汽車行業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)及技術(shù)應(yīng)用的分析與建議

包偉偉，門(mén)峰，韓明

（中汽研汽車工業(yè)工程（天津）有限公司，天津 300300）

1 引言

依據(jù)相關(guān)研究和分析[1,2]，世界經(jīng)濟(jì)一直處于周期性變動(dòng)中，且從2010 年左右開(kāi)始，世界經(jīng)濟(jì)開(kāi)始動(dòng)蕩，逐步走入下行周期，有證據(jù)表明近幾年世界經(jīng)濟(jì)已經(jīng)從衰退期進(jìn)入蕭條期，世界經(jīng)濟(jì)整體上要進(jìn)入低利率和貨幣寬松時(shí)期。在經(jīng)濟(jì)下行周期，世界競(jìng)爭(zhēng)格局往往會(huì)發(fā)生改變，相應(yīng)的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命會(huì)得到進(jìn)一步深化，企業(yè)要面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)業(yè)變革。除此之外，如新冠疫情或重大地緣政治沖突等黑天鵝事件，會(huì)加劇科技革命、產(chǎn)業(yè)革命和世界格局重塑的進(jìn)程，帶來(lái)了諸如勞動(dòng)力成本、物流成本和企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本的上升，加速了數(shù)字經(jīng)濟(jì)和數(shù)字革命的進(jìn)程。而汽車產(chǎn)業(yè)作為經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)有產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)的特點(diǎn)，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)會(huì)持續(xù)受到經(jīng)濟(jì)下行帶來(lái)的壓力，在制造環(huán)節(jié)，基于智能制造的降本增效提質(zhì)將迎來(lái)發(fā)展高峰。

2 汽車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

2.1 中國(guó)汽車行業(yè)進(jìn)入存量競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代

如圖1 所示，從全球來(lái)看，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生命周期都會(huì)經(jīng)歷起步期、發(fā)展期、普及前期、普及后期和飽和期5 個(gè)階段，汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，集中在發(fā)展期和普及前期，在普及后期和飽和期，汽車保有量達(dá)到峰值，并上下波動(dòng)。我們國(guó)家汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，先是在2009 年汽車產(chǎn)銷量超過(guò)1 000 萬(wàn)輛，并連續(xù)11 年位居世界第一，于2017 年達(dá)到2 900 萬(wàn)輛的峰值，隨后的2018 年，汽車銷量出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，標(biāo)志著中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)開(kāi)始進(jìn)入普及后期，同時(shí)2020 年我國(guó)的汽車保有量達(dá)到2.8 億輛，與美國(guó)汽車保有量基本持平，預(yù)計(jì)未來(lái)10 年，我國(guó)都會(huì)處于普及后期。這表明我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入存量競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，意味著行業(yè)面臨進(jìn)一步的整合，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生深刻變化，優(yōu)勝劣汰、亂中求勝、亂中求治成為常態(tài)，因此汽車企業(yè)在產(chǎn)品端要加快產(chǎn)品升級(jí)的迭代速度，在制造端要加快技改升級(jí)的進(jìn)度，同時(shí)在服務(wù)端要加速實(shí)現(xiàn)新服務(wù)模式和服務(wù)業(yè)態(tài)的創(chuàng)新。

圖1 全球主要汽車市場(chǎng)成長(zhǎng)歷程

2.2 汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生新變化

在產(chǎn)品端，汽車產(chǎn)品技術(shù)熱點(diǎn)正在從“安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適”轉(zhuǎn)向“電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化”[3]，其中網(wǎng)聯(lián)化和共享化除產(chǎn)品本身外還涉及產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，如智慧交通和智慧城市。汽車的更新?lián)Q代形式也發(fā)生了變化，不僅是硬件的升級(jí)，還包括軟件的升級(jí)，而更新?lián)Q代的周期也在縮短。核心零部件從發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱轉(zhuǎn)變?yōu)槿姾蛙浖到y(tǒng)，相應(yīng)的獲利方式和主要獲利者都在發(fā)生變化。總體上來(lái)說(shuō)，汽車產(chǎn)品功能由出行轉(zhuǎn)變?yōu)轶w驗(yàn)，汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由機(jī)械產(chǎn)品向電子產(chǎn)品、由硬件產(chǎn)品向軟件產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，以上的各種轉(zhuǎn)變，對(duì)汽車企業(yè)的整合能力、產(chǎn)品研發(fā)和迭代能力、生產(chǎn)線的適應(yīng)能力和持續(xù)的技改升級(jí)能力提出了更高的要求。

