融入人工智能技術的規模定制生產服務模式發展研究

劉宇飛，孔德婧，屈賢明

（1. 華中科技大學生命科學與技術學院，武漢 430074；2. 北京郵電大學現代郵政學院，北京 100876；3.中國工程院戰略咨詢中心，北京 100088）

一、前言

隨著生活水平的提升，人們對于民生消費品的個性化需求逐漸增加。制造企業在提供產品使用價值的同時，滿足客戶的個性化需求成為制造企業提升市場占有率、增加收益的重要途徑。為消費者提供定制化的產品，全面提高消費者的滿意度，已經成為企業追求新的競爭優勢的必然趨勢 [1～4]。

規模定制生產是指對定制的產品進行規模化的生產，它把大規模生產和定制生產這兩種模式的優勢有機地結合起來，在保證企業經濟效益的前提下滿足單個消費者的個性化需求。大規模生產模式在犧牲消費者多樣、多變需求的基礎上具有高效率、低成本的優勢；定制生產能夠一定限度地滿足消費者的個性化需求，然而不利于對時間、原材料、能源和人力成本的控制[5]。規模定制生產服務模式采用了柔性的生產過程和組織結構，能夠為客戶提供更多樣化、個性化的產品和服務，并使這些產品和服務能夠與標準化、規模化生產模式制造的產品相競爭。

定制化生產方式在大型機械行業中一直有著廣泛應用，然而在年產量較大的民生消費品行業，利用傳統的技術手段實現小批量、多品種、短交付周期的定制化產品生產是十分困難的。新一代信息技術為定制產品的規模化生產提供了技術基礎，能夠有效地降低成本、節約能耗、縮短交付周期。應用于規模定制生產服務模式的新一代信息技術主要包括大數據、物聯網、云計算和移動互聯網技術。然而，數字化網絡化基礎上的規模定制生產服務模式在研發設計的精準性和產品的定制化程度上仍有待進一步提升[6]，人工智能技術將進一步推動規模定制生產服務模式的發展。

本文根據案例調研和專家訪談，深入探討規模定制生產服務模式融入人工智能技術的必要性以及關鍵技術，并依據規模定制生產服務模式的發展趨勢提出對策建議。

二、研究背景

規模定制生產正在數字技術普遍應用、網絡技術支撐的前提下悄然興起，家具、服裝、家電等民生消費品行業規模定制生產的知識積累模式和生產調度優化的驅動模式已經發生改變。

（一）市場需求變化推動了制造業向定制化方向發展

供給側改革深刻影響著制造業的經營模式和理念。家電、家具、服裝企業價值鏈逐步由以產品為中心向以客戶為中心轉變，規模定制生產服務模式正在影響著這三個行業的發展。為了適應消費結構升級的需要，其產品結構正在向多層次、定制化方向發展。

首先，客戶需求的快速響應成為競爭焦點。一種新產品從構思、設計、試制到商業性投產，在19世紀大約要經歷70年的時間，在20世紀兩次世界大戰之間則縮短為40年，戰后至60年代更縮短為20年，到了70年代以后又進一步縮短為5～10年，而到現在只需2～3年甚至更短的時間，這種態勢必然導致市場競爭焦點的快速轉移。當差異化和低成本制造方式得以共同實現時，能夠快速響應客戶需求成為決定企業生存能力的重要因素。在這種情況下，差異化的市場定位成為競爭的必要條件。在此基礎上，根據不同需求推行快速交貨、保障高質量、低成本和重環保的市場供應便成為影響競爭優勢的關鍵性因素。

其次，環境資源有限引發了客戶的定制化需求。例如，房價上漲導致大部分居民只能購買有限的居住空間，而房屋資源的有限帶來了全屋定制家具的興起，使有限空間得到最大的使用率。越來越多的人認識到能源的珍貴，從而對家用電器的能耗和智能使用有了更高的要求。

最后，個性化追求帶來了客戶的定制化需求。根據需求理論，隨著人們生活水平的提高，客戶對于產品的基本功能獲得滿足之后，借助產品體現個人品味、文化修養的需求愈發彰顯。客戶對于服裝款式的要求越來越多樣化，希望得到不同于其他人的、能夠彰顯個人品味的服飾。再如，客戶對于家電的樣式也有了更多的要求，家電不再僅是傳統的款式，而是可以如藝術品一樣成為家的裝飾。

（二）新一代信息技術為規模定制生產服務模式提供了技術基礎

應用于規模定制生產服務模式的新一代信息技術主要包括大數據、物聯網、云計算和移動互聯網。利用來自企業系統數據、商場客流數據和電子商務數據、國際貿易數據及網絡評論數據等，與適用環境模型數據、地域特征與文化需求數據、流行趨勢相關數據及設計模板數據等多維度數據進行集成，基于數據挖掘工具形成發展趨勢動態分析報告、網絡輿情報告、銷售分析報告等，為企業定制生產服務需求提供決策依據。在產品、制造車間以及單元制造設備等環節應用射頻識別技術和微納傳感技術，形成流通銷售生產環節的透明化大數據，為制造數據共享和客戶查詢提供基礎條件。利用云計算實現數據的備份、查詢、分析及挖掘的模塊化和服務化，降低企業硬件設施及軟件投入成本，加快大數據應用的進度。此外，利用移動互聯網平臺實現需求分析、交互設計及銷售服務的網絡化和個性化。

