本文來自微信公眾號：晚點AUTO（ID：gh_30ebd85b0f58），作者：李梓楠，編輯：程曼祺，題圖來自：視覺中國
特斯拉的命運曾不被看好。戴姆勒前董事長 2015 年時評價特斯拉連車門都造不好，無法與德國的偉大汽車公司相提並論。7 年後，特斯拉的成就已無可爭辯。它在全球擁有 4 家汽車工廠，每年能生產近 200 萬輛汽車，去年賣出了 93 萬輛汽車，今年要衝擊 140 萬銷量。特斯拉去年的整車毛利率超過 30%，遠超全球銷量最大的車企豐田（19.6 %）， 也甩開了對標特斯拉的蔚來（20.1%）、小鵬（11.5%）和理想（21.3%）。
這種變化背後，一個不易被觀察的轉折點發生在 2018 年春天，特斯拉在它的第一座汽車工廠，加州弗裏蒙特工廠的空地上搭建起了一個大帳篷來組裝 Model 3。彼時特斯拉正陷入無法大規模交付 Model 3 的產能地獄中。這個大帳篷被嘲笑為 “蔬菜大棚”，還因違建被罰了 2.9 萬美元。
也正是在這個帳篷中，特斯拉鍛造了日後超級工廠的雛形。它從頭探索了一套不同於傳統汽車業的生產思路和實踐，它由一些自研的自動化設備、複雜的軟件系統和創新的工藝構成。它在產線中引入了自動駕駛的理念，讓流水線和工位能隨物料、訂單等環境變化而學習、進化。
對生產效率和能力的極致追求也解釋了特斯拉獨特的產品設計和由此帶來的高毛利。特斯拉多年來致力於減少汽車零部件，這能精簡生產步驟、縮短生產時間、降低製造成本。2017 年開始交付的 Model 3 只有 1 萬多個零部件，是 2012 年交付的 Model S 的三分之一。特斯拉之前，傳統燃油車的零部件數量一般在 3 萬個以上。
馬斯克對製造能力的重要性有清楚認識。他在特斯拉 2017 年 Q3 的財報電話會上説：製造業競爭的本質就是製造能力的競爭，即工廠的競爭。
這篇文章回顧和拆解了特斯拉工廠進化的歷史，和與提升製造能力對應的產品設計的變化。競爭對手已在模仿特斯拉工廠中的創新成果：比如蔚來和小鵬都在引入一體壓鑄工藝，減少製造白車身的零部件、縮短製造時間。但更重要、也更難被模仿的部分，是特斯拉做到這一切的思考方式。
最難的產品不是車，而是製造車的工廠
“最難的不是設計出 Model T，而是發現福特流水線那樣的造車方式並建造胭脂河工廠。” 在 2017 年的一次財報會上，馬斯克説，特斯拉把工廠視作一種產品，一種製造機器的機器。
特斯拉的工廠探索，始於 2010 年從通用和豐田手中買下加州弗裏蒙特工廠，此後特斯拉陸續建立了內華達電池工廠、上海超級工廠、德國柏林工廠與美國得州奧斯汀工廠。
在特斯拉的工廠進化之路中，關鍵的轉折點是 2017 年到 2019 年交付 Model 3 的階段。這也是特斯拉陷入產能地獄的時期。
2016 年初 Model 3 發佈時，特斯拉本計劃先小規模量產，再爬坡至每週生產 5000 台。但暴漲的訂單使馬斯克將 Model 3 的交付時間從 2017 年底提前到了 2017 年 7 月，寄希望於建造一條高度自動化、不使用工人的流水線，以提升生產速度。
在 2018 年之前，馬斯克想通過採購現成的機械臂、AGV（移動機器人，可在產線中運送物料）等設備實現自動化，效果糟糕。
在加州工廠，到 2017 年夏天工程師們還在教機器人識別和抓取不同顏色的電線。在內華達電池工廠，機器人在把數千節電池排到電池包裏時，精度、速度遠不如人類。特斯拉不得不向松下借調了數十名工人來手動組裝電池包。2017 年第四季度，特斯拉只生產了 2425 輛 Model 3。
自動化生產 Model 3 的更大難點是 Model 3 改動頻繁，馬斯克希望產線也能及時跟上產品迭代，這意味着產線要非常靈活，能快速適應新的零部件和變動的流程。
傳統車企的製造方式無法達到要求。在原本的流水線中，每個流程只重複一個固定工藝，機械臂等自動化設備的目標是快速、精準地完成單一步驟，而不是適應變化。
