特斯拉超级流水线如何进化的？

特斯拉最重要的产品不是汽车，而是制造汽车的方式。

特斯拉的命运并不乐观。2015年，戴姆勒前董事长评论说，特斯拉连车门都造不好，所以没法和伟大的德国车企比。7年过去了，特斯拉的成就毋庸置疑。它在世界各地拥有四家汽车工厂，每年可生产近200万辆汽车。去年，它售出了93万辆汽车，今年将达到140万辆。去年，特斯拉的毛利率超过30%，远超全球最大车企丰田(19.6%)。它也脱离了蔚来(20.1%)、小鹏(11.5%)和理想(21.3%)这些反对特斯拉的公司。

在这种变化的背后，一个不可观察的转折点发生在2018年春天，特斯拉在其第一家汽车工厂——加州弗里蒙特的工厂——的空地上搭起了一个大帐篷，组装Model 3。当时，特斯拉产能严重不足，无法大规模交付Model 3。这个大帐篷被嘲讽为“蔬菜大棚”，并因违章建筑被罚款2.9万美元。

也是在这个帐篷里，特斯拉锻造了未来超级工厂的雏形。它从一开始就探索出一套不同于传统汽车工业的生产思路和做法。它由一些自主开发的自动化设备、复杂的软件系统和创新的工艺组成。它在生产线中引入了自动驾驶的概念，使装配线和工位能够随着物料、订单等环境的变化而学习和进化。

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以及由此带来的高毛利。特斯拉多年来一直致力于减少汽车零部件，这可以简化生产步骤，缩短生产时间，降低制造成本。2017年交付的Model 3只有1万多个零件，是2012年交付的Model S的三分之一。在特斯拉之前，传统燃油车的零部件数量一般都在3万个以上。

对马斯克制造能力的重要性有清醒的认识。他在特斯拉2017年Q3财报电话会议上说:制造业竞争的本质是制造能力的竞争，也就是工厂的竞争。

本文回顾并拆解了特斯拉工厂的进化史，以及与制造能力提升相对应的产品设计的变化。竞争对手已经在模仿特斯拉工厂的创新:例如，蔚来和小鹏都在引入集成压铸技术，这减少了制造BIW的零件数量，缩短了制造时间。但更重要也是最难模仿的部分是特斯拉思考做这一切的方式。

最难的产品不是汽车，而是制造汽车的工厂。

“最难的不是设计T型车，而是发现像福特流水线一样的造车之道，建造胭脂河工厂。”在2017年的一次财报会议上，马斯克表示，特斯拉将工厂视为一种产品，一种制造机器的机器。

特斯拉的工厂探索始于2010年，当时它从通用和丰田手中收购了加州的弗里蒙特工厂。此后，特斯拉先后建立了内华达电池工厂、上海超级工厂、德国柏林工厂和美国德克萨斯州奥斯汀工厂。

特斯拉工厂进化的关键转折点是2017年至2019年交付Model 3的阶段。这也是特斯拉陷入生产力地狱的时期。

2016年初Model 3发布时，特斯拉计划小规模量产，之后攀升至每周5000辆。然而，飙升的订单使马斯克将Model 3的交付时间从2017年底提前到2017年7月，希望建立一条没有工人的高度自动化的装配线，以提高生产速度。

2018年之前，马斯克想通过购买现成的机械臂、AGV(移动机器人，可以在生产线上运送物料)等设备实现自动化，效果不佳。

在加州的工厂，到2017年夏天，工程师仍在教机器人识别和抓取不同颜色的电线。在内华达电池厂，当把成千上万的电池排列成电池组时，机器人远不如人类准确和快速。特斯拉不得不将几十名工人租借到松下，手工组装电池组。2017年第四季度，特斯拉仅生产了2425辆Model 3s。

Model 3自动化生产更大的困难是Model 3变化频繁。马斯克希望生产线能够及时跟上产品迭代，这意味着生产线应该非常灵活，能够快速适应新的零件和不断变化的工艺。

