服务型制造学术研究与工业应用综述

张富强 江平宇 郭 威

1.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，西安，710064 2.西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安，710049

1 前言

1.1 历史与起源

用户需求多样化、市场竞争激烈、低端产能过剩、高端能力不足、企业利润空间压缩、产业增值缓慢和环境污染严重等是当今我国制造业面临的困境。加快传统的生产型制造向服务型制造转变，是提升制造业品质和推进工业供给侧结构性改革的重要途径［1⁃2］。1966 年美国经济学家格林福尔德在研究服务业分类时最早提出了生产性服务业（producer services）的概念［3］，自此，服务与制造的不断融合引申出制造服务（manufacturing services）的理念［4⁃5］，并依托外包等机制开始在制造业中发挥巨大作用。例如，1990年GE、IBM等公司就率先进行由产品向服务转型的尝试。伴随着制造服务研究的深入，自20世纪90年代起有欧美学者分别提出了服务型制造的概念和实现策略［6⁃9］。2007 年前后国内学者结合中国制造的特色开始关注服务型制造，并进行了较为系统的理论构建［10⁃11］。当前，在全球制造业升级转型的历史背景和经济利益驱动下，服务型制造的学术研究和工业应用得到了极大的发展。

1.2 产品全生命周期与微笑曲线

产品全生命周期涉及前期的市场调研与用户需求分析、产品设计与开发、加工与装配、运输与分销、售后与维护、回收再制造等环节。为明确学术术语边界，本文所指的制造是一种广义概念，涵盖产品全生命周期的各个环节活动；而生产仅特指产品加工和装配环节。由图1中微笑曲线可知：①加工与装配环节处于价值链的低端，制造企业必须由以生产为中心向以服务为中心转变。②制造业必须更加重视面向用户的研发设计和产品服务等要素的投入，将微笑曲线整体抬升，并向高附加值两端延展，才能真正实现制造业的升级改造。③服务型制造发展的重要趋势是价值链中的服务要素得到延长和加强。制造服务化使得上下游企业之间的“需求-供应”关系变得越来越开放，这些企业或重制造、或重服务，或一体化、或专业化，研发、制造、营销等产业链环节有序衔接，业务相互交织，共同构成了产业创新生态系统［12］。

图1 微笑曲线Fig.1 Smile curve

据此可知，服务型制造是一种涵盖产品全生命周期的、以制造服务为驱动力的广义先进制造模式。其中，制造服务既包括传统的生产性维护与MRO（maintenance，repair and overhaul）、外包，也涉及诸如众筹、众包、产品服务系统（product⁃service systems，PSS）、社群机制下的竞争与分享生产等新形式［13⁃14］。在服务型制造广义范畴下，云制造（cloud manufacturing）［15］、社群化制造（social manufacturing）［16］等均是其体现形式。同时，在新一代IT技术的驱动下，企业生产组织形态的创客化、小微化与平台化也使得制造服务呈现出社群化的新特点［17］。

1.3 服务型制造的基本形式

制造服务贯穿于产品全生命周期的各个环节，产品是制造服务的核心着力点，因此，服务型制造的特点可从面向产品制造的服务和面向产品服务的制造视角来进行阐述。

（1）面向产品制造的服务。为实现自身资源的有效配置和聚焦于核心竞争力的提升，企业一方面可以将低附加值和低利润的零部件外包给第三方企业来加工，重要工序以及核心零部件的加工和组装则自主加工；另一方面，对于企业资源的配置服务方式，可以采用与第三方产品服务供应商和金融租赁等服务形式来实现双赢。

（2）面向产品服务的制造。为用户提供个性化的产品服务是服务型制造的重要方面。结合用户的个性化服务需求，必须对产品全生命周期的各个环节进行改造。例如在设计阶段，进行功能需求模块和外观结构的差异性设计；在加工阶段，对零部件关键工艺参数进行调整和优化。应特别指出的是，产品服务系统是面向产品服务进行制造的核心驱动力［18］。

1.4 服务型制造的文献统计及研究方法

服务型制造是学术界和工业界的一个新兴研究热点。在资料搜集方面，本文遵循图2所示的“关键词-数据库-样本库”的调研思路。首先，凝练关键学术术语，例如服务型制造、产品服务系统和制造服务增值等。关于服务型制造术语的英文翻译并不唯一，有service⁃oriented manufacturing，service⁃based manufacturing，service⁃enhanced manufacturing，service⁃embedded manufacturing等。其次，在 Google Scholar、Scopus、EI、Web of Knowledge、中文 CNKI、Elsevier、Springer、Tay⁃lor&Francis、Emerald、Wiley&Sons等文献源中进行服务型制造关键词搜索得到的“关键词-文献源”矩阵，见表1。最后，遴选了引用率高的论文、知名学者的报告和行业发展数据，形成了本文研究的样本库（见参考文献）。

