海尔空调胶州互联工厂：实现用户需求驱动的大规模定制
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netrats 等退休老头
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进入互联网时代，企业原有的生产方式被颠覆。面对巨大的挑战，中国家电业巨擎海尔集团首创人单合一模式，探索建立用户需求驱动的大规模定制模式，打造全球首家引入用户全流程参与体验的工业互联网平台COSMOPlat，转型成为无边界的平台型企业。海尔空调胶州互联工厂就是一个大规模定制创新升级的成功样板。
海尔集团作为全球家电行业的探索者和引领者，自1984年成立以来专注深耕制造业并取得了非凡的成绩。2017年海尔集团收入2419亿元人民币，连续9年位居大型白色家电全球市场第一。海尔在多年智能制造探索的基础上，推出了以用户体验为中心的工业互联网平台COSMOPlat，加快智能制造转型升级。2014年，首个海尔互联工厂——沈阳冰箱互联工厂建成投产，目前海尔已在全球建立了11个互联工厂，覆盖冰箱、洗衣机、空调、热水器、厨电等五大产业。其中，基于COSMOPlat打造的海尔空调胶州互联工厂（以下简称“胶州互联工厂”）是海尔第7个互联工厂。
海尔空调胶州互联工厂鸟瞰图
在全球制造业转型升级的大背景下，COSMOPlat提供的是颠覆性的解决方案，可以帮助企业提质增效，优化资源配置，助力模式转型。与传统的大规模制造模式不同，它不再是线性的制造模式，而是用户直接参与到全流程中，体验不断迭代，它实现了从硬件定制到解决方案定制再到生态定制，最终实现用户终身价值。
日前，本刊记者做客青岛实地探访了胶州互联工厂。海尔智研院全球供应链技术经理牟堂峰、海尔空调胶州互联工厂工程技术总监黎红金，就海尔互联工厂的实施背景、项目特色、物流系统建设以及未来发展思考等方面进行了详细的分享解答。
海尔互联工厂实施背景与探索路径
如果说海尔用30多年时间为中国成功贡献了一个全球品牌，那么现在海尔正在构建新的工业模式——海尔大规模定制模式，致力于为全球制造业转型升级输出“中国模式”。而互联工厂就是海尔探索新一代制造的重要实践。
海尔的大规模定制模式是用户深度参与企业全周期全流程，零距离互联互通，以创造用户终身价值的智能制造模式。这种模式的能力支撑主要是互联工厂的三联三化，三联即联工厂全要素、联网器、联全流程；三化即柔性化、数字化、智能化。
海尔建设互联工厂是全球工业革命发展趋势以及海尔自身创新基因双重作用的结果。近年来，世界上主要制造强国都在积极探索新一轮的工业革命。例如，德国基于制造上的优势，选择了“自下而上”的工业革命路径，提出“工业4.0”，强调提升制造业的智能化水平，建立智能工厂；美国在软件上更具优势，推行的是“自上而下”的模式，即“工业互联网”，强调以互联网激活生产，以信息化助力智能生产；中国提出了《中国制造2025》，提倡的是信息化与工业化“两化”融合，以信息化为支撑，走新型工业化道路，大力推进智能制造下的制造业转型升级。
海尔一直走在深耕制造业的路上，骨子里流淌着主动探索创新的基因。海尔认为，智能制造的方向不是简单的机器换人，而是用户全流程参与的大规模定制，用户可以参与到企业制造的全周期、全流程、全生态中，新型技术都是服务于用户体验的工具。
海尔互联工厂的特点
1.从传统大规模制造到以用户为中心的大规模定制
海尔追求的不是单纯粹的用户个性化，而是通过社群交互、众创等形式，通过互联网将用户个性化的需求整合在一起，并通过交互、设计、体验、预售、制造、迭代，最终实现从需求到产品的变现，形成一种大规模定制模式。
实际上，以用户为中心还体现在用户可以参与整个生产过程。例如，用户下单之后，在海尔工厂的工位上能够直接看到用户的信息和需求，用户的使用体验也会直接反馈到工位，从而有助于海尔实时满足用户需求。此外，用户需要的产品处于哪个工作环节，在物流的哪个阶段，以及具体的生产过程，用户都可以实时查看。这种信息透明化管理，就是为了更好地满足用户需求，给用户最好的体验。
2.高精度下的高效率
“海尔不是简单地追求机器换人，而是高精度驱动下的高效率。” 牟堂峰表示。用户需求是本质，只有真正解决用户需求的高效率才是真正的高效率；单纯由“机器换人”可以带来生产效率提升，但是如果生产出来的产品没有市场，那就是库存。“没有用户的产品，海尔宁愿不生产。”他说。
高精度下的高效率实际上也是海尔互联工厂的“两维战略”构建思路，其中，纵轴是用户价值，体现的是高精度；横轴是企业价值，端到端的信息融合，体现的是高效率。两个维度相互融合、促进，共同满足用户的最佳体验。
