「1. 大批量定制的背景 」
1）工业革命与大批量定制
工业革命的发展如图1（a）所示。图1（b）是工业4.0的发展计策，其核心是信息物理系统（cyber physical system，CPS），即智能制造系统。目标是大批量定制。智能制造是实现大批量定制的手段。
图1 工业革命与产品批量、种类的关系以及工业4.0计策框架
工业4.0的两大计策是：
（1）领先的供应商计策：德国领先的制造技能办理方案同新一代信息技能领悟，生产出具备“智能”与乐于“互换”的制造装备，实现创新，开拓新的市场机遇。并看重吸引中小企业的参与第四次工业革命。
（2）领先的市场计策：强调德国企业通过高速互联网络实现快速的信息共享，重新定义与进一步细化产品模块和生产工艺，实现有效的专业化分工互助。
工业4.0的4大主题中的智能生产、智能工厂和智能做事的突出特点是通过全社会可以通过做事互联网和APP平台为企业供应做事，专业化分工互助达到极致。
工业4.0的8项举措中的第一个便是标准化和参考架构，该参考架构明确提出先零部件模块化、产品平台化，然后是产品的快速定制。例如，一只标准的M10螺栓采取大批量生产模式制造，50元1kg，一只螺栓的本钱不到1元。如果采取智能制造装备生产一只类似的个性化螺栓，本钱就可能要赶过上千倍。这与工业3.0的产品模块化思想一模一样。
8项举措中的第五个是事情的组织和设计：在智能制造中，须要的是知识型员工，他们承担重大任务、须要知识共享和协同创新，同时也要考虑如何发挥他们的积极性和创新性，须要为他们供应促进个人发展、自我代价实现的机会，这就须要通过一种社会-技能方法进行事情的组织和设计。员工将拥有高度的管理自主权，可以更加积极地投入和调节自己的事情[1]。人们也已经认识到智能制造的难点之一是管理和组织的变革。首先，智能制造基于数据实现端对端，信息充分共享，管理平台化，冲破了企业原有的金字塔官僚管理系统编制构造，来自原有的权力构造的拥有者的变革阻力会很大，而每每他们还节制了决策权，导致智能制造的资源投入不到位。其次，管理办法会因信息平台化而发生改变，个体和任务小团队的自管理、自决策机制会越来越普遍，须要有很好的组织管理办法及组织文化引发个体和小团队的事情意愿并相互协同。[2]这些与工业3.0的精益生产思想相似。
显然工业4.0继续了工业3.0的基本思想和方法。但第三次工业革命是数字化，紧张采取一种集中式掌握模式；第四次工业革命是智能化，紧张采取分布式掌握模式，这是两者最大的不同。
西方国家的工业革命是渐次发展的，是一种串行过程。中国与西方国家不同，一方面须要紧跟第四次工业革命，另一方面须要补前几次工业革命的课，是一个并行发展的过程。补课内容包括产品模块化、管理精益化、企业数据化和网络化，然后是智能化。
2）大批量定制的来龙去脉
在市场经济环境中，用户需求是企业生产的指挥棒。只有充分知足用户需求的企业才能生存和发展。当前用户需求的发展趋势是：产品多样化和个性化，同时哀求产品交货期短、本钱低。这对企业的生产模式提出了巨大的寻衅。
1970年，托夫勒（Alvin Toffler）在Future Shock书中提出了一种未来的生产模式：以靠近大批量生产的本钱和韶光，供应知足用户个性化需求的产品和做事。1987年，达维斯（Stan Davis）在Future Perfect书中将这种生产模式称为大批量定制（mass customization，MC）。
传统的大批量生产采取自动化和机器化的刚性生产线，工序高度细化和标准化，员工事情大略，生产单一品种产品，批量很大，生产效率高，本钱低，质量稳定。但生产线的建立须要大量韶光和本钱，并且生产线难以随着产品变更而变更。传统的单件定制生产则刚好相反，标准化程度低，本钱高，生产效率低，对员工的技能水平哀求高。当前用户一方面哀求产品个性化和多样化，即批量越来越小，另一方面哀求产品价格低、交货期短。这就哀求将大批量生产和单件定制生产的优点领悟在一起，如图2所示。这便是大批量定制生产。[3]
图2 大批量定制领悟了大批量生产和单件定制生产的优点
