特斯拉超级流水线进化史

特斯拉的命运曾不被看好。戴姆勒前董事长2015年时评价特斯拉连车门都造不好，无法与德国的伟大汽车公司相提并论。七年后，特斯拉的成就已无可争辩。它在全球拥有4家汽车工厂，每年能生产近200万辆汽车，去年卖出了93万辆汽车，今年要冲击140万销量。特斯拉去年的整车毛利率超过30%，远超全球销量最大的车企丰田（19.6%），也甩开了对标特斯拉的蔚来（20.1%）、小鹏（11.5%）和理想（21.3%）。

这种变化背后，一个不易被观察的转折点发生在2018年春天，特斯拉在它的第一座汽车工厂，加州弗里蒙特工厂的空地上搭建起了一个大帐篷来组装Model 3。彼时特斯拉正陷入无法大规模交付Model 3的产能地狱中。这个大帐篷被嘲笑为“蔬菜大棚”，还因违建被罚了2.9万美元。

也正是在该帐篷中，特斯拉锻造了日后超级工厂的雏形。它从头探索了一套不同于传统汽车业的生产思路和实践，由一些自研的自动化设备、复杂的软件系统和创新的工艺构成。它在产线中引入自动驾驶的理念，让流水线和工位能随物料、订单等环境变化而学习、进化。

对生产效率和能力的极致追求也解释了特斯拉独特的产品设计和由此带来的高毛利。特斯拉多年来致力于减少汽车零部件，这能精简生产步骤、缩短生产时间、降低制造成本。2017年开始交付的Model 3只有1万多个零部件，是2012年交付的Model S的三分之一。特斯拉之前，传统燃油车的零部件数量一般在3万个以上。

马斯克对制造能力的重要性有清楚认识。他在特斯拉2017年三季度的财报电话会上说：制造业竞争的本质就是制造能力的竞争，即工厂的竞争。

这篇文章回顾和拆解了特斯拉工厂进化的历史，和与提升制造能力对应的产品设计的变化。竞争对手已在模仿特斯拉工厂中的创新成果：比如蔚来和小鹏都在引入一体压铸工艺，减少制造白车身的零部件、缩短制造时间。但更重要，也更难被模仿的部分，是特斯拉做到这一切的思考方式。

最难的产品不是车，而是制造车的工厂

“最难的不是设计出Model T，而是发现福特流水线那样的造车方式并建造胭脂河工厂。”在2017年的一次财报会上，马斯克说，特斯拉把工厂视作一种产品，一种制造机器的机器。

特斯拉的工厂探索，始于2010年从通用和丰田手中买下加州弗里蒙特工厂，此后特斯拉陆续建立了内华达电池工厂、上海超级工厂、德国柏林工厂与美国得州奥斯汀工厂。

在特斯拉的工厂进化之路中，关键的转折点是2017年到2019年交付Model 3的阶段。这也是特斯拉陷入产能地狱的时期。

2016年初Model 3发布时，特斯拉本计划先小规模量产，再爬坡至每周生产5000台。但暴涨的订单使马斯克将Model 3的交付时间从2017年底提前到了2017年7月，寄希望于建造一条高度自动化、不使用工人的流水线，以提升生产速度。

在2018年之前，马斯克想通过采购现成的机械臂、AGV（移动机器人，可在产线中运送物料）等设备实现自动化，结果效果糟糕。

在加州工厂，到2017年夏天工程师们还在教机器人识别和抓取不同颜色的电线。在内华达电池工厂，机器人在把数千节电池排到电池包里时，精度、速度远不如人类。特斯拉不得不向松下借调数十名工人来手动组装电池包。2017年四季度，特斯拉只生产了2425辆Model 3。

自动化生产Model 3的更大难点是Model 3改动频繁，马斯克希望产线也能及时跟上产品迭代，这意味着产线要非常灵活，能快速适应新的零部件和变动的流程。

传统车企的制造方式无法达到要求。在原本的流水线中，每个流程只重复一个固定工艺，机械臂等自动化设备的目标是快速、精准地完成单一步骤，而不是适应变化。

2017年中，马斯克换了一种思路，他开始招募更多“外行”。曾在通用做智能驾驶的工程师Allen Chih Lun Pan在那时加入了特斯拉的工厂团队。Allen当时33岁，来自中国台湾，偏爱机器人、自动驾驶等被马斯克称为“真实世界AI”（Physical AI）的领域。相比特斯拉过去招募的有多年汽车生产经验的技术人员，Allen和当时一批新加入者年轻、没有生产经验。