图2 数据搜集与筛选Fig.2 Data collection and selection

表1 服务型制造“关键词-文献源”矩阵Tab.1 Service-oriented manufacturing“keyword-resources”matrix

基于上述调研样本库，本文按以下思路对服务型制造学术研究与工业应用进行综述。首先对服务型制造的概念定义进行归纳；然后提炼出6个关键技术，包括组织与运行模式、制造服务增值、设计与生产性服务、工业产品服务系统（industrial product⁃service system，iPSS）、制造服务供应链以及IT自动化技术对服务型制造的增效等技术；最后对典型的工业应用案例进行剖析。

2 概念定义、关键技术与工业案例

2.1 概念定义

虽然生产性服务自20世纪60年代以来一直都被放在不同的学术与工程实践情境下进行研究和应用，且引申出制造服务的理念，但从“社会-技术”系统的角度看，直到20世纪末至21世纪初期，服务型制造的研究才得到系统性的提升，服务型制造的概念和实施策略才开始作为工业化进程中制造与服务融合发展的一种新型产业形态［19］。其中，20世纪90年代IBM和GE等公司在服务制造方面的实践性成果激发了学术研究的进程。同时，学术研究也反哺工程实践的深化。例如，IBM定义的SOA（service⁃oriented architecture）架构以及相关的服务注册、描述、发现、操作等机制为制造服务奠定了计算实现基础；而GE公司包括诸如发动机租赁服务在内的工程实践为产品服务系统理念的落地提供了坚实的依据。

事实上，服务型制造的概念形成依赖于自底而上的“实践-理论-再实践”循环，是服务与制造融合理论与方法研究的质变结果。伴随着制造服务研究成果的积累，欧美学术界均对服务型制造给出了一些基本的定义。如service⁃oriented manufacturing［6］，service⁃based manufacturing［20］，service⁃enhanced manufacturing［21］等。这些定义各有侧重，在表述上亦存在微小的差异。

自改革开放以来，新形势下中国制造的服务特征起步于珠三角地区的外包生产，并在不同的城市群形成了各自的制造服务特色，如长三角模式、京津冀模式、温州模式等。据此不仅产生了海量的中小微型制造企业，而且也孕育出诸如海尔、小米、陕西鼓风机（集团）有限公司、沈阳机床股份有限公司、富士康等具有鲜明制造服务特征的大型企业，构成了不同的、行业相关的产业链集群。中国制造的发展更为制造服务研究提供了空前的工程实践情境。结合中国制造的实践和新特点，“十五”期间依托国家863计划，国内在制造服务研究方面先后提出了ASP（application service provision）制造服务应用模式［22⁃25］，网络化 e⁃制造服务［26⁃27］、基于SOA的制造服务［28］等方法。汪应洛等学者则在2007年前后给出了结合中国制造特征的服务型制造定义［2］。在相关文献的表述中，孙林岩等［10］认为服务型制造是为了实现制造价值链中各利益相关者的价值增值，通过产品和服务的融合、用户全程参与、企业相互提供生产性服务和服务性生产，实现分散化制造资源的整合和各自核心竞争力的高度协同，达到高效创新的一种制造模式。林文进等［29］认为服务型制造是在制造业和服务业相互融合的背景下诞生的，并通过网络化协作实现制造向服务的拓展和服务向制造的渗透，最终为用户提供“产品服务系统”，企业在为用户创造最大价值的同时获取自身的利益。江平宇等［30⁃33］则从产品服务系统的角度出发，提出了PSS是实现基于产品全生命周期服务型制造的核心价值系统的观点。

研究表明，制造业与服务业的深度融合，必将对生产者与消费者的角色进行重新定位，对生产者与生产者、生产者与消费者之间的链接关系重构解析。从横向来看，生产者与生产者、生产者与消费者之间可以存在多重的服务与被服务关系；从纵向来看，制造服务从链式供应合作关系向服务增值网络进行扩展和延伸。生产者与生产者、生产者与消费者角色之间都属于服务与被服务的关系，他们之间的服务关系涵盖了产品全生命周期的各个阶段。具体表现如下：传统的制造商逐渐由单一的产品供应商向产品服务供应商转变；用户可以通过个性化需求来定制产品，积极参与到产品的前端设计、生产过程和服务决策过程中去；制造企业在加工与装配阶段，将低附加值的零部件加工活动外包给第三方企业，自己聚焦于核心部件的加工或者装配活动，以此来获取较高的企业利润。

