服務型制造學術研究與工業應用綜述

張富強 江平宇 郭 威

1.長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，西安，710064 2.西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室，西安，710049

1 前言

1.1 歷史與起源

用戶需求多樣化、市場競爭激烈、低端產能過剩、高端能力不足、企業利潤空間壓縮、產業增值緩慢和環境污染嚴重等是當今我國制造業面臨的困境。加快傳統的生產型制造向服務型制造轉變，是提升制造業品質和推進工業供給側結構性改革的重要途徑［1?2］。1966 年美國經濟學家格林福爾德在研究服務業分類時最早提出了生產性服務業（producer services）的概念［3］，自此，服務與制造的不斷融合引申出制造服務（manufacturing services）的理念［4?5］，并依托外包等機制開始在制造業中發揮巨大作用。例如，1990年GE、IBM等公司就率先進行由產品向服務轉型的嘗試。伴隨著制造服務研究的深入，自20世紀90年代起有歐美學者分別提出了服務型制造的概念和實現策略［6?9］。2007 年前后國內學者結合中國制造的特色開始關注服務型制造，并進行了較為系統的理論構建［10?11］。當前，在全球制造業升級轉型的歷史背景和經濟利益驅動下，服務型制造的學術研究和工業應用得到了極大的發展。

1.2 產品全生命周期與微笑曲線

產品全生命周期涉及前期的市場調研與用戶需求分析、產品設計與開發、加工與裝配、運輸與分銷、售后與維護、回收再制造等環節。為明確學術術語邊界，本文所指的制造是一種廣義概念，涵蓋產品全生命周期的各個環節活動；而生產僅特指產品加工和裝配環節。由圖1中微笑曲線可知：①加工與裝配環節處于價值鏈的低端，制造企業必須由以生產為中心向以服務為中心轉變。②制造業必須更加重視面向用戶的研發設計和產品服務等要素的投入，將微笑曲線整體抬升，并向高附加值兩端延展，才能真正實現制造業的升級改造。③服務型制造發展的重要趨勢是價值鏈中的服務要素得到延長和加強。制造服務化使得上下游企業之間的“需求-供應”關系變得越來越開放，這些企業或重制造、或重服務，或一體化、或專業化，研發、制造、營銷等產業鏈環節有序銜接，業務相互交織，共同構成了產業創新生態系統［12］。

圖1 微笑曲線Fig.1 Smile curve

據此可知，服務型制造是一種涵蓋產品全生命周期的、以制造服務為驅動力的廣義先進制造模式。其中，制造服務既包括傳統的生產性維護與MRO（maintenance，repair and overhaul）、外包，也涉及諸如眾籌、眾包、產品服務系統（product?service systems，PSS）、社群機制下的競爭與分享生產等新形式［13?14］。在服務型制造廣義范疇下，云制造（cloud manufacturing）［15］、社群化制造（social manufacturing）［16］等均是其體現形式。同時，在新一代IT技術的驅動下，企業生產組織形態的創客化、小微化與平臺化也使得制造服務呈現出社群化的新特點［17］。

1.3 服務型制造的基本形式

制造服務貫穿于產品全生命周期的各個環節，產品是制造服務的核心著力點，因此，服務型制造的特點可從面向產品制造的服務和面向產品服務的制造視角來進行闡述。

（1）面向產品制造的服務。為實現自身資源的有效配置和聚焦于核心競爭力的提升，企業一方面可以將低附加值和低利潤的零部件外包給第三方企業來加工，重要工序以及核心零部件的加工和組裝則自主加工；另一方面，對于企業資源的配置服務方式，可以采用與第三方產品服務供應商和金融租賃等服務形式來實現雙贏。

（2）面向產品服務的制造。為用戶提供個性化的產品服務是服務型制造的重要方面。結合用戶的個性化服務需求，必須對產品全生命周期的各個環節進行改造。例如在設計階段，進行功能需求模塊和外觀結構的差異性設計；在加工階段，對零部件關鍵工藝參數進行調整和優化。應特別指出的是，產品服務系統是面向產品服務進行制造的核心驅動力［18］。

1.4 服務型制造的文獻統計及研究方法

服務型制造是學術界和工業界的一個新興研究熱點。在資料搜集方面，本文遵循圖2所示的“關鍵詞-數據庫-樣本庫”的調研思路。首先，凝練關鍵學術術語，例如服務型制造、產品服務系統和制造服務增值等。關于服務型制造術語的英文翻譯并不唯一，有service?oriented manufacturing，service?based manufacturing，service?enhanced manufacturing，service?embedded manufacturing等。其次，在 Google Scholar、Scopus、EI、Web of Knowledge、中文 CNKI、Elsevier、Springer、Tay?lor&Francis、Emerald、Wiley&Sons等文獻源中進行服務型制造關鍵詞搜索得到的“關鍵詞-文獻源”矩陣，見表1。最后，遴選了引用率高的論文、知名學者的報告和行業發展數據，形成了本文研究的樣本庫（見參考文獻）。