传统车企的制造方式无法满足要求。在原来的流水线上，每道工序只是重复一个固定的工序。机械臂等自动化设备的目标是快速准确地完成单一步骤，而不是适应变化。

2017年年中，马斯克改变了主意，他开始招募更多的“外行”。曾经在通用智能驾驶的工程师艾伦·芝伦·潘(Allen Chih Lun Pan)当时加入了特斯拉的工厂团队。艾伦当时33岁，来自中国台湾省，他偏爱机器人、自动驾驶等被马斯克称为“物理AI”的领域。与特斯拉当年招聘的有多年汽车生产经验的技术人员相比，当时的潘和一批新进入者都比较年轻，没有生产经验。

这正是马斯克喜欢的。“你脑子里没有汽车工业旧的生产观念。你可以用另一种认知来解决问题。”在招募马斯克·艾伦时，他说。

半年后，马斯克在2018年4月写了一封全员邮件，要求所有与Model 3没有直接关系的R&D人员去工厂帮忙。这个时候，特斯拉开始了一件意义深远的事情，打造GA 4。

GA，总装，也就是流水线。此前，加州工厂有三条装配线，其中GA 3负责生产Model 3。

与前三条生产线不同，GA 4被放置在一个半永久封闭的“大帐篷”里。长期被外界嘲讽为“蔬菜大棚”，是特斯拉产能捉襟见肘的一个证明。

但艾伦告诉《晚汽车》，其实特斯拉正是在GA 4探索了几个超级工厂的基础。

由于马斯克之前的邮件，工厂里聚集了许多与Model 3生产无关的团队。这时，艾伦认识了毕业于密歇根大学的31岁的车辆系统架构师卢卡斯·潘考夫(Lukas Pankau)。2013年加入特斯拉，负责Model X、3、y的电子电气架构设计。

这两位背景和经历不同的工程师开始从系统的角度解决生产问题。艾伦表示，当时特斯拉处于“赛马”状态，不同的团体提出不同的方案。

考虑到Model 3从R&D到量产的时间大大缩短，而当时的生产仍然伴随着产品的频繁迭代，Allen和Lukas决定以物流物资为中心组织生产，并引入了自动驾驶技术的概念。

自动驾驶由感知、决策和控制三部分组成。当一个人开车时，他看到的是道路(感知)，思考的是如何驾驶(决策)，用手和脚控制车辆(控制)。投射到生产上就是感知、学习和自动化。传感方式是在生产线上部署传感器，监控每个工位的状态和相邻工位之间的关系，哪里人多，哪里速度慢；学习就是在收集数据的基础上寻找优化空间，比如整合站点，调整顺序等。自动化是指最后的执行步骤，即向工人、机械臂、AGV等设备发送新的动作，然后监控新的状态，然后学习、执行、螺旋式上升。

该方案的软件载体是MOS(物料作业系统)和MES(制造执行系统)。前者是生产的源头，知道物质情况。后面的人员和设备的调动就是生产的实现。硬件载体是传感器、机械臂、AGV等设备。艾伦在特斯拉前半年的工作是优化AGV和机械臂的智能控制器。他和他的同事一起重写了机械臂的底层软件，修改了特斯拉的控制器和电机，并将其用于从头设计的AGV中。

在2018年5月的小范围测试后，这个方案得到了马斯克的支持，它被称为站控。

站控的一大特色就是帮助特斯拉缩短从R&D到量产的周期。这种加速大规模生产交付的方式类似于软件行业中的“敏捷开发”。在不停车线的情况下，当总装车间某道工序的零件缺失或发生变化时，这个系统可以在几十秒内告诉设备或工人跳过这个环节，然后在后面合适的地方接上，让生产线继续运行。这打破了传统车企对量产车型不能在线上“小步迭代”的认知。

此外，这种方案还可以发现哪些工位可以合并精简，哪些步骤可以改变顺序，有利于提高生产线节拍，减少工位数量，整体节省每道工序后的质检时间，提高制造速度。

生产也因此变成了一个可以学习和进化的整体，而不是一个相对固定的被细分的过程。艾伦表示，在特斯拉2018-2019年快速迭代生产计划期间，GA 4的一些工作站可能会每半天调整一次任务。在传统的汽车厂，生产线一年只能调整一次。