2.2 服务型制造的关键技术

依据上述概念定义，本文以6项主要的服务型制造关键技术为目标，并结合工业应用案例进行文献综述。

2.2.1 组织与运行模式

制造与服务的融合首先要求重构生产者与生产者、生产者与消费者之间的链接。商业关系由链式供应方式向网状生态共创体系改变，全新的工业服务逻辑正在出现。依托于工业产品，将生产性服务、服务性生产以及用户全程参与制造及服务过程引入传统的制造价值链，扩展价值链的涵盖范围，通过企业间的专业化分工和协作及网络化协作实现资源整合、价值增值和知识创新［34］。解决这些问题依赖于对组织与运行模式的探究。与此相关的研究方向有组织范式［10，29，35⁃36］、制造过程的服务化［5，37⁃38］、模块化生产［39⁃40］、产 品 化 服 务［41⁃43］、云 制 造 服 务 模式［15，44⁃46］、社群化制造模式［47⁃55］、社群化工厂［56］、微服务［57］等。其他典型的研究还包括工业用户参与生产服务和交付流程中的角色定位和转变［58］。关于动态环境下的制造服务供需匹配问题，可分为供需对象匹配、供需数量匹配、单一产品/服务供需匹配、多产品/服务供需匹配、企业供需匹配和系统供需匹配6类［59］，并针对资源服务提供者、资源服务需求和资源服务代理三方之间的利益均衡问题，构建资源效用模型［60］和资源服务组合柔性度量体系［61］。针对资源计划体系的研究框架，可考虑用户参与和体验影响的预测；以服务模块化和物料需求计划为基础的服务和物料综合需求计划；考虑用户参与和体验以及参与者行为的计划和调度问题，特别是用户的参与和体验变化导致的online能力分配和调度问题［62］。

综上所述，国内外专家从不同视角对生产性服务、服务性生产等术语及概念进行了定义和描述，给出了制造与服务融合的技术支持框架，对资源的供需匹配进行了系统研究，但仍缺乏对生产者与生产者、生产者与消费者之间角色定位和链接关系的系统性描述和演变规律的深度解析。

2.2.2 制造服务增值

制造业从产品经济到服务经济的转变，促使国内外越来越多的制造企业逐步通过运用服务来增强自身产品竞争力以及向服务转型以获取新的价值来源［63⁃65］，这使得依托制造服务实现价值增值成为解决问题的核心要点。制造服务增值涉及供应商、服务商、制造商、分销商和用户节点企业等角色的耦合关系。各角色节点企业紧密围绕核心能力开展业务，并将非核心业务外包；通过相互提供生产性服务、分工合作实现快速创新和高效生产服务制造协作［11，34］；此外，协同设计、供应商库存管理、远程维护等都体现了生产服务网络上的新型服务关系。其研究方向包括：服务增值策略［66⁃69］、制造业的服务化［70⁃71］、增值机理［72⁃73］、服务价值网络［74⁃78］、服务成本工程［79⁃81］等；典型的研究有：采用消费者效用理论探讨制造商拓展增值服务渠道的条件［82］、个性化服务的定价方案设置［19］、制造与服务的可持续融合框架［83］等。针对制造业企业服务化战略的生成逻辑问题，案例实证表明企业能力对制造业服务化绩效的生成具有显著的调节影响作用。尤其是当制造企业的服务提供类型与其特定情境能力之间保持相对的适应性关系时，企业能力更可能对制造企业绩效带来积极影响［84］。针对产品服务双合作联盟的收益分配问题，基于双合作联盟的核心与韦伯集相等的定理可求解出每个联盟企业的最优产品和服务收益结果，且由收益递增定理可知，制造企业参与的产品服务双合作联盟越大，边际收益越大［85］。

综上所述，制造服务增值主要体现在两个方面：①制造过程的服务化。在产品制造过程中所需的生产性服务性要素在制造和价值创造中的投入增加，成为企业竞争力的关键来源。②制造产品的服务化。传统的单一产品制造商正逐渐向“产品+服务”的供应商角色转型。

2.2.3 设计与生产性服务

（1）产品设计服务。设计服务是制造服务的重要组成部分，提升企业设计服务能力是提高产业链产品开发效率的关键。产品设计服务的实现框架有：外包设计［86］、众包设计［87］、云设计［88⁃89］等。众包概念于2006年6月首次被提出［90］，后被应用在产品设计任务中，通过整合互联网上的海量社会化智力资源完成单个个体难以单独完成的复杂任务［91］。典型的研究有：通过开放式众包业务模型支持用户关注和参与产品开发过程［88，92］，通过真实产品开发过程的众包实验定量分析群众参与模式下的众包活动特征［93］，通过案例对比分析众包设计模式利用社会化资源完成产品开发任务的能力［87］。在外包设计方面，典型的研究包括：通过分析供应商参与汽车零部件设计的动机、方式和后果来研究外包策略和供应商管理问题［94］，通过面向服务的模块化设计的研究内容及现状分析来比较传统物理产品与集成产品和服务提供（广义产品）的区别［95］。在云设计方面，典型的研究有：通过云计算概念设计与制造框架，探讨利用云计算进行协作设计、分布式制造及其创新数据挖掘、语义Web技术等方面的研究［89］，基于云设计架构的设计需求获取研究［96］，基于遗传算法的云设计资源调度问题［97］等。

