面向21世纪的先进制造模式（原创）

制造模式的发展历程

“一个国家要生活得好，必须生产得好”。这是美国麻省理工学院(MIT)的“工业生产率委员会”在80年代末期对美国经济究衰退原因和振兴对策的的一个研究结论。

制造业在整个国民经济中占有相当重要的地位，制造企业的发展状况直接影响着我国综合国力的强弱，国家竞争力的基础是经济竞争力，经济竞争力决定于企业的竞争力，而企业竞争力直接体现为产品的竞争力。全球五百强至少有208家制造企业，占总数的41.6%，其营业收入占总收入的44.7%，2000年收入统计大概为六万亿美元。

纵观制造业的发展历程，可以看到一个有趣的现象，制造模式似乎“返朴归真”了。从工业化革命初期的“单件小批量生产”发展到目前流行的“小批量多品种生产”、“个性定制生产”。不过，类似的制造模式中蕴含的制造技术却大大地不同。

在工业化革命初期，随着分工理论的发展，开始出现了制造企业。不过此时的制造模式主要以“单件小批量生产”为主，其主要原因在于零件不能标准化、计量器具也不统一，所以产品基本上是世无仅有，每件产品都不是完全相同。如著名的庞阿尔·勒瓦瑟机床公司(P&L公司)在欧洲上流社会中享有声望，它可以按每一位贵族的要求设计制造汽车，而且从来就没有制作过两辆完全相同的汽车。由于是手工制作，成本极高，但P&L公司拥有世界上最好的工匠，这是令所有竞争对手都望尘莫及的优势。当然，这严重影响了生产效率的提高。提高生产效率成为制造企业首要解决的问题，解决这一问题整整花费了一个世纪多的时间。

19世纪初期，E.Whitney提出的“互换性”概念，倡导了零部件标准化。19世纪中期，Oliver Evons把传送带引入制造系统。19世纪末期，F.Taylor提出“科学管理”理论，创造性地提出了生产效率原则。20世纪20年代，Henry Ford开创了机械自动流水线生产，出现了“少品种大批大量生产”的模式，又称为底特律式自动化，成为各国纷纷仿效的制造生产模式。

制造业开始了第一次生产模式的转换。这种新的生产模式主要特征是：少品种大批大量生产、塔形多层次的垂直领导和严格的产品节拍控制。其市场特征与少品种单件小批生产模式相同，都是卖方市场。刚性生产线大大提高了生产效率，从而降低了产品成本，但这是以损失产品的多样性为代价的。到20世纪50年代，大批量的生产方式达到了顶峰。

但是第二次世界大战以后，社会进入了一个市场需求向多样化发展的新阶段，相应地要求工业生产向多品种、小批量的方向发展，单品种、大批量的流水生产方式的弱点就日渐明显了。为了顺应这样的时代要求，由日本丰田汽车公司首创的精益生产（Lean Product）方式，作为多品种、小批量混合生产条件下的高质量、低消耗进行生产的方式在实践中摸索、创造出来了。

凭借精益生产技术，日本制造业在七、八十年代的迅速崛起，日本制造的产品以其优质、耐用、高性价比而闻名于世，日本经济也取得了空前的繁荣。

1989年，美国麻省理工学院发表了“改变世界的机器”的著名报告，总结了丰田的生产方式，指出它的重大历史意义，认为这是制造工业的又一次革命。目前，精益生产技术已经成为了世界上大多数制造企业的指导思想。

20世纪90年代，制造业在发展思路上产生了重要进步，世界各地都在作出努力以寻求制造业的新基础，日本人提出了全能制造系统（HMS）概念，德国在尝试不规则公司（分形企业），美国人则试图探寻敏捷制造的广度，与此同时，在企业中更加明显地努力开发知识、学习、创新、创造力和智力资本，这些努力代表了一股知识网络化时代制造业的变革及发展趋势。此外，基于人类社会可持续发展的战略，清洁化生产模式作为一种新的生产模式和企业发展战略也越来越受到制造业等领域的重视。

