模塊化如何賦能企業智能制造升級?一個探索性案例研究

王海軍,趙惠妍,金姝彤

(沈陽工業大學 管理學院,遼寧 沈陽 110870)

0 引言

近年來,美國高舉“再工業化”“逆全球化”“美國優先”旗幟,試圖引領高端制造業發展,德國制定“工業4.0”戰略來激發其制造業企業在新的產業革命中占據價值鏈制高點。《中國制造2025》提出“加快推動新一代信息技術與制造技術融合發展,把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向”,發揮互聯網對制造業生產方式、組織形式、管理方式和商業模式創新變革的推動作用。黨的二十大報告強調“推進新型工業化,加快建設制造強國、數字中國”。由此,智能制造上升到強國戰略的新高度,并被廣泛視為中國制造企業尋求轉型升級的重要途徑[1],例如海爾、比亞迪和華為等企業在智能制造領域展開了有益實踐。

目前,國內外學者主要圍繞智能制造的概念[2]、特征[3]、基本架構[4]等展開有益探索。然而,在VUCA特征愈加凸顯的新時代,用戶的碎片化、個性化需求得到進一步釋放,這對探索智能制造的企業韌性、創新性提出了更高要求[5-7]。為此,模塊化作為一項使能工具為智能制造升級提供了賦能思路,模塊化具有降低系統復雜度、強化專業分工等特征[8],運用模塊化邏輯培育和管理企業創新,既可以提高對客戶需求的響應速度[9],也可以減少動態經濟環境中的不確定性[10]。例如,德國大眾公司通過構建模塊化汽車平臺獲得動力增長;海爾集團建立基于模塊化架構的卡奧斯工業互聯網平臺,并以其為紐帶構建生態圈,已經為超過12個行業的3.5萬家企業提供社會化服務

由此可見,應對復雜環境影響和市場挑戰時,模塊化與智能制造存在協同性。對于智能制造而言,目前企業實踐先行于理論研究,盡管已有學者嘗試解析模塊化在促進智能制造轉型升級中的特殊作用,但尚未理清兩者之間的理論邏輯,仍缺乏關于模塊化與智能制造間有效橋接關系及具體賦能機制的深入研究,以用戶為核心的智能制造模式構建相關研究也存在明顯缺口,這些構成本文研究重點。鑒于此,本文選擇扎實推行模塊化策略并踐行智能制造戰略的海爾集團作為案例樣本,扎根于該企業實踐歷程,從微觀視角入手開展探索性研究,旨在挖掘模塊化賦能智能制造的路徑與抓手。

1 理論基礎

1.1 智能制造

Kusiak[11]于1989年首次提出智能制造概念,將其定義為“將知識工程、制造軟件系統等進行集成,以對高級技工和專家知識進行建模的一種智能系統”。相比而言,美國能源部提出的智能制造概念更強調利用技術手段開展制造監控與管理[12],中國工信部則更強調智能制造是一種貫穿全流程的新生產方式[13]。智能制造具備數字化、網絡化和智能化特征,貫穿于設計、生產、管理、服務等制造環節,其本質是以物理元件信息反饋與系統集成控制的智能生態為手段,實現企業生產效率和運營效率大幅提升[14-15]。

歸納起來,國內外學者主要從智能制造的3個方面展開相關研究,即智能產品、智能生產和智能服務[16-17]。其中,智能產品是指通過搭載智能芯片,對外界用戶信息加以采集、整合與處理,可自覺參與到人類復雜工作與生活中的產品[18-19]。智能生產是由人工智能集成的制造系統和虛擬網絡信息組成的集合[20],具備迅速集結組織生產資源的特點。在此情景下,采用智能制造的企業更有可能靈活應對用戶需求變化[21-22]。智能服務是制造業企業實現轉型升級的重要手段,通過資源聯動配置可實現制造業企業價值鏈升級。有學者提出,智能服務可以優化企業價值鏈各環節,而提供智能服務的企業將徹底變革生產模式與產業模式[17,23]。此外,Allmendinge[21]提出,智能服務可與智能產品捆綁在一起,通過智能產品提供智能服務,實現用戶與公司的價值創造。

1.2 模塊化

模塊化理論源于Simon在1962年提出的復雜性架構概念,其倡導采用標準化接口,并利用最小化模塊之間的相互依賴性和最大化模塊內部的關聯性,塑造“近乎可分解性”結構,進而通過混合、匹配獲得新的配置而不損失系統的功能或性能[24-25]。模塊化的本質在于將系統解耦為獨立的功能模塊,并借助通用性和互換性特征實現異質性模塊間通信與交互[26]。模塊化不僅對制造業產業結構轉型升級具有能動作用[27],而且對企業智能制造路徑重構具有重要價值[28]。

