是均質的,離散制造的最終產品是千姿百態的,只有千姿百態的最終產品才能夠與「個性化的、在時間上和空間上分散的」的需求進行匹配)。

最終產品的千姿百態,決定了離散制造所需的各個生產要素潛在備選組合的數量指數級提高;同時由于離散制造在工藝上要求的耦合度較低(各個組成部分并不需要同時處在特定的溫度、濕度、壓力或者某種化學環境中),這就進一步降低了對各類生產要素的緊密組織,或者說「秩序」的要求,客觀上造成了各類生產要素組織的「無序和低效」。

具體則體現為,相對松散管理的供應商體系、缺乏嚴格標準的工藝流程和多層級的分銷渠道(為了應付多樣的復雜要素組合所需要的專業能力、風險分擔以及對應的資金需求、分銷需求和服務需求)。

簡而言之,流程制造的核心是工藝,其生產過程相對高效但產品和交付模式單一;離散制造的核心是對需求進行匹配,其過程靈活但犧牲了生產效率。離散制造業要解決的關鍵問題,就是面向需求/偏好進行設計、生產和銷售——這一點是離散制造業的重要價值點。

可以說,狹義的離散制造(不包含設計)的核心是「組裝」,是「面向需求的組裝」,再時髦一點可以說是「面向需求的編程」,是根據用戶需求將一系列物料、人力進行組織的形式,其核心就是一套信息系統+控制(管理)系統。

離散制造業的流程化改造

#什么?兩種生產組織形態合二為一?

剛才我們提到,由于工藝要求的差異,流程制造業高度依賴一個配方,要求在生產過程中一系列復雜的物理化學條件同時被滿足,還要求各種原料/要素按照一系列特定的比例進行配比,同時要求各項工藝流程嚴絲合縫般地緊密配合。然而,在離散制造過程中,雖然常常也有BOM(物料清單)的限制,但幾款相似產品BOM并不必完全一致,且各項工序、各種生產要素的協作,并沒有那么精確的要求。同時,由于離散制造業企業往往生產更多種類/型號的產品,多品類的物流清單極大增加了管理的復雜度,進一步從客觀上降低了離散制造過程中的「有序性」。

離散制造的「松散、無序」和流程制造的「精密、有序」形成了鮮明的對比——如果能夠為離散制造過程提供一種「秩序」,則能夠大幅提升這類企業的運營效率。離散制造業的流程化改造,實際上是希望在松散無序的離散制造業中引入「秩序」,讓離散制造的過程也像流程制造一般,各要素之間緊密配合(減少浪費,減少半成品),實現快速、準確、高一致性的生產。

實現這種秩序可能有若干種不同的路徑,但核心在于:

全鏈條的數字化——被數字化的鏈條越長,則新秩序的影響力越大、潛在優化提升的潛力越大。

基于數字化的智能化/優化——數字化是手段而非目的,數字化的下一步是基于全鏈條數據的流程優化:這種優化可能是作用于設備調度的OEE/設備利用率提升,可能是基于「設計-打樣-試產」多環節協作的快速相應,可能是基于全工序數字化和動態調度的APS優化,可能是基于BOM/工藝鏈條數字化或基于全生產過程智能感知提升的產品一致性,也可能是前述各種效應組合。

需要注意到的一點是,自動化、智能化硬件設備能夠進一步提升工廠效率,但在「離散制造業的流程化改造」的主題下并非不可或缺。只要能夠實現全流程的數字化和在線化,即便在較低的自動化水平下,仍然能夠大幅提升不同環節、不同要素的配合效率。

▲ 不同環節的數字化示例 圖片來源:LNS Research

在離散制造業中引入這種秩序——一種讓生產要素無縫銜接,各種設備和人員高效運轉的秩序,實際上要比流程制造業中建立這種秩序更為復雜,原因在于:

流程制造業的產品,有很大比例是中間產品(原材料),其面臨的庫存風險要遠遠低于終端消費品;而離散制造的產成品(相比原材料)往往具備較高的跌價風險,這就迫使企業采用貼近市場的方式進行生產——更進一步說,這就需要企業將銷售和生產計劃通盤考慮,甚至將訂單系統直接與生產系統打通;