帐篷里的新实验帮助特斯拉走出了生产率地狱。2018年7月1日，马斯克宣布特斯拉已经实现了每周生产5000辆Model 3s的目标。在今年夏天之前，特斯拉裁员4000多人，其中许多人是具有多年传统汽车生产经验的管理人员和R&D人员。特斯拉建立了一个不再依赖他们的生产体系。

GA 4中验证的生产方式在2019年被复制到上海超级工厂，这是特斯拉第一个从零开始设计的汽车工厂。《晚汽车》此前报道称，上海工厂今年7月扩产后，在不扩建工厂的情况下，产能可提升20%以上。得益于零部件的功能整合、数量缩减和生产线的迭代，Model 3的总装步骤已经从2017年的198个减少到2020年上半年的43个。当传统车企要建新厂提高产能，而特斯拉只需要升级生产线的时候，制造效率的竞争就结束了。

同时，上海工厂展现了特斯拉工厂进化的另一条脉络:对提高空间利用效率、缩短物流时间的终极追求。

加州特斯拉工厂的布局遵循传统的汽车工厂:冲压、装配、喷涂、总装。这四个汽车制造环节各自都有独立的工厂分散在工厂周围。在上海工厂，这四道工序全部集成在一个占地80公顷的超大型工厂里，相当于110个标准足球场。车间各环节采用双层或多层结构，上层用于构件制造，下层用于构件运输。不仅追求平面空间效率，更追求立体空间效率。

上海的工厂有100多个道口。运送零件的货柜车进厂时，会直接停在这些路口。集装箱门打开，零件直接从集装箱进入生产线，省去了零件卸货、入库、入库、装车的时间，也省去了一批仓库，集装箱是临时仓库。

基于上海工厂的经验，特斯拉最近两年“生产”了德国柏林工厂和美国得克萨斯州奥斯汀工厂。它们将共同服务于特斯拉未来年产2000万辆汽车的宏伟目标，接近去年中国乘用车总销量(2148万辆)。

回顾特斯拉走出生产力地狱的过程，是不折不扣的胜利。如果放弃让生产线跟随Model 3快速迭代的想法，特斯拉的工厂可以利用更多前辈的遗产更快达标，但它坚持以自己的方式实现卓越。他们没有填补当前的窟窿，而是在积累长期资产，用足够重的研发构筑足够深的护城河。

建立制造能力的努力不仅发生在工厂，也发生在产品设计阶段。2017年，马斯克曾表示，特斯拉的制造能力很大程度上来自于让车辆更容易制造。方法是:零部件少，软件多。

2008年开发Model S时，特斯拉已经在减少汽车零部件，简化制造流程。

一方面，这是新科技产品的命运:在市场上买不到现成的好用又便宜的东西。

此前，福特汽车公司购买橡胶和制造轮胎的高度垂直一体化生产模式已经让位于产业链上更高效的分工。到了80年代，车企承担的主要工序是冲压、焊接、涂装和总装。装配线的起点是来自供应商的成品。车企只需要从“货架”上购买零部件，放在车上就可以了。

但是当特斯拉开发Model S的时候，这种方法并不奏效。特斯拉想要的，供应商满足不了。特斯拉回归垂直整合，自己研发制造更多东西。就像IBM在20世纪40年代开始生产大型计算机一样，从晶体管到冲压部件的一切都是自主开发的。

在设计Model S时，特斯拉为了实现更快的加速，不得不开发一种特殊的保险丝，使车辆能够在短时间内承受住电流的浪涌。特斯拉还将深入参与供应商开发流程。2013年年中，特斯拉发现电池冷却系统的一个组件成本高，成品率低。这是因为两个铝制品需要分别加工焊接才能制造这个部件。后来，特斯拉要求中国的铝铸件供应商徐升通过整体压铸重新制造这一部件，从而消除了焊接过程。

Model在车内嵌入了一个17英寸的触摸屏，将原车的空调调节和娱乐设备调节功能集成在一个屏幕上。除了应急灯等法律要求必须保留的物理开关，其他几十个按钮都被取消了。