这正是马斯克看中的。“你脑子里没有汽车业陈旧的生产理念，你可以用另一种认知解决问题。”马斯克招募Allen时曾说。

半年后，马斯克在2018年4月写了封全员邮件，让所有与Model 3没有直接关系的研发人员都去工厂帮忙。特斯拉此时开始一件影响深远的事，建造GA4。

GA，General Assembly，即总装产线。此前，加州工厂一共有三条总装产线，其中GA3负责生产Model 3。

与前三条产线不同，GA4被安置在一个半永久的封闭“大帐篷”里。它长久以来被外界嘲笑为“蔬菜大棚”，是特斯拉生产能力捉襟见肘的证明。

但Allen告诉《财经》记者，其实正是在GA4里，特斯拉探索出了之后多个超级工厂的基础。

由于马斯克之前的邮件，不少本来和Model 3生产没关系的团队都聚到了工厂。Allen此时认识了Lukas Pankau，一位毕业于美国密歇根大学的31岁整车系统架构师，他于2013年加入特斯拉，负责Model X、3、Y的电子电气架构设计。

这两位背景、经验迥异的工程师开始从系统角度解决生产问题。Allen称，当时特斯拉内部是一个“赛马”的状态，有不同小组提不同的方案。

考虑到Model 3的研发到量产的时间被大幅缩短，当时的生产仍伴随着产品的频繁迭代，Allen和Lukas决定以物流物料为中心组织生产，并引入了自动驾驶技术理念。

自动驾驶由感知、决策、控制三部分组成，对应人开车时，眼看路（感知）、脑子思考怎么开（决策）、手脚操控车辆（控制）。投射到生产上，是感知、学习、自动化。感知的方法是在产线上部署传感器，监测各工站状态，以及相邻工站间的关系，哪里人员拥挤、哪里速度慢;学习则是在收集到的数据的基础上寻找优化空间，比如整合工站、调整顺序等;自动化是指最后的执行环节，即把新动作发送给工人和机械臂、AGV等设备，然后再监测新的状态，再学习、执行，螺旋提升。

这套方案的软件载体是MOS（Material Operation System，物流物料管理系统）和MES（Manufacturing Execution System，生产执行系统），前者掌握物料情况，是生产的源头;后者调动人员和设备，是生产的实现。硬件载体是传感器和机械臂、AGV等设备。Allen在特斯拉最初半年的工作就是优化AGV和机械臂的智能控制器。他和同事一起改写了机械臂的底层软件，改装了特斯拉汽车中的控制器、电机，将它们用到了从头设计的AGV里。

在2018年5月的小规模测试后，这一方案得到了马斯克的支持，它被称为Station Control（工站控制）。

Station Control的一大特点是帮助特斯拉缩短研发车型到量产之间的周期。这种加快量产交付的方式与软件业的“敏捷开发”类似。在不停线的情况下，当总装车间某一流程的零部件缺失或变化时，这套系统可在数10秒内告诉设备或工人跳过这个环节，在后面合适的地方再接入，产线可继续运转。这打破了传统车企认为量产车型无法在线“小步迭代”的认知。

此外，这套方案也能发现哪些工站可被合并、精简，哪些步骤可变换顺序，这有利于提升产线节拍，减少工位数量，整体节省各工序后的质检时间，提升制造速度。

产线由此成为了一个可以学习、进化的整体，而不是被精细分工的相对固定的流程。Allen称，2018年-2019年特斯拉快速迭代生产计划时，GA4的部分工站可能每半天就会调整一次任务。传统汽车工厂中，产线每年只能集中大调一次。

大帐篷里的新实验，帮助特斯拉走出了产能地狱。2018年7月1日，马斯克宣布，特斯拉实现了每周生产5000辆Model 3的目标。这年夏天之前，特斯拉陆续裁掉了4000多人，其中不少是有多年传统汽车生产经验的管理和研发人员。特斯拉建立了一套不再依赖他们的生产体系。

