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The research results show that modularization mainly enables the upgrade of intelligent manufacturing through three paths: design modularization, production modularization and organization modularization. First of all, the design modularization is the basic force of intelligent manufacturing transformation and upgrading of manufacturing enterprises. The design modularization is based on standardization to build a general module, and it has the characteristics of meeting the high frequency common user requirements of the same series or even cross-domain products. The product innovation based on this can cover a broader user market, reduce the risk of product innovation and improve the resilience of innovation. Secondly, production modularization is the backbone of intelligent manufacturing transformation and upgrading of manufacturing enterprises. Production modularization builds diversified module combinations based on functional modules, and it provides an important guarantee to meet users' individual needs and large-scale production, and achieves cost reduction with the advantages of large-scale production. On this basis, the enterprise improves production efficiency by laying out modular lines and building modular production networks. Finally, organizational modularization is a complex force for intelligent manufacturing transformation and upgrading of manufacturing enterprises. Enterprises integrate internal and external resources by constructing specialized and cooperative organizational modules, create exploitable value by utilizing the characteristics of organizational modules, and construct the whole production modular network. The organization module can realize the internal platform and external ecology of manufacturing enterprises, and helps to integrate internal and external resources and promote the transformation and upgrading of enterprises. Accordingly, the above three enabling paths also drive the transition of building modules, using module and effector fermentation in intelligent manufacturing process. In conclusion, the case analysis provides reference for Chinese manufacturing enterprises to explore the path of intelligent manufacturing, and they are expected to effectively use the tool of modularity to leverage the transformation and upgrading of intelligent manufacturing, and strive to build an intelligent manufacturing mode with user demands as the core.