歸結起來,制造業模塊化主要包含3個維度:產品模塊化、生產模塊化、組織模塊化[29]。其中,產品模塊化是指在設計過程中采用模塊化產品架構,憑借標準化和規范化的界面快速銜接企業資源[30-31]。Ulrich[32]認為產品按結構分解,與功能單元之間界面的互動方式不同,可以分為模塊化產品與整體式產品,具有模塊化架構的產品比整體式架構的產品更具柔性,前者成為企業產品創新管理的關鍵方式及降本增效的重要策略[33]。生產模塊化是指對生產工序進行模塊化分解,允許模塊在生產流程中單獨且預先裝配和檢測,并通過外包模塊或向不同企業采購模塊及時滿足特定顧客需求,極大縮減裝配線的復雜工作,降低生產流程對成本、交貨周期等生產績效的負面影響[34-35]。生產模塊化順應顧客需求個性化趨勢,顧客個性化需求的發展反過來進一步推動生產模塊化突破[36],由此,模塊化滲透到企業管理組織內部,使得組織模塊化應運而生。組織模塊化通過對系統中組織模塊的分解與整合,架構出能夠顯著增強組織柔性和效率的模塊化網絡,可以實現對復雜系統任務的處理和操作,減少組織內溝通成本和交易成本[37]。此外,通過比較和分析組織模塊化網絡與其它關系型網絡的特征及績效可以發現,組織模塊化網絡是企業攸關方分工協作的重要體現形式。

基于現有研究,本文認為智能制造是兼具智能制造技術和智能制造系統,并能通過AI技術實現自學習和自生產決策等活動的數字化生產方式。現有研究缺口主要包括兩個方面:一是既有研究將用戶需求與智能制造割裂開,較多從技術視角出發且聚焦于生產層面探討智能制造;二是模塊化和智能制造可能存在一定關聯性,但既有文獻并未對兩者之間的理論邏輯進行系統闡釋和驗證,難以為企業實踐提供指導。

2 研究設計

2.1 研究方法

鑒于本文研究主題為“模塊化如何賦能企業智能制造升級”,采用探索性單案例研究方法。具體原因如下:首先,“模塊化如何賦能企業智能制造升級”屬于“How”類型的研究問題,適用于該方法[38];其次,目前有關模塊化與智能制造間內在關系的研究尚未形成可供參考的理論體系,而探索性單案例研究能夠邏輯推演并復盤其具體作用機制,并在此基礎上捕捉和追蹤智能制造實踐中涌現出來的新特點;最后,相較于多案例研究,單案例研究更便于對案例進行深入剖析,能夠更好地分析模塊化與智能制造兩者間關系,確保研究深度。進一步地,本研究采用質性研究中的經典分析方法——扎根理論,目的是在缺乏理論假設的情況下,探尋模塊化與智能制造兩者間微觀作用機制,同時,提煉模塊化賦能智能制造轉型升級的脈絡和范疇間邏輯理路,進而為制造業企業實現智能制造轉型升級提供理論基礎。

2.2 案例選擇

基于對案例典型性、資料可獲取性的衡量與考慮,本文最終選擇海爾集團作為案例研究樣本。一是樣本案例具有典型性。海爾集團作為家電行業的領頭羊,自2008年以來扎實推行模塊化策略,并于2012年起不斷探索、實踐具有中國特色的智能制造模式,現已形成獨具特色的智能制造發展路徑。縱觀海爾集團的成長環境和智能制造演進歷程,可以映射出很多中國企業,特別是改革開放之后涌現出的民族企業共性特征。以海爾集團為樣本開展案例探索,有望析出對其它企業具有寶貴借鑒價值的智能制造實施路徑。二是資料可獲取性。海爾集團自1984年成立以來,企業存續30余年,相關新聞報道、文獻資料以及官網動態等二手資料豐富,能夠支撐本研究通過三角驗證。同時,本文作者之一曾在海爾集團技術研發中心任職近8年,積累了豐富的一手相關資料,熟稔海爾集團的模塊化策略和智能制造模式,為資料收集提供了便利渠道,也保證了數據真實性。

