汽車個性化定制的云制造服務(wù)模式

董 爽，張國方，宋景芬

（武漢理工大學 汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

1 引言

在新的經(jīng)濟時代下，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)的汽車已經(jīng)不能滿足消費者個性化和多樣化的需求，整車制造企業(yè)為了搶占市場份額，將為消費者進行個性化汽車產(chǎn)品定制作為企業(yè)新的競爭手段和營銷策略。對汽車產(chǎn)品進行個性化定制需要敏捷的需求分析、充足的產(chǎn)品設(shè)計、高度的資源整合以及可靠的產(chǎn)品服務(wù)能力。目前，對于我國傳統(tǒng)的整車制造企業(yè)來說，僅憑一己之力，是很難完成個性化定制的汽車產(chǎn)品的全生命周期甚至是前生命周期的服務(wù)的[1]。“云制造”作為一種新興的制造模式應(yīng)運而生，它結(jié)合云計算、物聯(lián)網(wǎng)和高性能計算等先進技術(shù)，將分布在不同地域的異構(gòu)制造資源虛擬化匯集在云池中，然后通過云制造服務(wù)平臺對云資源、能力進行智能化的經(jīng)營、管理和服務(wù)，充分體現(xiàn)“分散資源集中利用，集中資源分散服務(wù)”的思想[2-3]。汽車工業(yè)作為典型的供應(yīng)鏈組織管理模式，對汽車進行個性化定制時，以定制企業(yè)為核心，展開一系列的設(shè)計、采購、仿真、加工、質(zhì)量監(jiān)控、物流、售后活動，需要強大的資源、知識、技術(shù)以及能力的支撐，所以本文試圖依托“云制造”模式，構(gòu)建面向汽車個性化定制的云制造服務(wù)平臺，充分整合社會上閑置的資源，最大程度地滿足消費者特殊的產(chǎn)品以及服務(wù)需求。

2 云制造環(huán)境下的汽車個性化定制模式

根據(jù)消費者參與產(chǎn)品設(shè)計的時機與程度，產(chǎn)品的個性化定制可以分為直接參與式、模塊化設(shè)計以及功能預(yù)留性設(shè)計[4]。直接參與是指消費者在產(chǎn)品設(shè)計初始階段就加入到產(chǎn)品的全生命周期活動中來，消費者可以自由的表達對產(chǎn)品和服務(wù)的特殊需求，這也使得制造企業(yè)的設(shè)計、生產(chǎn)過程變得非常復雜。功能預(yù)留性設(shè)計是指當產(chǎn)品交付到消費者手上時，產(chǎn)品的一些功能是沒有完成的，即消費者可以個性化定制的部分。與直接參與式個性化定制模式相比較，功能預(yù)留性設(shè)計更有利于制造企業(yè)組織設(shè)計、生產(chǎn)、物流等活動，因為消費者參與的時機最晚，但其缺點是預(yù)留功能的程度非常不好把握。模塊化設(shè)計中消費者參與的時機比較適中，它的理念是制造企業(yè)將模塊設(shè)計出來，消費者通過自由組合排列這些模塊來彰顯自己獨特的風格。由于汽車的功能、結(jié)構(gòu)非常復雜，制造企業(yè)不可能完成對每一個零件的個性化定制，所以采用模塊化設(shè)計模式是比較符合實際的，即制造企業(yè)將對汽車的結(jié)構(gòu)進行模塊化分解，讓消費者在此基礎(chǔ)之上進行自由匹配，形成個性化定制方案。綜上所述，汽車個性化定制的整體思路如圖1所示。

圖1 當前汽車個性化定制模式

在此基礎(chǔ)之上，加入云制造服務(wù)平臺的功能，主要發(fā)揮資源整合、服務(wù)管理的作用。在整個云制造服務(wù)體系中，平臺的使用者主要包含消費者、定制企業(yè)、第三方企業(yè)，平臺的監(jiān)督管理者為平臺運營商。平臺則為消費者、定制企業(yè)、第三方企業(yè)提供資源、技術(shù)、知識、信息傳輸?shù)耐ǖ溃瑢崿F(xiàn)高能低耗的個性化定制的汽車生產(chǎn)。綜上，基于云制造服務(wù)平臺的汽車個性化定制模式如圖2所示。

圖2 云制造環(huán)境下的汽車個性化定制模式

3 個性化定制平臺的體系結(jié)構(gòu)