其中，美国提出敏捷制造(AgileManufacturing)的概念尤其引人注目。进入九十年代，美国为了在世界经济中重振雄风，并在未来的全球市场中处于竞争的优势地位，里海(Lehigh)大学亚可卡（Lacocca）研究所受美国国会委托，召集了工业界和学术界，联合研究未来制造技术，并完成了《21世纪制造业发展战略报告》。该报告明确提出了敏捷制造的概念。其基本的思想是通过把动态灵活的虚拟组织机构（VirtualOrganization）或动态联盟、先进的柔性制造技术和高素质的人员进刑全面的集成，从而使企业能够从容应付快速变化和不断变化的市场，获得企业的长期效益。这是一种提高企业群竞争能力的全新的制造组织模式。这一概念始一提出，就在世界的制造界和学术界引起了强烈的响应。可以说，敏捷制造代表了新世纪制造业的发展方向。

下面就谈谈目前比较流行的两种先进的制造模式：精益生产和敏捷制造。

精益求精的生产模式——精益生产（LP）

二战后，日本的丰田英二考察了美国底持律的福特公司的轿车厂。当时这个厂每天能生产7000辆轿车，比日本丰田公司一年的产量还要多。但丰田在他的考察报告中却写道：“那里的生产体制还有改进的可能”。丰田英二和他的伙伴大野耐一进行了一系列的探索和实验，根据日本的国情，提出了解决问题的方法。经过30多年的努力，终于形成了完整的精益生产方式，使日本的汽车工业超过了美国，产量达到了1300万辆，占世界汽车总量的30％以上。产生这种生产模式的主要改进过程包括：

首先，在生产技术上，大野发明了一种快速更换模具新技术（SMED法──Single Minute of Dies）这种技术使更换一副模具的时间从1天减少到3分钟，也不需要专门的模具更换工。这样，小批量生产冲压件的生产成本比大批量生产还要低。因此，小批量多品种生产模式得以推广。

其次，在组装线上，采取了分组工作和中间纠错的方式。组员们可以定期讨论改进工艺流程；每个组员一旦发现组装线发生问题，可以随时让整个组装线停下来。这样，充分发挥了一线职工的积极性和创造性，使他们积极为改进产品的质量献计献策，使一线工人真正成为“零缺陷”生产的主力军。这种小组化工作方式就是Team Work和QC小组工作方式的来源，并被认为是未来制造业的主要工作方式之一。

第三，在内部供货环节上，大野发明了著名的JIT（Just In Time）供货方式和看板作业。只有当下一个工序需要时才向上一个工序提出供货要求，上道工序可以在极短的时间内制造出所需要的零件并恰好在需要时送到下道工序。这就是著名的“拉动”式实时供货系统。这样，大规模地降低了零部件的库存数量。

第四，在采购方式上，采用了总协合作的方式，丰田公司与第一层协作厂之间都相互有对方的股份，他们在人员方面也经常进行交流。这样，各协作厂与丰田公司之间互相依赖、生死与共。同样，JIT供货方式也顺利推行到其协作单位，原材料的库存也得到了控制。

第五，在产品开发上，采用并行工作小组制度，工作小组里包括各方面的专业人员，全面负责一个产品型号的开发和生产，包括产品设计、工艺设计、编制预算、材料购置、生产准备及投产等工作。但是与欧美企业不同的是，日本工作小组的组长具有更大的权力，工作出色的小组成员也更容易提拔。这种打破部门界限的并行工作方式，对提高生产率、保证产品质量、快速响应用户的需求等方面都取得巨大成功。

第六，在组织机构设置上，采取了精简的原则。去掉一切多余的环节和人员。精益生产方式把生产中一切不能增加价值的活动都视为浪费。为杜绝这些浪费，它要求毫不留情地撤掉不直接为产品增值的环节和工作岗位。

第七，面对变化着的用户，丰田采用灵活的生产体制，并发展了“主动销售”(aggressive selling)的新技术，不懈地致力于“回头顾客”。

由此可见，精益生产的核心思想是精益求精，消灭浪费，消除生产流程中一切不能增加价值的活动。例如：生产过剩、返工、不合格的产品、不合理的工艺流程等等。

精益生产方式综合了单件生产与大量生产的优点，即避免了前者的高成本，又避免了后者的僵化。综合来看，精益生产管理的具有以下几个特点：

一、实时供货系统（JIT）

JIT系统要求企业应该根据市场需求决定生产什么、何时生产、生产多少，形成“拉动” 式管理。JIT系统可以保证最小的库存和最少在制品数。为了实现这种供货方式，应与供货商建立起良好的合作关系，相互信任，相互支持，利益共沾。