2.3 數據收集

本研究數據來源主要包括一手資料與二手資料(見表1)。一手資料涵蓋實地考察與半結構化訪談錄音的轉錄文本,共計5.2萬字。二手資料涵蓋文獻資料與企業官網,共計5萬字。本研究數據來源渠道多樣化,構成研究中的三角驗證,同時,數據之間的相互補充又確保了研究效度與信度[38-39]。

3 數據分析

3.1 開放性編碼

圍繞“模塊化賦能智能制造升級路徑”這一主題,對交叉重疊的原始資料進行排序與梳理,并在此基礎上開展逐字逐句的開放性編碼,通過提煉與歸納得出23個初級概念和14個范疇(見表2)。

表1 案例資料來源Table 1 Sources of case data

表2 開放性編碼Table 2 Open coding

3.2 主軸編碼

在主軸編碼環節,以開放性編碼結果為基礎,反復地將一手資料和二手資料所整理的數據與涌現出的概念進行迭代處理,識別出更加具有理論性基礎的范疇。最終將分散的14個開放性范疇整合為8個主范疇,明確各范疇之間的內在邏輯關系,具體包括設計模塊化、生產模塊化、組織模塊化、彈性化、效率化、平臺化、數字化轉型、大規模定制(見表3),為深入剖析模塊化與智能制造之間的關系奠定基礎。

3.3 選擇性編碼

本研究在保證編碼過程科學性與嚴謹性的基礎上,循環推證編碼結果,直到滿足飽和度檢驗,從而構建模塊化賦能企業智能制造路徑的理論框架。編碼結果如圖1所示。

表3 主軸編碼Table 3 Axial coding

圖1 案例編碼過程與結果Fig.1 Case coding process and results

4 案例分析

4.1 智能制造時代用戶需求演變分析

隨著互聯網、數字化的不斷發展,用戶對價值的追求更符合胡塞爾、海德格爾等所提倡的現象學價值論,即強調事物的價值來源與事物的相互作用以及對事物的精神體驗[40]。與此呼應的是,國際數據公司(IDC)開展的2020年工業4.0調研結果顯示,大多數企業意識到,數字化原生代消費者漸成主流,需求漸趨個性化、多樣化、定制化,并向綜合體驗延伸。相應地,數字技術應用實現了消費端對生產過程的深度參與,推動價值供求關系逐漸由供給端主導變為需求端主導。

進一步地,體驗經濟的地位日益提升,而智能制造為基于場景的體驗提供了新舞臺。與產品和服務相比,聚焦基于場景的體驗與用戶交互是一種更高層級的產出,將帶來新一輪的經濟增長動能。由此,智能制造時代呼喚新的價值創造方式,即從工廠到用戶單向傳遞的靜態價值鏈變為以用戶為中心、持續迭代的動態價值供求閉環。從理論視角來看,日本學者狩野紀昭于1984年提出Kano模型[41],可用于對用戶需求進行分類和分級排序,例如基本型需求、期望型需求和魅力型需求。結合案例企業——海爾集團可延伸詮釋為:基本型需求為用戶對產品功能性能的基礎需求,如用戶對洗衣機的洗滌和耐用性需求;期望型需求為提升產品功能性能的增值需求,例如吸納用戶的意見反饋或開辟與用戶互動的渠道等;魅力型需求則指為用戶提供獨具一格、其它競爭對手不具備的特殊需求,例如積極吸納用戶參與產品設計創新,并通過數字化工具推動在制產品的全過程可視化、透明化,繼而使用戶享受到產品“主人翁”的體驗。

4.2 模塊化賦能智能制造升級的主要路徑

如前所述,模塊化的要點在于圍繞用戶需求進行創新[26,33],具體作用于產品設計、生產和組織管理等層面,這使它有可能在用戶需求與智能制造之間發揮橋梁作用。本文基于相關文獻對模塊化和智能制造理論的系統梳理[16-17,29],通過循環反復的資料編碼與理論飽和度檢驗,歸納和細分模塊化維度與智能制造內涵,探究設計、生產和服務模塊化促進企業智能制造升級的路徑,構建模塊化賦能企業智能制造升級的理論模型。從編碼過程與結果來看,設計模塊化、生產模塊化、組織模塊化、彈性化、效率化、平臺化、數字化轉型、大規模定制8個主范疇和核心范疇涌現自原始資料,是本文理論闡述與構念維度形成的主要基礎,模塊化的3個維度(設計模塊化、生產模塊化和組織模塊化),通過彈性化、效率化和平臺化的賦能抓手對企業智能制造升級產生促進作用。基于上述編碼結果并結合案例樣本實踐,析出模塊化賦能智能制造升級的主要路徑如下:

