隨著工業智能化進程的不斷深入，柔性制造引發了越來越多的關注。柔性化生產也被認為是智能技術賦能傳統工業的核心使命之一。
“柔性生產”（Flexible Production）這一在1965年就被提出的概念，其內涵也隨著技術的突破和實踐的發展而不斷發展著?，F階段，柔性生產主要指經數字系統控制，通過精益生產、智能化人機排位和智能排產技術，實現多品種、小批量的快速生產方式。
理想狀態下，柔性生產系統的構建有利于提高企業的靈活性，使企業能夠快速高效地滿足客戶個性化需求，降低成本，并提升創新能力，從而在快節奏的市場中獲得競爭優勢。此外，它還支持小批量生產，減少環境影響，并通過改善質量控制和加快產品上市時間，提高客戶滿意度和忠誠度。
相關實踐數據也反映出，一些企業的確從柔性生產方案中獲益。
比如國內某家電企業通過重構柔性液晶生產線，實現了按訂單快速調整產線布局，自動更新設備參數等，將轉產時間縮短了93%，產能提升了10%。
另一家同類型企業通過生產要素的全面互聯感知，構建工業指揮大腦，以小批量定制工單驅動，基于數據模型和智能算法優化生產資源配置，實時進行調度，使得設備綜合效率提升了23%，生產效率提升了45%。
此外，國內某車企通過構建定制訂單聯動的柔性供應鏈體系，能夠準確傳遞定制訂單的供貨需求，快速組織生產和交付采購訂單，定制化能力提升了35％。
正是因為上述優勢，近年來我國柔性制造相關行業也呈現快速增長的態勢，相關統計數據顯示，我國柔性制造行業的市場規模年均增長率超過18%。2022年的市場規模為2488.32億元左右，增長率為20%。預計在2029年該行業的市場規模約達到8568.43億元。
柔性制造的發展有哪些充分條件與必要條件？柔性生產方案主要由哪些環節構成？具體的柔性生產單元包含哪些要素？推進柔性生產改造有哪些障礙和難點？本文將就這些內容展開討論。
消費變革驅動柔性生產
在第一次工業革命的推動下，人類社會進入了機器大規模生產的時代，物質生產效率得到顯著提升。福特的流水線制造方法的引入進一步加速了這一進程，解決了物資短缺問題，使得更多人能夠享受到先進的工業產品。然而，這種生產方式有一個副作用，就是大量同質化產品對個性化需求的抹殺。
大規模同質化產品是商業廣告興起的有力推手之一，大同小異的產品為了搏出位，需要耗費大量的資源用于廣告營銷，最后再將這些成本轉嫁給消費者買單。
與此同時，布道式的營銷模式也嚴重損害了消費者的自主權。品牌方以布道者的姿態，去定義所謂的“時尚”和“潮流”，通過頻繁地洗腦讓消費者接受有限的幾款產品，并將其視為流行。
《線車宣言》一書中曾對這種狂轟濫炸式的、布道般的廣告營銷進行了批評，認為它們是工業化發展過程中的“新教廷”。
大量同質化產品讓商家的角力點從產品本身轉移到了廣告和營銷上。早期傳播渠道有限，只有擁有巨大資源的賣方才能通過電視、廣播、紙媒，以及市中心和機場旺鋪等這些有限但是價格高昂的渠道獲得露出機會，并構筑品牌溢價的護城河。
這些品牌很少也很難去聆聽消費者的真實需求，而是借由占據的渠道去宣揚自己的產品。它們構筑場景、打造價值體系，然后向大眾布道，恨不能將品牌變成一種信仰，讓消費者無腦追隨。
正因為此，馬爾庫塞在其《單向度的人》一書中才指出，“消費者”是消費社會中一幫人強加給另一幫人的結果。這幫人自認為是先知先覺者，可以把一種關于這個世界的“心理無知”強加給另一幫人，給后者塑造生活模式和樣板。這是一種“霸權行徑”。