The research results have the following theoretical contributions and practical application value. First of all, following the grounded theory, this paper constructs a theoretical framework for the upgrade of modularly empowered intelligent manufacturing by step-by-step coding of semi-structured interview materials, explores the theoretical "black box" of the upgrade of modular empowered enterprises' intelligent manufacturing, analyzes the path and mechanism of the upgrading of modular empowered enterprises' intelligent manufacturing, and expands the relevant research on the upgrade of enterprises' intelligent manufacturing. Secondly, the research results on the intelligent manufacturing upgrading of modular enabling enterprises provide a new direction for the intelligent manufacturing theory research, further complement and improve the intelligent manufacturing theory. Finally, on the basis of classifying and grading user demands in the existing model, this study also extends the interpretation of the connotation and evolution trend of user demands in the era of intelligent manufacturing, and connects user demands with the whole process of enterprise intelligent manufacturing, providing a new idea for follow-up research on the transformation and upgrading of intelligent manufacturing.
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近年来,美国高举“再工业化”“逆全球化”“美国优先”旗帜,试图引领高端制造业发展,德国制定“工业4.0”战略来激发其制造业企业在新的产业革命中占据价值链制高点。《中国制造2025》提出“加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向”,发挥互联网对制造业生产方式、组织形式、管理方式和商业模式创新变革的推动作用。党的二十大报告强调“推进新型工业化,加快建设制造强国、数字中国”。由此,智能制造上升到强国战略的新高度,并被广泛视为中国制造企业寻求转型升级的重要途径[1],例如海尔、比亚迪和华为等企业在智能制造领域展开了有益实践。
目前,国内外学者主要围绕智能制造的概念[2]、特征[3]、基本架构[4]等展开有益探索。然而,在VUCA特征愈加凸显的新时代,用户的碎片化、个性化需求得到进一步释放,这对探索智能制造的企业韧性、创新性提出了更高要求[5-7]。为此,模块化作为一项使能工具为智能制造升级提供了赋能思路,模块化具有降低系统复杂度、强化专业分工等特征[8],运用模块化逻辑培育和管理企业创新,既可以提高对客户需求的响应速度[9],也可以减少动态经济环境中的不确定性[10]。例如,德国大众公司通过构建模块化汽车平台获得动力增长;海尔集团建立基于模块化架构的卡奥斯工业互联网平台,并以其为纽带构建生态圈,已经为超过12个行业的3.5万家企业提供社会化服务
由此可见,应对复杂环境影响和市场挑战时,模块化与智能制造存在协同性。对于智能制造而言,目前企业实践先行于理论研究,尽管已有学者尝试解析模块化在促进智能制造转型升级中的特殊作用,但尚未理清两者之间的理论逻辑,仍缺乏关于模块化与智能制造间有效桥接关系及具体赋能机制的深入研究,以用户为核心的智能制造模式构建相关研究也存在明显缺口,这些构成本文研究重点。鉴于此,本文选择扎实推行模块化策略并践行智能制造战略的海尔集团作为案例样本,扎根于该企业实践历程,从微观视角入手开展探索性研究,旨在挖掘模块化赋能智能制造的路径与抓手。
Kusiak[11]于1989年首次提出智能制造概念,将其定义为“将知识工程、制造软件系统等进行集成,以对高级技工和专家知识进行建模的一种智能系统”。相比而言,美国能源部提出的智能制造概念更强调利用技术手段开展制造监控与管理[12],中国工信部则更强调智能制造是一种贯穿全流程的新生产方式[13]。智能制造具备数字化、网络化和智能化特征,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造环节,其本质是以物理元件信息反馈与系统集成控制的智能生态为手段,实现企业生产效率和运营效率大幅提升[14-15]。