当工程师们想在Model S的方向盘外再设置一个灯开关时，马斯克感到很愤怒:“他们竟然想弄一个该死的开关，并编写软件来解决它。天黑时，灯自动打开。就这么简单。”

Model S之后的一款车型是2012年研发的SUV Model X。它不属于“容易制造”的汽车。采用鹰翼门设计的Model X更像是一件艺术品，制造难度极高。在Q1 2017年的财报电话会议上，马斯克承认，特斯拉在Model X上最大的错误是设计了太多复杂的功能。

之后，第一款肩负量产目标的特斯拉车型是2015年研发的Model 3。

Model 3的零件进一步减少。车主坐在Model S里，除了中控面板，还能看到仪表盘。Model 3完全去掉了仪表盘，将所有控制和包括车速在内的车辆状态显示放在中控屏幕上。

Model 3上有一个“超级水壶”，负责电池、电机、空调三个系统的冷却。与Model 3同年上市、售价同样为35000美元的雪佛兰Bolt EV用三个独立的水壶实现了上述功能。

在Model S和X的基础上，Model 3更整体的变化是电子电气架构的集中化，使用更少的ECU(电子控制单元)和更短的线束。

在传统汽车中，灯光、空调等功能需要由单独的ECU来控制，并且需要线束来连接这些ECU。Model 3之前的车一般有80个ECU左右，线束可以长达几公里。比如2019年上市的大众新高尔夫，有70个ECU，背后有200多家供应商；奥迪A8线束长度超过6km。

Model 3用一个集成的计算模块和三个车身控制模块取代了其他汽车中的大量ECU控制器。每个模块负责附近区域多个ECU的数据处理，从而用更少的ECU、更少的芯片、更短的线束实现相同甚至更多的功能。

最终Model 3的ECU从过去的几十个车减少到十几个，零件总数从Model S的三万多个减少到一万多个，线束长度在Model S的基础上减少了一半，只有1.5km..

电子架构的集中化需要强大的软件能力。在传统车企，ECU软件是供应商写的。减少特斯拉ECU的数量，意味着重新开发可以控制多种功能的软件，依靠软件来保证用更少的硬件实现同样的功能。特斯拉的硬件和软件能力使其较少依赖供应链。在芯片短缺的时候，传统车企的工程师在等待供应商交付芯片，而特斯拉的工程师则在重写代码，用通用芯片替代短缺的芯片。

Model Y的大部分电子和电气架构设计延续了Model 3。其进步在于集成压铸、CTC(电芯到底盘)、4680电池等新技术的结合。，提高了车身和三电动力总成的制造和装配效率。

据《连线》杂志报道，Model Y上采用的一体压铸技术的灵感来自马斯克办公桌上的一辆锌合金玩具车。英国玩具厂在20世纪50年代通过压铸制造了这种玩具车。工人将模具放入浇铸机，舀一勺熔化的锌合金，注入机器。几秒钟就能做出一辆玩具车，一台浇铸机，每天能做出7000辆。

马斯克想以这种制造玩具车的方式来制造汽车，这需要找到合适的材料和设备。

2016年，马斯克创办的Space X聘请了来自苹果的合金专家查尔斯·科曼(Charles Koymen)负责Space X的材料工程团队，他是MacBook金属外壳的设计师。两年后，科曼开发出一种适合高强度压铸的铝合金材料，Space X将这种技术转让给了特斯拉。

利用特殊的金属材料，特斯拉在2019年找到了香港力劲集团，该集团建造了世界上第一台合模力为6000吨(压铸机对模具施加的锁紧力)的压铸机。

2020年6月，特斯拉拆除了加州工厂的一个备用车间，建造了一个拱形金属车间。两个月后，一台长19.5米、高5.3米、重410吨的压铸机在这里竖立起来。

将熔化的铝合金倒入这台压铸机，90秒后，一台全新的Model Y后底板就下线了。后车底原有的700-800个焊接点减少到50个，70个零件大幅减少到两个。BIW的制造时间从传统工艺(将各种钣金零件焊接到汽车钢架上)的1-2小时缩短到3-5分钟。