综上所述，基于众包设计、外包设计、云设计等模式的产品设计服务是一种在线的、分布式的、高效的问题解决方案，通过整合利用分散的设计资源来完成产品协同开发。该方案能有效降低成本、增强企业核心竞争力，正成为越来越多制造企业凝聚核心竞争力的重要举措［98］。

（2）零件加工与产品装配服务。生产服务的主要形式是生产外包，其核心思想是以外协加工的方式将生产任务委托给外部专业化细分下的生产企业来完成，以达到降低成本、分散风险、提高效率、增强竞争力的目的［99］。目前对生产外包模式的研究主要有：概念框架研究、外包调度规划研究、外包决策支持研究等。在概念框架方面，可将产品服务系统划分为多个方面，从产品经济学的视角分析服务制造网络各节点企业间的合作关系［34］；利用云加工社区框架，可以继承分布式社会化的制造资源，在社会化加工资源的虚拟访问、生产外包任务的广播和确认、面向特定生产外包任务的加工过程监控等技术的支持下，为用户提供按需加工服务［46］。在调度规划方面，针对不确定性制造系统中外部资源使用的协商和规划问题，也可采用滚动时域方法，将两阶段随机规划方法应用于资源需求等不确定时间的研究中［100］；也可采用ESCSA算法解决复杂实时系统中的任务众包调度问题［101］；可通过对制造服务中产品制造任务和企业制造资源的定义以及基于物料清单的数据流分析，建立一种智能化制造任务分配模型，分析制造任务静动态分配和分配策略问题［102］。此外，对于库存限制和生产外包服务滞留等问题，可采用动态批量模型来解决，降低时间和经济成本［103］。在决策支持方面，可以采用本体论、规则推理和博弈论等方法实现供应商预审，最终选择和订单协调的三阶段决策支持，并采用帝国竞争算法进行解算［104⁃105］。在产品装配方面，公共外库和仓储产品服务系统概念的提出为产品装配部件的智能存储和实时配送提供了新的解决方案［106⁃107］。基于时间和空间维度的库存服务优化是实现产品装配服务的关键，可采用成熟度和目标级联分析法对仓储服务能力进行建模［108］；采取分布式库存控制策略对面向多企业多品种多需求的货位分配组合进行优化［109］。另外，产品加工和装配也存在整体外包现象，如手机生产［110］等。

综上所述，生产外包加工和装配是零件加工与生产任务的主要模式，该模式中，外包服务需求方可以将非核心的生产服务转移到外部企业，从而有更多精力提升自己的核心业务，而外包服务提供方可以聚焦专业化加工服务，与其他提供方一起形成以某类工件的重要工序或核心部件的加工组装为核心的制造社区，从而占据市场位置。公共外库（即共享仓库）和仓储产品服务系统等服务模式的出现也为产品零部件的存储和配送提供了新的解决思路，因此，该模式能实现需求方和提供方的双赢。

2.2.4 工业产品服务系统

21世纪初联合国环境规划署（UNEP）提出了产品服务系统（PSS）的概念，最初的目的是实现人、产品、企业和环境的可持续发展［111］。PSS通过系统地集成产品和服务，为用户提供产品功能而不是产品本身以满足他们的需求，从而在产品全生命周期内实现价值的增值、生产与消费的可持续性发展［112］。在此基础上，工业产品服务系统是指由工业产品制造核心企业或第三服务方主导的、通过附加无形的产品服务到有形的工业产品上，来达到在产品全生命周期内设计、制造、销售、配置、运控和维护好工业产品的生产（工作）能力，提升工业产品的环保性能的一种系统性解决方案，并希望通过这种“产品设计-制造-服务”一体化解决方案，在经济和环境两方面均实现服务驱动的价值增值［113⁃115］。根据产品和服务在 PSS 中所占的比重大小，可以分为：产品导向的PSS，使用导向的PSS和结果导向的PSS［116］。其中，产品导向的PSS又可分为产品相关的服务［117］和建议咨询服务［118］；使用导向的PSS又可分为产品租赁［119］、产品共享［120］和产品池［121］；结果导向的PSS又可分为活动外包［122］、按服务量收费［123］和按结果收费［124］。