归纳起来,国内外学者主要从智能制造的3个方面展开相关研究,即智能产品、智能生产和智能服务[16-17]。其中,智能产品是指通过搭载智能芯片,对外界用户信息加以采集、整合与处理,可自觉参与到人类复杂工作与生活中的产品[18-19]。智能生产是由人工智能集成的制造系统和虚拟网络信息组成的集合[20],具备迅速集结组织生产资源的特点。在此情景下,采用智能制造的企业更有可能灵活应对用户需求变化[21-22]。智能服务是制造业企业实现转型升级的重要手段,通过资源联动配置可实现制造业企业价值链升级。有学者提出,智能服务可以优化企业价值链各环节,而提供智能服务的企业将彻底变革生产模式与产业模式[17,23]。此外,Allmendinge[21]提出,智能服务可与智能产品捆绑在一起,通过智能产品提供智能服务,实现用户与公司的价值创造。
模块化理论源于Simon在1962年提出的复杂性架构概念,其倡导采用标准化接口,并利用最小化模块之间的相互依赖性和最大化模块内部的关联性,塑造“近乎可分解性”结构,进而通过混合、匹配获得新的配置而不损失系统的功能或性能[24-25]。模块化的本质在于将系统解耦为独立的功能模块,并借助通用性和互换性特征实现异质性模块间通信与交互[26]。模块化不仅对制造业产业结构转型升级具有能动作用[27],而且对企业智能制造路径重构具有重要价值[28]。
归结起来,制造业模块化主要包含3个维度:产品模块化、生产模块化、组织模块化[29]。其中,产品模块化是指在设计过程中采用模块化产品架构,凭借标准化和规范化的界面快速衔接企业资源[30-31]。Ulrich[32]认为产品按结构分解,与功能单元之间界面的互动方式不同,可以分为模块化产品与整体式产品,具有模块化架构的产品比整体式架构的产品更具柔性,前者成为企业产品创新管理的关键方式及降本增效的重要策略[33]。生产模块化是指对生产工序进行模块化分解,允许模块在生产流程中单独且预先装配和检测,并通过外包模块或向不同企业采购模块及时满足特定顾客需求,极大缩减装配线的复杂工作,降低生产流程对成本、交货周期等生产绩效的负面影响[34-35]。生产模块化顺应顾客需求个性化趋势,顾客个性化需求的发展反过来进一步推动生产模块化突破[36],由此,模块化渗透到企业管理组织内部,使得组织模块化应运而生。组织模块化通过对系统中组织模块的分解与整合,架构出能够显著增强组织柔性和效率的模块化网络,可以实现对复杂系统任务的处理和操作,减少组织内沟通成本和交易成本[37]。此外,通过比较和分析组织模块化网络与其它关系型网络的特征及绩效可以发现,组织模块化网络是企业攸关方分工协作的重要体现形式。
基于现有研究,本文认为智能制造是兼具智能制造技术和智能制造系统,并能通过AI技术实现自学习和自生产决策等活动的数字化生产方式。现有研究缺口主要包括两个方面:一是既有研究将用户需求与智能制造割裂开,较多从技术视角出发且聚焦于生产层面探讨智能制造;二是模块化和智能制造可能存在一定关联性,但既有文献并未对两者之间的理论逻辑进行系统阐释和验证,难以为企业实践提供指导。
鉴于本文研究主题为“模块化如何赋能企业智能制造升级”,采用探索性单案例研究方法。具体原因如下:首先,“模块化如何赋能企业智能制造升级”属于“How”类型的研究问题,适用于该方法[38];其次,目前有关模块化与智能制造间内在关系的研究尚未形成可供参考的理论体系,而探索性单案例研究能够逻辑推演并复盘其具体作用机制,并在此基础上捕捉和追踪智能制造实践中涌现出来的新特点;最后,相较于多案例研究,单案例研究更便于对案例进行深入剖析,能够更好地分析模块化与智能制造两者间关系,确保研究深度。进一步地,本研究采用质性研究中的经典分析方法——扎根理论,目的是在缺乏理论假设的情况下,探寻模块化与智能制造两者间微观作用机制,同时,提炼模块化赋能智能制造转型升级的脉络和范畴间逻辑理路,进而为制造业企业实现智能制造转型升级提供理论基础。
基于对案例典型性、资料可获取性的衡量与考虑,本文最终选择海尔集团作为案例研究样本。一是样本案例具有典型性。海尔集团作为家电行业的领头羊,自2008年以来扎实推行模块化策略,并于2012年起不断探索、实践具有中国特色的智能制造模式,现已形成独具特色的智能制造发展路径。纵观海尔集团的成长环境和智能制造演进历程,可以映射出很多中国企业,特别是改革开放之后涌现出的民族企业共性特征。以海尔集团为样本开展案例探索,有望析出对其它企业具有宝贵借鉴价值的智能制造实施路径。二是资料可获取性。海尔集团自1984年成立以来,企业存续30余年,相关新闻报道、文献资料以及官网动态等二手资料丰富,能够支撑本研究通过三角验证。同时,本文作者之一曾在海尔集团技术研发中心任职近8年,积累了丰富的一手相关资料,熟稔海尔集团的模块化策略和智能制造模式,为资料收集提供了便利渠道,也保证了数据真实性。
本研究数据来源主要包括一手资料与二手资料(见表1)。一手资料涵盖实地考察与半结构化访谈录音的转录文本,共计5.2万字。二手资料涵盖文献资料与企业官网,共计5万字。本研究数据来源渠道多样化,构成研究中的三角验证,同时,数据之间的相互补充又确保了研究效度与信度[38-39]。
围绕“模块化赋能智能制造升级路径”这一主题,对交叉重叠的原始资料进行排序与梳理,并在此基础上开展逐字逐句的开放性编码,通过提炼与归纳得出23个初级概念和14个范畴(见表2)。
表1 案例资料来源
Table 1 Sources of case data