基于云制造服務(wù)平臺的體系架構(gòu)，結(jié)合個性化定制的汽車整個供應(yīng)鏈的特點，本文構(gòu)建了針對汽車個性化定制的云制造服務(wù)平臺，如圖3所示。整個體系分為資源層、虛擬封裝層、管理規(guī)范層、服務(wù)層以及門戶層[5]。

3.1 資源層

資源層是指對汽車進行個性化定制時，所需要的分布在不同區(qū)域的各類資源的總稱。這里資源分為兩類：物理資源和能力資源。物理資源主要包括物料資源、設(shè)備資源以及軟件資源。物料資源指的是汽車生產(chǎn)時所需要的原材料、零部件的成品以及半成品。設(shè)備資源包括整個汽車供應(yīng)鏈所涉及的研發(fā)、測試、試驗、加工、生產(chǎn)等制造設(shè)備，運輸、倉儲以及裝卸等物流設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、高性能服務(wù)器、運算器等計算設(shè)備。軟件資源指的是汽車設(shè)計、生產(chǎn)等過程中所涉及的系統(tǒng)軟件以及應(yīng)用軟件，如WINDOWS、OUTLOOK、CAD、CAPP、CATIA、ALIAS。

能力資源同樣分成三類：技術(shù)資源、知識資源以及人力資源[6]。技術(shù)資源是指定制汽車時，設(shè)計仿真、生產(chǎn)制造工藝、軟件開發(fā)以及為滿足消費者個性化需求所應(yīng)用的高科技資源。知識資源包括與汽車制造相關(guān)的專業(yè)知識，供應(yīng)鏈管理、質(zhì)量管理、人事管理等管理學知識，以及與云制造服務(wù)平臺相關(guān)的資源與任務(wù)匹配及優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、安全管理等方面的知識。

3.2 虛擬封裝層

虛擬封裝層的主要目的是將資源層的物理資源和能力資源轉(zhuǎn)化成能被云池識別和調(diào)用的云資源。整個轉(zhuǎn)化過程分為三個階段，第一階段將用于汽車生產(chǎn)的物料、設(shè)備等資源通過射頻、嵌入式、傳感器、無線傳輸、信息處理、物聯(lián)網(wǎng)域名等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接起來；第二階段將連接起來的資源通過計算機語言中的語義描述，包括企業(yè)屬性、產(chǎn)品屬性、資源屬性、工藝屬性、信息屬性、交易屬性等類別進行標準化、封裝，轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)可識別的資源；第三階段通過移動通訊、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通訊等途徑接入云端，以備平臺服務(wù)層的應(yīng)用。

3.3 服務(wù)層

服務(wù)層是云制造服務(wù)平臺的核心層，承擔起汽車整個個性化定制過程中所涉及業(yè)務(wù)的服務(wù)與管理。其第一層功能是將已經(jīng)封裝的虛擬化資源進行分類管理、發(fā)布，當有產(chǎn)品和服務(wù)的需求時，能夠快速的進行需求與任務(wù)的搜索與匹配，匹配之后有多種方案時要進行組合與優(yōu)選，呈現(xiàn)給消費者最佳的解決方案。汽車工業(yè)是典型的供應(yīng)鏈節(jié)點組織管理模式，所以結(jié)合汽車工業(yè)這個特點，服務(wù)層的第二個功能是應(yīng)用任務(wù)層，即定制企業(yè)、供應(yīng)商、第三方企業(yè)在完成一個任務(wù)節(jié)點時，比如說設(shè)計、仿真、試驗、采購、生產(chǎn)，將自己的完成情況或者需要其他企業(yè)提供的信息共享出來，方便協(xié)同企業(yè)組織自己的工作。此時云制造服務(wù)平臺充分發(fā)揮其信息交流中心的作用。汽車工業(yè)不是一個簡單的制造工業(yè)，它能夠帶動很多衍生行業(yè)的發(fā)展，包括金融服務(wù)、保險行業(yè)、軟件開發(fā)、第三方物流倉儲等，此時服務(wù)層要充分發(fā)揮其資源、信息的整合功能，最大化汽車供應(yīng)鏈協(xié)同的寬度與深度，帶動以個性化定制汽車制造為主線的整個產(chǎn)業(yè)圈的發(fā)展。