在新一代信息技術的引領下，企業一方面利用用戶交互平臺將碎片化、個性化需求匯聚成批量訂單；另一方面通過信息物理系統，促進制造工藝和流程的數字化管理與產品個性化消費需求的柔性匹配，實現規模定制生產。目前，家電、家具和服裝行業的規模定制生產服務模式基本完成了數字化網絡化的試點示范，個別企業對人工智能技術的應用做了初步探索。

三、規模定制生產服務模式的發展趨勢

根據家具、家電、服裝和汽車行業的案例調研和專家訪談，研究發現數字化網絡化基礎上的規模定制生產模式仍有待進一步提升，人工智能技術有望引領規模定制生產模式升級，突破瓶頸。

（一）融入人工智能技術的必要性

在數字化網絡化基礎上的規模定制生產模式仍有待進一步提升，主要表現在兩個方面：研發設計的精準性和產品的定制化程度。

目前，研發設計主要基于客戶與設計師之間的互動交流。一方面，設計師依據經驗做出設計方案，由于設計師能力的參差不齊，設計方案并不一定能夠滿足客戶的定制化需求；另一方面，定制的產品是否具備生產條件也是基于設計師的個人判斷，一定程度上限制了定制產品的創意和個性化程度。實現定制產品研發設計的高效和精準需要，集成更復雜多維的數據以及更高效的數據處理和數據挖掘技術。

產品的定制化程度是滿足客戶需求的工藝條件，定制化產品的通用生產模塊仍有進一步解構的空間，現有的數字化網絡化技術尚未能有效解決更為復雜多樣的生產模塊加工優化。制造過程中資源能源的高效利用亦有待加強，基于數字化網絡化技術能夠實現自動排產，在更為復雜的生產條件下排產模型和方法仍需更新換代。

（二）突破瓶頸的關鍵技術

為了解決規模定制生產模式在家電、家具和服裝行業存在的問題，研究發現：利用人工智能技術加強信息反饋和數據挖掘能力，能夠實現對現有的研發設計系統、虛擬制造仿真優化系統、規模定制生產系統的升級。主要包括以下4個關鍵技術。

第一，多源跨媒體異構數據庫建設。異構集成產品數據庫、使用環境數據庫、解決方案數據庫和生產工藝數據庫，開發網絡化智能測量系統和客戶需求在線交互平臺采集客戶數據，將客戶數據、設計數據、虛擬制造數據、生產數據構建在云端，成為神經網絡、深度學習等算法運行的基礎。

第二，基于大數據的設計需求特征挖掘系統。基于社群生態，對客戶來源信息、基本信息、個性化需求信息（包括可選性信息和產品物理信息）以及定制產品的服務信息進行采集匯聚，與異構數據庫進行匹配，利用機器學習算法、深度學習模型、模式識別、文本挖掘、三維模型識別、產品使用環境模型匹配、圖像處理等智能分析技術實現深度數據挖掘，實現智能解決方案推薦、智能設計師推薦、智能優化產品設計以及智能原材料采購預測等。

第三，虛擬體驗系統及虛擬制造。采用多種虛擬現實技術（VR）、云渲染平臺、VR互動體驗技術快速實現設計方案的虛擬仿真，實現設計階段的客戶完整產品體驗。采用多種調度模型和求解算法，將不同材質、不同類型的定制產品訂單快速拆分再合理組織成批次，在虛擬制造系統中實現訂單管理和智能排產。打通研發設計與虛擬制造之間的邊界，徹底解決個性化設計與規模化生產之間的矛盾。

第四，全流程信息自動采集、生產管控與協同優化系統。通過虛擬制造、微納傳感、條碼標簽等手段，在規模定制產品柔性制造混流生產中，實現生產工藝、生產計劃、生產狀態、生產設備和品質分析等信息的在線查詢和實時管控，優化倉儲、設備、質量、物流管理和銷售，并完成對研發設計環節的數據反饋，達到全流程協同優化的目的。

四、對策建議

為了進一步推廣融入人工智能技術的規模定制生產服務模式，基于其發展趨勢，本文提出如下建議。

第一，加強頂層設計和規劃引導。論證規模定制生產服務模式在家具、家電和服裝行業的發展趨勢和中長期發展目標，并制定有效的推廣策略；研究規模定制生產服務模式在其他行業的發展潛力以及發展瓶頸，例如汽車行業，引導規模定制生產模式的高效推廣；監測跟蹤規模定制生產服務模式發展過程中存在的新情況、新問題，加強專項問題研究，做好政策儲備。

第二，激發企業活力。創新是企業快速發展的核心動力，為了激發企業活力，需要制定策略以強化知識產權保護，從而鼓勵技術創新。以技術創新激發市場需求，以市場需求帶動企業發展。

第三，培養促進規模定制生產服務模式發展的人才。人才是產業發展的核心，也是促進制造業進入新業態、新模式的前提條件，應著力人才的多層次多方位培養，進行教育制度改革，優化課程設計，同時加強系統性職業培訓，提高從業人員的業務能力，確保人才供應，以滿足規模定制生產的快速發展。

第四，加大對規模定制生產服務模式的金融支持。加強金融政策的靈活使用，提供多種融資方式，降低企業融資成本，通過金融手段優化資源配置，降低規模定制生產創新創業投入成本與風險，同時為傳統制造業轉型升級提供支撐。