《線車宣言》中提到，市場不應該是鋪天蓋地的廣告和天花亂墜的營銷，市場的本質應該是買賣雙方之間的溝通和對話。然而，傳統的那種買賣雙方洽談后再進行個性化定制生產的關系模式，被工業化進程的車輪給無情碾碎了。
今天，數字技術的發展給消費平權創造了可能性。
首先，互聯網技術的發展彌合了買賣雙方之間的信息不對等，消費者的購買行為日趨細致、專業和個性化，他們對消費的了解比以前深入了很多，清楚自己的消費動機和行為。消費者有意愿也有能力獲取關于某件產品充分的信息，以及該產品與同類產品相比的優缺點。
其次，電商的興起也大幅拓寬了消費渠道，讓消費者有了更多的選擇。
我們正在經歷的是一個買方市場崛起的時代，買賣雙方關系開始發生逆轉，消費者在市場博弈中開始掌握更多的主動權。
隨著商品信息日益豐富和多樣化，消費者的選擇范圍與渠道不斷擴大，購買行為的側重點也從單純的產品質量轉向整個購買過程的價值體驗。
消費模式正在從一成不變的標準化產品向定制化、個性化產品演變。例如，服裝行業正在推進在線定制服務，家具行業正大力推廣全屋定制解決方案，汽車行業正加速實現用戶直連制造模式，而鋼鐵行業則見證了小批量訂單需求的增長。
在這一需求變革趨勢下，傳統的大規模生產模式已難以在保持成本可控的同時迅速響應和滿足這些需求。因此，工廠迫切需要發展柔性生產能力，借助規?；a帶來的低成本優勢，以實現生產多樣化、批量靈活和交貨周期短的個性化訂單。
柔性生產的關鍵技術
需求側的倒逼是發展柔性生產的充分條件，而多項前沿技術的突破及融合，則是柔性生產得以發展的必要條件。代表性的技術有：
工業物聯網：工業物聯網使設備、機器和系統能夠相互連接和通信，實時收集和交換生產數據。這種互聯互通不僅提高了生產效率，還使得生產過程能夠根據實時數據進行自我調整，增加了制造過程的靈活性。
人工智能與機器學習：通過人工智能和機器學習算法，制造系統能夠預測市場變化、優化生產流程、提高質量控制，并實現智能決策支持。這些能力對于響應快速變化的市場需求和實現個性化定制生產至關重要。
數字孿生技術：數字孿生是指創建一個物理實體的虛擬副本，使企業能夠在不影響實際生產線的情況下模擬、分析和測試生產過程。這種技術大大提高了產品設計和生產流程的靈活性與效率。
先進機器人技術：包括協作機器人在內的先進機器人技術，使得機器人能夠更安全、更靈活地與人類工作人員共同作業。這不僅提高了生產效率，還允許快速調整生產線以適應不同產品的生產。
3D打印技術：3D打印或增材制造技術使得從單件到小批量生產的定制化生產成為可能。這項技術支持復雜設計的快速原型制作和生產，極大地增加了制造的靈活性。
云計算和大數據：云計算提供了強大的數據處理能力，使企業能夠存儲、分析海量數據，并根據這些數據做出快速決策。大數據分析有助于優化生產流程、預測設備維護需求和改善供應鏈管理。
柔性制造系統（FMS）：柔性制造系統本身就是一種技術突破，它結合了自動化設備、機器人、計算機控制系統和信息技術，以實現高效、靈活的生產能力。
在上述幾大技術的基礎上，企業主要通過四個方面的協同來實現生產的柔性化：
模塊化產品的快速開發： 借助先進的數字化建模工具和數據管理平臺，企業可以高效選用、配置、組合各種產品模塊。這一過程不僅依賴于豐富的產品模塊庫、設計知識庫和配置規則庫，而且能夠通過參數化設計快速迭代模塊，從而實現針對特定需求的定制化產品設計和工藝方案。
資源的柔性配置與動態調度： 通過泛在網絡連接各類生產資源，實現對生產要素狀態的實時感知，針對小批量定制需求，精準制定生產計劃、物料需求和車間作業排程。此外，根據訂單變化和生產異常實時調整計劃和資源，實現資源配置和調度的極高柔性化。