2.3 消費(fèi)者需求發(fā)生新變化

在消費(fèi)端，伴隨消費(fèi)群體的年輕化，個(gè)性化定制的需求越來(lái)越大，越來(lái)越多的年輕人將汽車視同自己的伙伴和個(gè)人空間。目前國(guó)內(nèi)多家車企已開(kāi)始布局定制化業(yè)務(wù)，又會(huì)進(jìn)一步培養(yǎng)消費(fèi)者的消費(fèi)習(xí)慣，新的消費(fèi)習(xí)慣一旦培養(yǎng)起來(lái)，一部分產(chǎn)品力和品牌力都不強(qiáng)的企業(yè)，很可能會(huì)由于沒(méi)有及時(shí)響應(yīng)這種市場(chǎng)需求的變化而被淘汰。此外，大規(guī)模個(gè)性化定制生產(chǎn)是典型的具備智能制造特征的生產(chǎn)方式，需要制造系統(tǒng)具備柔性化和智能化，需要供應(yīng)鏈協(xié)同的快速響應(yīng)，產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)程度也更高。

2.4 新一代ICT 技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)深度融合

在技術(shù)端，新一代信息通信技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在與汽車產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)品、制造、服務(wù)和生態(tài)領(lǐng)域進(jìn)行深度融合[4]。這種融合使得汽車產(chǎn)業(yè)鏈原有的垂直的、線性的關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)槟阒杏形摇⑽抑杏心恪⒏?jìng)爭(zhēng)合作的關(guān)系，產(chǎn)業(yè)邊界越來(lái)越模糊，如從軟件定義汽車的角度，一些信息技術(shù)型企業(yè)需要找生產(chǎn)型企業(yè)合作開(kāi)發(fā)，而產(chǎn)品力和品牌力不強(qiáng)的傳統(tǒng)車企可能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇ば推髽I(yè)。因此，汽車企業(yè)需要同時(shí)關(guān)注產(chǎn)品的智能化、制造的智能化和服務(wù)的智能化，但企業(yè)又必須找到自身的邊界，及時(shí)調(diào)整自身的戰(zhàn)略。新一代信息通信技術(shù)未來(lái)會(huì)持續(xù)發(fā)展，會(huì)繼續(xù)改變?nèi)藗兊纳罘绞胶蜕a(chǎn)方式，其實(shí)智能制造概念的提出和實(shí)現(xiàn)也正是基于新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展。

3 對(duì)智能制造發(fā)展的認(rèn)識(shí)與分析

3.1 對(duì)智能制造概念的理解

智能制造本身并不是一個(gè)高大上的概念，它是當(dāng)相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展到一定階段，使得企業(yè)在生產(chǎn)、質(zhì)量、物流供應(yīng)鏈等方面一些需求和痛點(diǎn)，以及消費(fèi)者的新需求，有了實(shí)現(xiàn)的可能和方法，傳統(tǒng)上一些需要通過(guò)組織管理、現(xiàn)場(chǎng)管理、低效溝通等方式解決的問(wèn)題，目前可以通過(guò)數(shù)字化、智能化的方式去實(shí)現(xiàn)，甚至可以產(chǎn)生新模式、新業(yè)態(tài)，因此智能制造的概念應(yīng)運(yùn)而生。

3.2 智能制造的實(shí)現(xiàn)需要多個(gè)階段

要實(shí)現(xiàn)全方位全要素的智能化變革不是一蹴而就的，實(shí)現(xiàn)智能化的過(guò)程需要多個(gè)階段，一般來(lái)說(shuō)會(huì)經(jīng)歷數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化幾個(gè)階段。不在落后的工藝上搞自動(dòng)化，不在不具備自動(dòng)化的基礎(chǔ)上搞網(wǎng)絡(luò)化，不在不具備網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上搞智能化。如只有設(shè)備自動(dòng)化了才具備產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)（數(shù)字化）和反饋控制（智能化）的基礎(chǔ)，所以更準(zhǔn)確地說(shuō)，數(shù)字化前面還應(yīng)該包括流程化、精益化、自動(dòng)化、信息化。

3.3 智能制造更強(qiáng)調(diào)新技術(shù)的集成應(yīng)用

在新技術(shù)應(yīng)用層面，實(shí)現(xiàn)智能制造不是單一技術(shù)的應(yīng)用，需要多個(gè)技術(shù)系統(tǒng)集成全面應(yīng)用。簡(jiǎn)要概括起來(lái)，就是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、5G、云計(jì)算和數(shù)字孿生等技術(shù)構(gòu)建一個(gè)數(shù)字化的生產(chǎn)環(huán)境[5]，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用大數(shù)據(jù)和AI 技術(shù)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)要素進(jìn)行建模和分析，讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值，并反饋到制造系統(tǒng)中。因?yàn)樾录夹g(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，制造系統(tǒng)的外延也進(jìn)一步擴(kuò)大，需要和其他產(chǎn)業(yè)，如能源、交通、城市等領(lǐng)域跨界融合，例如低碳工廠、智慧交通、智慧城市等等。因此汽車企業(yè)需要及時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略規(guī)劃，分步實(shí)施、快速迭代。我們需要認(rèn)識(shí)到，汽車產(chǎn)業(yè)的智能時(shí)代是發(fā)展理念、發(fā)展戰(zhàn)略、發(fā)展模式、管理體系、業(yè)務(wù)架構(gòu)、人才團(tuán)隊(duì)、基礎(chǔ)設(shè)施等全面創(chuàng)新變革的過(guò)程。

