特斯拉的自動化戰略
2018 年，特斯拉瀕臨破產。他們投資了數十億美元建造了一個新工廠，裡面裝滿了幾乎無法工作且無法滿足生產配額的機器人。如今，特斯拉是全球第六大最有價值的公司，其高度自動化的生產過程領先競爭對手十年。他們是如何將自己從危機邊緣重建起來並將機器人技術從戰略失敗轉變為成功的？
背景
——特斯拉與其他汽車製造商的不同之處以及他們對 Model 3 的 2016 年目標
特斯拉的 2016 年自動化戰略
- 整合自動化對其生產目標的影響以及失敗的原因
特斯拉更新的自動化戰略
- 特斯拉如何改進他們的自動化方法併成為同類產品中的佼佼者
特斯拉創始人埃隆馬斯克就不用介紹了，特斯拉是最知名的汽車製造商之一，基本上開啟了電動汽車革命。
他們的成功既歸功於營銷和籌款，也歸功於他們的工程創新。特斯拉的做法一直是在公開場合制定不可能的計劃併成功實施。這一戰略取得了巨大的成功，並且——正如我們將看到的，也將他們帶到了破產的邊緣。
大膽的預測始於 2006 年。當特斯拉還是一家初創公司時，他們釋出了一項“最高機密”計劃，旨在讓電動汽車成為行業標準——
搞出一輛跑車
搞出一輛大家負擔得起的汽車
搞出一輛更實惠的汽車
在進行上述操作的同時，還提供零排放發電選項
這一令人難忘的策略突出了他們的營銷能力，但低估了早期初創企業從頭開始開發新車所面臨的所有挑戰，更不用說圍繞新型動力系統製造的新車了。
製造汽車比火箭科學更難
現代汽車生產很複雜。汽車有數千個來自複雜的全球供應鏈的子元件。整合商必須投資於需要高產量的昂貴和專業裝置，以確保消費者負擔得起。
作為 SpaceX 的創始人，馬斯克很清楚汽車可能比火箭更難生產。火箭本身顯然是一個極端的挑戰，但它們的製造速度很慢，產量很低，而且可以用手仔細檢查。相比之下，汽車生產線每分鐘生產一輛新車。這些車輛需要完美無瑕，並且能夠在各種天氣和環境中生存數十年。即使是輕微的故障也可能導致災難性的生命損失。因此，汽車製造傳統上是大型成熟公司的領域。
馬斯克沒有將其視為一種威懾，而是看到了一個臃腫的行業，其中充滿了陳舊的現有企業甚至更陳舊的流程——所有這些都已經成熟，可以顛覆。
顛覆的行業成熟
馬斯克因使用第一原則方法解決問題而聞名。第一原理思維是指將問題歸結為核心假設並對任何不符合基礎物理學的事物提出質疑的方法。汽車必須使用汽油並且只有老牌企業才適合汽車製造的假設被拋棄了。特斯拉甚至質疑透過其複雜的供應商和整合商網路製造車輛的標準方式。相反，他們決定採用類似蘋果的垂直整合戰略。這意味著在內部設計和生產儘可能多的汽車，這與行業正統觀念完全相反。
他們希望從這種方法中獲得的優勢包括——
改善客戶體驗
- 控制更多流程可以更好地控制質量，並確保元件經過最佳化，以讓使用者滿意的方式協同工作
提高利潤率
——蠶食供應商的活動，或者馬斯克所說的“藤壺”，將他們的利潤率轉化為特斯拉的
減少瓶頸
——內部採購緩慢或經常無法使用的元件（如電池）使特斯拉能夠找到供應鏈問題的解決方案。特斯拉將這一點發揮到了極致，提到鋰開採有朝一日可能成為他們職責的一部分。
這種方法成功地用於秘密計劃的第 1 步。早期的車型——RoaDSter、Model S 和 Model X 都是小批次生產的豪華車，能夠使用手工勞動來確保保持高質量。迴避汽車大規模生產的許多挑戰。
特斯拉陣容 - S、3、X、Y 和 R 型