由于離散制造業的核心價值在于對終端需求的靈活適配,千姿百態的產品形態就成為必然。這就意味著比流程大量的SKU以及比流程制造業高幾個量級的產品設計、規劃、供應鏈管理難度;

傳統上,離散制造業的市場集中度遠低于流程制造業(因為流程制造業往往需要投資大型設備,天然地不適合中小企業的發展),因而市場上存在著大量分散的企業主,以及基于資金分散籌集、風險分散/共擔、客戶分級服務等因素而存在的多層分銷結構,整個行業的交付實際上是通過多級網狀結構的產業集群完成的——類似的交付在流程制造業中,可能是由一個規模巨大的核心企業主導完成的。

因此,如果要在離散制造業中引入這種秩序,實際上需要通過對一個產業集群的數字化升級來完成。如何完成這種升級,看起來困難重重,但也有種種有利因素,比如物聯網技術的普及、軟硬件成本的下降、消費側與流通側數字化水平的急速提升、生產側的激烈競爭等等。我們在實踐中已經看到若干這樣的例子。

為什么離散制造業的流程化改造是工業互聯網領域的巨大機會?

#太陽底下沒有新鮮事,但世界永不停止改變

實際上,由于同時對海量SKU進行生產和管理的難度巨大,離散制造業的從業者一直在想辦法擺脫這種尷尬的局面。這方面最成功的嘗試,可能是蘋果的「爆款策略」——一方面,蘋果通過從設計到生產的深度介入提高了對單一產品線的管理能力(提高了單一產品的生產有序性),另一方面又通過爆款策略避免了多線設計、采購、管理、分銷的多線作戰問題。

再舉個例子,鑒于汽車行業生產調度和供應鏈管理的高度復雜性(即便電動車的出現大大降低了汽車的復雜度,但今天市場上銷售的汽車仍然有1-3萬個零件),該行業長期以來都有很強的意愿和足夠的資源(體現為汽車的售價)來提高整個生產的有序性。實際上,作為地球上最復雜的量產大型機械設備,汽車行業生產的有序程度在離散制造業中首屈一指。

然而,一切都在發生變化。一方面,爆款策略的實施難度越來越大,我們在各行各業都看到了單個SKU/單訂單的數量顯著下降以及交貨期的不斷縮短(這意味著生產管理的難度越來越大)的現象,比如蘋果轉向了每年發布3部手機的做法;另一方面,汽車行業的管理方法伴隨著長達數年的開發周期,更適合高客單價、長生命周期的產品開發和管理,傳統方法也無法直接被用在更多的離散制造行業。

那么,為什么我們認為「離散制造業的流程化改造」會是工業互聯網時代的巨大機會呢?

首先,傳統的工業領域,具備很強的場景特異性和工程領域的「局部最優」特性,所謂「隔行如隔山」;以OT為核心的打法,并不容易找到具備廣闊空間的市場機會。

其次,中國工業增加值接近全球的1/3,作為全世界最大的工業國,中國有大量的垂直行業處于全球領先行業規模,且離散制造業在其中占據了很大的比重。

第三,離散制造業中要解決的核心問題,是在現有資源和技術條件下,解決「面向需求的組裝」問題,是用戶的需求偏好在流通、生產、設計、研發等領域的有效傳遞并通過多環節協作來進行產品開發和交付的問題。而促進信息的傳遞和多方協作,恰是互聯網的核心能力。

此外,突如其來的疫情,增強了在線協作的工作方式在各行各業的接受度;疲軟的需求和復雜的國際環境又給制造業帶來了轉型的壓力;商品流通和物流領域的迅速發展及高度數字化為制造業的變革打下了良好基礎;網絡技術的進步和軟硬件成本的降低進一步降低了采用新技術的成本……長期的、短期的、偶發的各種因素,會讓這一土壤更加肥沃。

我們相信,更多的機會將在這一領域不斷涌現,因為那是工業互聯網的星辰大海。

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