3.4 智能制造是系統(tǒng)工程，需要整體規(guī)劃

當(dāng)前比較普遍的現(xiàn)象是汽車企業(yè)內(nèi)各業(yè)務(wù)或各部門(mén)分別開(kāi)展零星的點(diǎn)狀的數(shù)字化或智能化改造，這樣很難實(shí)現(xiàn)智能制造的真正價(jià)值和全面轉(zhuǎn)型。一定要將單點(diǎn)、單一業(yè)務(wù)場(chǎng)景的技改升級(jí)匯點(diǎn)成線成面，形成系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化和提升才更具意義，才能最大化數(shù)據(jù)產(chǎn)生的價(jià)值，才能實(shí)現(xiàn)智 能制造的新模式和新業(yè)態(tài)，即便是單一業(yè)務(wù)場(chǎng)景的轉(zhuǎn)型，也必須建立在頂層設(shè)計(jì)和全面規(guī)劃的基礎(chǔ)上，這一點(diǎn)企業(yè)內(nèi)部必須要形成共識(shí)。

4 汽車智能工廠規(guī)劃框架模型

基于前文分析，提出汽車智能工廠規(guī)劃的框架模型，如圖2 所示，傳統(tǒng)工廠規(guī)劃，往往是以物理工廠和硬件設(shè)施的規(guī)劃為核心的，而智能制造升級(jí)對(duì)工廠規(guī)劃提出了新要求。智能制造要求工廠和基礎(chǔ)設(shè)施逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，如數(shù)字化涉及信息化的覆蓋，涉及全面的數(shù)據(jù)采集需求和信息化系統(tǒng)覆蓋，因此資產(chǎn)要首先數(shù)字化和模型化，對(duì)供應(yīng)商也提出了新的采購(gòu)技術(shù)要求；網(wǎng)絡(luò)化強(qiáng)調(diào)互聯(lián)互通和系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流通，需要基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)平臺(tái)提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)環(huán)境，同時(shí)也對(duì)供應(yīng)商提出更高的采購(gòu)技術(shù)要求；智能化強(qiáng)調(diào)具體的智能化業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求和關(guān)鍵支撐技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的生產(chǎn)組織模式。

圖2 汽車智能工廠規(guī)劃框架模型圖

因此，工廠的規(guī)劃首先應(yīng)該基于生產(chǎn)模式規(guī)劃和產(chǎn)品戰(zhàn)略規(guī)劃，生產(chǎn)模式涉及個(gè)性化定制生產(chǎn)模式的占比、產(chǎn)線柔性化生產(chǎn)的程度、是否同步交付虛擬工廠以及智能化業(yè)務(wù)場(chǎng)景的規(guī)劃，產(chǎn)品戰(zhàn)略同樣影響工廠和產(chǎn)線的規(guī)劃，主要涉及產(chǎn)品的電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和輕量化設(shè)計(jì)程度。同時(shí)在存量市場(chǎng)時(shí)代，還應(yīng)充分考慮社會(huì)資源和技術(shù)合作，確定工廠應(yīng)包含的功能、外協(xié)合作程度、前瞻性布局和空間預(yù)留等，如工廠在后期進(jìn)行技改升級(jí)時(shí)，最好的條件是還有場(chǎng)地的預(yù)留，其次才是廠房的預(yù)留，因此需要做好戰(zhàn)略規(guī)劃和前瞻性考慮。在信息化和數(shù)字化規(guī)劃層面，要充分做好經(jīng)營(yíng)管理指標(biāo)的設(shè)計(jì)、相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集規(guī)劃、系統(tǒng)集成規(guī)劃和數(shù)據(jù)治理體系，最終在工廠建設(shè)實(shí)施完成時(shí)，要實(shí)現(xiàn)信息化基礎(chǔ)設(shè)施層、設(shè)備層、土建公用以及信息化系統(tǒng)的縱向集成，也要實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)間的橫向集成。同步的，在工廠規(guī)劃和實(shí)施的過(guò)程中，通過(guò)數(shù)字化建模、數(shù)字化仿真驗(yàn)證等手段，可以實(shí)現(xiàn)工廠的數(shù)字化交付，為構(gòu)建虛擬工廠或者數(shù)字孿生工廠打好基礎(chǔ)，最終可通過(guò)數(shù)字孿生工廠實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的分析和運(yùn)營(yíng)管理的迭代優(yōu)化。總體上來(lái)說(shuō)，無(wú)論是汽車智能工廠的新建規(guī)劃還是改造升級(jí)，都是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要做好頂層的整體規(guī)劃。