数据类型数据来源一手资料实地考察 海尔集团工业智能研究院实地考察(时长90min,转录1.2万字)半结构化访谈海尔集团智能研究院访谈(时长80min,转录1.1万字)海尔集团创新能力调研访谈(时长129min,转录2.9万字)二手资料文献资料 学术会议、期刊、学位论文等企业官网 海尔集团对外宣传资料,包括发展历程、模式创新、宣传片等
表2 开放性编码
Table 2 Open coding
范畴化概念化初始语句(部分)零部件模块化零件剥离成模块通过设计模块化,将分散的零部件聚合成不同的功能模块,形成以模块为索引的产品研发模式模块组合配置模块分工用户需求下达后,模块化进厂,有共性模块和个性模块,通过模块化的自由配置组合,满足用户多样化的需求模块协同设计全流程协同全流程和用户、供应商互联,也就是打破原来封闭的界限,企业的上下游以及所有资源都能和用户、供应商连上,满足用户的需求模块化采购供应分组管理采购模块现在我们是把产品分成模块、模组,海尔集团只管理一级模块,由一级模块供应商管理它的二、三级,形成一套生态圈模块化线体布局公共模块生产区生产线不再是原来那个很单一的直线生产方式,它有非常多的组合,这都是为了适合用户的不同需求,适合不同的模块需求变异模块生产区模块生产区能处理模块长短期变异,动态模块自制与外包切换,实现更弹性的垂直整合专业化分工协同定义分工专业组织模块目前COSMOPlat平台已构建了7大子系统,聚集了包括用户、开发者、企业和机构在内的海量资源,可以帮助企业实现用户体验的高精度与运营的高效率架构能力互补组织模块COSMOPlat平台提供从交互定制、研发到物流、服务等全周期零距离一体化生态服务。如COSMO-众创汇定制子平台可提供用户交互定制解决方案,HOPE子平台可以提供开放式创新解决方案促进产品创新与迭代产品智能化产品可以自控制、自学习、自优化,可以和企业进行互动,同时可以实现智慧场景,进而实现驱动场景产品迭代设计这块原来企业内部自己一步一步搞产品研发,现在开放整合全球资源,根据用户需求快速迭代式研发建构共性个性模块模块标准化模块化的东西其实是以标准化作为基础,在它做好的基础上进行功能模块化设计模块差异满足用户需求把产品进行模块化解构,用户通过模块差异的选择满足自己的独特需求模块细分用户在个性模块上进行自己的方案定制,例如用户想把照片贴冰箱上,目前的体系也是支撑的模块组合我们冰箱原来有三百多个零部件,现在归纳为23个模块,通过模块可以组合出452种产品满足用户需求实现设计知识沿用模块共性设计共性功能模块以标准化为基础,其尺寸、形状或特性的设计在产品族中可以被多个产品所采用利于生产提质增效高效率高质量生产最大化的设计沿用使得每条生产线产出不同的模块,最后将所有模块拼装整合,工作效率以数量级方式提升,同时兼顾产品质量,生产具有更好性能的新产品拓展产业合作网络构建网络化组织搭建iHaier平台,实现以企业微博为核心的内部分享交流平台,利用社会化网络服务尝试跨部门的协作与共享推动模块连接利他互联实现多模块联动从提供单一硬件产品到提供全套智慧生活场景解决方案,对内通过互联工厂实现我们整个制造的转型,由大规模的制造向大规模的定制转型,满足用户最佳体验工业化与数字化深度融合联用户社群工厂所有的要素都要和用户互连,原来是按计划生产,现在是由用户需求驱动我们的生产联网器网器和用户互联,在现在的网络化时代,所有的家电产品都要联网,能够和用户直接交互,获取用户交互的信息联全流程企业从柔性化、数字化、智能化三方面进行能力升级,实现工厂内人、机、物实时互联可视大规模定制柔性化生产原来刚性的生产线每天生产几个标准型号几千台,现在柔性生产线和供应链,可以做到每台产品都不一样自动化生产我们自动化设备的生产节拍,响应速度都是由用户驱动的,前端把用户的需求和设备连起来,一开始我们定生产节拍,定20秒或30秒都是按照生产计划来定的
在主轴编码环节,以开放性编码结果为基础,反复地将一手资料和二手资料所整理的数据与涌现出的概念进行迭代处理,识别出更加具有理论性基础的范畴。最终将分散的14个开放性范畴整合为8个主范畴,明确各范畴之间的内在逻辑关系,具体包括设计模块化、生产模块化、组织模块化、弹性化、效率化、平台化、数字化转型、大规模定制(见表3),为深入剖析模块化与智能制造之间的关系奠定基础。
本研究在保证编码过程科学性与严谨性的基础上,循环推证编码结果,直到满足饱和度检验,从而构建模块化赋能企业智能制造路径的理论框架。编码结果如图1所示。
表3 主轴编码
Table 3 Axial coding
主范畴副范畴范畴内涵设计模块化零部件模块化企业智能制造升级的必备条件,是模块化赋能的基本要素模块组合配置企业实现快速创新产品、缩减产品研发设计周期的有利措施模块协同设计企业借助模块标准接口,针对产品核心模块与一流资源共同研发设计生产模块化模块化采购供应企业管理零部件供应商模式,是生产模块化赋能的主要推力模块化线体布局针对生产模块化所设计的模块化生产线,包含共性模块生产区、变异模块生产区和采购模块组织模块化专业化分工协同企业内置模块化子系统,外设统一模块接口,联动内外部资源弹性化建构共性个性模块共性模块搭建产品基础框架,个性模块满足用户个性化需求实现设计知识沿用设计知识沿用是模块化设计的主要价值,可最大化缩减知识与设计成本促进产品创新迭代企业借助共性个性模块的属性与模块设计知识沿用的价值,促进产品创新与迭代效率化利于生产提质增效企业应用模块化过程中,一方面实现规模化生产,另一方面确保产品品质与个性化差异拓展产业合作网络采用跨组织边界的模块化作业方式,表现为由内部企业到外围供应商逐渐分化的复杂分工协作体系平台化推动模块连接利他复杂系统分解为功能模块子系统,在统一的标准界面平台下设计和生产产品,能够对市场变化作出适应性选择数字化转型工业化与数字化深度融合数字化技术深度融入工业系统,工厂中“人、机、物”实时互联,生产流程数字化可视大规模定制柔性化自动化生产企业柔性化自动化建立在规模化生产的基础上,更注重满足用户对制造全流程的体验,解决规模化生产与个性化需求间矛盾
