摘要
随着以物联网、云计算、大数据、移动互联网为代表的新一代信息技术兴起并与制造业加速融合，智能制造成为制造业发展变革的新方向。海尔结合行业特点和自身发展需求，以用户个性化需求为导向，通过科研信息化的应用建设互联工厂，有力推动企业智能制造转型。本文首先介绍了科研信息化在制造业应用趋势，然后以海尔为案例，分析了海尔通过科研信息化应用建设互联工厂的路径与模式，并对其产生的效果进行评价。
关键词
科研信息化 智能制造 转型 海尔
Abstract
With the development of new information technology represented by the Internet of Things, Cloud computing, Big data, and Mobile Internet, and the accelerated integration of manufacturing industry, Intelligent manufacture has become a new direction of manufacturing industry development. Based on industry characteristics and own requirement, According to e-Science usage, Haier builds up interconnected factory, promoting intelligent manufacture transformation effectively. This paper introduces the trend of e-Science application in manufacturing industry, and then takes Haier for example, analyzes the path and mode of interconnected factory construction by e-Science usage, and evaluates the effects of interconnected factory construction.
Keywords
User Needs;e-Science; Intelligent manufacture;Transformation; Haier
1.1 科研信息化在制造业应用的趋势
当今世界，新一代信息技术和互联网发展步入泛在普及、变革创新、引领转型的新阶段，成为创新驱动发展的新引擎和新常态。信息技术的快速升级、科研信息化与制造业的深度融合重塑产业生态链和价值链，驱动制造业生产方式、产业组织结构发生深刻变革，重构新的企业与用户关系。主要表现在以下几个方面：一是由机械化、自动化制造向智能化制造转变。物联网、大数据等信息网络技术的广泛应用，可以实时感知、采集、监控生产过程中产生的大量数据，促进设备、产品、企业、人之间的无缝衔接和交互感知，实现生产系统的智能分析和决策优化。二是由大规模批量生产向大规模定制生产转变。互联网理念扩展到工业生产和服务领域，催生了众包设计、个性化定制等新模式，促进生产者与消费者实时互动，使得企业生产出来的产品不再大量趋同，而是更具个性化。三是由集中生产向网络化异地协同生产转变。云计算等信息网络技术使不同环节的企业间实现信息共享，能够在全球范围内迅速发现和动态调整合作对象，整合企业间的优势资源，在研发、制造、物流等各产业链环节实现全球分散化生产。四是由传统制造企业向跨界融合企业转变。企业生产从以传统的产品制造为核心转向提供具有丰富内涵的产品和服务，直至为顾客提供整体解决方案，互联网企业与制造企业、生产企业与服务企业之间的边界日益模糊[1]。五是跨领域、协同化、网络化的创新平台正在重组传统的制造业创新体系。创新载体从单个企业向跨领域多主体的协同创新网络转变，整合政府、企业、协会、科研院所等优势资源的跨领域、协同化的制造业创新网络平台在新一轮产业变革中的作用日益凸显。创新流程从线性链式向协同并行转变，技术研发、产业化和推广应用环节紧密衔接甚至重叠并行，大大缩短新技术从研发到进入市场的周期。