圖2 數據搜集與篩選Fig.2 Data collection and selection

表1 服務型制造“關鍵詞-文獻源”矩陣Tab.1 Service-oriented manufacturing“keyword-resources”matrix

基于上述調研樣本庫，本文按以下思路對服務型制造學術研究與工業應用進行綜述。首先對服務型制造的概念定義進行歸納；然后提煉出6個關鍵技術，包括組織與運行模式、制造服務增值、設計與生產性服務、工業產品服務系統（industrial product?service system，iPSS）、制造服務供應鏈以及IT自動化技術對服務型制造的增效等技術；最后對典型的工業應用案例進行剖析。

2 概念定義、關鍵技術與工業案例

2.1 概念定義

雖然生產性服務自20世紀60年代以來一直都被放在不同的學術與工程實踐情境下進行研究和應用，且引申出制造服務的理念，但從“社會-技術”系統的角度看，直到20世紀末至21世紀初期，服務型制造的研究才得到系統性的提升，服務型制造的概念和實施策略才開始作為工業化進程中制造與服務融合發展的一種新型產業形態［19］。其中，20世紀90年代IBM和GE等公司在服務制造方面的實踐性成果激發了學術研究的進程。同時，學術研究也反哺工程實踐的深化。例如，IBM定義的SOA（service?oriented architecture）架構以及相關的服務注冊、描述、發現、操作等機制為制造服務奠定了計算實現基礎；而GE公司包括諸如發動機租賃服務在內的工程實踐為產品服務系統理念的落地提供了堅實的依據。

事實上，服務型制造的概念形成依賴于自底而上的“實踐-理論-再實踐”循環，是服務與制造融合理論與方法研究的質變結果。伴隨著制造服務研究成果的積累，歐美學術界均對服務型制造給出了一些基本的定義。如service?oriented manufacturing［6］，service?based manufacturing［20］，service?enhanced manufacturing［21］等。這些定義各有側重，在表述上亦存在微小的差異。

自改革開放以來，新形勢下中國制造的服務特征起步于珠三角地區的外包生產，并在不同的城市群形成了各自的制造服務特色，如長三角模式、京津冀模式、溫州模式等。據此不僅產生了海量的中小微型制造企業，而且也孕育出諸如海爾、小米、陜西鼓風機（集團）有限公司、沈陽機床股份有限公司、富士康等具有鮮明制造服務特征的大型企業，構成了不同的、行業相關的產業鏈集群。中國制造的發展更為制造服務研究提供了空前的工程實踐情境。結合中國制造的實踐和新特點，“十五”期間依托國家863計劃，國內在制造服務研究方面先后提出了ASP（application service provision）制造服務應用模式［22?25］，網絡化 e?制造服務［26?27］、基于SOA的制造服務［28］等方法。汪應洛等學者則在2007年前后給出了結合中國制造特征的服務型制造定義［2］。在相關文獻的表述中，孫林巖等［10］認為服務型制造是為了實現制造價值鏈中各利益相關者的價值增值，通過產品和服務的融合、用戶全程參與、企業相互提供生產性服務和服務性生產，實現分散化制造資源的整合和各自核心競爭力的高度協同，達到高效創新的一種制造模式。林文進等［29］認為服務型制造是在制造業和服務業相互融合的背景下誕生的，并通過網絡化協作實現制造向服務的拓展和服務向制造的滲透，最終為用戶提供“產品服務系統”，企業在為用戶創造最大價值的同時獲取自身的利益。江平宇等［30?33］則從產品服務系統的角度出發，提出了PSS是實現基于產品全生命周期服務型制造的核心價值系統的觀點。

研究表明，制造業與服務業的深度融合，必將對生產者與消費者的角色進行重新定位，對生產者與生產者、生產者與消費者之間的鏈接關系重構解析。從橫向來看，生產者與生產者、生產者與消費者之間可以存在多重的服務與被服務關系；從縱向來看，制造服務從鏈式供應合作關系向服務增值網絡進行擴展和延伸。生產者與生產者、生產者與消費者角色之間都屬于服務與被服務的關系，他們之間的服務關系涵蓋了產品全生命周期的各個階段。具體表現如下：傳統的制造商逐漸由單一的產品供應商向產品服務供應商轉變；用戶可以通過個性化需求來定制產品，積極參與到產品的前端設計、生產過程和服務決策過程中去；制造企業在加工與裝配階段，將低附加值的零部件加工活動外包給第三方企業，自己聚焦于核心部件的加工或者裝配活動，以此來獲取較高的企業利潤。