图1 案例编码过程与结果
Fig.1 Case coding process and results
随着互联网、数字化的不断发展,用户对价值的追求更符合胡塞尔、海德格尔等所提倡的现象学价值论,即强调事物的价值来源与事物的相互作用以及对事物的精神体验[40]。与此呼应的是,国际数据公司(IDC)开展的2020年工业4.0调研结果显示,大多数企业意识到,数字化原生代消费者渐成主流,需求渐趋个性化、多样化、定制化,并向综合体验延伸。相应地,数字技术应用实现了消费端对生产过程的深度参与,推动价值供求关系逐渐由供给端主导变为需求端主导。
进一步地,体验经济的地位日益提升,而智能制造为基于场景的体验提供了新舞台。与产品和服务相比,聚焦基于场景的体验与用户交互是一种更高层级的产出,将带来新一轮的经济增长动能。由此,智能制造时代呼唤新的价值创造方式,即从工厂到用户单向传递的静态价值链变为以用户为中心、持续迭代的动态价值供求闭环。从理论视角来看,日本学者狩野纪昭于1984年提出Kano模型[41],可用于对用户需求进行分类和分级排序,例如基本型需求、期望型需求和魅力型需求。结合案例企业——海尔集团可延伸诠释为:基本型需求为用户对产品功能性能的基础需求,如用户对洗衣机的洗涤和耐用性需求;期望型需求为提升产品功能性能的增值需求,例如吸纳用户的意见反馈或开辟与用户互动的渠道等;魅力型需求则指为用户提供独具一格、其它竞争对手不具备的特殊需求,例如积极吸纳用户参与产品设计创新,并通过数字化工具推动在制产品的全过程可视化、透明化,继而使用户享受到产品“主人翁”的体验。
如前所述,模块化的要点在于围绕用户需求进行创新[26,33],具体作用于产品设计、生产和组织管理等层面,这使它有可能在用户需求与智能制造之间发挥桥梁作用。本文基于相关文献对模块化和智能制造理论的系统梳理[16-17,29],通过循环反复的资料编码与理论饱和度检验,归纳和细分模块化维度与智能制造内涵,探究设计、生产和服务模块化促进企业智能制造升级的路径,构建模块化赋能企业智能制造升级的理论模型。从编码过程与结果来看,设计模块化、生产模块化、组织模块化、弹性化、效率化、平台化、数字化转型、大规模定制8个主范畴和核心范畴涌现自原始资料,是本文理论阐述与构念维度形成的主要基础,模块化的3个维度(设计模块化、生产模块化和组织模块化),通过弹性化、效率化和平台化的赋能抓手对企业智能制造升级产生促进作用。基于上述编码结果并结合案例样本实践,析出模块化赋能智能制造升级的主要路径如下:
(1)设计模块化。设计模块化有助于促进产品多样化、加快企业对市场变化的响应速度、节约研发成本等[42]。传统产品模式下,不同类型/系列产品零部件不断增加且存在不兼容问题,导致海尔集团零部件数量庞大且分散,囿于产品零部件的标尺和类型不同,各种零部件种类不仅耗费专业设备等大量生产资源,加大生产线变更和产品投产难度,无法满足多层次、多样化的用户需求,而且导致新产品设计愈发复杂,降低产品研发创新效率和效果,使企业错过最佳市场红利。在此情境下,海尔集团于2009年开始正式实施设计模块化,将注重需求这一理念嵌入到从零件设计到功能模块设计的全部流程中,一方面产品核心模块的稳定有利于全面满足用户对产品的基本型需求,另一方面,不同功能模块的匹配组合可以整合供应链不同位势供销商,满足用户对产品的期望型需求。例如海尔525系列冰箱,只需要7个对应基本型需求的模块,再搭配个性模块,即可组成59种满足用户需求的不同产品,该系列产品年均销量达180万台以上。
设计模块化主要经历3个阶段演化(见表4):一是零部件模块化。海尔集团实施模块化的初衷,主要在于破解零部件种类冗杂的生产问题,因而需要分析零部件属性的相似性,运用设计模块化准则,将零部件聚合成不同功能模块。二是功能模块组合配置。在设计模块化的作用下,不同功能模块逐步演化为共性模块与个性模块。企业开展生产、研发、设计等活动时,通过调研等方式了解用户的期望型需求,并通过共性模块与个性模块的组合,为企业设计多样化定制产品。这样的模块配置方式可以极大地提升产品柔性,并在维系不同模块标准化接口的前提下,仅通过优化部分模块的功能,就可提升产品整体性能,既实现快速生产又满足用户个性化需求。三是模块协同设计。相较于前两个演化阶段,模块协同设计可以实现跨企业的价值创造,设计模块化不再局限于企业内部活动,而是在用户交互、锚定不同层次用户需求的基础上,利用开放资源吸引优质合作伙伴。例如,在产品研发设计阶段,海尔就积极整合具备创新能力、检测能力和供货能力的外部模块供应商参与模块协同设计;针对模块检测和产品组装检测过程中存在的生产效率或良率问题,海尔与模块供应商协同解决,确保产品品质满足要求。
表4 案例企业设计模块化演化过程
Table 4 Design modularization evolution process of case enterprise
演化阶段主要内容复杂程度价值定位零部件模块化剥离SKD总装线不必要零件,整合成小模块复杂程度低,仅有生产线设计模块化服务于企业内部生产线功能模块组合配置个性模块基于标准化接口快速选择与组合产品复杂程度偏高,涉及跨产品线模块设计服务于企业内部各价值创造环节模块协同设计跨企业吸引外部模块资源,共同设计核心模块复杂程度高,涉及多方主体设计核心模块服务于跨企业联动资源合作设计