在新一代信息技术与制造业加快融合发展的背景下，智能制造、大规模个性化定制等新型制造模式成为企业转型升级的重要方向。海尔作为制造业领域的典型企业，以用户个性化需求、用户体验为导向推动企业智能制造转型，通过科研信息化的深度应用，打造按需设计、按需制造、按需配送的互联工厂体系，将机器与机器、人与机器、机器与环境实时互联，将用户、模块商、工厂等要素用开放平台的方式高度聚合，将碎片化、个性化的用户需求与智能化、透明化的制造体系高效对接，创造出更具价值的全新智慧生活。
1.2 科研信息化在海尔建设互联工厂中的应用情况
从实现互联工厂的信息化应用手段上来看，云计算、物联网、大数据等是技术基础，支撑了互联工厂所有机器、设备、系统、平台的交互感知和智能运行。智能工厂是载体，是基础，生产制造过程的模块化、自动化和智能化水平决定了互联工厂的智慧程度;开放式创新平台、用户交互定制平台、模块商资源平台、智慧物流平台是连接器，保证用户能够无障碍参与产品设计研发、供应链管理、营销等流程。
1.2.1 制造过程实现模块化、自动化和智能化
海尔构建以用户为中心的大规模个性化定制模式，其中模块化是实现用户定制的基础[5]。海尔将产品分成不变模块和可变模块，并将生产线设置成模块化的柔性布局，在前工序上实现智能自动化、零停线换型，在物流上实现柔性无人智能配送，在总装上长线变短线、实现高柔性定制，通过通用化和标准化、个性化模块的整合创新，满足用户个性化需求。
在自动化方面，海尔在互联工厂采用机器人社区无人作业，通过先进的设备进行自动换模、自动上料等，实现自动化生产。通过部署RFID、智能传感器等，实现全程数字化监控，以及产品与设备、产品与模块、产品与人员之间的多重感知互联，做到了生产链各环节无缝对接。通过以iMES为核心的五大系统集成，实现物联网、互联网和务联网三网融合，以及人人互联、人机互联、机物互联、机机互联，最终让整个工厂变成一个类似人大脑一样智能的系统，自动跟人交互、满足用户需求，自动响应用户个性化定单。
在智能化方面，随着机器设备的高度自动化及无线网络的覆盖，工厂可以根据用户需求自生产、自驱动、自运行和自优化。海尔的全球外机前装智能机器人社区实现了空调外机前装部分5套机器人的协同装配，并结合信息化RFID身份证实现产品与机器人、机器人与机器人之间智能自交互、自换行和柔性生产，其空中自动物流线能根据用户个性化需求智能分配。
1.2.2 开放式创新研发平台
互联网时代信息技术的大量应用强化了用户处理信息的能力，也引发用户个性化、碎片化、体验化的信息需求，倒逼企业加快颠覆传统创新模式，通过开放式创新模式，整合研发设计资源，与用户实现深度交互，充分满足用户需求。目前，海尔建立了以全球五大研发中心、HOPE开放式创新平台为载体，线上线下互动融合的开放创新生态系统，通过全球用户、创客和创新资源的零距离交互实现持续创新。
海尔以中国、美国、亚洲、欧洲、澳洲五大研发中心为基本节点整合世界一流的研发资源，形成遍布全球的创新研发生态圈。其中，PLM系统是支撑全球五大中心研发的信息平台，通过整合应用于数字产品开发的各种应用系统，建立基于统一产品信息和统一信息管理的开发平台。PLM系统提供面向异地协同设计、制造和市场的基本功能，在产品开发方面，大学、研究院、各技术中心以及合作伙伴等通过基于PLM环境下构建的平台，把在地域上分布的设计部门组成一个开发团队，并充分利用可视化技术来实现协同产品开发、数字验机验证、电子会议等。
HOPE开放式创新平台，通过社区交互、技术匹配和创意转化三大板块，让用户和创新资源均参与产品前端研发设计过程，实现全球专家和解决方案资源与用户的交互对接。在社区交互板块，通过发布各种话题、创建创意小组等方式吸引用户参与各种活动的交互，积累用户流量，及时了解用户对各种电器产品的需求，并通过后台的大数据分析与整理，快速转化成产品方案。在技术匹配板块，平台将注册的技术资源分类管理，每个技术资源都有相应的技术方案支撑，这些技术方案结构化的数据为大数据匹配提供良好的数据基础。用户需求提交到平台后，通过后台大数据搜索、分析与匹配，精准地匹配到合适的解决方案，快速推出满足用户需求的新产品。在创意转化板块，通过加工整理用户需求信息和技术方案信息形成多种可行性产品方案，不断推出满足需求的产品并进行产品的迭代创新。HOPE开放式创新平台具有及时掌握最新行业技术动态、建立专业交互圈子、持续产出各类颠覆性创意、快速精准匹配全流程资源、创意转化全流程支持五大核心能力，有效支撑了海尔产品服务的快速创新与颠覆。