(1)設計模塊化。設計模塊化有助于促進產品多樣化、加快企業對市場變化的響應速度、節約研發成本等[42]。傳統產品模式下,不同類型/系列產品零部件不斷增加且存在不兼容問題,導致海爾集團零部件數量龐大且分散,囿于產品零部件的標尺和類型不同,各種零部件種類不僅耗費專業設備等大量生產資源,加大生產線變更和產品投產難度,無法滿足多層次、多樣化的用戶需求,而且導致新產品設計愈發復雜,降低產品研發創新效率和效果,使企業錯過最佳市場紅利。在此情境下,海爾集團于2009年開始正式實施設計模塊化,將注重需求這一理念嵌入到從零件設計到功能模塊設計的全部流程中,一方面產品核心模塊的穩定有利于全面滿足用戶對產品的基本型需求,另一方面,不同功能模塊的匹配組合可以整合供應鏈不同位勢供銷商,滿足用戶對產品的期望型需求。例如海爾525系列冰箱,只需要7個對應基本型需求的模塊,再搭配個性模塊,即可組成59種滿足用戶需求的不同產品,該系列產品年均銷量達180萬臺以上。

設計模塊化主要經歷3個階段演化(見表4):一是零部件模塊化。海爾集團實施模塊化的初衷,主要在于破解零部件種類冗雜的生產問題,因而需要分析零部件屬性的相似性,運用設計模塊化準則,將零部件聚合成不同功能模塊。二是功能模塊組合配置。在設計模塊化的作用下,不同功能模塊逐步演化為共性模塊與個性模塊。企業開展生產、研發、設計等活動時,通過調研等方式了解用戶的期望型需求,并通過共性模塊與個性模塊的組合,為企業設計多樣化定制產品。這樣的模塊配置方式可以極大地提升產品柔性,并在維系不同模塊標準化接口的前提下,僅通過優化部分模塊的功能,就可提升產品整體性能,既實現快速生產又滿足用戶個性化需求。三是模塊協同設計。相較于前兩個演化階段,模塊協同設計可以實現跨企業的價值創造,設計模塊化不再局限于企業內部活動,而是在用戶交互、錨定不同層次用戶需求的基礎上,利用開放資源吸引優質合作伙伴。例如,在產品研發設計階段,海爾就積極整合具備創新能力、檢測能力和供貨能力的外部模塊供應商參與模塊協同設計;針對模塊檢測和產品組裝檢測過程中存在的生產效率或良率問題,海爾與模塊供應商協同解決,確保產品品質滿足要求。

表4 案例企業設計模塊化演化過程Table 4 Design modularization evolution process of case enterprise

(2)生產模塊化。解決規模化生產與個性化需求之間的矛盾是海爾集團開展生產線重構的動因。傳統生產體系下的“單線性”生產線難以滿足用戶主權被充分釋放而形成的各類細分市場需求,而固化的生產線、產品變更時反復更改的模具、復雜的工藝,在產品物料、設備參數等方面加重規模化生產與個性化需求的矛盾。同時,海爾集團原有的采購等管理層級深層交縱,冗雜的管理流程難以針對瞬息萬變的用戶需求進行產品研發與生產。隨著用戶參與創新的程度不斷加深,他們不再滿足于基本型需求類產品,而是偏好于能夠滿足其期望型需求和魅力型需求的產品。由此,為了滿足多層次用戶需求,更迅速地占領市場,案例企業希望擺脫傳統生產線與采購方式的桎梏,更充分發揮產品設計模塊化的效能。因而,在嵌入用戶需求映射與反饋的基礎上,對內部生產線和采購管理模式進行重構,以期實現產品制造環節的價值最大化。

生產模塊化主要包括兩方面內容:一是模塊化采購供應。海爾集團模塊化采購供應的核心是推動供應網絡中的零件商形成半自律的模塊供應子系統(見表5)。基于模塊供應商協同系統(COSMOPlat—海達源),海爾集團將用戶視為創新主體,推動模塊供應商資源與用戶零距離交互,不僅實現模塊供應商按需設計、模塊化供貨,而且使用戶通過個性化定制提升其參與創新設計的體驗。由此,海爾集團與模塊供應商間關系由博弈轉變為共贏,即從以往單純的買賣關系躍遷為共同面對用戶需求進行價值共創的互利共贏關系。二是模塊化線體布局。模塊化線體布局是針對不同產品組合配置不同生產區塊的一種管理模式,模塊化線體布局優化帶來的顯著效益是各模塊生產區與主線協調,既可以實現模塊獨立管理,又可以根據實際需求切換自制模塊與外包模塊,實現更彈性的生產策略(見圖2)。此外,通過COSMOPlat-IM模塊,海爾集團實現用戶訂單直達工廠,推動用戶深度參與制造,拉近用戶與工廠間距離。