5 對(duì)智能制造供應(yīng)商和技術(shù)應(yīng)用的分析與建議

5.1 整體/系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商

首要問(wèn)題在于汽車企業(yè)是否需要整體解決方案供應(yīng)商，去幫助企業(yè)做智能制造整體的咨詢和深入的企業(yè)診斷，共同輸出整體規(guī)劃方案和實(shí)施路線圖，并在后續(xù)落地環(huán)節(jié)提供具體的技術(shù)服務(wù)產(chǎn)品，或者對(duì)分包給其他供應(yīng)商的項(xiàng)目進(jìn)行管理并把控?cái)?shù)據(jù)集成等關(guān)鍵技術(shù)要求，還是說(shuō)企業(yè)更需要具體的硬件或軟件產(chǎn)品的供應(yīng)商。客觀分析來(lái)說(shuō)，當(dāng)前汽車企業(yè)需要第三方整體解決方案供應(yīng)商，因?yàn)椴煌髽I(yè)自身的規(guī)劃能力和整合能力不同，一定有企業(yè)需求第三方來(lái)幫助其共同規(guī)劃，并借助外部力量整合企業(yè)內(nèi)部的不同技術(shù)路線，即使一部分自身實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)，也存在需求分散、點(diǎn)狀實(shí)施、不夠集成化系統(tǒng)化等問(wèn)題。

因此，在當(dāng)前階段，整體解決方案供應(yīng)商一方面要提升系統(tǒng)性的咨詢與整合能力，能夠識(shí)別和診斷出企業(yè)當(dāng)前各業(yè)務(wù)各系統(tǒng)存在的問(wèn)題，能夠提出有價(jià)值的智能制造整體規(guī)劃方案和實(shí)施路線；另一方面要積極尋找與汽車企業(yè)達(dá)成框架協(xié)議并進(jìn)行長(zhǎng)期合作的機(jī)會(huì)，因?qū)崿F(xiàn)智能制造不是一蹴而就的，整體解決方案供應(yīng)商應(yīng)與企業(yè)共同探索、成長(zhǎng)，逐步實(shí)現(xiàn)各自的價(jià)值。

5.2 專項(xiàng)技術(shù)或產(chǎn)品供應(yīng)商

在診斷咨詢方面，應(yīng)加強(qiáng)深度調(diào)研分析的能力和基于仿真的生產(chǎn)系統(tǒng)診斷能力，將定性分析和定量分析結(jié)合起來(lái)，提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的診斷咨詢服務(wù)；在信息化產(chǎn)品方面，應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)集成、系統(tǒng)集成和多場(chǎng)景的數(shù)據(jù)應(yīng)用能力；在工廠設(shè)計(jì)方面，應(yīng)加強(qiáng)數(shù)字化交付的能力，協(xié)助企業(yè)建立數(shù)字化工廠和虛擬工廠；在智能裝備產(chǎn)品方面，在提升國(guó)產(chǎn)自主品牌裝備供給能力的同時(shí)，要將裝備的數(shù)字化能力與企業(yè)數(shù)字化管理需求、數(shù)據(jù)采集需求充分融合；在新技術(shù)方面，要進(jìn)一步加強(qiáng)構(gòu)建數(shù)字孿生工廠的能力，在生產(chǎn)制造端，數(shù)字孿生工廠是集成可視化管理、實(shí)時(shí)仿真優(yōu)化和大數(shù)據(jù)分析的最優(yōu)載體和平臺(tái)，代表著未來(lái)的技術(shù)方向，值得深入研究和探索。

6 結(jié)語(yǔ)

從世界經(jīng)濟(jì)、外部環(huán)境和汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)分析可以看出，無(wú)論是從產(chǎn)品端、消費(fèi)端、技術(shù)端來(lái)說(shuō)，還是從我國(guó)汽車行業(yè)處于存量競(jìng)爭(zhēng)階段并疊加經(jīng)濟(jì)下行周期來(lái)說(shuō)，各汽車企業(yè)都需要加快轉(zhuǎn)型和技改升級(jí)的進(jìn)度，以贏得這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，其中一條重要的路徑就是實(shí)現(xiàn)智能制造的先進(jìn)生產(chǎn)模式，并且要做好智能工廠的整體規(guī)劃，尤其是系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)治理相關(guān)規(guī)劃，這需要汽車企業(yè)和智能制造供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展，逐步完成企業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型升級(jí)，屆時(shí)對(duì)于汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，智能制造不僅是一種先進(jìn)的生產(chǎn)模式，更是一種競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。