(2)生产模块化。解决规模化生产与个性化需求之间的矛盾是海尔集团开展生产线重构的动因。传统生产体系下的“单线性”生产线难以满足用户主权被充分释放而形成的各类细分市场需求,而固化的生产线、产品变更时反复更改的模具、复杂的工艺,在产品物料、设备参数等方面加重规模化生产与个性化需求的矛盾。同时,海尔集团原有的采购等管理层级深层交纵,冗杂的管理流程难以针对瞬息万变的用户需求进行产品研发与生产。随着用户参与创新的程度不断加深,他们不再满足于基本型需求类产品,而是偏好于能够满足其期望型需求和魅力型需求的产品。由此,为了满足多层次用户需求,更迅速地占领市场,案例企业希望摆脱传统生产线与采购方式的桎梏,更充分发挥产品设计模块化的效能。因而,在嵌入用户需求映射与反馈的基础上,对内部生产线和采购管理模式进行重构,以期实现产品制造环节的价值最大化。
生产模块化主要包括两方面内容:一是模块化采购供应。海尔集团模块化采购供应的核心是推动供应网络中的零件商形成半自律的模块供应子系统(见表5)。基于模块供应商协同系统(COSMOPlat—海达源),海尔集团将用户视为创新主体,推动模块供应商资源与用户零距离交互,不仅实现模块供应商按需设计、模块化供货,而且使用户通过个性化定制提升其参与创新设计的体验。由此,海尔集团与模块供应商间关系由博弈转变为共赢,即从以往单纯的买卖关系跃迁为共同面对用户需求进行价值共创的互利共赢关系。二是模块化线体布局。模块化线体布局是针对不同产品组合配置不同生产区块的一种管理模式,模块化线体布局优化带来的显著效益是各模块生产区与主线协调,既可以实现模块独立管理,又可以根据实际需求切换自制模块与外包模块,实现更弹性的生产策略(见图2)。此外,通过COSMOPlat-IM模块,海尔集团实现用户订单直达工厂,推动用户深度参与制造,拉近用户与工厂间距离。
表5 案例企业模块化采购演化过程
Table 5 Evolutionary process of modular procurement of the case enterprise
演化阶段主要内容管理层级合作模式零件商 海尔集团原有的采购管理方式,零件商直接为零部件提供配货管理层级繁杂单一产品合作模式,零件商处于订单驱动阶段模块商 模块化采购模式下的产物,海尔集团零件数量减少,直接采购数量减少海尔管理核心模块,模块供应商管理二级模块自我驱动的合作模式,模块商事先参与产品设计模块方案商模块商依据其专业领域模块资源输出模块方案,参与设计的比例增多,引领模块数量增多管理层级逐渐去边界化,用户与模块商直联双方互驱的抢单合作模式,模块商与海尔集团构造共生共赢的新价值
(3)组织模块化。随着互联网时代的到来,以工业互联网技术为基础架构的企业平台充斥着制造业领域。在此情景下,海尔集团原有封闭式组织模式已跟不上资源充分开放的时代发展步伐。组织模式是支撑整个互联工厂智能制造运作的基石,若企业疏忽与外部各利益相关方的互联共享,便可能陷入被淘汰的僵局。因此,为了更好地适应环境变化带来的新生态,海尔集团调整组织模式,构建跨越企业组织边界的协同网络。进一步地,海尔着力从多个维度(产品、产线、平台、网络、机制)出发,完善智能制造生态布局。
组织模块化的主要任务是构建专业化分工协同的企业组织模块,企业通过定义分工专业的组织模块编织内外部资源,利用组织模块特性创造价值[39],并借助工业互联网平台云支撑的共享禀赋,将智能设备、生产线、智能产品、智慧物流等内部价值流程和各类连接外部资源的平台(HOPE平台、海达源平台等)定义为各自独立的子系统。智能制造系统既兼容模块设计资源板块、采购资源板块和全球用户资源板块,又能通过海尔集团开放的模块化接口从模块供应商、软硬件服务商、高校院所等外部渠道获得有针对性的互补服务,利用其去边界化的优势达成用户互联、网器互联、制造全流程互联的目标。企业通过模块化对其分工协作组织进行定义,架构整个生产模块化网络,实现企业智能制造资源协同。
(1)弹性化提升创新韧性。设计模块化以标准化为基础构建通用模块,通用模块具备满足同一系列乃至跨领域产品的高频共性用户需求的特点,以此为基础开展的产品创新能够覆盖更广阔的用户市场,在降低产品创新风险的同时提升创新韧性。例如,利用标准化原则归集整合23个通用核心模块,能够匹配组成包括海尔匀冷冰箱在内的452种产品,同时,通用核心模块在产品创新与迭代中不断优化;冰箱与超低温冷柜等多元差异化产品能够共享制冷元件的生产线,降低成本的同时稳固生产功能模块、提升生产柔性。与此同时,海尔集团建立以“人单合一双赢”为核心的模块—产品质量管理模式,形成高质量的企业标准保障体系。
(2)效率化创造规模效应。生产模块化以功能模块为基础,构建多样性的模块组合,为满足用户个性化需求与规模化生产提供重要保障,并以规模化生产的优势达到降低成本的目标。在产品设计方面,企业依据用户需求和模块细分等方式划分功能模块,以此进行产品模块差异性组合。例如,海尔集团通过需求洞察的方式汇集用户需求,利用数据算法拟合模块和管理决策模块细分、筛选用户群需求,配置整合冰箱的功能模块,快速设计并生产出适配不同用户的定制产品,以远超人工布局排产的效率和效果迅速抢占市场。
图2 案例企业模块化线体布局
Fig.2 Modular line layout of the case enterprise
进一步地,企业不断摸索和实践,并结合虚拟仿真、虚拟排产、柔性制造等手段,得以高效率地满足用户定制化需求。在此过程中,模块化与智能制造形成良性耦合关系:前者将用户需求与产品研发、采购连接起来,做到用户需求有主、产品有主;后者将设计模块化的成果在生产过程中付诸实践,实现用户与产品的全流程实时互联、用户和工厂之间零距离。以海尔集团正在建设的沈阳冰箱智能工厂为例,目前可支持9个平台500个型号的柔性大规模定制,实现人员配置减少57%,单线产能提升80%,单位面积产出提升100%,订单交付周期由15天降低到7天,以模块化设计为快速满足大批用户的个性化需求创造条件。