表5 案例企業模塊化采購演化過程Table 5 Evolutionary process of modular procurement of the case enterprise

(3)組織模塊化。隨著互聯網時代的到來,以工業互聯網技術為基礎架構的企業平臺充斥著制造業領域。在此情景下,海爾集團原有封閉式組織模式已跟不上資源充分開放的時代發展步伐。組織模式是支撐整個互聯工廠智能制造運作的基石,若企業疏忽與外部各利益相關方的互聯共享,便可能陷入被淘汰的僵局。因此,為了更好地適應環境變化帶來的新生態,海爾集團調整組織模式,構建跨越企業組織邊界的協同網絡。進一步地,海爾著力從多個維度(產品、產線、平臺、網絡、機制)出發,完善智能制造生態布局。

組織模塊化的主要任務是構建專業化分工協同的企業組織模塊,企業通過定義分工專業的組織模塊編織內外部資源,利用組織模塊特性創造價值[39],并借助工業互聯網平臺云支撐的共享稟賦,將智能設備、生產線、智能產品、智慧物流等內部價值流程和各類連接外部資源的平臺(HOPE平臺、海達源平臺等)定義為各自獨立的子系統。智能制造系統既兼容模塊設計資源板塊、采購資源板塊和全球用戶資源板塊,又能通過海爾集團開放的模塊化接口從模塊供應商、軟硬件服務商、高校院所等外部渠道獲得有針對性的互補服務,利用其去邊界化的優勢達成用戶互聯、網器互聯、制造全流程互聯的目標。企業通過模塊化對其分工協作組織進行定義,架構整個生產模塊化網絡,實現企業智能制造資源協同。

4.3 模塊化賦能智能制造升級的關鍵抓手

(1)彈性化提升創新韌性。設計模塊化以標準化為基礎構建通用模塊,通用模塊具備滿足同一系列乃至跨領域產品的高頻共性用戶需求的特點,以此為基礎開展的產品創新能夠覆蓋更廣闊的用戶市場,在降低產品創新風險的同時提升創新韌性。例如,利用標準化原則歸集整合23個通用核心模塊,能夠匹配組成包括海爾勻冷冰箱在內的452種產品,同時,通用核心模塊在產品創新與迭代中不斷優化;冰箱與超低溫冷柜等多元差異化產品能夠共享制冷元件的生產線,降低成本的同時穩固生產功能模塊、提升生產柔性。與此同時,海爾集團建立以“人單合一雙贏”為核心的模塊—產品質量管理模式,形成高質量的企業標準保障體系。

(2)效率化創造規模效應。生產模塊化以功能模塊為基礎,構建多樣性的模塊組合,為滿足用戶個性化需求與規模化生產提供重要保障,并以規模化生產的優勢達到降低成本的目標。在產品設計方面,企業依據用戶需求和模塊細分等方式劃分功能模塊,以此進行產品模塊差異性組合。例如,海爾集團通過需求洞察的方式匯集用戶需求,利用數據算法擬合模塊和管理決策模塊細分、篩選用戶群需求,配置整合冰箱的功能模塊,快速設計并生產出適配不同用戶的定制產品,以遠超人工布局排產的效率和效果迅速搶占市場。

圖2 案例企業模塊化線體布局Fig.2 Modular line layout of the case enterprise

進一步地,企業不斷摸索和實踐,并結合虛擬仿真、虛擬排產、柔性制造等手段,得以高效率地滿足用戶定制化需求。在此過程中,模塊化與智能制造形成良性耦合關系:前者將用戶需求與產品研發、采購連接起來,做到用戶需求有主、產品有主;后者將設計模塊化的成果在生產過程中付諸實踐,實現用戶與產品的全流程實時互聯、用戶和工廠之間零距離。以海爾集團正在建設的沈陽冰箱智能工廠為例,目前可支持9個平臺500個型號的柔性大規模定制,實現人員配置減少57%,單線產能提升80%,單位面積產出提升100%,訂單交付周期由15天降低到7天,以模塊化設計為快速滿足大批用戶的個性化需求創造條件。