3.大数据基础上的小数据
牟堂峰解释道，“大数据基础上的小数据”和“高精度下的高效率”是一脉相承的。高精度和小数据是一致的，指的是首先要准确地捕捉到用户的需求，然后通过整个生产的大数据来管控，并且不断地去满足用户的小数据。
胶州互联工厂概况及物流系统构成
海尔空调胶州互联工厂总投资10亿元，建筑面积10万平方米，是目前国内生产家用空调最大的单体建筑，也是全球空调行业最领先的互联工厂。工厂承接《中国制造2025》及“互联网+”战略，致力于打造为“互联网+”工业的样板工厂，规划年产能300万套空调，拥有8项全球引领的核心技术，包括：智能冲串胀线、小U黑灯工厂、智能上压机/冷凝器、智能化物料配送、智能焊接、智能化氦检、智能连接性能检测、智能抽空灌注。
胶州互联工厂生产区域分为上下两层，一楼主要生产空调室内机和室外机的内部模块，如两器（蒸发器和冷凝器），共分六个单元；二楼对空调室内机和室外机进行装配，包括检验、抽检、包装、下线等环节，空调室内机、室外机总装线分别共3条，生产超过300多种产品，涉及物料品种超过1000种，日最大产能可达到12000套。此外，工厂还建设有供热、供电、给排水和厂房、办公楼、库房等配套工程。
从整个胶州互联工厂两层车间两种不同的生产模式来看，可以说各具特色。一楼主要是标准化模块生产，采用大规模的自动化生产模式，智能化和机械化程度更高；二楼主要是室内机和室外机的装配，由于与用户、与各节点的交互更多，因此信息化程度更高。
据胶州互联工厂工程技术总监黎红金介绍，胶州互联工厂构建了包括设备层、传感层、物流层、网络层和信息层的五层架构，形成互联互通的数字化架构，保障工厂能与用户实时联通。
其中，设备层大量应用家电行业首次使用的自动化设备，具有柔性化、集成化、互联化等特点；传感层可以像人的五官一样进行温度、湿度、位置、压力等的感知，每天产生数据超过4000万组，对整个工厂的运行情况进行实时监控、实时报警，保证设备正常运行；物流层包括AGV、空中积放链、智能工装车、自动立体仓库等，物流总装和AGV之间设备可以自动交互；网络层按照工业网络架构设计，形成高速、安全的工业网络，实现百万级的订单瞬间传递到工厂，生产端及时响应；信息层如同人的大脑，由用户需求驱动，同时实现横向集成，ERP和PLM、iMES、SCADA（数据采集与监视控制系统）多个系统之间无缝集成，信息可实现瞬间到达，并实时互联所有节点。
胶州互联工厂的物流系统分为产线物流和成品仓储两大部分。生产车间里主要采用了空中输送系统、RGV、AGV等设备，实现了物料自动输送到工位，产品下线后自动输送到一楼暂存或直接装车。成品缓存仓采用四向穿梭车的密集存储系统，具备500套空调的存储能力，搭配机械手完成产品自动码盘、采用RGV实现自动出入库等物流作业。
胶州互联工厂主要作业流程
胶州互联工厂从用户下单、物料进厂到生产、发货，整个过程通常仅需数天。
1.订单信息导入系统
订单产生后进入，ERP系统一方面与MES系统进行交互，把订单信息传递给MES，MES将物料需求传递给WMS系统，同时将生产计划传到产线工位上。另一方面，ERP系统生成采购订单，供应商根据采购订单进行送料，WMS确认收货之后再根据MES的需求进行发料。
2.模块生产及物料上线
两器模块由一楼车间生产，生产下线后MES对物料进行缓存，同时把下线数据传递给WMS由其管控，之后根据送料需求和生产节拍生成发货订单并下达上料指令，模块生产所需物料通过提升机送上空中输送线（积放链）后运送至二楼装配车间。其他部件则由供应商按需按时供货，部分模块（如电控等）在供应商车间完成组装，部分则以VMI的模式，在海尔车间内完成模块生产后送至装配产线，同样根据WMS的指令进行拣货和物料搬运。同时，MES触发ERP系统进行库存管理。
3.模块装配
在二楼装配车间共有两种不同类型的生产线，一种是传统流水线，一种则是单元台（CELL）产线，每个单元台独立完成一台产品的装配。其中，流水线生产完成后在产线末端对产品进行检测、打包下线；单元台作业线装配完成后进行扫描、检测等，之后操作人员按下操作台前的绿色按钮，AGV接受指令前来进行搬运，之后打包下线。同时，另外的AGV将该单元台负责装配的下一个产品模块搬运过来，完成一个作业循环。
4.成品下线
产品单元装配完之后会模拟用户进行噪声检测，合格后由自动封箱机封箱，随后进行拍照识别、贴码。装配好的成品由提升机输送至一楼成品缓存仓库或直接装车。
值得一提的是，胶州互联工厂在二楼单元装配线末端设置了实验室云数据中心，将原来相互孤立的各工厂实验室数据进行关联，使海尔各工厂的研发中心数据实现共享，并整理分析出精确的实验室数据供其他工厂使用。