1.2.3 智能交互制造平台
在用户需求日益个性化的体验经济时代，企业最迫切的是要洞察用户需求和满足用户的个性化需求，这就要求企业以互联网思维为核心重建供需关系，从传统的大规模制造向大规模定制转型。海尔建设智能交互制造平台，实现企业与用户需求数据无缝对接，快速满足用户全流程的最佳体验。
智能交互制造平台前连研发后联用户，实现用户、模块商、产品、机器、生产线之间的实时互联与无缝对接。与用户互联后，用户可通过线上平台下单，根据自己的喜好选择冰箱的颜色、款式、性能等，也可以通过海尔官网、facebook、海尔虚拟展厅等事前参与产品设计。与工厂互联后，可以将用户需求信息直接传送到生产线工位，根据个性化定制需求快速柔性生产。在工厂内，不同模块可根据用户不同需求进行自动检索、自动换模、快速任意组装，生产个性化冰箱产品的速度可以秒来记。与模块商互联后，使得供应商可无障碍参与到产品及方案的前端设计、制造过程，交互出一流的模块、一流的自动化解决方案。通过这个平台，海尔与用户能够零距离对话，用户可通过多种终端查看产品“诞生”的整个过程，如定制内容、定制下单、订单下线等10个关节性节点，产品生产过程都在用户“掌握”中。
1.2.4 模块商资源平台
模块商资源平台是为供应商提供在线注册、直接对接用户需求的零距离平台，具有开放、零距离、用户评价、公开透明等特征。在平台上，海尔向全球一流模块供应商发布用户需求，模块商凭借满足需求的模块解决方案无障碍进入平台抢单。用户订单到达后，工厂通过智能制造系统自动排产，订单就到了生产线各个工序及所有模块商、物流商，生产流程关键节点上均实现对用户可视化。模块商资源平台的搭建改变了传统的“零组件采购—订单销售”模式，模块商的注册、响应需求、方案选择结果、评价结果等全过程都在平台上公开公示。这使得供应商从零部件商升级为模块商;企业和供应商的关系由单纯的价格博弈关系转变为共创共享的利益共同体;采购内容由零部件转变为交互模块化引领方案;对采购方案的评价由内部评价转变为用户评价;海尔的采购流程也由原来的串联流程转变为自注册、自抢单、自交互、自交易自交付、自优化的并联流程，大大提高了对客户需求的相应速度。截止目前，该平台已经完成自注册模块商3700多家，平台上交互的2000多个方案，为用户提供了最佳体验。
1.2.5 智慧物流平台
智慧物流平台是在运用云计算、物联网、大数据等信息技术的基础上，由物流网、配送网、服务网、信息网四网融合组成的平台。一是物流网实现即需即送。全国建立起15个发运基地、93个过站式配送中心、2000个HUB为客户提供供应链一体化服务解决方案，为用户提供即需即送的差异化服务体验。二是配送网覆盖到村。建立3000多条配送班车专线，实现按约送达，精准配送到村、入户。三是服务网送装同步。全国建立6000多家服务网点，在1800多个区县实现了送货、安装同步上门服务。四是信息网即时交互。传统的物流管理信息平台虽然已经实现每个定单、每个产品的全流程可视化，但无法满足信息即时交互的需求。智慧物流信息平台让供应链上下游资源在平台上可以实时交互，实现所有出入库按标准自动扫描识别，库存信息准确率和出入库信息准确率都达到99%以上，配送效率提升20%，车辆资源周转率提升2倍以上。
1.3 科研信息化在海尔建设互联网工厂中的应用效果
1.3.1 研发创新能力大大提升
海尔开放创新平台让各类创新资源有机地聚集起来，实现各类创新要素与用户深度交互，大大提升了创新能力，缩短了创意孵化变现的周期。在平台上，工程师们之间可以有充分自由的交流，好创意也可以从与用户的交互中不断产生，并通过大数据匹配技术，快速对接供需，加速产品市场化，推动智能产品技术创新。目前，HOPE平台已经成为中国最大的开放式创新平台，也是亚洲最大的资源配置平台。MIT、斯坦福、弗莱恩霍夫协会等全球顶尖的研究机构，陶氏、3M、巴斯夫等最大的创新公司，以及数量众多的创业公司、创客都在上面进行交互，颠覆了传统的创新研发方式。平台上已有200万家全球一流资源网络，超过10万家资源在平台注册，每天可吸引100多万粉丝参与海尔产品的互动，每月可交互产生超过500个创意及创新项目，已累计成功孵化各类硬件创新项目超过220个。海尔大量的产品开发创意都来自于用户交互平台，如印度“Jhukna Mat”冰箱、巴基斯坦断电100小时保温冷柜、日本手持洗衣机Coton等。再比如，海尔的天铂空调也是通过用户众创的方式产生的，传统的空调都是方形的，天铂空调是圆形的，结构像鸟巢一样。这是由用户在网上提出创意，希望空调能达到这样的效果，最后吸引1700多个用户参与投票，形成了天铂空调方案，并通过虚拟设计系统、制造系统等支持用户创意方案快速变成产品模型，通过测试并最后生产出来。总之，在海尔开放创新平台上，完全不懂技术的用户，和苦恼于不了解需求的设计师、供应商，实现了“人人自造”、“人人创客”的转型。