3）产品批量与本钱反比事理
大批量生产所依据的基本事理是产品批量与本钱反比事理，其定义是：产品批量P与生产本钱C呈反比关系，即产品批量越大，生产本钱越低。由于生产批量大，可以采取高效的设备和工装，工人的闇练程度有很大的提高，材料购买量越大、价格越低，终极导致产品生产本钱大幅度降落。如图3（a）所示，其曲线可用下列关系式表示：
C=G/PCP+B
个中，C为生产本钱；PCP为产品的批量；B为变动用度（与产量的增减成比例增减的用度，如材料费、动力费和褒奖人为等）；G为固定用度（与产量无关的用度，如地租、房租、利息和固定人为等）。
图3 （a）产品批量与本钱反比事理的示意；（b）大批量定制的优化方向
图3（b）描述了大批量定制的优化方向：批量越来越小，效益越来越高，终极是在单件生产中实现大批量生产的效益。
「2. 大批量定制的发展概况 」
在实践中，大批量定制生产模式是逐渐进化完善的。
图4描述了大批量定制的技能体系，可以看到大批量定制是一种系统工程，通过各种技能的领悟、重组和优化，使大批量定制深入发展。模块化技能是个中的一种关键技能。[ 4]
图4 大批量定制的技能体系（图中的数字是该技能涌现的年代）
1）成组技能
（1）成组技能的来龙去脉
20世纪50年代成组技能开始发展，以办理多品种小批量生产中的本钱高、交货期长的问题。50年代中期前苏联的斯•帕•米特罗范诺夫揭橥了《成组工艺科学事理》，其基本事理是“批量本钱反比事理”和“相似性事理”。成组技能是一门工程技能科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用这些相似性，即把相似的问题归类成组，寻求办理这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。成组技能研究内容包括零件分类编码系统、成组工艺、成组夹具和成组单元等。[5]
（2）成组技能的观点
成组技能考虑问题和处理问题的方法与大批量定制相似，是实现大批量定制的基本方法之一。在人们的生活和事情中存在着大量的相似的事物。成组哲理认为，按事物的相似性分类成组处理问题可以大大提高效益。而成组技能则是基于当代科学技能，将成组哲理深入、有效地运用于制造业，充分创造、标识和利用产品及制造过程中的相似性，实现生产全过程的优化。
成组技能的基本观点可以表达为：将企业生产的多种产品、部件、零件和构造要素，按照一定的相似性准则分类成“族”，并以相应的“组”（group，即成组生产单元或单元制造系统）为根本来组织生产过程的各个环节，从而实现生产全过程的合理化和科学化。按照成组技能事理建立起来的新型制造系统称为成组制造系统。
作为一种已经发展了半个多世纪的技能，成组技能的许多方法和技能可以被大批量定制所借鉴。例如，成组技能处理问题的一样平常过程是：首先使产品品种合理化，进行代价剖析和简化构造设计，采取分类编码以减少零部件的种类，建立成组单元，贯彻单一循环的短周期小批量生产操持，实施成组作业进度操持。上述过程与大批量定制处理问题的过程非常同等，只是后者考虑问题的范围更大，采取的技能更前辈。
成组技能可以全面运用于从产品设计到制造的各个环节，有成组设计、成组工艺设计和成组制造等。成组技能可以用于CAD系统中零件信息的条理化和简化，如零件的标准化和CAD数据库的检索等；也可以用于CAD/CAPP/CAM一体化，是连接CAD系统和 CAPP、CAM系统的主要纽带。采取成组技能往后，纵然不该用自动化流水线也能得到巨大的经济效益。
2）精益生产
20世纪50年代，天下汽车业主导的美国汽车工业采取的是大批量生产办法，而日本的汽车工业市场小、资金缺少、产品品种多，日本汽车业无法采取大批量生产办法。以丰田公司为代表的日本汽车业另辟路子，提出了一种新型生产模式，并在60、70年代推广到日本的其它制造业，使日本的制造业后来居上。80年代，美国人对丰田生产模式进行了深入调查，将其总结为精益生产（lean production，LP）。[6]精益生产综合了单件生产与大量生产的优点，既避免了前者的高本钱，又避免了后者的僵硬化。“精益”的英文是“lean”，原意是“瘦的”，在精益生产中转意为“简化的”“精节的”“精益的”等。精益生产的基本事理是：统统从简，即简化统统不产生附加代价的事情内容。同时，特殊强调在任何时候对任何事物必须精益求精。[7]精益生产办法的特点可归纳为：