2.2 服務型制造的關鍵技術

依據上述概念定義，本文以6項主要的服務型制造關鍵技術為目標，并結合工業應用案例進行文獻綜述。

2.2.1 組織與運行模式

制造與服務的融合首先要求重構生產者與生產者、生產者與消費者之間的鏈接。商業關系由鏈式供應方式向網狀生態共創體系改變，全新的工業服務邏輯正在出現。依托于工業產品，將生產性服務、服務性生產以及用戶全程參與制造及服務過程引入傳統的制造價值鏈，擴展價值鏈的涵蓋范圍，通過企業間的專業化分工和協作及網絡化協作實現資源整合、價值增值和知識創新［34］。解決這些問題依賴于對組織與運行模式的探究。與此相關的研究方向有組織范式［10，29，35?36］、制造過程的服務化［5，37?38］、模塊化生產［39?40］、產 品 化 服 務［41?43］、云 制 造 服 務 模式［15，44?46］、社群化制造模式［47?55］、社群化工廠［56］、微服務［57］等。其他典型的研究還包括工業用戶參與生產服務和交付流程中的角色定位和轉變［58］。關于動態環境下的制造服務供需匹配問題，可分為供需對象匹配、供需數量匹配、單一產品/服務供需匹配、多產品/服務供需匹配、企業供需匹配和系統供需匹配6類［59］，并針對資源服務提供者、資源服務需求和資源服務代理三方之間的利益均衡問題，構建資源效用模型［60］和資源服務組合柔性度量體系［61］。針對資源計劃體系的研究框架，可考慮用戶參與和體驗影響的預測；以服務模塊化和物料需求計劃為基礎的服務和物料綜合需求計劃；考慮用戶參與和體驗以及參與者行為的計劃和調度問題，特別是用戶的參與和體驗變化導致的online能力分配和調度問題［62］。

綜上所述，國內外專家從不同視角對生產性服務、服務性生產等術語及概念進行了定義和描述，給出了制造與服務融合的技術支持框架，對資源的供需匹配進行了系統研究，但仍缺乏對生產者與生產者、生產者與消費者之間角色定位和鏈接關系的系統性描述和演變規律的深度解析。

2.2.2 制造服務增值

制造業從產品經濟到服務經濟的轉變，促使國內外越來越多的制造企業逐步通過運用服務來增強自身產品競爭力以及向服務轉型以獲取新的價值來源［63?65］，這使得依托制造服務實現價值增值成為解決問題的核心要點。制造服務增值涉及供應商、服務商、制造商、分銷商和用戶節點企業等角色的耦合關系。各角色節點企業緊密圍繞核心能力開展業務，并將非核心業務外包；通過相互提供生產性服務、分工合作實現快速創新和高效生產服務制造協作［11，34］；此外，協同設計、供應商庫存管理、遠程維護等都體現了生產服務網絡上的新型服務關系。其研究方向包括：服務增值策略［66?69］、制造業的服務化［70?71］、增值機理［72?73］、服務價值網絡［74?78］、服務成本工程［79?81］等；典型的研究有：采用消費者效用理論探討制造商拓展增值服務渠道的條件［82］、個性化服務的定價方案設置［19］、制造與服務的可持續融合框架［83］等。針對制造業企業服務化戰略的生成邏輯問題，案例實證表明企業能力對制造業服務化績效的生成具有顯著的調節影響作用。尤其是當制造企業的服務提供類型與其特定情境能力之間保持相對的適應性關系時，企業能力更可能對制造企業績效帶來積極影響［84］。針對產品服務雙合作聯盟的收益分配問題，基于雙合作聯盟的核心與韋伯集相等的定理可求解出每個聯盟企業的最優產品和服務收益結果，且由收益遞增定理可知，制造企業參與的產品服務雙合作聯盟越大，邊際收益越大［85］。

綜上所述，制造服務增值主要體現在兩個方面：①制造過程的服務化。在產品制造過程中所需的生產性服務性要素在制造和價值創造中的投入增加，成為企業競爭力的關鍵來源。②制造產品的服務化。傳統的單一產品制造商正逐漸向“產品+服務”的供應商角色轉型。

2.2.3 設計與生產性服務

（1）產品設計服務。設計服務是制造服務的重要組成部分，提升企業設計服務能力是提高產業鏈產品開發效率的關鍵。產品設計服務的實現框架有：外包設計［86］、眾包設計［87］、云設計［88?89］等。眾包概念于2006年6月首次被提出［90］，后被應用在產品設計任務中，通過整合互聯網上的海量社會化智力資源完成單個個體難以單獨完成的復雜任務［91］。典型的研究有：通過開放式眾包業務模型支持用戶關注和參與產品開發過程［88，92］，通過真實產品開發過程的眾包實驗定量分析群眾參與模式下的眾包活動特征［93］，通過案例對比分析眾包設計模式利用社會化資源完成產品開發任務的能力［87］。在外包設計方面，典型的研究包括：通過分析供應商參與汽車零部件設計的動機、方式和后果來研究外包策略和供應商管理問題［94］，通過面向服務的模塊化設計的研究內容及現狀分析來比較傳統物理產品與集成產品和服務提供（廣義產品）的區別［95］。在云設計方面，典型的研究有：通過云計算概念設計與制造框架，探討利用云計算進行協作設計、分布式制造及其創新數據挖掘、語義Web技術等方面的研究［89］，基于云設計架構的設計需求獲取研究［96］，基于遺傳算法的云設計資源調度問題［97］等。