同时，在企业内部生产进行看板管理。看板管理又称传票卡方式，它的基本做法是以流水线为基础，以看板为“指令”工具，将生产过程中、传统的送货制改为取货制，从生产过程的最后一道工序按反工艺流程向前追随，直到原材料准备工作，严格按期量标准控制整个生产过程的计划和调度，控制在制品合理流转，从而使整个生产活动以市场为目标，有组织地协调进行。实行看板管理的根本目的在于消除无效劳动和浪费，揭露生产过程中的各种矛盾，采取措施，消除矛盾，提高生产效率。

二、全面质量管理（TQC）

全面质量管理要求从产品的设计方案开始，一直到整个产品从流水线上制造出来，其中每一个环节的质量都要做到百分百的保证，即所谓的“发现问题随时修改”。这样，质量检测和返工的现象自然而然就成了多余之举。

因此，必须把"出错保护"（Poka－Yoke）的思想贯穿到整个生产过程，也就是说，从产品的设计开始，质量问题就已经考虑进去，保证每一种产品只能严格地按照正确的方式加工和安装，从而避免生产流程中可能发生的错误。

通过全面质量管理，降低了不合格产品和产品返工现象。

三、团队工作法（Teamwork）

精益生产方式对团队人员强调一专多能，并将他们分成作业小组，赋予其相应的责任和权力。作业小组主要负责具体生产任务，并从事不断改进活动。每位员工在工作中不仅是执行上级的命令，更重要的是积极地参与，起到决策与辅助决策的作用。

团队工作法使工人工作的范围扩大，激发了工人对工作的兴趣和创新精神，有利于工艺流程的优化。

四、并行工程（ConcurrentEngineering）

并行工程是指新产品的概念生成、性能描述、开发、制造和维护机构各部分的直接融合，其宗旨是制造低成本高质量并满足用户要求的新产品。

实施并行工程可促使企业不断地追求更短的开发时间和更快的产品制造速度，利用其进行产品开发，能在质量、时间和成本上取得呈数量级的显著提高。

采用精益生产方式的制造企业的效果是显著的。1990年，美国麻省理工学院学者对此作了详细的比较研究。该研究用了5年时间，花费了3500万美元的巨资，组织日、美和欧洲各国50多位专家，在对世界17个国家的90个汽车制造厂进行广泛调查的基础上，发表了一份关于汽车工业生产经营方式的大型实证性研究报告。根据这一研究结果，与大批量生产方式相比，日本所采用的精益生产方式的优越性主要表现在以下几个方面：所需人力资源——无论是在产品开发、生产系统，还是工厂的其他部门，与大量生产方式下的工厂相比，均能减至1/2；新产品开发周期——可减至l／2或2/3；生产过程的在制品库存——可减至大量生产方式下一般水平的1／10；工厂占用空间——可减至采用大量生产方式工厂的1/2；成品库存——可减至大量生产方式工厂平均库存水平的1/4；产品质量——可提高3倍。

快速反应的生产模式——敏捷制造(AM)

自从里海大学提出敏捷制造概念以后，美国对于敏捷制造的研究就越来越深入。1992年，由美国国会和工业界在里海大学建立了美国敏捷制造企业协会(AMEF)。该协会每年召开一次有关敏捷制造的国际会议。1993年，美国国家自然科学基金会和国防部联合在New York,Illinois,Texas等州建立了3个敏捷制造国家研究中心，分别研究电子工业、机床工业和航天国防工业中的敏捷制造问题。除此之外，还配套支持了工业界进行的7项敏捷化商务实践(Agile Business Practice)，4项敏捷企业决策支持研究(Agile Enterprise Decision Support),8项敏捷化智能设计与制造系统(Agile Intelligent Design and Manufacturing System)和10项敏捷供应链管理系统(Agile Supply Chain Management)。从1994年开始，由AMEF牵头，有近百家公司和大学研究机构就敏捷制造的6个领域(集成产品与过程开发/并行过程、人的问题、虚拟企业、信息与控制、过程与设备、法律障碍)进行了研究与实践相结合的深入工作。此外，在其他国家也开展了大量敏捷制造的研究，如日本发起的MATIC计划，以汽车、电子和服装为典型对象产品开展敏捷制造的研究。德国、法国和英国也都参加了一项主题为“未来的工厂”的尤里卡项目，为实施敏捷制造进行基础性研究工作。德国对未来制造业开展了一些工作，如21世纪制造业战略等。