(3)平臺化促進模塊聯動。案例企業通過產品平臺化推動企業產品企劃、研發與市場架構協同對接,即基于分層次模塊化架構平臺(共性模塊)輔以個性模塊組合配置來滿足用戶需求變化,產品平臺被用作調節生產主線穩定性的重要載體。基于平臺化策略,案例企業還構建面向全球市場的模塊化生產網絡,在構建平臺資源池的基礎上,利用平臺的擴展性、兼容性和通用性提升資源利用效率,并以模塊之間的互聯互通不斷促進模塊迭代。一方面,依靠企業內部研發能力專注提高核心模塊競爭力,另一方面,將外購模塊和篩選出的非核心模塊生產業務委托給具備成本競爭力的供應商或代工企業,形成圍繞平臺的智能制造網絡。此外,平臺化帶來的多模塊互聯還能有效減少產品設計生產中間環節的浪費,縮短產品上市周期。例如,海爾集團將產品平臺化嵌入智能制造數字精細生產系統,借助平臺的通用性將研發模塊與制造模塊互聯,打破原有系統下產品研發與制造過程中的信息阻礙。為切實推動模塊化全流程轉型,案例企業還專門建立模塊化項目辦公室(Strategy Implementation Office, SIO),這一獨立的組織模塊主要負責評價各產業線的模塊化績效,并推動模塊化績效評價機制落實到位。

4.4 模塊化賦能企業智能制造升級的典型成效

(1)產品創新與持續迭代。借助模塊化的接口開放性特征,案例企業打破原有封閉的研發模式,轉向整合外部資源、與用戶并聯交互的開放式創新。通過構建模塊化架構,不僅快速、低成本地滿足用戶個性化需求,還助推海爾集團提高全球化資源整合協同能力。例如,海爾集團天樽空調就是基于67萬名網友的交互反饋,與中國科學院深圳先進技術研究院、中國標準化研究院、騰訊微信、高通等一流資源合作伙伴共同研發設計的產品,該產品擁有60多項專利并制定出新的產品標準。此外,海爾集團不斷創新用戶價值,促進天樽空調迭代創新,其用戶資源從初始代際的20萬演化至百萬,一流資源合作伙伴由7家演化到10家,進而形成眾多合作伙伴參與交互創新的生態圈。

特別地,海爾集團還著力吸納來自產業界的優秀伙伴——一流模塊商參與前端設計。恩布拉科公司是一家專注于制冷解決方案的國際企業,憑借優秀的設計、檢測和生產能力,與海爾集團簽訂戰略性合作協議。這種供應商早期參與設計的模式比傳統模式的研發效率提高30%,新產品開發時間縮短70%。目前,已有超過50%的模塊商參與到前端研發過程中,未來海爾所有供應商將全部參與到產品前端研發過程中,實現全流程的交互研發。

(2)生產過程提質增效。生產模塊化可以化解個性化與規模化之間的矛盾,形成非常多的組合,滿足不同用戶需求以及不同模塊需求。以洗衣機業務為例,在直接效益方面,海爾集團第一年即節約成本合計5 232萬元,預計未來每年可節約5 072萬元;在間接效益方面,主要體現為生產效率提升,例如生產節拍時間由基于零部件生產期間的平均15秒減少到平均9秒(減少40%),主線的用工數量由104人降低到69人(減少33%),產品平均交付時間由原來的7天縮減為3天(減少57%)。

進入互聯網時代,海爾集團的數字化轉型步伐明顯加快。2016年,海爾推出COSMOPlat工業互聯網平臺,其關鍵特征是采用模塊化的架構設計,包含SaaS應用層、PaaS平臺層、laaS基礎層。COSMOPlat工業互聯網平臺也成為撬動智能制造的重要工具,實現從用戶需求、創意交互到用戶定制訂單、配送、交付安裝、使用體驗等全流程互聯互通,以及用戶、產品全流程管理和可視,有力推動海爾集團互聯工廠建設。一方面,基于COSMOPlat平臺塑造的網絡效應,海爾集團集結全球優勢伙伴構建開放式創新生態系統,目前,COSMOPlat已經匯聚3.3億用戶、4.3萬家企業和390多萬家生態資源;另一方面,海爾集團依托COSMOPlat由點到面推廣復制其智能制造成果,對內將成果復制到全球108個工廠,對外開展跨行業、跨區域服務與推廣,構建智能制造生態服務新產業(見圖3)。