2016 年，特斯拉決定是時候進入第 2 步，開發一款價格更實惠、產量更高的汽車，將自己帶入“真正的汽車公司”俱樂部。他們為其轎車風格的 Model 3 進行了非常成功的預售，產生了 325，000 份訂單（114 億美元）。為了滿足這些訂單，特斯拉承諾到 2018 年每週生產 5000 輛汽車。從這個角度來看，這是一個承諾以每 2 分鐘一輛汽車的速度製造一輛新的、相對未經測試的、充滿創新功能的汽車。更復雜的是，馬斯克還著手徹底改變這些汽車的製造方式——這就是
自動化
的用武之地。
特斯拉 2016 年自動化戰略
特斯拉對 Model 3 的生產策略可以分為兩個核心方面——
1）“外星人無畏”
為了實現特斯拉毫不妥協的生產目標，馬斯克制定了同樣不妥協的生產戰略——完全自動化，沒有如果、和或但。目標是移除每一個人類操作員，並且只有在設施看起來像外星飛船時才停止。其邏輯是，增加汽車生產的數量和速度需要從“人的速度到機器人的速度”。使用第一原則，馬斯克推斷，如果機制能夠更快、更一致、更準確地執行任務——那麼特斯拉應該以儘可能多的自動化為目標，並儘快做到這一點。
2） 像軟體一樣構建硬體
馬斯克是一名軟體企業家，他的硬體方法深受敏捷軟體開發的影響。矽谷本質上是採用精益創業的方法，而不是在黑暗的地下室裡獨自建造東西，目標是儘快將產品送到客戶手中，透過切實的經驗瞭解他們的需求，並迭代你的產品以滿足這些需求。這是軟體的理想選擇，因為它可以快速輕鬆地更新產品並重新分發它，而無需成本或摩擦。LinkedIn 的創始人和馬斯克在 PayPal 的同事 Reid Hoffman 概括了這種方法，他說：
對於特斯拉來說，採用這種方法意味著縮短開發週期、放棄試生產並直接投入全面生產。也就是說，使用一種未經測試的新生產方法，在可行性邊緣全面生產尖端產品，其產量比以往高出 100 倍。不幸的是，他們不會無緣無故地稱其為硬體……同樣的規則不適用。
結果——“生產地獄”
2016 年底，馬斯克著手將位於加利福尼亞州弗裡蒙特的一家舊通用汽車/豐田汽車工廠改造成他的外星人 Dreadnaught。特斯拉讓 Model 3 工程師可以自由地重新設計工廠以進行大規模生產。他們透過收購兩家自動化公司 Grohmann & Perbix 投資開發內部機器人能力。
特斯拉堅定地設定了創造外星飛船的願景，著手將眼前的一切自動化。他們購買了 1000 多臺機器人，包括來自 Kuka 和 Fanuc 的 6 軸機械臂以及來自 Omron 的自動駕駛汽車。他們將它們應用於處理相對常規的任務（例如焊接或噴漆）到全新的任務（例如線束組裝）的整個過程中。
為了說明特斯拉的雄心勃勃的目標，讓我們來看看線束生產。線束本質上是透過車輛傳輸電力和資料的單根電線束，它們幾乎完全由手工製成是有原因的。正如您可以想象的那樣，操縱電線對於機械系統來說是一項挑戰——它們又小又細又靈活。當您考慮到需要將電線切割成不同的長度、剝線、壓接並透過各種型別的聯結器連線時，這變得更具挑戰性。更糟糕的是，一根線束可以由 1，000 根電線製成。如果這是公司的唯一關注點，那麼自動化這個過程將是一項工程壯舉。
到 2018 年 4 月，一切都沒有按計劃進行。該公司遠遠落後於計劃，平均每週只生產 2000 輛汽車，每週損失 1 億美元。在大規模辭職、健康和安全事件以及公眾的嘲笑中，馬斯克稱這段時期為“生產地獄”。