按照里海大学的定义，敏捷制造是一种结构，在这个结构中每个公司都能开发自己的产品并实施自己的经营战略。构成这个结构的基石是三种基本资源：先进的生产技术、先进的管理技术和高素质的人员，敏捷性源于这三种制造资源的有效集成。

先进的生产技术是指企业首先应该具备各种柔性高效的生产设备，如：DNC－直接数控，CNC－数控加工中心，FMC－柔性加工单元，FMS－柔性加工系统，AMH－自动材料运输系统，FAS－柔性装配系统等等。其次，企业还需要各种计算机辅助工具，如：OE／SA－客户定单管理及销售分析，MPS－主生产计划编排，MRP1－材料需求规划，MRP2－材料资源规划，PM－维修规划，TQC－全面质量控制，CAD－计算机辅助设计，CAE－计算机辅助工程，CAPP－计算机辅助工艺规划，CAM－计算机辅助加工、PDM－产品数据管理等等。最后，企业还需要将这些技术产生的数据在宽带网上采用严格通用的数据交换标准，实现分布式企业集成和分布式并行操作。

先进的管理技术包括动态组织结构、虚拟企业、全工厂网络等领域。动态组织结构改变了过去以固定专业部门为基础的静态不变的组织结构，以最快的速度从企业内部某些部门和企业外部不同公司中选出设计、制造该产品的优势部分，组成一个单一的经营实体。虚拟企业也可以称做企业动态联盟，是由两个或以上企业组织组成的一种有时限的互惠互利的合作组织，并以最小的投资、最快的反应速度把握市场机会。它优化了各种生产要素——人、组织、制造资源、信息和资金，随市场机遇的产生/消亡而产生/消亡。全工厂网络是指在信息高速公路中建立工厂子网，作为动态集成的主要工具。各个工厂还必须把自己工厂的特点、资源，设备能力、经营情况等等上网，以便供其他企业利用；同时当一旦抓住机遇时，就可利用网络及时地组织起动态组织结构/虚拟企业，利用这网实现异地设计和异地制造。

敏捷制造强调人是决定性的，强调通过继续教育和激励机制培养具有丰富想象力、主动性、创造性和熟练技能的企业雇员。敏捷制造的一个显著特征就是以其对机会的迅速反应能力来参与激烈的市场竞争，这不仅是无思想的计算机所不能担负的工作，而且也不是思想僵化、被动接受指令的职工所能应付得了的，它需要具有“创造性思维”的全面发展的敏捷型员工才能够胜任。因此，需要不断对人员进行教育，不断提高人员素质，是企业管理层应该积极支持的一项长期投资。每一个雇员消化吸收信息、对信息中提出的可能性做出创造性响应的能力越强，企业可能取得的成功就越大。

因此，敏捷制造的基本原理是采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布式结构连接各类企业，构成虚拟制造环境，以竞争合作为原则在虚拟制造环境内动态选择合作伙伴，组成面向任务的虚拟企业进行快速生产。系统运行的目标是最大限度地满足客户需求。

敏捷制造的基本思想是一个企业不追求全能，而是追求很有特色、很先进的局部优势，只作自己专长范围内的事，当市场上出现新的机遇时，组织几个有关企业合作，形成虚拟企业，各自贡献所长，以最快的速度、最少的投入赢得这一机遇。

许多公司自觉应用敏捷制造和虚拟企业的思想，取得引人注目的成就。

AT&T公司1991年推出Safari笔记本计算机就是应用敏捷制造策略占领了市场。该公司觉得自己制造设备完成从设计到制造的全过程所需时间太多，很可能会失去市场竞争取胜的机会。因此成立了Safari分部，和Marubeni Trading公司联系组织产品的制造，充分利用该公司在日本和远东地区已有的制造网络，在决定生产该产品之后的四个月生产出样品，第二年就开始销售。

美国康柏公司1996年启动虚拟生产计划，与台湾制造商形成合作关系，由台湾制造商在其深圳分厂附近建设新厂，其产品质量、技术、研究开发、运送、存货都要符合康柏公司全球统一标准，连员工的技术水平和工作态度也要达到其要求。这种虚拟生产方式使其计算机产品每台成本平均降低57美元。

德克萨斯设备防御系统和电子集团（DSEG