綜上所述，基于眾包設計、外包設計、云設計等模式的產品設計服務是一種在線的、分布式的、高效的問題解決方案，通過整合利用分散的設計資源來完成產品協同開發。該方案能有效降低成本、增強企業核心競爭力，正成為越來越多制造企業凝聚核心競爭力的重要舉措［98］。

（2）零件加工與產品裝配服務。生產服務的主要形式是生產外包，其核心思想是以外協加工的方式將生產任務委托給外部專業化細分下的生產企業來完成，以達到降低成本、分散風險、提高效率、增強競爭力的目的［99］。目前對生產外包模式的研究主要有：概念框架研究、外包調度規劃研究、外包決策支持研究等。在概念框架方面，可將產品服務系統劃分為多個方面，從產品經濟學的視角分析服務制造網絡各節點企業間的合作關系［34］；利用云加工社區框架，可以繼承分布式社會化的制造資源，在社會化加工資源的虛擬訪問、生產外包任務的廣播和確認、面向特定生產外包任務的加工過程監控等技術的支持下，為用戶提供按需加工服務［46］。在調度規劃方面，針對不確定性制造系統中外部資源使用的協商和規劃問題，也可采用滾動時域方法，將兩階段隨機規劃方法應用于資源需求等不確定時間的研究中［100］；也可采用ESCSA算法解決復雜實時系統中的任務眾包調度問題［101］；可通過對制造服務中產品制造任務和企業制造資源的定義以及基于物料清單的數據流分析，建立一種智能化制造任務分配模型，分析制造任務靜動態分配和分配策略問題［102］。此外，對于庫存限制和生產外包服務滯留等問題，可采用動態批量模型來解決，降低時間和經濟成本［103］。在決策支持方面，可以采用本體論、規則推理和博弈論等方法實現供應商預審，最終選擇和訂單協調的三階段決策支持，并采用帝國競爭算法進行解算［104?105］。在產品裝配方面，公共外庫和倉儲產品服務系統概念的提出為產品裝配部件的智能存儲和實時配送提供了新的解決方案［106?107］?；跁r間和空間維度的庫存服務優化是實現產品裝配服務的關鍵，可采用成熟度和目標級聯分析法對倉儲服務能力進行建模［108］；采取分布式庫存控制策略對面向多企業多品種多需求的貨位分配組合進行優化［109］。另外，產品加工和裝配也存在整體外包現象，如手機生產［110］等。

綜上所述，生產外包加工和裝配是零件加工與生產任務的主要模式，該模式中，外包服務需求方可以將非核心的生產服務轉移到外部企業，從而有更多精力提升自己的核心業務，而外包服務提供方可以聚焦專業化加工服務，與其他提供方一起形成以某類工件的重要工序或核心部件的加工組裝為核心的制造社區，從而占據市場位置。公共外庫（即共享倉庫）和倉儲產品服務系統等服務模式的出現也為產品零部件的存儲和配送提供了新的解決思路，因此，該模式能實現需求方和提供方的雙贏。

2.2.4 工業產品服務系統

21世紀初聯合國環境規劃署（UNEP）提出了產品服務系統（PSS）的概念，最初的目的是實現人、產品、企業和環境的可持續發展［111］。PSS通過系統地集成產品和服務，為用戶提供產品功能而不是產品本身以滿足他們的需求，從而在產品全生命周期內實現價值的增值、生產與消費的可持續性發展［112］。在此基礎上，工業產品服務系統是指由工業產品制造核心企業或第三服務方主導的、通過附加無形的產品服務到有形的工業產品上，來達到在產品全生命周期內設計、制造、銷售、配置、運控和維護好工業產品的生產（工作）能力，提升工業產品的環保性能的一種系統性解決方案，并希望通過這種“產品設計-制造-服務”一體化解決方案，在經濟和環境兩方面均實現服務驅動的價值增值［113?115］。根據產品和服務在 PSS 中所占的比重大小，可以分為：產品導向的PSS，使用導向的PSS和結果導向的PSS［116］。其中，產品導向的PSS又可分為產品相關的服務［117］和建議咨詢服務［118］；使用導向的PSS又可分為產品租賃［119］、產品共享［120］和產品池［121］；結果導向的PSS又可分為活動外包［122］、按服務量收費［123］和按結果收費［124］。