接下来，特斯拉计划将由370个零件组成的整个下车身总成更换为2-3个大型压铸件，这将使整车重量减轻10%，整车续航里程增加14%。

除了一体压铸，特斯拉在研发电池技术时也尽量减少零件数量。

动力电池原来的生产工艺是把电池模块打包放在车上，而特斯拉是把电池模块直接集成到底盘上，这就是CTC技术。这一改进的灵感来自飞机机翼的油箱。“机翼就是油箱，而不是在机翼里再塞一个油箱。”马斯克说。

采用CTC技术后，Model Y减少了370个零件，降低了30%的下体总成重量，降低了40%的制造成本。

其他车企都在模仿特斯拉的动作，但很难模仿它的思维方式。

特斯拉是一家CEO个人意愿很强的公司。马斯克的思维方式决定了特斯拉提高制造能力和解决其他问题的方法。

马斯克奉行第一性原理(first-principles)原则，解决问题时将事情分解成基本元素，从零开始寻找最佳解决方案，不轻易相信已有的做法。特斯拉的员工手册第一句话就是:我们是特斯拉，我们正在改变世界，我们愿意重新思考一切。

特斯拉创业初期，投资人认为锂电池成本太高。当时锂电池每千瓦时的价格是600美元，一辆70千瓦时的电动汽车成本高达42000美元。马斯克的思路是将锂电池拆解成锂、钴、镍等金属材料，得到锂电池每千瓦时所需材料的价格，82美元。他认为，原则上可以通过量产降低锂电池的成本。2010年后，锂电池成本每年下降10%左右，2022年锂电池每千瓦时价格约为170美元。

再比如2012年特斯拉造大电流保险丝的时候，工程师认为现有的技术做不出来，但是马斯克认为只要保险丝的设计不超过材料的物理极限，就可以做出来。特斯拉终于设计并制造出了这种引信。

尝试快速失败，重复这个过程，是硅谷软件业的方法论。马斯克把这个想法带到了特斯拉。

稍后告诉艾伦汽车，特斯拉有一套“333”工作机制。当一个工程师有了一个新的想法或者遇到了一个难题，他有三天的时间去思考，三天的时间去收集解决问题所需的材料，三天的时间去制作样品或者论证想法的可行性。之后，特斯拉会给工程师10- 90天的时间将想法变成Demo(原型)，然后一步一步迭代。

在特斯拉，技术研发的失败并不是真正的失败。一名特斯拉工程师表示，当R&D的工作人员问马斯克要交付什么时，马斯克会说，“我不在乎你能不能成功，重要的是完整记录R&D的过程。”

特斯拉在早期开发Model S的时候设计了一个可以给汽车充电的蛇形机器人，但是打开机器人充电盖的效率太低了。这个废弃的方案后来被用在了特斯拉工厂无人叉车的末端，让叉车在取货盘和物料时更加灵活。与此同时，马斯克运营着多家高科技公司，技术会在这些公司之间循环。如果一项技术在特斯拉失败了，也可能应用在其他方向。

很多车企都在模仿特斯拉的动作。大众等车企开始重视软件能力，发布了类似特斯拉的中央集成电子电气架构。沃尔沃、小鹏和蔚来宣布，他们将在2025年前使用整体压铸技术。他与艾伦·卢卡斯(Allen Lukas)一起于去年在北京创立了Industrial Next(英达电视)，计划改进和升级已经在特斯拉得到验证的生产线技术，并推广到其他车企。他们看到了中国车企学习特斯拉软件定义制造的需求。

马斯克不会安于现状。即使问题似乎已经解决，特斯拉也在考虑其他解决问题的方法，例如，探索整体压铸以外的一体式车身成型方案。更好的一体成型方案也可能在未来用于制造Space X火箭。

通过改造工厂，改造汽车，把工厂打磨成产品，特斯拉从一个量产汽车的门外汉变成了新一代制造方式的引领者。特斯拉最重要的产品不是汽车，而是制造汽车的方法和发明这种方法的能力。