特斯拉Model 3“产能地狱”的经验与教训

2021-12-27庞晓兵王娅荃张玉文

设备管理与维修 2021年22期

庞晓兵，王娅荃，张玉文

（成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川成都 610092）

1 背景与问题

特斯拉公司作为科技先驱的代表和电动汽车的开路人，在汽车大批量生产的精益管理之路上经历了异常艰辛的探索过程，Model 3全自动生产线过量自动化造成“产能地狱”的案例充分印证了这一点。

特斯拉Model 3在2016年3月开始预约，当周周末订单量达到32.5万，成为特斯拉最“畅销”车型。要满足客户订单需求，Model 3每周产量需达到5000辆。然而，到2017年第4季度，Model 3季度产量还不到2500辆（图1），Model 3交货时间延迟了半年之久，期间还有20%的退单。Model 3产能不足问题持续了一年多的时间。

图1 特斯拉Model 3车型2017—2018年季度交付量

特斯拉也因此付出了巨额成本代价。特斯拉发布的财报显示，2017年全年亏损20亿美元，2018年仅第1、第2季度净亏损达分别达到70多亿美元，直到第3季度Model 3产能得到解决之后才转亏为盈。Model 3的实际交付量直接决定公司的盈利情况。

2 原因分析

造成特斯拉“产能地狱”巨额亏损的原因主要是特斯拉缺乏精益生产的知识和经验，产线规划设计之初，没有从客户需求出发进行工序设计、工序间节拍均衡的研究和验证，而是过度追求自动化。在生产过程中忽视了精益现场管理和操作人员的创新改善能力，在关注产量的同时，忽视了交付物流配送流程的效率，大大降低了响应速度。

2.1 产线设计不精益造成严重的生产瓶颈

（1）过多、过快追求自动化。为了保证生产效率和速率，特斯拉Model 3生产线及电池生产线一开始就按照高度自动化进行设计，Model 3车体生产线从冲压（Stamping）→车身焊接（Body Shop）→喷漆（Paint Shop）→总装（General Assembly）的整个生产流程（图2）大部分都是自动化，Model 3车身焊接线自动化程度90%以上，总装线GA3自动化程度50%以上（传统车型通常不到5%），但事实上，Model 3生产线的瓶颈恰恰就是自动化程度高的总装装配及电池生产线，这些瓶颈严重制约了Model 3生产线的总产能，最终造成巨大亏损。

图2 澳大利亚弗里蒙特特斯拉Model 3生产线布局

（2）布局拥挤、产线设置复杂，生产现场可视化管理不足。为了最大程度提升空间利用率，Model 3焊接、总装线机器人的布置非常拥挤（图3），甚至没有摆放可视化看板的空间，现场看不到生产线停工或者更新信息，生产现场可视化管理水平远远不够。

图3 特斯拉车身装配线

（3）自动化零件运输系统过于复杂，造成堵塞和等待。生产线采用了大量传送带和自动化运输车，却经常出现配送速度与生产线实际运行速度不匹配造成的在制品堵塞或等待，影响生产进度。

2.2 全自动化生产系统运行成本极高

工业机器人及自动化运输系统运营维护成本极高，包括维护保养、故障处理成本及聘用专业工程技术师所需的人工成本。其中，Model 3生产线仅车身焊接线机械手装置就有1000多台，大大增加了产线的运营维护成本。

自动化生产线一旦发生故障，通常停机时间较长，也会造成大量成本损失。Model 3车身焊接线和GA3总装线故障停工频繁，“产能地狱”期间曾停产整顿两次，损失惨重。

此外，全自动化生产系统在运营过程中的安全问题也是较难控制的因素。特斯拉生产线经常发生工人受伤的情况，由此带来不可忽视的成本压力。

2.3 未按订单实现拉动生产，订单履行周期长

特斯拉为了解决产能问题，采用面向库存生产代替了面向订单生产，在提升产量的同时忽视了后端物流配送管理，大批新车生产出来却积压在仓库，迟迟不能交到客户手中（图4），响应速度降低，造成客户从下订单到收到产品的长时间等待，甚至无限期等待。

图4 特斯拉Model 3延迟交付量

3 应对措施

3.1 改善生产瓶颈，平衡生产线

调整Model 3主要瓶颈——焊接线、总装线及电池生产线产线布局设置，优化自动化技术和运输系统，减少不必要的自动化系统，尽可能达到产线平衡。此外，将7种车身颜色减少到5种，尽可能简化生产过程，提高生产速率。

3.2 新建Model 3总装生产线

2018年春，特斯拉在弗里蒙特工厂一个帐篷内搭建了一条Model 3的全新总装生产线GA4（图5），俗称“帐篷”总装线。该生产线按照客户需求节拍设置了43个工位；采用常规汽车装配厂的做法，大量装配工作采用手工作业代替复杂的工业机器人。新建的GA4装配线最高产能可达30 000辆/季度，对Model 3实现产能目标起到了关键作用。

图5 澳大利亚弗里蒙特特斯拉Model 3 GA4总装线

3.3 面向市场新建工厂

针对特斯拉Model 3未来亚洲产能需求，同时也为了缓解其后端销售物流压力，特斯拉在中国上海建立特斯拉的第三大超级工厂，特斯拉中国工厂采用了更简化的工艺布局（图6）。

图6 中国上海特斯拉Model 3第三大超级工厂

（1）优化工艺流程，减少过程检验工序，改为工人自检。如减少电泳测试工序数量（一次电泳测试需要10 min，大大降低了整个生产线速率）。对质量的保障除了工人自检外，Model 3总装装配线GA4最后一道工序设有严格的质量保障团队，严格把控产品质量。

（2）全员参与改善，确保生产线连续流动。特斯拉新建的“帐篷”总装线的大部分手工装配流程只有几分钟时间，有时在规定装配时间内会出现缺一些小的装配件或者一些螺钉没拧到位的情况。这种情况下要求工人跳过该工序继续做其他工作，确保产线的连续流动而不是停止等待或延迟操作，因为停止等待或者超时工作会被认为是一种浪费。

为了确保生产速率，特斯拉鼓励员工积极识别问题点并改善，使更多团队参与到针对问题和潜在风险的改善措施制定。这种人人参与改善的工作氛围，也是特斯拉产品质量得到有效保证的关键因素之一。

4 经验与教训

4.1 生产线设计应遵循节拍驱动的连续流动原则

以客户需求确定生产节拍，按照节拍规划产线工位数量、各工位能力及标准在制品数量，无论对大批量生产线或是离散型、复杂度高的制造企业都是如此。能否按客户需求拉动生产，并尽可能减少生产过早或过迟造成的各工序上下游供应不连续及等待浪费的问题，是生产系统能否实现均衡、高效运行的关键。

4.2 提升产量和效率不能单纯寄希望于自动化设备

特斯拉采用的自动化方法没有全部奏效的原因是在规划之初没有充分论证，并不是所有的操作都适合机器人，有些生产要素适合人类完成，有些部分非常适合机器人。比如容易出错的重复动作和搬运重物的工作，更适合工业机器人执行。而对于需要持续学习，柔性要求高的装配如线束之类的装配，更适合人员操作。此外，在快速学习适应生产变化、工作创新、专业问题处理方面，人的能力远远强于机器人。因此，生产线效率提升更应该依靠改变操作人员理念，人人参与，持续改善。