(3)大規模定制模式轉型。海爾集團踐行智能制造的核心就在于從傳統的大規模生產轉型為大規模定制,而大規模定制的關鍵是全流程互聯互通,以模塊為紐帶與用戶連接起來,使得用戶能夠全流程交互參與到海爾集團產品設計、生產等環節中。因此,在模塊化驅動的大規模定制模式下,用戶參與創新的空間大大提升。一是通過線下和線上方式(HOPE平臺等)與用戶開展互動,精準了解用戶需求和痛點;二是用戶可以根據自身購物方面的需求和喜好配置一部分功能模塊的參數,如冰箱產品的容積、外觀顏色等;三是企業可以借助前端的交互平臺與模塊接口,提供用戶創意與設計資源的交互場所;四是用戶甚至可以實現產品外觀、樣式和型號的自主選配,并由專屬設計師提供一對一服務,用戶的DIY創意方案由嵌入數字化技術的互聯工廠完成相應生產任務,實現透明化和可視化,做到產品有主。

以母嬰定制為例,Mini干衣機產品聚集了母嬰社群“寶媽們”的智慧。首先,由母嬰人群提出干衣機需求,相關需求在定制的母嬰社群進行深度交互,累計交互曝光量300萬以上,用戶參與交互達到10萬次以上。在此基礎上,根據用戶交互需求共迭代10余次,迭代出八大場景功能。這款上市產品的殺菌率達99%以上,且具有線屑收集和定期抖散功能,可以防止衣物纏繞和皺褶。同時,搭載6種專業烘干程序,能自動感知衣物濕度,滿足不同干衣需求。由賣產品到賣服務,從提供單一硬件產品到提供全套智慧生活場景解決方案,案例企業進入模塊化全流程推進和賦能階段。通過模塊化推動案例企業戰略轉型,有力支撐大規模定制和智能制造戰略,并為整個家電行業轉型提供有效范本。

圖3 海爾COSMOPlat數字平臺連接的智能制造示意圖Fig.3 Intelligent manufacturing connected to Haier COSMOPlat digital platform

5 結論與啟示

5.1 研究結論

本文結合典型案例,采用扎根理論分析方法,探討了設計模塊化、生產模塊化、組織模塊化3條賦能智能制造升級的路徑,揭示了模塊化通過彈性化、效率化和平臺化賦能企業智能制造的抓手。基于以上內容,本研究主要結論歸納如下:

(1)模塊化主要通過設計模塊化、生產模塊化、組織模塊化3條路徑賦能智能制造升級。從大規模生產到大規模定制,從網絡化戰略到生態化戰略,從流程再造到組織再造,對于海爾集團商業模式戰略轉型的關鍵節點,模塊化貫穿始終。基于設計模塊化,案例企業圍繞用戶需求,通過開發產品平臺優化零部件數量、輸出多樣化產品等,再結合模塊化產品架構連接用戶需求、整合外部合作伙伴。基于生產模塊化,企業通過布局模塊化線體、打造模塊化生產網絡,提高生產效率。基于組織模塊化,案例企業實現內部平臺化和外部生態化,有效整合內外部資源,促進企業轉型升級。相應地,這3條賦能路徑驅動智能制造過程中模塊構建→模塊運用→效應發酵的過渡(見圖4)。

(2)經由模塊化賦能的智能制造,可以滿足不同層次的用戶需求(基本型需求、期望型需求和魅力型需求)。如圖4所示,通過探索性案例研究發現,在模塊化的紐帶作用下,案例企業通過實施智能制造戰略,既可以保障產品品質過硬(功能、性能),又可以將用戶作為產品的重要創新主體,即通過HOPE平臺等拓展與用戶互動的空間,有效傾聽用戶反饋并形成價值供求閉環。更重要的是,通過積極實施大規模定制戰略,并借助數字化工具,案例企業實現在制產品全過程可視化,提升用戶參與產品創新的體驗,從而獨特性地滿足用戶的魅力型需求,實現“產品有主”。

圖4 研究結論框架Fig.4 Framework of research conclusions

(3)在模塊化3個維度的賦能下,智能制造價值創造形態經歷了“企業—產業鏈—跨產業”3個階段的演化。對外從提供單一硬件產品到提供全套智慧生活場景解決方案,使得產品交托到用戶手中這一環節不再是服務終點而是服務開端,從而解決企業邊際效益遞減問題。對內互聯工廠不再是一個工廠而是智能制造生態系統,系統中包含核心企業平臺與模塊生產網絡各參與主體,通過系統內部之間的良性競爭與合作,淘汰劣勢企業,提升整個智能制造生態系統競爭能力。