2017 年中，馬斯克換了一種思路，他開始招募更多 “外行”。曾在通用做智能駕駛的工程師 Allen Chih Lun Pan 在那時加入了特斯拉的工廠團隊。Allen 當時 33 歲，來自中國台灣，偏愛機器人、自動駕駛等被馬斯克稱為 “真實世界 AI”（Physical AI）的領域。相比特斯拉過去招募的有多年汽車生產經驗的技術人員，Pan 和當時一批新加入者年輕、沒有生產經驗。
這正是馬斯克看中的。“你腦子裏沒有汽車業陳舊的生產理念，你可以用另一種認知解決問題。” 馬斯克招募 Allen 時曾説。
半年後，馬斯克在 2018 年 4 月寫了一封全員郵件，讓所有與 Model 3 沒有直接關係的研發人員都去工廠幫忙。特斯拉此時開始一件影響深遠的事，建造 GA 4。
GA，General Assembly，即總裝產線。此前，加州工廠一共有 3 條總裝產線，其中 GA 3 負責生產 Model 3。
與前三條產線不同，GA 4 被安置在一個半永久的封閉 “大帳篷” 裏。它長久以來被外界嘲笑為 “蔬菜大棚”，是特斯拉生產能力捉襟見肘的證明。
圖：特斯拉加州工廠 GA 4 的俯瞰圖（上）和內部（下）
但 Allen 告訴《晚點 Auto》，其實正是在 GA 4 裏，特斯拉探索出了之後多個超級工廠的基礎。
由於馬斯克之前的那封郵件，不少本來和 Model 3 生產沒關係的團隊都聚到了工廠。Allen 此時認識了 Lukas Pankau，一位畢業於美國密歇根大學的 31 歲整車系統架構師，他於 2013 年加入特斯拉，負責 Model X、3、Y 的電子電氣架構設計。
這兩位背景、經驗迥異的工程師開始從系統角度解決生產問題。Allen 稱，當時特斯拉內部是一個 “賽馬” 的狀態，有不同小組提不同的方案。
考慮到 Model 3 的研發到量產的時間被大幅縮短，當時的生產仍伴隨着產品的頻繁迭代，Allen 和 Lukas 決定以物流物料為中心組織生產，並引入了自動駕駛技術理念。
自動駕駛由感知、決策、控制 3 部分組成，對應人開車時，眼看路（感知）、腦子思考怎麼開（決策）、手腳操控車輛（控制）。投射到生產上，是感知、學習、自動化。感知的方法是在產線上部署傳感器，監測各工站狀態，以及相鄰工站間的關係，哪裏人員擁擠、哪裏速度慢；學習則是在收集到的數據的基礎上尋找優化空間，比如整合工站、調整順序等；自動化是指最後的執行環節，即把新動作發送給工人和機械臂、AGV 等設備，然後再監測新的狀態，再學習、執行，螺旋提升。
這套方案的軟件載體是 MOS（Material Operation System，物流物料管理系統）和 MES（Manufacturing Execution System，生產執行系統），前者掌握物料情況，是生產的源頭；後者調動人員和設備，是生產的實現。硬件載體是傳感器和機械臂、AGV 等設備。Allen 在特斯拉最初半年的工作就是優化 AGV 和機械臂的智能控制器。他和同事一起改寫了機械臂的底層軟件，改裝了特斯拉汽車中的控制器、電機，將它們用到了從頭設計的 AGV 裏。
在 2018 年 5 月的小規模測試後，這一方案得到了馬斯克的支持，它被稱為 Station Control （工站控制）。
Station Control 的一大特點是幫助特斯拉縮短研發車型到量產之間的週期。這種加快量產交付的方式與軟件業的“敏捷開發”類似。在不停線的情況下，當總裝車間某一流程的零部件缺失或變化時，這套系統可在數十秒內告訴設備或工人跳過這個環節，在後面合適的地方再接入，產線可繼續運轉。這打破了傳統車企認為量產車型無法在線 “小步迭代” 的認知。
此外，這套方案也能發現哪些工站可被合併、精簡，哪些步驟可變換順序，這有利於提升產線節拍，減少工位數量，整體節省各工序後的質檢時間，提升製造速度。
產線由此成為了一個可以學習、進化的整體，而不是被精細分工的相對固定的流程。Allen 稱，2018-2019 年特斯拉快速迭代生產計劃時， GA 4 的部分工站可能每半天就會調整一次任務。傳統汽車工廠中，產線每年只能集中大調一次。