由于PSS是實現服務型制造的重要內容，故面向產品制造的生產管理優化決策方法不再適用，需要對產品制造和服務的提供進行集成化優化決策，有效應對產品制造和服務提供的兩個階段的耦合問題［125?128］。PSS的關鍵使能技術可以從用戶需求分析、設計、配置、運行服務、服務性能評估和PSS?CAD這幾個方面展開。在用戶需求分析方面，可通過建立用戶需求模型，對企業的服務能力和用戶需求進行匹配來滿足用戶需求［129］。通過分析現有PPS設計方案，找到用戶需求和方案之間的差距和原因，在此基礎上提出解決方案，以更好地滿足用戶需求［130］。對用戶需求進行分析，不僅可以提高用戶的滿意度，通過用戶對PSS的反饋，也可以提高設計方法和質量［131］。在PSS設計方面，可圍繞產品全生命周期的服務方案進行分析與設計，確定設計的目標、內容和服務框架［132］；也可通過對現有PSS的分析，提取設計知識并進行重用，以提高設計效率和降低設計成本［133］。隨著PSS設計經驗的積累，模塊化PSS設計成為可能，對服務模塊、產品模塊和功能模塊等進行調整，可實現模塊化設計［134］。此外，在設計階段進行成本計算也是PSS設計的核心內容之一［135?138］。在PSS 配置方面，根據用戶需求可在產品全生命周期中融合相應的服務以提高產品的功能和經濟性能［139］。本體論常用來對配置的項目和過程進行分解，包括：服務資源配置、服務功能配置、服務約束配置和服務屬性配置等［140］。PSS配置過程的核心就是為求解上述服務項目之間的約束關系，以最優的配置結果滿足用戶的需求［141］。具體案例如針對高端數控機床的iPSS配置建模［142］、服務調度［143］等。在用戶服務創新研究方面，構建PSS創新管理框架，考慮每個利益相關者，通過產品和服務要素的差異化服務來推廣用戶和創收價值［144］。另外，基于標準化的產品服務過程可顯著提高制造商和用戶的互動效率，并通過模塊化產品開發縮短創新周期，實現靈活定制［145］。在PSS運行服務方面，主要圍繞產品展開運行和維護服務。其中，實現運行服務的基礎是服務建模，涵蓋服務項目、服務提供商、服務行為和服務流程等內容［146］。服務資源的效率決定了PSS運行過程中的服務能力，提高服務資源的效率對企業利潤、用戶滿意度和生態環境均有積極意義［147］。運行服務的應用則有數控機床PSS［33，148］、機加工刀具 PSS［149］等。在服務性能評估方面，一般分為服務運行前評估和運行后評估，以確定PSS是否滿足需求。通過對有效的設計信息進行分析，可對設計方案中的每一項進行評估，最終確定所設計的性能［150］。成本分析也是PSS性能分析的核心，通過對服務成本的分析，建立服務過程與服務成本之間的關系，找出最可能的服務成本給用戶和服務提供商作為參考［151］。PSS評估通常會選取多個指標，如投入產出比、服務性能和服務過程能力等，根據評估指標的不同，評估方法也多種多樣［152］。在PSS?CAD方面，由于用戶需求、產品和服務的復雜程度越來越高，通過計算機輔助技術來實現的PSS快速設計和可視化、高效維護和設計重用正成為必然選擇［153］。尤其是在PSS運行過程中，PSS?CAD作為輔助工具，能幫助服務提供商可視化的MRO等服務［154］。

綜上所述，PSS/iPSS是將以產品為主導的傳統運作方式轉變為以服務為主導的合作方式，并為用戶提供系統化服務解決方案的一種企業可持續發展模式。生產者和消費者的角色均需重新定位，他們之間的價值關系也需重構。因此，PSS/iPSS是造就服務型制造核心價值的原動力。

2.2.5 制造服務供應鏈

在生產外包和工業產品服務等多服務制造模式的聯合驅動下，制造企業和服務企業之間的合作模式也發生了相應改變，服務主導的思想正成為重構供應鏈實現價值共創的重要手段［155?156］。企業間的合作模式由傳統的單個核心企業主導轉變為企業間的協同，且企業間的行為相互交錯，形成密集而動態的服務供應鏈［157?158］。制造服務供應鏈涉及服務供應管理、服務需求管理和服務供應鏈協調三方面的主要研究內容［83，159］。典型的研究有制造服務供應鏈的參考框架［160］、制造服務協同網絡［155，157］、模型構建與績效評價［161?162］、制造服務供需匹配［59］、合作關系與利益分配問題［163］、供應商服務選擇與優化問題［164?166］等。研究發現，服務型制造供應鏈在盈利模式、組織行為和價值形式等方面與傳統的制造物流供應鏈有顯著差異［163］。產品服務和用戶行為服務對供應鏈的運行組合有積極影響［167］。例如，用戶參與對服務能力會產生正向影響，服務能力對感知價值和用戶滿意具有正向影響，而用戶參與并不直接作用于感知價值與用戶滿意，而是通過服務能力間接對感知價值與用戶滿意產生正向影響［168］。此外，將產品設計和制造過程綜合考慮到物流設計中來，能提高制造服務供應鏈重構各方面的整合水平，優化相應的供應鏈網絡［169］。根據統一服務理論也能對制造服務供應鏈進行概念化，將制造服務定義為雙向供應鏈，作用在其上的對象既有提供制造資源的制造服務提供者，又有接收制造資源的用戶［170］。制造服務供應鏈的體現形態是制造服務網絡，其綜合性能可用與業務流程和實施水平相結合的關鍵服務性能指標來評價［165］。同時，采用基于層次分析法的制造服務合作評價機制，可揭示企業層面的制造與服務融合規律［157］；采用制造服務供應-需求匹配超網絡的概念可構建相應的制造服務智能匹配模型［171］。另外，由于服務型制造不僅提供產品，而且提供服務，故其供應鏈不僅包括物流，而且包括服務流。對于傳統的以物流為核心的供應鏈，服務型制造供應鏈是一種混合供應鏈，其牛鞭效應不僅受物流信息畸變的影響，而且受服務流畸變及其兩者綜合的影響［172?174］。針對物流與服務流耦合問題，可以從合同設計的角度提出混合供應鏈協同方法［174?176］。