5.2 理論貢獻

(1)相關文獻在嘗試解析模塊化促進智能制造轉型升級中的特殊作用時,尚未理清兩者之間的理論邏輯,缺乏對于模塊化與智能制造間有效橋接關系及具體賦能機制的深入研究。因此,針對已有研究的不足,本文基于扎根理論,對半結構化訪談材料進行逐級編碼,構建模塊化賦能智能制造升級的理論框架,打開模塊化賦能企業智能制造升級的理論“黑箱”,挖掘模塊化賦能企業智能制造升級的路徑和作用機理,拓展了企業智能制造升級相關研究。

(2)智能制造相關文獻較多從技術視角出發且聚焦于生產層面,缺乏對企業管理層面智能制造的研究,且僅有少部分學者關注到用戶需求價值對智能制造升級的獨特作用。本文關于模塊化賦能企業智能制造升級的研究結果為智能制造相關研究提供了新方向,進一步補充和完善了智能制造理論。同時,本研究在已有模型對用戶需求進行分類和分級排序的基礎上,結合案例企業延伸詮釋了智能制造時代下用戶需求的內涵和演變趨勢,為后續相關研究開辟了新視角。

5.3 管理啟示

本文系統梳理了模塊化賦能智能制造升級的路徑和抓手,構建以用戶為核心、嵌入模塊化的智能制造模式,得到如下啟示:

(1)企業要掌握和科學運用不同維度的模塊化能力。本文案例樣本為中國制造企業探索智能制造路徑提供了參考,即有效利用模塊化這一工具撬動智能制造轉型升級,并著力構建以用戶需求為核心的智能制造模式。在應用設計模塊化過程中,企業要注重產品設計模塊化,將功能模塊組合配置與模塊協同設計的模塊價值融入企業智能制造產品中;在應用生產與組織模塊化過程中,企業要注重模塊化采購供應與生產模塊化布局,銜接產品設計模塊化環節,實現智能制造整個生產環節的顛覆。模塊化涉及多個價值創造環節,要實現智能制造轉型升級,打好全流程模塊化基礎是重中之重。

(2)企業運用模塊化賦能智能制造升級的同時,應兼顧用戶需求并善用數字化轉型和創新要素。數字化時代,用戶需求呈現個性化發展態勢,而智能制造的根本是落實用戶價值主張,尤其在傾聽用戶需求、強化供求閉環、增進深度交互參與和提升用戶體驗等方面可以貢獻獨特價值。企業要實現真正的顛覆創造,除應用模塊化理論和專注用戶需求外,自動化、智能化等數字化技術必不可少,這些不斷升級的生產方式有利于工廠生產向高效率、高品質、高柔的方向發展。因此,企業不僅要切實把握用戶多元化需求,將其作為驅動智能制造乃至促進企業商業模式創新的源動力,還要輔以數字化技術進行產品研發設計、生產網絡布局,從而進一步提升效率、降低成本。

(3)智能制造企業平臺化發展應協同傳統龍頭企業共建平臺,并與中低端智能制造企業共享。近年來,我國工業互聯網發展方興未艾,制造行業專業化程度加深,產品、服務、業務流程信息分包加快,企業間協同也更加緊密。在此形勢下,智能制造企業平臺化發展成為提升企業競爭力的新引擎。對于傳統龍頭企業而言,其具有智能制造升級的資源優勢,與平臺化智能制造企業共創平臺,雙方吸附互補領域制造經驗,可以達到共贏目的。對于中低端智能制造而言,其未有龍頭企業資源優勢,但具備一定的接入工業互聯網平臺的信息基礎設施,可以借助平臺企業給予的技術解決方案和數字化轉型經驗,依附平臺轉型升級,為細分領域增加新的動能,進而實現雙贏。

5.4 研究局限與未來展望

本文通過對案例樣本的深入分析,揭示了模塊化與智能制造間關系,得出相關結論與啟示,但仍存在一些不足之處:一是主要采用訪談資料和二手資料,且屬于回溯性數據,可能存在回憶偏差;二是依據典型單案例企業所凝練出的模塊化賦能智能制造升級路徑可能具有一定的特殊性,使得結論存在一定的適用邊界;三是僅從模塊化賦能智能制造升級的全流程視角進行探討,而智能制造涉及模式、機制等多個維度,未來可以從這些方面展開研究。