大帳篷裏的新實驗，幫助特斯拉走出了產能地獄。2018 年 7 月 1 日，馬斯克宣佈，特斯拉實現了每週生產 5000 輛 Model 3 的目標。這年夏天之前，特斯拉陸續裁掉了 4000 多人，其中不少是有多年傳統汽車生產經驗的管理和研發人員。特斯拉建立了一套不再依賴他們的生產體系。
GA 4 中被驗證的生產方式於 2019 年被複制到了上海超級工廠，這是特斯拉第一個從 0 開始設計的汽車工廠。《晚點 Auto》此前報道，在今年 7 月擴產後，上海工廠可在不擴建廠房的情況下，將產能提升 20% 以上。得益於零部件功能集成、數量減少和產線迭代，Model 3 的總裝步驟從 2017 年的 198 個減少到了 2020 年上半年的 43 個。當傳統車企要新建工廠以增加產能，而特斯拉只需升級產線時，製造效率的競爭就結束了。
上海工廠同時展現了特斯拉工廠進化的另一脈絡：對提升空間利用效率、壓縮物流時間的極致追求。
特斯拉加州工廠的佈局沿用傳統汽車工廠：衝壓、裝配、噴塗、總裝，這四大汽車製造環節各自擁有獨立廠房，分散在廠區四處。而在上海工廠，這四大流程被全部整合到了一個佔地 80 公頃的超大廠房裏，面積相當於 110 個標準足球場。廠房中各環節都採用雙層或多層結構，上層做組件製造，下層做組件運輸。不僅追求平面空間效率，還追求立體空間效率。
圖：加州工廠平面圖（上）和為得州工廠平面圖（下）
上海工廠設有一百多個道口，當運輸零部件的集裝箱貨車駛進工廠後，會直接停到這些道口，集裝箱門打開，零部件直接從集裝箱進入產線，省去了卸貨、零部件入庫、出庫、上產線的時間，也省去了一批庫房，集裝箱就是臨時庫房。
基於上海工廠的經驗，特斯拉又在最近兩年 “生產” 了德國柏林工廠和美國得州奧斯汀工廠。它們將共同服務特斯拉未來年產 2000 萬台汽車的宏偉目標，這個數字接近中國去年的乘用車總銷量（2148 萬）。
回顧特斯拉走出產能地獄的過程，是一場沒有妥協的勝利。如果放棄讓產線跟隨 Model 3 快速迭代的想法，特斯拉的工廠能利用更多前人遺產更快達標，但它堅持用自己的方式做到了卓越。他們不是在填補當下的窟窿，而是在積澱長期資產，用足夠重的研發，築起了足夠深的護城河。
更容易製造的汽車
打造製造能力的努力不僅發生在工廠內部，也發生在產品設計階段。2017 年時馬斯克曾説，特斯拉的製造能力，很大程度來源於讓車輛更容易製造。實現方法是：更少的零部件與更多的軟件。
在 2008 年開始開發 Model S 時，特斯拉已在減少汽車零部件、簡化製造工藝。
這一方面是新技術產品的宿命：你無法從市場上買到現成的好用、便宜的東西。
這之前，福特汽車時期那種自己買橡膠、造輪胎的高度垂直整合生產模式，已讓位於更高效的產業鏈分工。到 1980 年代，車企承擔的主要工序固定為衝壓、焊接、塗裝和總裝。流水線開端是來自供應商的製成品，車企只需從 “貨架上” 買零部件再放進車裏即可。
但當特斯拉開發 Model S 時，這種方式行不通了。特斯拉想要的，供應商無法滿足。特斯拉重回垂直整合，自己開發、製造更多東西。就像 IBM 在 1940 年代開始生產大型計算機時，從晶體管到打孔部件，都自研自產。
在設計 Model S 時，特斯拉為實現更快的加速功能，不得不自研特製的保險絲，以使車輛能承受短時間內激增的電流。特斯拉也會更深的參與供應商的開發過程。2013 年中，特斯拉發現電池冷卻系統的一個零部件成本高、良率低，這是因為製造這個零部件需要分別加工焊接兩個鋁製品。特斯拉後來要求中國鑄鋁件供應商旭升股份通過一體壓鑄方式重新制造這個零部件，省去焊接過程。
減少零部件同時是馬斯克的主觀意願。
Model S 在車內嵌入了一個 17 英寸的觸摸屏，將原本汽車中的空調調節、車內娛樂設備調節等功能集成到一個屏幕中。除了應急燈等法律要求保留的實體開關，其他數十個按鈕都被淘汰。