由于PSS是实现服务型制造的重要内容，故面向产品制造的生产管理优化决策方法不再适用，需要对产品制造和服务的提供进行集成化优化决策，有效应对产品制造和服务提供的两个阶段的耦合问题［125⁃128］。PSS的关键使能技术可以从用户需求分析、设计、配置、运行服务、服务性能评估和PSS⁃CAD这几个方面展开。在用户需求分析方面，可通过建立用户需求模型，对企业的服务能力和用户需求进行匹配来满足用户需求［129］。通过分析现有PPS设计方案，找到用户需求和方案之间的差距和原因，在此基础上提出解决方案，以更好地满足用户需求［130］。对用户需求进行分析，不仅可以提高用户的满意度，通过用户对PSS的反馈，也可以提高设计方法和质量［131］。在PSS设计方面，可围绕产品全生命周期的服务方案进行分析与设计，确定设计的目标、内容和服务框架［132］；也可通过对现有PSS的分析，提取设计知识并进行重用，以提高设计效率和降低设计成本［133］。随着PSS设计经验的积累，模块化PSS设计成为可能，对服务模块、产品模块和功能模块等进行调整，可实现模块化设计［134］。此外，在设计阶段进行成本计算也是PSS设计的核心内容之一［135⁃138］。在PSS 配置方面，根据用户需求可在产品全生命周期中融合相应的服务以提高产品的功能和经济性能［139］。本体论常用来对配置的项目和过程进行分解，包括：服务资源配置、服务功能配置、服务约束配置和服务属性配置等［140］。PSS配置过程的核心就是为求解上述服务项目之间的约束关系，以最优的配置结果满足用户的需求［141］。具体案例如针对高端数控机床的iPSS配置建模［142］、服务调度［143］等。在用户服务创新研究方面，构建PSS创新管理框架，考虑每个利益相关者，通过产品和服务要素的差异化服务来推广用户和创收价值［144］。另外，基于标准化的产品服务过程可显著提高制造商和用户的互动效率，并通过模块化产品开发缩短创新周期，实现灵活定制［145］。在PSS运行服务方面，主要围绕产品展开运行和维护服务。其中，实现运行服务的基础是服务建模，涵盖服务项目、服务提供商、服务行为和服务流程等内容［146］。服务资源的效率决定了PSS运行过程中的服务能力，提高服务资源的效率对企业利润、用户满意度和生态环境均有积极意义［147］。运行服务的应用则有数控机床PSS［33，148］、机加工刀具 PSS［149］等。在服务性能评估方面，一般分为服务运行前评估和运行后评估，以确定PSS是否满足需求。通过对有效的设计信息进行分析，可对设计方案中的每一项进行评估，最终确定所设计的性能［150］。成本分析也是PSS性能分析的核心，通过对服务成本的分析，建立服务过程与服务成本之间的关系，找出最可能的服务成本给用户和服务提供商作为参考［151］。PSS评估通常会选取多个指标，如投入产出比、服务性能和服务过程能力等，根据评估指标的不同，评估方法也多种多样［152］。在PSS⁃CAD方面，由于用户需求、产品和服务的复杂程度越来越高，通过计算机辅助技术来实现的PSS快速设计和可视化、高效维护和设计重用正成为必然选择［153］。尤其是在PSS运行过程中，PSS⁃CAD作为辅助工具，能帮助服务提供商可视化的MRO等服务［154］。

综上所述，PSS/iPSS是将以产品为主导的传统运作方式转变为以服务为主导的合作方式，并为用户提供系统化服务解决方案的一种企业可持续发展模式。生产者和消费者的角色均需重新定位，他们之间的价值关系也需重构。因此，PSS/iPSS是造就服务型制造核心价值的原动力。

2.2.5 制造服务供应链

在生产外包和工业产品服务等多服务制造模式的联合驱动下，制造企业和服务企业之间的合作模式也发生了相应改变，服务主导的思想正成为重构供应链实现价值共创的重要手段［155⁃156］。企业间的合作模式由传统的单个核心企业主导转变为企业间的协同，且企业间的行为相互交错，形成密集而动态的服务供应链［157⁃158］。制造服务供应链涉及服务供应管理、服务需求管理和服务供应链协调三方面的主要研究内容［83，159］。典型的研究有制造服务供应链的参考框架［160］、制造服务协同网络［155，157］、模型构建与绩效评价［161⁃162］、制造服务供需匹配［59］、合作关系与利益分配问题［163］、供应商服务选择与优化问题［164⁃166］等。研究发现，服务型制造供应链在盈利模式、组织行为和价值形式等方面与传统的制造物流供应链有显著差异［163］。产品服务和用户行为服务对供应链的运行组合有积极影响［167］。例如，用户参与对服务能力会产生正向影响，服务能力对感知价值和用户满意具有正向影响，而用户参与并不直接作用于感知价值与用户满意，而是通过服务能力间接对感知价值与用户满意产生正向影响［168］。此外，将产品设计和制造过程综合考虑到物流设计中来，能提高制造服务供应链重构各方面的整合水平，优化相应的供应链网络［169］。根据统一服务理论也能对制造服务供应链进行概念化，将制造服务定义为双向供应链，作用在其上的对象既有提供制造资源的制造服务提供者，又有接收制造资源的用户［170］。制造服务供应链的体现形态是制造服务网络，其综合性能可用与业务流程和实施水平相结合的关键服务性能指标来评价［165］。同时，采用基于层次分析法的制造服务合作评价机制，可揭示企业层面的制造与服务融合规律［157］；采用制造服务供应-需求匹配超网络的概念可构建相应的制造服务智能匹配模型［171］。另外，由于服务型制造不仅提供产品，而且提供服务，故其供应链不仅包括物流，而且包括服务流。对于传统的以物流为核心的供应链，服务型制造供应链是一种混合供应链，其牛鞭效应不仅受物流信息畸变的影响，而且受服务流畸变及其两者综合的影响［172⁃174］。针对物流与服务流耦合问题，可以从合同设计的角度提出混合供应链协同方法［174⁃176］。