綜上所述，參考相對較為成熟的產品制造供應鏈研究的共性基礎理論，可通過抽象出制造服務供應鏈具有的、與產品制造供應鏈截然不同的特征，構筑適應于制造服務自身特點的、并能將產品制造供應鏈的相關共性理論融合應用到制造服務供應鏈的新模式、新方法、新模型和新技術。因此，加強對制造服務供應鏈運營的基礎理論研究將成為一種趨勢。

2.2.6 支持服務型制造的IT與自動化技術

IT與自動化技術包括互聯網+、服務計算、云計算、大數據、邊緣計算、社會計算、智能計算、數字孿生、信息物理融合系統（cyber?physical sys?tems，CPS）及工業互聯網等，其快速發展極大地推動了制造與服務的深度融合，提升了制造業的資源配置效率，優化了企業的生產組織和運營管理方式，催生了平臺經濟、共享經濟和社群經濟等的發展，為服務型制造的推廣應用創造了先決條件，也加速了服務型制造研究的進程。當前，使用IT和自動化技術的典型研究包括如下方面：CPS、大數據和智能計算技術對制造服務過程的支撐［177?179］；云計算技術對云制造服務平臺以及被封裝的云服務資源、集中式調度與管理、貫穿于產品生命周期所有階段的云服務請求［44?45］、知識服務技術［180］等的支持；社會計算技術對社群化制造網絡分析與評估的支撐［147，181?182］；數據挖掘技術在產品制造質量改進方面的支撐，如考慮產品/過程的質量描述、質量預測、質量分類和參數優化［183］；服務計算支持的面向SOA的服務架構體系［184］；邊緣計算在工業互聯網條件下強化了制造數據的分布化處理能力［185?186］；數字孿生則是實現制造物理世界和信息世界智能互聯與交互融合的一種潛在的有效途徑，物理融合、模型融合、數據融合和服務融合是它需要解決的技術難點［187］等?？梢钥闯?，服務型制造會因信息化的深度引入而發揮出它在服務價值增值方面的更大潛能［188］。

綜上所述，以智能制造、智慧服務為代表的工業互聯網增加了服務化內容的比例，通過對工業數據的全面深度感知、實時動態傳輸與高級建模分析，可形成智能決策與控制機制。據此可知，以工業互聯網技術作為IT和自動化技術的“總線”，整合其他IT與自動化技術來支撐制造業的數字化、精益化、智能化、服務化、社群化，是服務型制造學術研究與工業應用的主攻方向之一。

2.3 工業案例

將服務型制造的理論和方法應用于生產實踐中，不僅可以為制造企業提供額外的服務增值和資源配置優化，而且以用戶為主導的個性化服務也能使用戶成為制造過程的決策者和參與者，從而拉近企業與用戶的距離，最終提升企業在其行業中的競爭力?；诜招椭圃斓睦碚摵头椒?，國內外一些傳統產品制造企業已成功轉型為產品和服務融合的服務型制造企業。

羅爾斯·羅伊斯（Rolls?Royce）公司提供了針對性的Power by the hour和Total care發動機維保服務，通過服務合同綁定用戶，增加了服務型收入［189］；世界著名的印刷機制造商奧西（Oce）公司通過提供印刷解決方案，幫助企業管理復雜的印刷機網絡、實時的印刷機維護和印刷機打印作業分配等服務［190］；沈陽機床股份有限公司采用所研發的i5智能化共享平臺為用戶提供一整套加工服務共享解決方案，用戶無需購買實體機床，只需提出制造需求即可［191］；瑞典刀具制造商山特維克（Sandvik Coromant）在刀具制造的基礎上，通過為用戶提供刀具選用和刀具維護等服務，使企業定位從刀具產品制造商轉變為面向制造能力提升和刀具物流方案的服務提供商［192］；陜西鼓風機（集團）有限公司從21世紀初開始從產品制造商向服務提供商艱難轉型，取得了重大突破，為用戶提供了包括“壓縮空氣”服務、金融服務、運維服務、遠程監控和管理等配套服務，基本實現了產品全生命周期下的服務覆蓋［193］；IBM則從一家單純的IT硬件制造商，通過向用戶提供硬件、網絡和軟件服務，成功轉型為IT整體解決方案供應商［194］；自動化設備制造商ABB公司為用戶提供專業的工業現場工程支持服務，通過數字化和信息化技術，服務工程師實現了隨時隨地的遠程技術服務［195］；海爾作為全球最大的白色家電制造商，近年來通過開發互聯網服務U+平臺，為用戶提供廣泛意義的售后服務，包括智能家居、遠程服務和回收服務等［196］；上海電氣從最初的產品制造與銷售，發展到圍繞產品生命周期、以用戶需求為導向的技術服務，最后發展成為以服務為核心的企業［197］；陜西重型汽車集團則提出了汽車制造從生產型向服務型轉型的目標，并建立了相應的服務項目，包括汽車產品的增值服務開發，為用戶提供基于“產品+服務”的整體解決方案等［198］。