自適應加工能力的增強： 依托于可重構的生產線、靈活的工裝夾具和高效的線上物流系統，企業能夠對單個或小批量產品實現精確識別、資源匹配及整個生產過程的精確控制。這不僅提高了生產效率，也使得企業能夠靈活應對多品種、小批量的定制化生產需求。
建立柔性供應鏈體系： 通過打通產業鏈與供應鏈，建立涵蓋研發、生產、運營等環節的供應鏈協同機制，企業能夠基于跨企業的數據共享和實時反饋，增強供應鏈的資源配置柔性、業務協同動態性和對變化的快速適應性，從而針對定制需求實現敏捷響應和快速交付。
柔性生產方案的構成
柔性生產方案主要包括三個主要組成部分：柔性生產系統、數字化加工設備和物料儲運系統。其中：
柔性生產系統充當生產車間的“指揮中心”，負責收集和處理數據，監控設備運行，發出生產指令。該系統的主要任務包括工藝規范管理、生產排程調整、數據收集、現場管理、生產進度跟蹤、設備狀態監控和質量控制等。通過實時監控和調整，系統確保生產的靈活性和響應能力，從而適應生產需求的變化。
數字化加工設備通過數字控制技術與柔性生產系統緊密集成，實現了與系統的無縫鏈接。設備能夠實時上傳運行狀態和生產進度到可視化智能看板，使技術人員能夠及時掌握產品質量，提高設備效率，降低返工率和生產浪費。此外，它們還能詳細記錄員工工作量和產品質量，便于追溯和績效評估。
物料儲運系統負責物料、半成品和成品的有效周轉和倉儲管理。該系統通常包括智能吊掛系統、自動引導車（AGV）、中轉臺和倉庫等組成部分。通過與柔性生產系統的集成，物料儲運系統能夠接收指令并受到持續監控，確保物料配送的速度和準確性，實現倉儲的智能化管理。
整體而言，柔性生產方案通過信息化、數字化和可視化管理全流程，不僅實現了生產數據的完整存儲和分析，還提高了內部和外部環境調整的能力。這奠定了基礎，以滿足企業對多樣化、小批量和快速交付需求的挑戰，推動企業從傳統的大規模生產模式向高附加值、個性化定制轉型。
柔性生產單元實例
在宏觀的柔性方案之下，具體的柔性生產單元長什么樣子呢？
孫科星等人利用OPC UA、S7.Net、Http等先進通信協議，建立了一個由4臺西門子810D系列數控機床、KUKA工業機器人和西門子1200系列PLC等設備組成的柔性加工單元。
這個單元不僅包括上下料工作臺、轉運機械臂、線邊庫，還整合了數據采集與交互系統、調度系統、可視化系統以及電氣系統等，形成了一個綜合的柔性生產環境。
通過工業以太網的支持，該單元實現了車間制造執行系統（MES）、3維可視化系統、機床、轉運機械臂、線邊庫、柔性單元調度系統以及數據處理模塊的全面互聯。這種互聯使得原材料能夠高效地從線邊庫被轉移到加工站，而調度系統則基于實時設備狀態將材料分配到空閑的機床上加工，進一步優化生產流程。
該套數字化柔性機加單元分為設備層、控制層和管理層。
設備層構成了生產車間的核心，涵蓋了所有參與生產加工活動的設備，包括數控機床、物料轉運機械臂、自動化PLC設備和RFID系統等，這些設備不僅是生產制造的基石，也為車間監控系統提供了關鍵數據。
這一層的設備運行狀態對整個生產流程有著直接的影響。通過采用先進的數據采集技術，車間能夠收集來自這些基礎設備的數據，為整個生產系統的數據分析和決策支持提供數據基礎。
控制層充當智能監控和管理系統的心臟與大腦，為模型的實時動態、生產進度、物流搬運以及設備運行狀態等關鍵操作提供了必要的動力和基礎。這一層依賴于大量實時數據、歷史數據和控制指令，以確保生產過程的順暢運行和高效管理。