(3)平台化促进模块联动。案例企业通过产品平台化推动企业产品企划、研发与市场架构协同对接,即基于分层次模块化架构平台(共性模块)辅以个性模块组合配置来满足用户需求变化,产品平台被用作调节生产主线稳定性的重要载体。基于平台化策略,案例企业还构建面向全球市场的模块化生产网络,在构建平台资源池的基础上,利用平台的扩展性、兼容性和通用性提升资源利用效率,并以模块之间的互联互通不断促进模块迭代。一方面,依靠企业内部研发能力专注提高核心模块竞争力,另一方面,将外购模块和筛选出的非核心模块生产业务委托给具备成本竞争力的供应商或代工企业,形成围绕平台的智能制造网络。此外,平台化带来的多模块互联还能有效减少产品设计生产中间环节的浪费,缩短产品上市周期。例如,海尔集团将产品平台化嵌入智能制造数字精细生产系统,借助平台的通用性将研发模块与制造模块互联,打破原有系统下产品研发与制造过程中的信息阻碍。为切实推动模块化全流程转型,案例企业还专门建立模块化项目办公室(Strategy Implementation Office, SIO),这一独立的组织模块主要负责评价各产业线的模块化绩效,并推动模块化绩效评价机制落实到位。
(1)产品创新与持续迭代。借助模块化的接口开放性特征,案例企业打破原有封闭的研发模式,转向整合外部资源、与用户并联交互的开放式创新。通过构建模块化架构,不仅快速、低成本地满足用户个性化需求,还助推海尔集团提高全球化资源整合协同能力。例如,海尔集团天樽空调就是基于67万名网友的交互反馈,与中国科学院深圳先进技术研究院、中国标准化研究院、腾讯微信、高通等一流资源合作伙伴共同研发设计的产品,该产品拥有60多项专利并制定出新的产品标准。此外,海尔集团不断创新用户价值,促进天樽空调迭代创新,其用户资源从初始代际的20万演化至百万,一流资源合作伙伴由7家演化到10家,进而形成众多合作伙伴参与交互创新的生态圈。
特别地,海尔集团还着力吸纳来自产业界的优秀伙伴——一流模块商参与前端设计。恩布拉科公司是一家专注于制冷解决方案的国际企业,凭借优秀的设计、检测和生产能力,与海尔集团签订战略性合作协议。这种供应商早期参与设计的模式比传统模式的研发效率提高30%,新产品开发时间缩短70%。目前,已有超过50%的模块商参与到前端研发过程中,未来海尔所有供应商将全部参与到产品前端研发过程中,实现全流程的交互研发。
(2)生产过程提质增效。生产模块化可以化解个性化与规模化之间的矛盾,形成非常多的组合,满足不同用户需求以及不同模块需求。以洗衣机业务为例,在直接效益方面,海尔集团第一年即节约成本合计5 232万元,预计未来每年可节约5 072万元;在间接效益方面,主要体现为生产效率提升,例如生产节拍时间由基于零部件生产期间的平均15秒减少到平均9秒(减少40%),主线的用工数量由104人降低到69人(减少33%),产品平均交付时间由原来的7天缩减为3天(减少57%)。
进入互联网时代,海尔集团的数字化转型步伐明显加快。2016年,海尔推出COSMOPlat工业互联网平台,其关键特征是采用模块化的架构设计,包含SaaS应用层、PaaS平台层、laaS基础层。COSMOPlat工业互联网平台也成为撬动智能制造的重要工具,实现从用户需求、创意交互到用户定制订单、配送、交付安装、使用体验等全流程互联互通,以及用户、产品全流程管理和可视,有力推动海尔集团互联工厂建设。一方面,基于COSMOPlat平台塑造的网络效应,海尔集团集结全球优势伙伴构建开放式创新生态系统,目前,COSMOPlat已经汇聚3.3亿用户、4.3万家企业和390多万家生态资源;另一方面,海尔集团依托COSMOPlat由点到面推广复制其智能制造成果,对内将成果复制到全球108个工厂,对外开展跨行业、跨区域服务与推广,构建智能制造生态服务新产业(见图3)。
(3)大规模定制模式转型。海尔集团践行智能制造的核心就在于从传统的大规模生产转型为大规模定制,而大规模定制的关键是全流程互联互通,以模块为纽带与用户连接起来,使得用户能够全流程交互参与到海尔集团产品设计、生产等环节中。因此,在模块化驱动的大规模定制模式下,用户参与创新的空间大大提升。一是通过线下和线上方式(HOPE平台等)与用户开展互动,精准了解用户需求和痛点;二是用户可以根据自身购物方面的需求和喜好配置一部分功能模块的参数,如冰箱产品的容积、外观颜色等;三是企业可以借助前端的交互平台与模块接口,提供用户创意与设计资源的交互场所;四是用户甚至可以实现产品外观、样式和型号的自主选配,并由专属设计师提供一对一服务,用户的DIY创意方案由嵌入数字化技术的互联工厂完成相应生产任务,实现透明化和可视化,做到产品有主。
以母婴定制为例,Mini干衣机产品聚集了母婴社群“宝妈们”的智慧。首先,由母婴人群提出干衣机需求,相关需求在定制的母婴社群进行深度交互,累计交互曝光量300万以上,用户参与交互达到10万次以上。在此基础上,根据用户交互需求共迭代10余次,迭代出八大场景功能。这款上市产品的杀菌率达99%以上,且具有线屑收集和定期抖散功能,可以防止衣物缠绕和皱褶。同时,搭载6种专业烘干程序,能自动感知衣物湿度,满足不同干衣需求。由卖产品到卖服务,从提供单一硬件产品到提供全套智慧生活场景解决方案,案例企业进入模块化全流程推进和赋能阶段。通过模块化推动案例企业战略转型,有力支撑大规模定制和智能制造战略,并为整个家电行业转型提供有效范本。
图3 海尔COSMOPlat数字平台连接的智能制造示意图
Fig.3 Intelligent manufacturing connected to Haier COSMOPlat digital platform
资料来源:案例企业提供、作者整理