3.4 管理層

管理層的設(shè)定主要有兩個目的，一是保證汽車個性化定制云制造服務(wù)平臺的安全性，包括系統(tǒng)維護、數(shù)據(jù)管理、資源保密、信息脫敏的資源信息類規(guī)范，準入機制、訪問控制、信用評級等平臺使用者規(guī)范及安全預(yù)警、容錯處理等突發(fā)類問題解決機制[7]；二是針對汽車行業(yè)的技術(shù)標準化，傳統(tǒng)的汽車產(chǎn)業(yè)即要按照ISO9001和ISO/TS16949標準來保證產(chǎn)品的質(zhì)量，面對個性化定制的復雜性以及云制造服務(wù)平臺接入資源的廣闊性，需要有更加周密的技術(shù)標準使供應(yīng)商準入、設(shè)備接入、產(chǎn)品設(shè)計、虛擬元件、信息技術(shù)格式、整車產(chǎn)品、零部件以及與汽車相關(guān)的服務(wù)等過程規(guī)范化和標準化，同時也提高了平臺的效率和效益。

3.5 門戶層

門戶層的作用是以門戶網(wǎng)站、PC終端、移動終端等交互平臺為媒介，完成使用者注冊與登錄、需求與資源發(fā)布、過程控制、信息統(tǒng)計等任務(wù)。門戶層面向的對象包括消費者、定制企業(yè)、供應(yīng)商、第三方企業(yè)以及平臺運營商。

圖3 汽車個性化定制云制造服務(wù)平臺體系

4 個性化定制平臺的運行模式

通過分析汽車個性化定制云制造服務(wù)平臺的結(jié)構(gòu)，以及汽車供應(yīng)鏈的組織模式，很容易發(fā)現(xiàn)個性化定制汽車從分析消費者需求到訂單交易完成是需要多方并行合作、多個步驟按順序完成的。本文基于構(gòu)建的汽車個性化定制云制造服務(wù)平臺，無論是每一個零部件的生產(chǎn)還是最后整車的呈現(xiàn)都需要嚴格地遵循平臺的運作流程，以保證完成的汽車產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量的可靠性，以及平臺的有序性。平臺完整的運行模式如圖4所示[8-9]。

4.1 資源與需求發(fā)布

因為汽車制造有嚴格的質(zhì)量監(jiān)控、零部件標準化、資源準入、排放等類別的法律法規(guī)，所以在使用平臺時，作為資源發(fā)布者的定制企業(yè)、供應(yīng)商、物流企業(yè)、金融服務(wù)商以及第三方企業(yè)在進行資源發(fā)布時，在企業(yè)類別、資源類型、產(chǎn)品屬性、信用等級等方面提交詳細、真實的報告，平臺的管理層會對其進行審核。資源發(fā)布者可以以文件描述、加工流程演示、零部件樣件試驗等方式呈現(xiàn)自己提供的產(chǎn)品、服務(wù)的能力。作為需求發(fā)布者的消費者，在描述自己的個性化需求時要盡量的目標明確、內(nèi)容詳細，與定制企業(yè)通過平臺進行有效的交流。

4.2 定制企業(yè)選定與訂單生成

平臺對消費者的需求進行分析，確定與之相關(guān)的定制企業(yè)，然后對完成消費者個性化定制的零部件或服務(wù)所有需要的物料、設(shè)備、技術(shù)、知識以及人力等方面進行能力、成本分析，匹配出最合適的定制企業(yè)[10]。最后消費者根據(jù)平臺提供的關(guān)于定制企業(yè)的功能性、透明度、交貨期、以往交易表現(xiàn)等指標對定制企業(yè)進行信用評估，完成訂單的生成。

4.3 設(shè)計與制造方案確定

定制企業(yè)對生成的訂單分解成零部件產(chǎn)品設(shè)計和服務(wù)需求兩類，對于服務(wù)需求類的個性化定制將直接轉(zhuǎn)到企業(yè)自身的售后保障及服務(wù)系統(tǒng)，對于零部件產(chǎn)品定制完成設(shè)計方案之后，首先考慮的問題是是否將制造加工等后續(xù)工序進行外包。由于汽車整車制造過程中的沖壓、焊裝、涂裝、總裝過程是不能外包的，所以這些制造活動由定制企業(yè)本身完成，只有部分零部件的生產(chǎn)和第三方協(xié)同完成。

4.4 生產(chǎn)加工過程追蹤與監(jiān)控

定制企業(yè)和第三方企業(yè)在進行零部件的個性化設(shè)計與生產(chǎn)的整個過程，會通過虛擬化層的智能感知、傳感器和適配器等被平臺實時監(jiān)控，服務(wù)層通過接收的實時數(shù)據(jù)和信息，對制造進度、質(zhì)量控制進行追蹤，以保證供應(yīng)鏈的深度協(xié)同，同時將這些信息反饋給消費者，便于消費者對定制產(chǎn)品設(shè)計及制造過程有清晰的了解，如果在此過程中消費者的想法有所改變，也能盡快通過平臺反映給定制企業(yè)，定制企業(yè)作出相應(yīng)的調(diào)整。