（1）以“人”为中央：这里所说的“人”包括全体精益生产系统所涉及到的所有职员，如本企业各层次的事情职员以及协作单位、发卖商和用户等。精益生产厂家中的所有事情职员都是企业的终生员工，只要他们全面完成任务就可以保住职位（终生雇用制）。精益生产厂家的员工基本上是从最低层干起的。人为与本人在企业的资历有关（年功序列制）。企业把员工看作是比机器更为主要的固定资产，机器迂腐了可以报废，但人力资源不能随意淘汰。因此为了从其有效的四十年（进厂到退休）做事期内得到最大的产出，须要不断地提高员工的技能，充分发挥他们的积极性和创造性。
（2）以“简化”为手段：“Lean Production ”又有简化生产的含义。简化是实现精益生产的基本手段。精益生产企业比一样平常非精益生产企业减少了一半人、一半生产园地、一半新产品开拓事情、一半库存量、一半设备投资等。
（3）以“协同进化”为生存环境：精益生产不仅企业自身要“精益”，供应链也要“精益”，看重供应链的协同进化。例如丰田汽车公司专门成立了精益生产推广小组，以帮助其零部件企业实现精益生产。
（4）以“尽善尽美”为终极目标：企业不断地对“尽善尽美”的追求，如“零”转产工时、“零”库存、“零”摧残浪费蹂躏、“零”毛病、“零”故障、“零”结束、“零”磨难等，这些“零”永久不会实现，但久而久之的不懈追求，终极企业面貌会见目一新。
3）产品模块化
20世纪60、70年代，产品日益繁芜，用户的个性化需求更加突出。人们开始用模块化设计方法对产品构造进行重组，降落产品的繁芜度，简化产品设计，并提高制造和装置效率。产品模块化在工业汽轮机、汽车、舰船、工程机器、电子设备、打算机等领域开始运用。其基本事理是将繁芜产品分解为一系列独立功能的模块，通过模块的选择和重组，在知足用户多样化的同时，尽可能减少产品内部多样化。对用户而言，产品可能是独一无二的，但产品中的大部分模块是标准的、大批量生产的。[8]
产品模块化技能是本书的重点，将在后面展开先容。
4）信息化与工业化领悟（两化领悟）
信息化与工业化领悟是指信息技能在企业的运用，或称企业信息化。20世纪七八年代，信息化技能在制造业全面推广运用，从设计到制造，柔性化和自动化程度全面提升。例如，依据CAD（打算机赞助设计）系统，可以快速进行产品变型设计和配置设计；通过数控机床和柔性制造系统可以快速地、低成本地制造出定制的零件；通过打算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system，CIMS），实现企业信息的集成和快速反应。
案例：服装企业面临的最大困扰：如何在增加销量的同时，减少库存。服装是快速消费品，积压的过季库存服装每每要打折处理，使服装企业丢失巨大。办理问题的方法是：采取“饮酒模型”，服装企业通过信息技能节制各服装店的发卖和库存信息，变订单式的“推动”生产为无订单式的“拉动”生产，所有的服装店的发卖和库存都变成透明的羽觞，信息系统是“做事员”，可以看到喝什么酒（各种格局的服装的发卖情形）、每种酒还剩多少（库存情形）、可以喝多永劫光（库存可以知足发卖的韶光）。然后信息系统“精确制导”，服装企业及时准确地给服装店进行快速补货、调货、退货, 销量特殊好的则进行追单面料生产和成衣生产，实现了高用户满意度和零库存。[9]
产品模块化是实现两化领悟的主要根本之一。例如，产品模块化与CAD系统结合产生产品配置设计系统和产品变型设计系统；产品模块化与CAPP（打算机赞助工艺方案）系统结合形成派生式CAPP系统。[10]