1.3.2 实现大规模个性化定制
海尔互联工厂通过用户全流程参与，让用户能够参与到产品的设计、制造、服务等过程中，用户信息可以同步传递到海尔的设计资源、供应商资源以及全流程的小微模块，使其快速获取用户需求。通过全流程模块化柔性布局，高效地完成定制化批量订单的研发、生产、配送，将大规模制造升级为大规模个性化定制。例如，仅海尔的沈阳工厂就做到了一条生产线从原本支持20多个型号到支持500多个型号的柔性大规模定制，生产节拍缩短到10秒一台，订单周期从15天缩短至7天，单线产能、单位面积的产出翻番，物流配送距离也比原来减少43%左右，成为了目前全球冰箱行业生产节拍最快、承接型号最广的工厂。再比如，天樽空调由原来的265个零部件转变为12个模块，新品的上市时间减少了一半;匀冷冰箱开发新品上市时间减少30%，成本下降18%，加工工时减少了40%。
1.3.3 企业管理流程更加扁平化、网络化
海尔互联工厂颠覆了传统的管理流程，由传统企业ERP管控下的串联流程，变成了并联的开放生态圈。传统的管理模式从开发到制造到服务各个流程节点都是串联的，是封闭的，信息传递慢，难以快速响应用户的需求。在互联工厂模式下，企业的组织管理结构日益扁平化、网络化，研发、制造、物流、营销、服务等每一个环节，包括外部的供应商，都可以直接、即时看到用户的需求，一方面可以并联快速响应用户的需求，另一方面也有助于各方共同设计，实现共赢共享。
1.3.4 用户参与感和购物体验不断提升
海尔互联工厂通过互联技术的应用，实现对用户个性化需求的同步共享和生产线的协同，将整个定制化生产的流程完全开放给用户，使个性化产品的生产处于用户的掌握之中，为用户提供了全流程可视化体验。从产品设计直到用户真正用上产品的整个研发、生产和交付的流程，都可以通过“与用户零距离”提升用户的体验。在产品设计环节，模块商、研发小微和生产小微，围绕着用户及其特定需求组织起来，在多方、实时、零距离的交互中形成个性化的解决方案。当方案确定后，直接进入互联工厂的生产系统，此时用户还可以随时查询产品的生产状态、物流状态，直到产品交付到用户手中，大大提升了用户体验。例如，在海尔热水器互联工厂中，用户可通过多种终端查看产品“诞生”的整个过程，在参与产品设计的同时，还可以随时查看产品制造、订单配送等所有环节信息，产品生产过程都在用户“掌握”中。
1.4 小结
综上所述，海尔的战略转型建立在科研信息化创新应用的基础上，建设互联工厂离不开即需即供私有云平台对IT购买和运维成本的降低，也离不开物联网技术对生产制造过程的精准感知和智能管控，更离不开大数据分析对市场需求定位精准度的提升。海尔基于科研信息化的创新应用实现生产过程模块化、自动化、智能化升级，构建覆盖产品全生命周期和生产全流程的平台体系，将大规模制造时代串联的相关方整合形成并联，将用户参与交互由传统的销售售后拓展到设计研发等上游环节，实现碎片化、个性化的用户需求与智能化、透明化的制造体系高效对接，形成以用户需求为核心、高效运转的产业创新发展生态圈，带动整个产业链价值的升级，成功推动企业向智能制造转型，大大提升了企业创新能力和竞争力，也为家电行业乃至其他制造行业的转型升级带来提示。
参考文献：
[1]中国电子信息产业发展研究院.2014年中国家电企业互联网转型报告.2014.
[2]马化腾等.互联网+国家战略行动路线图.北京:中信出版集团.2015.
[3]小聂.互联互通：智能设备效率高.中国设备工程,2015(3).
[4]中国电子报电子版.海尔：互联工厂探路工业4.0，http://cyyw.cena.com.cn/2015-04/24/content_273093.htm.
作者简介：
许旭，理学博士，中国电子信息产业发展研究院信息化研究中心副研究员，主要致力于信息化、两化融合、智慧城市等方面的战略规划、政策及方案研究。