圖4 汽車個性化定制云制造服務(wù)平臺運行模式

4.5 產(chǎn)品審核與訂單結(jié)算

生產(chǎn)完成的零部件產(chǎn)品通過物流企業(yè)運輸?shù)较M者手中，消費者根據(jù)起初生成的訂單對交付的整車或服務(wù)需求進行審核，包括功能、性能、外觀等方面，若審核通過，消費者確認收貨并在金融服務(wù)商的協(xié)助下完成訂單結(jié)算，同時在售后服務(wù)系統(tǒng)中添加信息。若審核不通過，整車或零部件返回到工廠返修，若消費者跟平臺協(xié)商過，定制企業(yè)生產(chǎn)的零部件或提供的服務(wù)完全不達標，則取消訂單。云制造服務(wù)平臺根據(jù)零部件或服務(wù)的完成情況對涉及到的企業(yè)進行信用、能力等多方面的評級并備案。

5 云制造環(huán)境下汽車個性化定制資源提供者非合作博弈分析

汽車個性化定制云制造服務(wù)平臺為定制企業(yè)整合設(shè)計、仿真、制造、物流等資源與服務(wù)提供了一種新方式，同時能夠迅速響應(yīng)個性化定制需求。但面臨的問題是定制企業(yè)、供應(yīng)商、第三方企業(yè)、物流商以及金融服務(wù)商是否愿意將自己的資源、服務(wù)共享在云端。傳統(tǒng)的虛擬企業(yè)不愿意資源共享的原因總結(jié)如下：共享成本太高；信息化水平不一致；信任機制難以建立。通過進行傳統(tǒng)虛擬企業(yè)和云制造環(huán)境下資源提供者的非合作博弈分析，得到以下結(jié)論：在云制造環(huán)境下以上三個問題能夠解決，使得資源提供者更傾向于將資源、服務(wù)共享。首先，汽車個性化定制服務(wù)平臺的搭建使資源提供者用于信息基礎(chǔ)建設(shè)的費用大大降低，各企業(yè)都有能力使用平臺，只需要將資源標接入到平臺中即可，同時增加了信息的通暢性，這樣定制企業(yè)和其他企業(yè)會在利益最大化的驅(qū)動下將資源共享出來。然后，由于平臺是由第三方機構(gòu)也就是運營商來經(jīng)營管理的，有著嚴格的準入機制、操作流程以及信用評價，甚至可以讓政府牽頭做第三方監(jiān)管，這樣平臺的進入、使用是受法律、行業(yè)規(guī)定約束的，平臺使用者在安全、信任機制健全的環(huán)境下進行交易活動。

6 結(jié)語

基于目前制造企業(yè)無法快速準確地滿足消費者對于汽車個性化、多樣化的海量需求，本文試圖借助云制造服務(wù)平臺整合社會上大量的資源來幫助制造企業(yè)走出困境。首先，根據(jù)已在實際中應(yīng)用的模塊化設(shè)計提出云制造環(huán)境下汽車個性化定制服務(wù)模式。然后，結(jié)合汽車制造涉及的資源、技術(shù)、業(yè)務(wù)等方面，構(gòu)建了面向汽車產(chǎn)品個性化定制的云制造服務(wù)平臺的體系架構(gòu)，并針對汽車行業(yè)的特殊性，在基本的體系架構(gòu)中新添了應(yīng)用任務(wù)及技術(shù)標準化等內(nèi)容。接著詳細闡述了平臺從接到消費者個性化定制汽車產(chǎn)品的需求到后期的售后服務(wù)整個過程中平臺的運行模式以及扮演的角色。以此為傳統(tǒng)整車制造企業(yè)快速地整合社會資源，滿足海量的消費者個性化需求提供了具有實際意義的思路。最后，進行簡單的與汽車個性化定制相關(guān)的資源提供者的非合作博弈分析，闡明云制造服務(wù)平臺日后能被使用的原因。本文基于云制造服務(wù)平臺提出的個性化定制模式以及運行模式都是在現(xiàn)有的汽車供應(yīng)鏈組織模式的基礎(chǔ)上進行的，所以借助云制造服務(wù)平臺，汽車個性化定制模式變革的深度和廣度還是很值得進一步研究的。