两化领悟技能的进一步发展便是智能制造技能。产品模块化是智能设计和制造的根本，它可以简化智能设计和制造系统。生物体具有明显的模块化的特色，可以自觉展、自组织、自优化，人工智能系统也应是一种模块化系统。
5）企业合理化
在企业信息化中人们创造，仅凭信息技能是不能办理大批量定制问题的，总结出了“先合理化，后信息化”的履历，即将合理化事情与企业信息化结合起来。[11]
图5描述了合理化事情框架。制造业信息化中的合理化事情紧张包括产品设计合理化和企业过程合理化，而这两者每每是相互关联的。产品设计合理化和企业过程合理化的实质也便是标准化。模块化是产品合理化中的紧张内容之一。人们也已经创造企业组织跨功能的协同化和产品模块化都对大批量定制产生显著影响[12]。
图5 信息化与工业化领悟中的产品模块化
6）网络协同制造
随着21世纪初经济环球化的全面推进以及互联网的广泛运用，越来越多的企业创造，自己不可能在产品全代价链的每个环节都做到环球最好。并且产品越来越繁芜，技能更新越来越快，什么都自己做，投资大，风险大。以是企业通过业务外包、协同设计和制造、环球采购、动态同盟等，实现制造资源的最佳配置和利用，进一步促进大批量定制的发展。
美国提出的21世纪制造业发展计策是敏捷制造，虚拟企业是敏捷制造的核心要素，这是一种通过网络快速找到最有竞争力的互助伙伴的动态同盟组织，是一种简洁的、柔性的模块化生产模式，包括产品模块化和企业模块化。
7）增材制造
增材制造（additive manufacturing，AM）又称3D打印，是信息技能与材料和制造技能的结合，其模块化的思想是将模块粒度最小化，达到材料颗粒级，通过相同或不同的材料的逐渐累加的方法定制出具有繁芜微不雅观构造、性能精良的繁芜零件，并且有可能进一步降落个性化产品的定制本钱，缩短定制韶光，同时能够有效降落能源花费、肃清环境污染和原材料摧残浪费蹂躏。增材制造也将导致网络“"大众年夜众制造”“社会化制造”模式的涌现。[13]
参考文献
[1]罗文. 德国工业4.0计策对我国推进工业转型升级的启迪[J]. 工业经济论坛. 2014(4)：1-2.
[2]佚名. 中国智能制造存在的五大难点[EB/OL]. https://www.rootcloud.com/cmscontent/908.html. 2020-06-17.
[3]顾新建, 杨青海. 产品模块化是中国成为制造强国的必由之路——解读《机电产品模块化设计方法和案例》[J]. 中国机器工程, 2018, 29(09): 1127-1133.
[4]李春田主编. 标准化概论(第六版)[M]. 北京：中国公民大学出版社. 2014.
[5]许喷鼻香穗、蔡建国. 成组技能[M]. 北京：机器工业出版社，1987.
[6]D.琼斯等. 改变天下的机器[M]. 北京:万国学术出版社，1991.
[7]顾新建，祁国宁，谭建荣. 当代制造系统工程导论[M]. 杭州：浙江大学出版社. 2007.
[8]祁国宁、顾新建、谭建荣. 大批量定制技能及其运用[M]. 北京：机器工业出版社. 2003.10.
[9]肖利华,韩永生. 利用“ 饮酒模型” 和“ 自助餐模型” 办理供应链中的库请安题[J]. 上海信息化. 2006(4): 70-73.
[10]顾新建，纪杨建，祁国宁编著. 制造业信息化导论[M]. 杭州：浙江大学出版社. 2010.8.
[11]詹姆斯. 迈天，李东贤等译，生存之路——打算机技能引发的全新经营革命[M]. 北京：清华大学出版社，1997.
[12] Min Zhang a, XiandeZhao b,c,n, YinanQi. The effectsoforganizational flatness, coordination,and product modularity on masscustomization capability[J]. Int. J.ProductionEconomics.158(2014)145–155.
[13]克里斯·安德森（ChrisAnderson）. 创客：新工业革命[M]. 北京：中信出版社. 2012.