综上所述，参考相对较为成熟的产品制造供应链研究的共性基础理论，可通过抽象出制造服务供应链具有的、与产品制造供应链截然不同的特征，构筑适应于制造服务自身特点的、并能将产品制造供应链的相关共性理论融合应用到制造服务供应链的新模式、新方法、新模型和新技术。因此，加强对制造服务供应链运营的基础理论研究将成为一种趋势。

2.2.6 支持服务型制造的IT与自动化技术

IT与自动化技术包括互联网+、服务计算、云计算、大数据、边缘计算、社会计算、智能计算、数字孪生、信息物理融合系统（cyber⁃physical sys⁃tems，CPS）及工业互联网等，其快速发展极大地推动了制造与服务的深度融合，提升了制造业的资源配置效率，优化了企业的生产组织和运营管理方式，催生了平台经济、共享经济和社群经济等的发展，为服务型制造的推广应用创造了先决条件，也加速了服务型制造研究的进程。当前，使用IT和自动化技术的典型研究包括如下方面：CPS、大数据和智能计算技术对制造服务过程的支撑［177⁃179］；云计算技术对云制造服务平台以及被封装的云服务资源、集中式调度与管理、贯穿于产品生命周期所有阶段的云服务请求［44⁃45］、知识服务技术［180］等的支持；社会计算技术对社群化制造网络分析与评估的支撑［147，181⁃182］；数据挖掘技术在产品制造质量改进方面的支撑，如考虑产品/过程的质量描述、质量预测、质量分类和参数优化［183］；服务计算支持的面向SOA的服务架构体系［184］；边缘计算在工业互联网条件下强化了制造数据的分布化处理能力［185⁃186］；数字孪生则是实现制造物理世界和信息世界智能互联与交互融合的一种潜在的有效途径，物理融合、模型融合、数据融合和服务融合是它需要解决的技术难点［187］等。可以看出，服务型制造会因信息化的深度引入而发挥出它在服务价值增值方面的更大潜能［188］。

综上所述，以智能制造、智慧服务为代表的工业互联网增加了服务化内容的比例，通过对工业数据的全面深度感知、实时动态传输与高级建模分析，可形成智能决策与控制机制。据此可知，以工业互联网技术作为IT和自动化技术的“总线”，整合其他IT与自动化技术来支撑制造业的数字化、精益化、智能化、服务化、社群化，是服务型制造学术研究与工业应用的主攻方向之一。

2.3 工业案例

将服务型制造的理论和方法应用于生产实践中，不仅可以为制造企业提供额外的服务增值和资源配置优化，而且以用户为主导的个性化服务也能使用户成为制造过程的决策者和参与者，从而拉近企业与用户的距离，最终提升企业在其行业中的竞争力。基于服务型制造的理论和方法，国内外一些传统产品制造企业已成功转型为产品和服务融合的服务型制造企业。

罗尔斯·罗伊斯（Rolls⁃Royce）公司提供了针对性的Power by the hour和Total care发动机维保服务，通过服务合同绑定用户，增加了服务型收入［189］；世界著名的印刷机制造商奥西（Oce）公司通过提供印刷解决方案，帮助企业管理复杂的印刷机网络、实时的印刷机维护和印刷机打印作业分配等服务［190］；沈阳机床股份有限公司采用所研发的i5智能化共享平台为用户提供一整套加工服务共享解决方案，用户无需购买实体机床，只需提出制造需求即可［191］；瑞典刀具制造商山特维克（Sandvik Coromant）在刀具制造的基础上，通过为用户提供刀具选用和刀具维护等服务，使企业定位从刀具产品制造商转变为面向制造能力提升和刀具物流方案的服务提供商［192］；陕西鼓风机（集团）有限公司从21世纪初开始从产品制造商向服务提供商艰难转型，取得了重大突破，为用户提供了包括“压缩空气”服务、金融服务、运维服务、远程监控和管理等配套服务，基本实现了产品全生命周期下的服务覆盖［193］；IBM则从一家单纯的IT硬件制造商，通过向用户提供硬件、网络和软件服务，成功转型为IT整体解决方案供应商［194］；自动化设备制造商ABB公司为用户提供专业的工业现场工程支持服务，通过数字化和信息化技术，服务工程师实现了随时随地的远程技术服务［195］；海尔作为全球最大的白色家电制造商，近年来通过开发互联网服务U+平台，为用户提供广泛意义的售后服务，包括智能家居、远程服务和回收服务等［196］；上海电气从最初的产品制造与销售，发展到围绕产品生命周期、以用户需求为导向的技术服务，最后发展成为以服务为核心的企业［197］；陕西重型汽车集团则提出了汽车制造从生产型向服务型转型的目标，并建立了相应的服务项目，包括汽车产品的增值服务开发，为用户提供基于“产品+服务”的整体解决方案等［198］。