當工程師們想在 Model S 的方向盤外再設置一個車燈開關時，馬斯克感到憤怒：“他們竟然想弄個該死的開關，寫軟件解決，天黑時車燈自動打開，就這麼簡單。”
Model S 之後的一款車型，是 2012 年開始研發的 SUV Model X，它不在 “容易製造” 的汽車之列。採用鷹翼門設計的 Model X 更像一個藝術品，製造難度極大。2017 年 Q1 的財報電話會上，馬斯克承認特斯拉在 Model X 上犯的最大錯誤就是設計了太多複雜功能。
這之後，第一款肩負起大規模量產目標的特斯拉車型是 2015 年開始研發的 Model 3。
Model 3 的零部件進一步減少。當車主坐到 Model S 中時，除了中控屏外，他們依然可以看到儀表盤。而 Model 3 徹底去掉了儀表盤，把所有控制和包括車速在內的汽車狀態顯示都放到了中控屏上。
Model 3 上有一個 “超級水壺”，同時負責電池、電機和空調三個系統的冷卻。而與 Model 3 同一年上市、初始售價同為 3.5 萬美元的雪弗蘭 Bolt EV 則是用三個分開的水壺實現了上述功能。
在 Model S 和 X 的基礎上，Model 3 更整體性的變化是電子電器架構的集中化，它使用了更少的 ECU（電子控制單元）和更短的線束。
一輛傳統汽車上，開燈、空調等功能都需單獨的 ECU 來控制，同時需要用線束來連接這些 ECU。Model 3 之前的汽車，一般有約 80 個 ECU，線束可長達數公里。如 2019 年上市的大眾新高爾夫有 70 個 ECU，背後是超過兩百個供應商；奧迪 A8 的線束長度超過 6 公里。
Model 3 將其他汽車上數量眾多的 ECU 控制器替換成了 1 個集成式的計算模塊和三個車身控制模塊。每一模塊負責附近區域的多個 ECU 的數據處理工作，這樣能用更少的 ECU、更少的芯片和更短的線束實現同樣甚至更多的功能。
最終，Model 3 的 ECU 從過去汽車上的數十個減少到了十多個，零部件總數從 Model S 時的超過 3 萬個減少到 1 萬多個，線束長度則在 Model S 基礎上又少了一半，只有 1.5 公里。
電子電氣架構的集中化需要很強的軟件能力，在傳統車企中，ECU 的軟件都由供應商編寫。特斯拉減少 ECU 數量意味着要重新開發能控制多個功能的軟件，靠軟件確保讓更少的硬件實現同樣的功能。特斯拉的軟硬件能力讓它減少了對供應鏈的依賴。在芯片荒的時候，傳統車企的工程師在等供應商把芯片送過來，而特斯拉的工程師在重寫代碼，用通用芯片替代短缺的芯片。
Model Y 的電子電氣架構設計大部分延用了 Model 3。它的進步在於，採用一體壓鑄、CTC（ Cell to Chassis，將電芯直接集成到底盤）、4680 電池等新技術組合，提升了車身和三電動力總成的製造與組裝效率。
據《連線雜誌》報道，在 Model Y 上採用的一體壓鑄技術的靈感，來自馬斯克辦公桌上的一輛鋅合金玩具車。英國玩具廠在 1950 年代就用壓鑄方式製造這種玩具車，工人把模具裝進鑄造機，舀一勺溶化的鋅合金注入機器，幾秒鐘就能造出一輛玩具車，一台鑄造機，每天能造 7000 輛。
馬斯克想用這種造玩具車的方式造車，這需要找到合適的材料與設備。
2016 年，馬斯克創立的 Space X 挖來了蘋果的合金專家查爾斯 · 柯伊曼負責 Space X 的材料工程團隊，他是 MacBook 金屬外殼的設計者。兩年後，柯伊曼研發出了適合高強度壓鑄的鋁合金材料，Space X 將這項技術轉讓給了特斯拉。
有了專用金屬材料後，特斯拉在 2019 年找到香港力勁集團，後者造出了世界首台擁有 6000 噸鎖模力（壓鑄機施加給模具的鎖緊力）的壓鑄機。
2020 年 6 月，特斯拉拆掉加州工廠的一個備用車間，造了一個拱形金屬廠房。兩個月後，這裏矗立起了一台長 19.5 米、高 5.3 米，重達 410 噸的壓鑄機。
圖：特斯拉工廠內的一體壓鑄機