實時數據通過連接生產現場的通信服務器實時獲取，而歷史數據則來源于專門的歷史數據庫；同時，生產指令則是直接從車間的信息管理系統中提取。通過高效的數據采集系統，這些底層數據被捕獲并通過車間的現場總線技術傳輸至數據處理層，最后通過函數調用將數據以JSON格式導入至可視化系統，實現了數據的有效整合和信息的透明流通。
管理層專注于根據當前生產實況，定制監控系統展示的關鍵信息，這一層涵蓋了進度管理、現場管理和效能管理三個關鍵領域。
進度管理功能使得用戶能夠查詢到具體生產線和單個產品的加工進度，以及整個生產計劃的實施狀態。現場管理則專注于監控設備的實時運行狀況和整個車間的生產狀態，這包括設備的即時活動、運行狀況，以及轉運機械臂的位置和動態，并能夠在出現任何生產線異常時迅速發出警報。效能管理通過與制造執行系統的整合，對設備的使用效率和任務的完成情況進行跟蹤、統計和反饋，確保生產過程的高效運行。
柔性生產方案推進的障礙
毋庸置疑，在追求高度定制化和快速響應市場變化的當代產業環境中，柔性制造系統是不可或缺的關鍵解決方案。然而，將這一理念轉化為實踐操作，企業需要面對多方面的挑戰。
首先，高昂的初始投資是許多企業面臨的主要障礙。柔性生產系統的實施不僅需要在先進技術和設備上進行大量投資，還需要對員工進行系統性培訓。特別是對于規模較小的中小企業而言，這項投資可能是一個重大的財務負擔。
其次，柔性生產系統的復雜性也是一個不容忽視的挑戰。隨著生產流程的復雜化，管理和維護的難度隨之增加，這可能導致生產效率下降和成本上升。為此，企業必須確保員工接受適當的培訓和支持，同時確保系統的設計既高效可靠又用戶友好。
再次，將柔性生產系統與企業的其他系統（如庫存管理和客戶關系管理系統）整合起來也是一個復雜且耗時的任務。這不僅需要大量的技術投資，還需要在員工培訓上下功夫。
最后，在采用柔性生產系統的過程中，保持產品質量的一致性也是一個挑戰。定制化生產可能導致產品質量的波動。
寫在最后
生產模式始終隨著市場需求和技術創新而發生著變化。
傳統的大批量生產模式雖然解決了物資的基本供應問題，但卻未能滿足消費者對個性化產品的渴望。而今，數字技術、智能制造和自動化技術的飛速發展帶來了柔性制造的興起，這不僅是一場技術革命，也是消費者與生產者關系的一次重塑。
柔性制造的發展有望實現生產效率與產品多樣性之間的平衡，使得消費者能夠獲得符合個性化需求的高質量產品，同時生產者也能以高效的方式滿足這些需求。
這種模式的本質，是在大規模生產的基礎上，恢復那種最初的、基于人與人之間直接交流和溝通的消費場景和生產關系，遠離了品牌對消費者單向的影響和馴化。
因此，柔性制造可以被視為是一次由技術驅動的生產與消費關系的復興，它重新定義了生產者和消費者之間的互動方式，為個性化需求和大規模生產之間找到了一個創新的平衡點。
參考文獻：
《Flexible production: The Key to Success: Flexibility in Mass Customization》，FasterCapital
《數字化與可視化柔性機加單元管控系統》，兵工自動化
《基于定制需求的服裝柔性生產模式構建》，天津紡織科技
《中國智能制造發展研究報告—智能工廠》，中國信通院
《中國柔性制造行業報告》，智研瞻產業研究院
《線車宣言》，中國青年出版社
《意愿經濟，大數據重構消費者主權》，電子工業出版社