GA4中被验证的生产方式于2019年被复制到了上海超级工厂，这是特斯拉第一个从0开始设计的汽车工厂。《财经》此前报道，在今年7月扩产后，上海工厂可在不扩建厂房的情况下，将产能提升20%以上。得益于零部件功能集成、数量减少和产线迭代，Model 3的总装步骤从2017年的198个减少到了2020年上半年的43个。当传统车企要新建工厂以增加产能，而特斯拉只需升级产线时，制造效率的竞争就结束了。

上海工厂同时展现了特斯拉工厂进化的另一脉络：对提升空间利用效率、压缩物流时间的极致追求。

特斯拉加州工厂的布局沿用传统汽车工厂：冲压、装配、喷涂、总装，这四大汽车制造环节各自拥有独立厂房，分散在厂区四处。而在上海工厂，这四大流程被全部整合到一个占地80公顷的超大厂房里，面积相当于110个标准足球场。厂房中各环节都采用双层或多层结构，上层做组件制造，下层做组件运输。不仅追求平面空间效率，还追求立体空间效率。

上海工厂设有一百多个道口，当运输零部件的集装箱货车驶进工厂后，会直接停到这些道口，集装箱门打开，零部件直接从集装箱进入产线，省去了卸货、零部件入库、出库、上产线的时间，也省去了一批库房，集装箱就是临时库房。

基于上海工厂的经验，特斯拉又在最近两年“生产”了德国柏林工厂和美国得州奥斯汀工厂。它们将共同服务特斯拉未来年产2000万台汽车的宏伟目标，这个数字接近中国去年的乘用车总销量（2148万辆）。

回顾特斯拉走出产能地狱的过程，是一场没有妥协的胜利。如果放弃让产线跟随Model 3快速迭代的想法，特斯拉的工厂能利用更多前人遗产更快达标，但它坚持用自己的方式做到了卓越。他们不是在填补当下的窟窿，而是在积淀长期资产，用足够重的研发，筑起了足够深的护城河。

更容易制造的汽车

打造制造能力的努力不仅发生在工厂内部，也发生在产品设计阶段。2017年时马斯克曾说，特斯拉的制造能力，很大程度来源于让车辆更容易制造。实现方法是：更少的零部件与更多的软件。

在2008年开始开发Model S时，特斯拉已在减少汽车零部件、简化制造工艺。

这一方面是新技术产品的宿命：你无法从市场上买到现成的好用、便宜的东西。

这之前，福特汽车时期那种自己买橡胶、造轮胎的高度垂直整合生产模式，已让位于更高效的产业链分工。到20世纪80年代，车企承担的主要工序固定为冲压、焊接、涂装和总装。流水线开端是来自供应商的制成品，车企只需从“货架上”买零部件再放进车里即可。

但当特斯拉开发Model S时，这种方式行不通了。特斯拉想要的，供应商无法满足。特斯拉重回垂直整合，自己开发、制造更多东西。就像IBM在20世纪40年代开始生产大型计算机时，从晶体管到打孔部件，都自研自产。

在设计Model S时，特斯拉为实现更快的加速功能，不得不自研特制的保险丝，以使车辆能承受短时间内激增的电流。特斯拉也会更深的参与供应商的开发过程。2013年中，特斯拉发现电池冷却系统的一个零部件成本高、良率低，这是因为制造这个零部件需要分别加工焊接两个铝制品。特斯拉后来要求中国铸铝件供应商旭升股份通过一体压铸方式重新制造这个零部件，省去焊接过程。

减少零部件同时是马斯克的主观意愿。

Model S在车内嵌入了一个17英寸的触摸屏，将原本汽车中的空调调节、车内娱乐设备调节等功能集成到一个屏幕中。除了应急灯等法律要求保留的实体开关，其他数十个按钮都被淘汰。

当工程师们想在Model S的方向盘外再设置一个车灯开关时，马斯克感到愤怒：“他们竟然想弄个该死的开关，写软件解决，天黑时车灯自动打开，就这么简单。”

Model S之后的一款车型，是2012年开始研发的SUVModel X，它不在“容易制造”的汽车之列。采用鹰翼门设计的Model X更像一个艺术品，制造难度极大。2017年一季度的财报电话会上，马斯克承认特斯拉在Model X上犯的最大错误就是设计了太多复杂功能。