从上述10个典型服务型制造企业的工业应用案例可知，服务型制造是以制造服务为核心驱动力的、能达成企业和用户双赢的制造模式。随着价值创造焦点的逐步转换，企业价值创造的方式也发生了根本性的转变，服务型制造指明了企业转型的大方向。

3 分析与讨论

综上所述，服务型制造更突出地强调了服务对制造业价值增值的作用，通过在产品全生命周期的各个环节融合外包/众包/产品服务系统等高附加值的服务方案，重构与优化“服务发包方和接收方”的生产组织形式、运营管理方式和商业发展模式，来拓展和延伸制造产业链的价值链，实现生产者与消费者的共赢。外包和众包、产品服务系统以及IT信息技术的发展极大地推动了服务型制造模式的理论研究和工业应用实施，云制造、社群化制造等都是其具体的实现模式。在服务型制造的发展过程中，制造企业的升级转型呈现出新特征。

从宏观和理念性的视角看，首先，一个产品的制造需要越来越多的制造服务企业参与。由于社会分工细化，服务企业参与产品制造的机会增加，它们之间的服务行为也会增加。在传统的产品制造过程中，只有到最终产品的时候才有消费者、才有服务；而在服务型制造过程中，生产者和消费者的关系是可转化的，甚至是多角色共存，有“产消者”之说［199］。因此，产消者贯穿于产品制造的每个环节。如中间产品既是下游企业的消费品，又是上游企业的销售品，服务关系就此形成。制造服务企业的角色多样化、企业之间服务与被服务的关系构成了复杂的服务交互网络形态。其次，制造过程中服务性收益比例会越来越大。在服务型制造过程中，产品服务行为的出现使得制造价值链得到延伸，通过为用户提供一体化的产品服务解决方案使得服务的利润得到极大的提升。此外，制造企业生产的产品不以销售的形式出现，而是采用金融租赁、PSS等形式与用户实现服务合作，通过租赁费和服务费来获得利润［200］。

从微观和可操作性的视角看，服务型制造将遵循以下发展趋势：

（1）从概念性模式向多应用模式发展。服务型制造可作为一种广义制造模式，其实现方式多种多样。如从IT角度切入ASP/SOA/微服务模式、从云计算和社会化制造资源集中化利用切入的云制造模式、从人类生产组织形态演变和社会化制造资源自组织运行切入的社群化制造模式等。可以预计，服务型制造实现模式的多样化将是未来研究的主题之一。

（2）从产品设计向产品易服务设计发展。在传统的产品设计领域，注重产品本身的功能和性能设计是追求的核心内容。当制造服务理念贯穿于产品全生命周期后，依附于产品的服务设计必将前移，并与产品设计同等重要。产品易服务设计涵盖许多工程意义，包括在产品生产阶段的外包/众包/PSS服务设计，在产品本身运行阶段的MRO/PSS设计等。因此，在产品需求阶段就开始考虑依托产品的服务需求则凸显了重要性，以此为起点的产品服务设计将构成服务型制造的核心内容。

（3）从传统产品设计流程向众包设计服务流进化。设计流程的持续改善以及潜在的新型设计计算方法的引入是产品设计的永恒主题。首先从制造服务的角度看，将众包设计服务作为传统设计流程的补充势在必行。事实上，GE公司已经在活塞设计方面获利；其次，将已有的设计知识、新型的设计计算方法（如结合3D打印的拓扑优化设计计算方法等）以知识服务的形式进行提供仍是值得进一步深入研究的方向；最后，以众包设计服务为中心的模块化开源产品设计也将成为设计领域的新发展方向之一，它也将成为“人-人制造”模式（社群化制造的极端形态）的基础。

（4）从生产外包向服务外包与众包发展。新的制造服务方式需要将传统的生产外包“熟人模型”引申到涵盖新型生产外包和众包机制的“陌生人模型”。这种引申一方面需要拓展新型的生产外包和众包的定义，另一方面需要寻找适合于“互联网+工业互联网”基础架构下的信用保障机制。区块链技术恰是实现“陌生人模型”信用保障的核心技术。可以预计，区块链技术对新型生产外包和众包机制的研究会起到关键作用。