5.成品暂存与出库
当成品通过提升机下到一楼作业区后，由4台码垛机器人完成托盘码垛。整托码盘完成后，信息通过RFID上传WMS，WMS驱动RGV小车取货，之后按照系统指令完成自动入库或装车。
实际上，胶州互联工厂从前端两器生产到后端总装，再到成品下线，基本实现了零库存。成品缓存仓主要功能为周转，绝大部分产品组盘后由RGV直接搬运至出库口，通过日日顺车小微运送至客户仓库。只有极少部分成品由于车辆安排等因素留在库内暂存。
实施效果与优化方向
胶州互联工厂正式运营以来，在生产能力上实现了大幅提升，已达成投入产出的平衡。胶州互联工厂模式的变革，也推动了海尔空调科技水平和管理水平的行业引领，该案例还被写入《IEC未来工厂白皮书》和《制造强国研究》等，收获众多荣誉。
概括来讲，胶州互联工厂的先进性体现在以下方面：
1.产品定制比例大幅提升
胶州互联工厂具备高柔性、高品质满足用户定制需求的能力。胶州互联工厂的订单主要有两类，一类是大卖场等客户的定制订单，占比52%；一类是消费者的用户定制订单，占比19%，这也意味着胶州互联工厂不入库率高达71%，既提高了周转率，又减少了对资金的占用。
2.效率大幅提升
在生产过程中，胶州互联工厂不断引入新的技术和管理模式，整体效率得到大幅提升。例如，在模块生产过程中，通过12项行业首创的工序，将生产效率提升了60%。此外，产品开发周期缩短50%以上，交货周期缩短50%以上，全流程运营成本下降20%，产品不良率降低10%，能源利用率提升5%。
3.高效柔性化生产
为了实现“以用户为中心的大规模定制”，实现“高精度下的高效率”，海尔互联工厂做了很多基础工作，比如建立“三化”标准体系，即柔性化、数字化、智能化。对于胶州互联工厂而言，不仅要满足企业必须追求的高效率，同时还要精准地满足用户定制需求。
因此，海尔在产线布置上采用了“柔性化”的模式，即，通过单元线实现柔性化定制，通过传统流水线实现大规模生产。胶州互联工厂是在柔性化的基础上来实现智能化。
4.选择先进适用的物流系统
智能制造离不开智能物流。海尔互联工厂并不追求无人化作业，而是以先进适用为原则选择物流设备。例如，在考虑车间物料输送解决方案时，经过多次比较，最终采用了避免与工厂产线相互干扰、同时又能与各工序顺畅连接的空中输送系统。同时，在空中积放链中采用RFID技术，一方面实现上线物料信息的实时写入；另一方面将上线产品订单的用户信息进行存储；同时，进行物料出入库信息的识读校准。
此外，胶州互联工厂每年都会不间断地推行生产线与物流系统改善项目，持续提升工厂能力。例如，在后道包装环节，对自动套箱/袋设备进行结构优化，使之能够适应各种型号的产品；对封箱机进行改造，实现了不停机自动供料、封箱作业。
以新工业模式服务全球制造业
随着人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术产业的快速发展，全球制造业都在积极探索转型之路。这也正是实现我国产业和标准换道超越的良机。从胶州互联工厂，我们看到海尔作为先行者，通过创新商业模式与管理模式，最终实现了以用户体验为中心的大规模定制模式转型，创立了登上未来制造业竞争高地的发展模式。
从2014年的第一个互联工厂落地，到目前11个互联工厂遍地开花，海尔积累、沉淀出一套智能制造技术升级方法论，并将互联工厂模式软化、云化，构建起具有中国自主知识产权、全球首家引入用户全流程参与体验的工业互联网平台COSMOPlat。目前，COSMOPlat通过生态圈模式与七大模块互联互通，赋能衣联网、食联网、农业、房车等15个行业物联生态，践行跨行业、跨领域生态赋能，提供大规模定制社会化服务，助推企业转型升级。
据悉，海尔不仅在国内主导参与制定了21项智能制造国家标准，还先后被IEEE、ISO等国际权威标准机构指定牵头主导制定大规模定制等3项国际标准，覆盖大规模定制、智能制造、智能工厂、智能生产、工业大数据、工业互联网等6大领域。在2018年举办的汉诺威工业博览会上，COSMOPlat被德国国家科学与工程院院长、“工业4.0之父”孔翰宁称为“最好的工业互联网平台”。在2018年世界经济论坛公布的全球首批先进“灯塔工厂”名单中，海尔是唯一一家入选的中国本土企业。如今，COSMOPlat已经上升为海尔的重要发展战略之一，海尔将以新工业模式支持更多企业实现智能化转型，打造制造业新生态体系。
物流技术与应用
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