機器人並沒有像希望的那樣成功。他們努力實現所需的吞吐量並且沒有達到質量要求。小的效率低下加劇並導致大量延誤。作為權宜之計，特斯拉僱傭了 100 多名臨時工來填補空缺。
為什麼會這樣？
特斯拉的大部分生產地獄都歸咎於過度自動化，但是什麼導致了預期與現實之間的如此顯著偏差？為什麼他們的自動化策略失敗了？
特斯拉試圖一次完成所有事情。他們在一個新地點透過新工藝製造了一種新產品。在每個層面上，特斯拉都在突破界限，與正統觀念背道而馳。
新網站
特斯拉麵臨的第一個限制是網站本身。他們在弗裡蒙特沒有空白畫布。該設施最初於 1962 年開放，需要進行全面檢修才能將其轉變為馬斯克夢想中的超自動化電動汽車生產機器。特斯拉有重新設計的預算，但由於其預售承諾，它沒有時間。
新產品
Model 3 擠滿了特斯拉的新功能，對整個行業來說都是獨一無二的。他們這樣做的價格比其他任何型號都低。
創新水平導致更新和變化。由於時間緊迫，這些都是在生產加速期間發生的。在如此複雜的過程中，微小的變化會產生微小的差異，在許多步驟中可能會複合並對上游運營產生巨大影響。
一個突出的例子包括從 Model S 更新的電池。這些電池的容量有所提高，與以前型號中使用的標準 18650 電池相比，其尺寸略有增加。設計了一種自動化流程，將細胞裝入托盤中，比人工操作員的速度快 50%。不幸的是，沒有考慮到單元大小的變化並導致錯誤率增加，需要人工操作員在重新設計系統之前接管系統。
新工藝
在許多方面，工廠設計與產品設計一樣具有創新性。從線束組裝等極其精確和靈巧的任務到舉升整車等重型任務，一切都依賴於自動化。弗裡蒙特站點用 10 個最大的機器人取代了原來的龍門系統，這些機器人採用典型的特斯拉風格，以 X 戰警角色命名。
產品和流程的創新都沒有得到足夠的時間和測試來確保可靠性和可重複性。無法解釋頻繁的變化和可變性，並且試圖透過機器視覺和其他智慧技術使自動化普遍化的 嘗試沒有成功。
正如比爾蓋茨在他的第一和第二技術規則中所說 -
滿足適當的質量水平需要一個經過微調的生產系統，但是 -
整個生產過程的創新和不確定性，
荒謬的生產目標和極端的產能提升，
數量難以管理的新機器人和未經充分測試的機器人
使得無法找到足夠的時間來完善每個機器人單元並確保其達到所需的速度和質量。
特斯拉更新的自動化戰略
在 Model 3 的生產過程中，特斯拉的未來似乎受到質疑。隨著破產的真正可能性，自動化似乎是主要的罪魁禍首之一。今天情況有所不同——特斯拉並沒有倒閉，而是成功實現了生產目標。不僅僅是勉強生存，特斯拉現在正在蓬勃發展——Model 3 被認為是有史以來最好的汽車之一，特斯拉成為第 6 家市值達到萬億美元的公司，截至 2022 年 4 月，馬斯克是最富有的公司地球上的人。
耐心的客戶和財力雄厚的投資者的善意是一個因素，但最終，自我強加的限制和挑戰導致生產創新獲得了 100 倍的回報。之前對特斯拉的設計持批評態度的製造顧問桑迪·芒羅（Sandy Munro）在完成新車的拆解後改變了選擇——
在經歷了所有的摩擦和整合挑戰之後，特斯拉並沒有對機器人失去信心，而是巧妙地重塑了他們的方法，同時加倍致力於自動化。
他們的新戰略可以分為三個核心原則——
工廠就是產品
順序自動化
客觀地評估機會
工廠就是產品
特斯拉意識到工藝設計比實際產品設計更具挑戰性。概念驗證和小批次，豪華車是寬容的，問題可以用手從容地解決。全面生產沒有那麼寬鬆——