（5）从产品运行的MRO向产品服务系统进化。当前，真正的PSS实现仍是凤毛麟角，一方面是定量研究的缺乏，另一方面是观念转变有待时日。其中，如何从基于三包的产品维修向数字化驱动的MRO过渡，再迈向以PSS/iPSS为核心、以销售服务替代销售产品为目标的产品运行理念仍任重而道远。然而，在MRO技术及其产品 OEE（overall equipment effectiveness）评估的支撑下，PSS/iPSS服务需求建模、面向PSS/iP⁃SS的可适性设计、成本工程、服务流精益运作等仍需深入探讨。

（6）从传统的制造供应链向以制造服务为核心要素的制造服务混合供应链发展。以产品为基点构建相应的制造服务供应链也是实现服务型制造的核心问题之一。其中，如何把新型的生产外包/众包机制、PSS/iPSS理念、企业组织形态的小微化和创客孵化、开源与闭源相结合的产品研发策略等结合起来，则是摆在构建不同形态的制造服务供应链的拦路虎。为此，需要在新的博弈、网络演化、价值流等模型的支撑下重构制造服务供应链。

（7）从传统产业链向可持续发展的企业生态圈进化。近年来，未来企业生态的平台化趋势日益显著。出现这种现象的根本原因在于人类交互行为、主观能动性发挥甚至企业逐利方式的变更，即企业组织架构的小微化和创客小微化导致的社群化专业细分、产品从众心态下的“社区粉丝化”现象、产品即插即用的共享机制等。这些新变更本质上就是制造服务理念的升级，这种局面也导致企业集团希望构建新的可持续发展企业生态圈的冲动。如海尔的“平台-小微-创客”生态圈。这种生态圈实质上也是社群化制造模式的一种工业应用结果，相关的构建、配置与运行理论与方法、关键技术等仍需深入研究。

（8）从传统IT支撑的服务向依托新信息技术的服务发展。以物联网、云计算、大数据以及人工智能等为标志的新信息技术为服务型制造发展提供了新发展机遇。新信息技术既可增强服务、提升服务价值，又可创新服务、产生新的高级服务以拓展服务空间。据此，需要从理论上研究新信息技术环境下服务型制造服务增值机理和产品与服务融合的新模式，从实践上研究新信息技术支撑的产品与服务优化配置方法和技术以及信息服务平台等。

（9）从理念向工业应用与推广发展。服务型制造的理论研究成果需要在工业界进行应用与推广。与以往不同，目前服务型制造的工业应用案例已有一定的规模，但仍需加强基础理论研究力度，加强引导性的国家服务型制造标准体系的构建，使得更多的工业应用能从定量开始，减少定性的环节。

值得提及的是，工信部、科技部等已经把服务型制造作为中国制造2025的关键内容之一加以推广，官产学研的深度融合会使服务型制造的工业应用走向一个新台阶。

服务型制造的6项关键技术、宏观和理念性要素、微观和可操作性方向三者之间的耦合关系见图3。

图3 服务型制造发展趋势Fig.3 Development trend of service-oriented manufacturing

总而言之，服务型制造的发展会在工业互联网及其IT、自动化技术的支撑下，从早期传统的定性化、粗放式服务，首先过渡到数字化、定量化和精益化服务，最终迈向弹性化、智能化、社群化服务的方向。

4 结束语

当前，制造业正处于由生产型制造向服务型制造转型的关键时期。本文以服务型制造为核心关键词，以近年来国内外发表的学术论文为检索依据，从组织与运行模式、制造服务增值、设计与生产性服务、工业产品服务系统、制造服务供应链以及IT自动化技术对服务型制造的增效等视角进行综述，并对典型的工业应用案例进行了剖析。在此基础上分别从宏观和理念性的视角、微观和可操作性的视角出发，进一步分析和讨论了服务型制造的发展趋势。可以预计，从生产型制造向服务型制造的转变是现代产业分工不断细化、生产组织方式高度协同的必然结果，也是消费升级的客观要求、制造转型的重要方向，值得学界、产业界共同努力，协同推进这项任务，并为中国制造2025添砖加瓦。

致谢 感谢科技部在核心企业ASP制造服务平台（2001AA415230）、服务型制造执行系统（2007AA 04Z108）、装备制造生产外包服务平台（2012BAH08F06）、云制造服务平台（2011AA040505）等研发方面对西安交通大学课题组的资助；感谢国家自然科学基金委员会在服务型制造系统配置（50875204）、服务型制造执行理论（51275396）、工业产品服务系统（71071125）等应用基础研究方面对西安交通大学课题组的资助。上述已结题的项目，为作者深入理解服务型制造奠定了基础。感谢北京航空航天大学宋文燕副教授、郑州轻工业大学李浩副教授、兰州大学王康周副教授、西北工业大学王军强教授、西北工业大学孙惠斌副教授、南京航空航天大学徐志涛博士、上海大学张在房博士等在文献收集等方面所给予的帮助。