本文结合典型案例,采用扎根理论分析方法,探讨了设计模块化、生产模块化、组织模块化3条赋能智能制造升级的路径,揭示了模块化通过弹性化、效率化和平台化赋能企业智能制造的抓手。基于以上内容,本研究主要结论归纳如下:
(1)模块化主要通过设计模块化、生产模块化、组织模块化3条路径赋能智能制造升级。从大规模生产到大规模定制,从网络化战略到生态化战略,从流程再造到组织再造,对于海尔集团商业模式战略转型的关键节点,模块化贯穿始终。基于设计模块化,案例企业围绕用户需求,通过开发产品平台优化零部件数量、输出多样化产品等,再结合模块化产品架构连接用户需求、整合外部合作伙伴。基于生产模块化,企业通过布局模块化线体、打造模块化生产网络,提高生产效率。基于组织模块化,案例企业实现内部平台化和外部生态化,有效整合内外部资源,促进企业转型升级。相应地,这3条赋能路径驱动智能制造过程中模块构建→模块运用→效应发酵的过渡(见图4)。
(2)经由模块化赋能的智能制造,可以满足不同层次的用户需求(基本型需求、期望型需求和魅力型需求)。如图4所示,通过探索性案例研究发现,在模块化的纽带作用下,案例企业通过实施智能制造战略,既可以保障产品品质过硬(功能、性能),又可以将用户作为产品的重要创新主体,即通过HOPE平台等拓展与用户互动的空间,有效倾听用户反馈并形成价值供求闭环。更重要的是,通过积极实施大规模定制战略,并借助数字化工具,案例企业实现在制产品全过程可视化,提升用户参与产品创新的体验,从而独特性地满足用户的魅力型需求,实现“产品有主”。
图4 研究结论框架
Fig.4 Framework of research conclusions
(3)在模块化3个维度的赋能下,智能制造价值创造形态经历了“企业—产业链—跨产业”3个阶段的演化。对外从提供单一硬件产品到提供全套智慧生活场景解决方案,使得产品交托到用户手中这一环节不再是服务终点而是服务开端,从而解决企业边际效益递减问题。对内互联工厂不再是一个工厂而是智能制造生态系统,系统中包含核心企业平台与模块生产网络各参与主体,通过系统内部之间的良性竞争与合作,淘汰劣势企业,提升整个智能制造生态系统竞争能力。
(1)相关文献在尝试解析模块化促进智能制造转型升级中的特殊作用时,尚未理清两者之间的理论逻辑,缺乏对于模块化与智能制造间有效桥接关系及具体赋能机制的深入研究。因此,针对已有研究的不足,本文基于扎根理论,对半结构化访谈材料进行逐级编码,构建模块化赋能智能制造升级的理论框架,打开模块化赋能企业智能制造升级的理论“黑箱”,挖掘模块化赋能企业智能制造升级的路径和作用机理,拓展了企业智能制造升级相关研究。
(2)智能制造相关文献较多从技术视角出发且聚焦于生产层面,缺乏对企业管理层面智能制造的研究,且仅有少部分学者关注到用户需求价值对智能制造升级的独特作用。本文关于模块化赋能企业智能制造升级的研究结果为智能制造相关研究提供了新方向,进一步补充和完善了智能制造理论。同时,本研究在已有模型对用户需求进行分类和分级排序的基础上,结合案例企业延伸诠释了智能制造时代下用户需求的内涵和演变趋势,为后续相关研究开辟了新视角。
本文系统梳理了模块化赋能智能制造升级的路径和抓手,构建以用户为核心、嵌入模块化的智能制造模式,得到如下启示:
(1)企业要掌握和科学运用不同维度的模块化能力。本文案例样本为中国制造企业探索智能制造路径提供了参考,即有效利用模块化这一工具撬动智能制造转型升级,并着力构建以用户需求为核心的智能制造模式。在应用设计模块化过程中,企业要注重产品设计模块化,将功能模块组合配置与模块协同设计的模块价值融入企业智能制造产品中;在应用生产与组织模块化过程中,企业要注重模块化采购供应与生产模块化布局,衔接产品设计模块化环节,实现智能制造整个生产环节的颠覆。模块化涉及多个价值创造环节,要实现智能制造转型升级,打好全流程模块化基础是重中之重。
(2)企业运用模块化赋能智能制造升级的同时,应兼顾用户需求并善用数字化转型和创新要素。数字化时代,用户需求呈现个性化发展态势,而智能制造的根本是落实用户价值主张,尤其在倾听用户需求、强化供求闭环、增进深度交互参与和提升用户体验等方面可以贡献独特价值。企业要实现真正的颠覆创造,除应用模块化理论和专注用户需求外,自动化、智能化等数字化技术必不可少,这些不断升级的生产方式有利于工厂生产向高效率、高品质、高柔的方向发展。因此,企业不仅要切实把握用户多元化需求,将其作为驱动智能制造乃至促进企业商业模式创新的源动力,还要辅以数字化技术进行产品研发设计、生产网络布局,从而进一步提升效率、降低成本。
(3)智能制造企业平台化发展应协同传统龙头企业共建平台,并与中低端智能制造企业共享。近年来,我国工业互联网发展方兴未艾,制造行业专业化程度加深,产品、服务、业务流程信息分包加快,企业间协同也更加紧密。在此形势下,智能制造企业平台化发展成为提升企业竞争力的新引擎。对于传统龙头企业而言,其具有智能制造升级的资源优势,与平台化智能制造企业共创平台,双方吸附互补领域制造经验,可以达到共赢目的。对于中低端智能制造而言,其未有龙头企业资源优势,但具备一定的接入工业互联网平台的信息基础设施,可以借助平台企业给予的技术解决方案和数字化转型经验,依附平台转型升级,为细分领域增加新的动能,进而实现双赢。
本文通过对案例样本的深入分析,揭示了模块化与智能制造间关系,得出相关结论与启示,但仍存在一些不足之处:一是主要采用访谈资料和二手资料,且属于回溯性数据,可能存在回忆偏差;二是依据典型单案例企业所凝练出的模块化赋能智能制造升级路径可能具有一定的特殊性,使得结论存在一定的适用边界;三是仅从模块化赋能智能制造升级的全流程视角进行探讨,而智能制造涉及模式、机制等多个维度,未来可以从这些方面展开研究。
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