一旦集成了昂貴的固定工具和自動化，整個設計過程中的錯誤成本就會增加並達到峰值
昂貴的固定裝置需要大批次才能實現利潤
大批次幾乎不需要停機時間 - 時間就是金錢，延遲/返工會花費很多錢
複雜的多階段操作會產生正反饋迴圈和緊急特性 - 瓶頸出現在流程的一部分中，並以不可預測的方式向上遊傳播，使問題更加複雜，並使整個工廠陷入停頓
這一認識導致特斯拉改變了他們的關注點——汽車並不是唯一的產品。工廠也是。工廠需要與汽車一樣多的設計、測試和驗證，如果不是更多的話。
順序自動化
在 2021 年的 SpaceX 工廠參觀中，馬斯克解釋了他的新生產心智模型，該模型源於他在 Model 3 生產地獄中的經歷。他意識到，在許多方面，挑戰來自不正確的排序——他以錯誤的順序設計了生產過程。現在，他試圖在他所有的硬體公司中實施這 5 步流程——
1。 讓需求不那麼愚蠢
所有的設計都是錯誤的。這只是錯誤程度的問題。一切都源於需求——不必要的、不明確的和不正確的需求將對下游產生重大影響。在繼續之前將這些確定下來。
2。嘗試刪除部分程序
工程師往往會愛上技術，而忘記質疑某些東西是否應該存在。範圍蔓延和膨脹會導致過度的複雜性和不必要的工作，並放大錯誤的影響。無情地削減功能和要求。
3。最佳化
僅在消除膨脹後才最佳化流程。消除錯誤和質量問題，以確保一致性和穩定性。
4。 加快週期時間
只有這樣，才能加快速度。如果質量不存在，停下來，不要加快速度。“如果你在挖你的墳墓，不要挖得更快”。
5。自動化
在實施自動化之前，流程需要穩定且經過驗證才能滿足公司的目標 - 請參閱比爾蓋茨的第二條技術規則。
客觀地評估機會並進行迭代
戰略的最後一個變化是意識到自動化不是靈丹妙藥。“黑燈工廠”有一些好處，但完全自動化本身不應被視為目的。
相反，應該獨立和客觀地評估流程的每個方面。應進行成本效益分析，以將不同的技術解決方案與人類等效方案進行比較。應選擇最能滿足生產目標的系統。
工程師可能會被最新的小玩意和小工具所吸引，但需要承認，目前，人類非常擅長某些任務（高靈活性、高反饋、高差異）。也就是說，該行業正在迅速發展。2016 年無法滿足特斯拉要求的技術已經發展到了可能達到的程度，例如通用機器視覺。
當自動化最適合解決挑戰時，評估所涉及的創新或技術風險水平至關重要。創新越大，需要的測試和迭代就越多。不要期望將研發技術直接投入全面生產而沒有挑戰。
關鍵要點
這可能是一場艱苦的戰鬥，但特斯拉新戰略的結果不言而喻。上海超級工廠每條生產線配備 445 臺機器人，最高製造速度可達到 45 秒/Model Y。這超過了福特著名的 53 秒生產 F-150 卡車的生產記錄，代表了行業的里程碑。從特斯拉的自動化之旅中可以學到什麼——
大規模生產比小批次生產難 100 倍。
使用保守的估計來確保有足夠的時間和預算來成功地完善流程。
突破界限，但將風險降至最低。
除非一家公司有特斯拉的金庫，否則全面創新會帶來很多風險。如果產品不成熟，請戰略性地確定在何處實施新的製造工藝。
自動化有缺陷的流程會使情況變得更糟
。機器人技術是力量倍增器。如果將它應用到一個好的過程中，它就會得到改進，反之亦然。確保在正確的開發階段實施自動化。
自動化帶來了明顯的競爭優勢
。正確應用機器人技術可以降低成本、提高質量並讓公司滿足需求。
【END】