從上述10個典型服務型制造企業的工業應用案例可知，服務型制造是以制造服務為核心驅動力的、能達成企業和用戶雙贏的制造模式。隨著價值創造焦點的逐步轉換，企業價值創造的方式也發生了根本性的轉變，服務型制造指明了企業轉型的大方向。

3 分析與討論

綜上所述，服務型制造更突出地強調了服務對制造業價值增值的作用，通過在產品全生命周期的各個環節融合外包/眾包/產品服務系統等高附加值的服務方案，重構與優化“服務發包方和接收方”的生產組織形式、運營管理方式和商業發展模式，來拓展和延伸制造產業鏈的價值鏈，實現生產者與消費者的共贏。外包和眾包、產品服務系統以及IT信息技術的發展極大地推動了服務型制造模式的理論研究和工業應用實施，云制造、社群化制造等都是其具體的實現模式。在服務型制造的發展過程中，制造企業的升級轉型呈現出新特征。

從宏觀和理念性的視角看，首先，一個產品的制造需要越來越多的制造服務企業參與。由于社會分工細化，服務企業參與產品制造的機會增加，它們之間的服務行為也會增加。在傳統的產品制造過程中，只有到最終產品的時候才有消費者、才有服務；而在服務型制造過程中，生產者和消費者的關系是可轉化的，甚至是多角色共存，有“產消者”之說［199］。因此，產消者貫穿于產品制造的每個環節。如中間產品既是下游企業的消費品，又是上游企業的銷售品，服務關系就此形成。制造服務企業的角色多樣化、企業之間服務與被服務的關系構成了復雜的服務交互網絡形態。其次，制造過程中服務性收益比例會越來越大。在服務型制造過程中，產品服務行為的出現使得制造價值鏈得到延伸，通過為用戶提供一體化的產品服務解決方案使得服務的利潤得到極大的提升。此外，制造企業生產的產品不以銷售的形式出現，而是采用金融租賃、PSS等形式與用戶實現服務合作，通過租賃費和服務費來獲得利潤［200］。

從微觀和可操作性的視角看，服務型制造將遵循以下發展趨勢：

（1）從概念性模式向多應用模式發展。服務型制造可作為一種廣義制造模式，其實現方式多種多樣。如從IT角度切入ASP/SOA/微服務模式、從云計算和社會化制造資源集中化利用切入的云制造模式、從人類生產組織形態演變和社會化制造資源自組織運行切入的社群化制造模式等?？梢灶A計，服務型制造實現模式的多樣化將是未來研究的主題之一。

（2）從產品設計向產品易服務設計發展。在傳統的產品設計領域，注重產品本身的功能和性能設計是追求的核心內容。當制造服務理念貫穿于產品全生命周期后，依附于產品的服務設計必將前移，并與產品設計同等重要。產品易服務設計涵蓋許多工程意義，包括在產品生產階段的外包/眾包/PSS服務設計，在產品本身運行階段的MRO/PSS設計等。因此，在產品需求階段就開始考慮依托產品的服務需求則凸顯了重要性，以此為起點的產品服務設計將構成服務型制造的核心內容。

（3）從傳統產品設計流程向眾包設計服務流進化。設計流程的持續改善以及潛在的新型設計計算方法的引入是產品設計的永恒主題。首先從制造服務的角度看，將眾包設計服務作為傳統設計流程的補充勢在必行。事實上，GE公司已經在活塞設計方面獲利；其次，將已有的設計知識、新型的設計計算方法（如結合3D打印的拓撲優化設計計算方法等）以知識服務的形式進行提供仍是值得進一步深入研究的方向；最后，以眾包設計服務為中心的模塊化開源產品設計也將成為設計領域的新發展方向之一，它也將成為“人-人制造”模式（社群化制造的極端形態）的基礎。

（4）從生產外包向服務外包與眾包發展。新的制造服務方式需要將傳統的生產外包“熟人模型”引申到涵蓋新型生產外包和眾包機制的“陌生人模型”。這種引申一方面需要拓展新型的生產外包和眾包的定義，另一方面需要尋找適合于“互聯網+工業互聯網”基礎架構下的信用保障機制。區塊鏈技術恰是實現“陌生人模型”信用保障的核心技術?？梢灶A計，區塊鏈技術對新型生產外包和眾包機制的研究會起到關鍵作用。