在這台壓鑄機中倒入溶化的鋁合金，90 秒後，一塊全新的 Model Y 後底板就會下線。後車身底板原本的 700-800 個焊接點被減少到了 50 個， 70 個零部件驟減為兩個，白車身製造時間由傳統工藝（將各種鈑金件焊接成車上鋼架）的 1-2 小時縮減至 3-5 分鐘。
特斯拉接下來計劃用 2-3 個大型壓鑄件替換由 370 個零部件組成的整個下車體總成，這將使總車重量降低 10%，整車續航里程增加 14%。
除一體壓鑄外，特斯拉在研發電池技術時，也盡力減少零部件。
原本的動力電池生產流程是將電芯模組打包好再放進車裏，特斯拉則把電芯模組直接集成到底盤，這就是 CTC 技術，這項改進受飛機機翼油箱的啓發，“機翼就是油箱，而不是在機翼裏再塞一個油箱。” 馬斯克説。
採用 CTC 技術後，Model Y 減少了 370 個零部件，下車體總成重量降低 30%，製造成本下降了 40%。
其它車企在模仿特斯拉的動作，卻很難模仿它的思考方式
特斯拉是一家 CEO 個人意志極強的公司。馬斯克的思考方式，決定了特斯拉提升製造能力和解決其它問題的方法。
馬斯克奉行第一性原理，在解決問題時將事物解構成基本要素，從頭開始尋找最優解，不輕易相信已有的做法。特斯拉員工手冊的第一句話是：我們是特斯拉，我們正在改變世界，我們願意重新思考一切。
在特斯拉創業早期，投資人認為鋰電池成本過高，當時每千瓦時鋰電池售價 600 美元，一台 70 千瓦時的電動車的電池成本高達 4.2 萬美元。馬斯克的思考方式是，把鋰電池拆解成鋰、鈷、鎳等金屬材料，得到每千瓦時鋰電池所需材料的價格為 82 美元，他認為從原理上看，鋰電池成本可以通過大規模製造降低。2010 年以後，鋰電池成本以每年約 10% 的幅度下降，2022 年每千瓦時鋰電池的售價約為 170 美元。
另一個例子是，2012 年特斯拉在造大電流保險絲時，工程師認為現有工藝造不出來，馬斯克卻認為只要保險絲的設計沒有超越材料的物理極限，就能造出來。特斯拉最後確實設計並製造了這根保險絲。
快速嘗試快速失敗，不斷重複這個過程，是硅谷軟件業的方法論，馬斯克將這個理念帶到特斯拉。
Allen 告訴《晚點 Auto》，特斯拉內部有一套 “333” 工作機制。當工程師有新點子或遇到難題時，他有三天的時間思考研究，三天時間收集解決問題所需的材料，三天時間做出樣品或者論證想法的可行性。這之後，特斯拉會給工程師 10- 90 天不等的時間將設想變成 Demo（原型），然後逐步迭代。
在特斯拉，技術研發的失敗不是真的失敗。一位特斯拉工程師説，當研發人員問馬斯克要交付什麼時，馬斯克會説：“我不在乎你能否成功，重要的是完整記錄研發過程。”
特斯拉早期在研發 Model S 時曾設計了一個可以給汽車充電的蛇形機器人，但機器人打開充電蓋的效率過低。這個當時被放棄的方案後來被用到了特斯拉工廠裏的無人叉車末端，讓叉車在拾取托盤、物料時更靈活。馬斯克同時經營多家高科技公司，技術會在這些公司之間流通，一個技術如果在特斯拉失敗了，也可能被應用到其他方向。
圖：特斯拉研發的自動充電機器人
不少車企在模仿特斯拉的動作。大眾等車企開始注重軟件能力，併發布與特斯拉類似的中央集成式的電子電氣架構。沃爾沃、小鵬和蔚來宣佈會在 2025 年前使用一體壓鑄技術。Allen 和 Lukas 去年一起在北京創立了 Industrial Next（英達視）公司，計劃改進升級已在特斯拉驗證過的產線技術，推廣給其它車企。他們看到了中國車企學習特斯拉軟件定義製造的需求。
馬斯克不會安於現狀。即使面對看起來已被解決的問題，特斯拉也在考慮其它解題方式，比如探索一體壓鑄以外的車身一體成型方案，更好的一體成型方案將來也可能被用作製造 SpaceX 火箭。
通過改造工廠、改造汽車，也通過把工廠當作產品去打磨，特斯拉從一個大規模量產汽車的門外漢成為了新一代製造方式的引領者。特斯拉最重要的產品不是汽車，而是製造汽車的方法，和發明出這種方法的能力。
本文來自微信公眾號：晚點AUTO（ID：gh_30ebd85b0f58），作者：李梓楠，編輯：程曼祺