（5）從產品運行的MRO向產品服務系統進化。當前，真正的PSS實現仍是鳳毛麟角，一方面是定量研究的缺乏，另一方面是觀念轉變有待時日。其中，如何從基于三包的產品維修向數字化驅動的MRO過渡，再邁向以PSS/iPSS為核心、以銷售服務替代銷售產品為目標的產品運行理念仍任重而道遠。然而，在MRO技術及其產品 OEE（overall equipment effectiveness）評估的支撐下，PSS/iPSS服務需求建模、面向PSS/iP?SS的可適性設計、成本工程、服務流精益運作等仍需深入探討。

（6）從傳統的制造供應鏈向以制造服務為核心要素的制造服務混合供應鏈發展。以產品為基點構建相應的制造服務供應鏈也是實現服務型制造的核心問題之一。其中，如何把新型的生產外包/眾包機制、PSS/iPSS理念、企業組織形態的小微化和創客孵化、開源與閉源相結合的產品研發策略等結合起來，則是擺在構建不同形態的制造服務供應鏈的攔路虎。為此，需要在新的博弈、網絡演化、價值流等模型的支撐下重構制造服務供應鏈。

（7）從傳統產業鏈向可持續發展的企業生態圈進化。近年來，未來企業生態的平臺化趨勢日益顯著。出現這種現象的根本原因在于人類交互行為、主觀能動性發揮甚至企業逐利方式的變更，即企業組織架構的小微化和創客小微化導致的社群化專業細分、產品從眾心態下的“社區粉絲化”現象、產品即插即用的共享機制等。這些新變更本質上就是制造服務理念的升級，這種局面也導致企業集團希望構建新的可持續發展企業生態圈的沖動。如海爾的“平臺-小微-創客”生態圈。這種生態圈實質上也是社群化制造模式的一種工業應用結果，相關的構建、配置與運行理論與方法、關鍵技術等仍需深入研究。

（8）從傳統IT支撐的服務向依托新信息技術的服務發展。以物聯網、云計算、大數據以及人工智能等為標志的新信息技術為服務型制造發展提供了新發展機遇。新信息技術既可增強服務、提升服務價值，又可創新服務、產生新的高級服務以拓展服務空間。據此，需要從理論上研究新信息技術環境下服務型制造服務增值機理和產品與服務融合的新模式，從實踐上研究新信息技術支撐的產品與服務優化配置方法和技術以及信息服務平臺等。

（9）從理念向工業應用與推廣發展。服務型制造的理論研究成果需要在工業界進行應用與推廣。與以往不同，目前服務型制造的工業應用案例已有一定的規模，但仍需加強基礎理論研究力度，加強引導性的國家服務型制造標準體系的構建，使得更多的工業應用能從定量開始，減少定性的環節。

值得提及的是，工信部、科技部等已經把服務型制造作為中國制造2025的關鍵內容之一加以推廣，官產學研的深度融合會使服務型制造的工業應用走向一個新臺階。

服務型制造的6項關鍵技術、宏觀和理念性要素、微觀和可操作性方向三者之間的耦合關系見圖3。

圖3 服務型制造發展趨勢Fig.3 Development trend of service-oriented manufacturing

總而言之，服務型制造的發展會在工業互聯網及其IT、自動化技術的支撐下，從早期傳統的定性化、粗放式服務，首先過渡到數字化、定量化和精益化服務，最終邁向彈性化、智能化、社群化服務的方向。

4 結束語

當前，制造業正處于由生產型制造向服務型制造轉型的關鍵時期。本文以服務型制造為核心關鍵詞，以近年來國內外發表的學術論文為檢索依據，從組織與運行模式、制造服務增值、設計與生產性服務、工業產品服務系統、制造服務供應鏈以及IT自動化技術對服務型制造的增效等視角進行綜述，并對典型的工業應用案例進行了剖析。在此基礎上分別從宏觀和理念性的視角、微觀和可操作性的視角出發，進一步分析和討論了服務型制造的發展趨勢?？梢灶A計，從生產型制造向服務型制造的轉變是現代產業分工不斷細化、生產組織方式高度協同的必然結果，也是消費升級的客觀要求、制造轉型的重要方向，值得學界、產業界共同努力，協同推進這項任務，并為中國制造2025添磚加瓦。

致謝 感謝科技部在核心企業ASP制造服務平臺（2001AA415230）、服務型制造執行系統（2007AA 04Z108）、裝備制造生產外包服務平臺（2012BAH08F06）、云制造服務平臺（2011AA040505）等研發方面對西安交通大學課題組的資助；感謝國家自然科學基金委員會在服務型制造系統配置（50875204）、服務型制造執行理論（51275396）、工業產品服務系統（71071125）等應用基礎研究方面對西安交通大學課題組的資助。上述已結題的項目，為作者深入理解服務型制造奠定了基礎。感謝北京航空航天大學宋文燕副教授、鄭州輕工業大學李浩副教授、蘭州大學王康周副教授、西北工業大學王軍強教授、西北工業大學孫惠斌副教授、南京航空航天大學徐志濤博士、上海大學張在房博士等在文獻收集等方面所給予的幫助。