制造系統創新管理
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摘要：從制造業面臨的形勢分析出發，介紹了先進制造戰略、技術、制造系統與系統管理的最新研究成果。并指出在建立現代企業制度中，制造戰略、產品開發、質量保證和優化動作是3個增強競爭力的基本技術。
一、形勢與制造戰略
在當代制造業的發展中，同時存在兩大趨勢：一方面是制造業面臨重重困難；另一方面制造創新活動方興未艾，孕育著重大突破［1～3］。從困難方面講，主要存在四大問題［1］：一是產品的飽和和劣化，不少產品，如家電、汽車、鋼鐵等供大于求，部分生產能力閑置，如日本工廠的生產能力利用率只有74%；二是工業空洞(IndustrialHollowness)現象推動著制造產業的轉移，一些行業被迫從發達國家向發展中國家轉移。例如，1993年日本的制造業中海外制造生產的彩電為74%，微波爐為64%，收錄機為50%；三是職業吸引力迅速降低。如日本年輕一代稱制造為“3K”(臟、苦、危險)職業，優秀的工程師與生產一線工人后繼乏人，將難于支撐一線生產；四是環境惡化到危及人類生存，資源的不合理使用，威脅著人類的發展。今天的能源消耗是1990年的6倍，自然資源擁有量可用時間大大縮短，如天然氣和石油僅可用50年，鈾可用75年，煤可用200年。災害增多，環境污染到了非治理不可的程度。從另一方面講，制造正在從創新中走向光明的未來。從1988年開始，經10年實踐證明了以靈捷制造(AgileManufacturing)為代表的制造的生產與管理戰略創新的正確性。從90年代以來針對產品開發、質量控制與保證和生產一線的革新，以制造創新的科學理論、方法和工具支持的產品抗劣化和新興產業的出現；以質量工程等技術為支撐的全制造保證(TotalMfg.Assurance)和基于約束理論(TOC)的最優化生產技術與系統，以及一線生產組織管理與技術的現代化與強化使企業可能扭轉劣化趨勢。同時，基于現代物理、化學與生物學成果的重大制造方法、技術、系統的創新，將創新從18世紀工業革命以來的世界記錄。“珍惜改革開放20年，為我國制造業的發展爭得歷史性的機遇與發展時間”這是海內外學者、專家和教授的共同心聲。縱觀古今中外的制造歷史，一個先進而有競爭力的制造業是國家經濟發展和實力增強的基礎。我們應盡快統一認識，制定先進可行的規劃，以制造創新為突破口，振興與發展我國的制造業。以下結合我們的研究進行相關的討論。
1.靈捷制造——先進制造的核心戰略及其發展
雖然靈捷制造戰略已為我國越來越多的人了解，但由于對其核心思想的理解不一，尚未形成共識，使工業界，經濟與管理界及企業對它的利用舉棋不定。多年的研究使我們對該戰略的研究集中于2點：
1)美國的意圖是到2006年為止，它的側重面是通過組織與管理的革新和已有先進技術的應用實現制造模式從“大量生產”向“多品種變批量”的靈捷化生產模式轉變。在2006年以后，把它建立在創新了的產品系統與裝備基礎上，發展適應21世紀的新產品制造。為此現在要加緊制造創新。
2)靈捷制造的核心思想是：以人為中心，調動與發揮人的主觀能動性與創新性；充分利用信息和已有的信息技術；建立競爭——合作機制推動的Team組織與管理網絡；對需求變化實現快速反應制造；堅持可持續發展的不斷改進和創新［2～6］。
現在的問題是對靈捷制造揭示的共性問題認識不足，傳統制造模式的慣性運動依然強烈，如對表1所示的美國制造生產規模的演變不了解，依然按照傳統的觀念行事。又如，一談到制造，不少人只一味熱衷于規模生產，而不顧顧客市場的需求，丟開產品劣化控制的創新，因此不能從本質上抓住我國當代制造的關鍵。如美國在近20年(1976～1995年)，其新產品產值貢獻率已達到國內生產總值的52%左右，而我國1997年才5.9%。顯然產品的革新是中國制造工業振興與發展的重大關鍵和當務之急。
表1美國主要生產模式的演變［2～10］
時期過去
(到80年代)現在
(90年代～2006年)將來
(2006年以后)
模式大量生產，豐田生產方式(JIT)或精益生產(LP)靈捷制造(AM)高級靈捷制造，即新一代制造(NGM)
為了發展新一代制造(NGM)，從90年代中以后，美國政府與工業界聯合投資了許多制造創新項目：
總經費百萬美元的項目，如：
總經費億美元的項目，如：
ATP(1995～2004年)(US$120M)
由于實施靈捷制造戰略，促使美國經濟從90年代起呈現“赤字—平衡—節余”的變化。
2.基于靈捷性的制造創新
從世界范圍看，它們主要表現在：①產品設計、制造原理與方法創新的科學理論、方法與工具；②快速反應制造技術；③全壽命經濟學與成本工程；④新一代制造機器與工模具的創新；⑤可重組制造系統的創新；⑥質量控制與全制造保證；⑦組織與管理的創新；⑧最優生產技術。
而這些創新中，觀念的創新是先導，如TCS觀念的建立與落實。其次，是看準項目，集中人力物力進行創新。
3.經濟可承受性研究
防務戰略的轉變和投資的矛盾，促使決策層提出這一問題。我們對它進行了定性、定量的研究和應用，它是對價值工程的拓展。
1)西方各國已采取的提高經濟可承受性的措施：
對國防工業進行戰略改組，建立軍民一體化的國防工業基礎；
改革國防采辦管理，提高采辦效益；
優化發展戰略，開發降低成本的技術，大力采用降低費用的方法。
2)國內研究經濟可承受性的貢獻。
全面定義了經濟可承受性。經濟可承受性是通過各相關領域的規劃與協同，對研究對象的投資與效益、功能與成本費用進行系統分析、規劃、改進、創新，旨在提高研究對象價值和投資效能及控制投資的思想方法和社會技術方法。
A＝IV
(1)
I＝B/K
(2)
V＝F/C
(3)
式中：A—經濟可承受性；I—項目投資/經費；V—價值；B—投資的效益/收益；K—投資效益系數，K為實數，希望K＞1；F—產品/裝備功能/性能；C—成本。從這一定義與模型可知：
①經濟承受能力不是常數，它與投資和價值相關聯，是可變的。
②可以從投資效益，投資效益系數，功能和實現功能的成本幾方面發揮主動性和創造性提高A。它將推動宏/微觀投資決策和DFX技術的發展。
③投資的決策和經費的應用是一個復雜的問題，只有通過投資和價值分析，科學地規劃、設計、實施、評價、改進和優化的一系列工業工程方法，才能用好管好投資，促進技術創新。
3)在科研管理中的決策與評價的應用。
經濟可承受性已應用于項目決策的研究中，例如，在X項目決策中應用后，該項目的研制工作按期結束，不超過計劃投資并達到了預期的效果和功能。其中A的因素在決策中成為主要的指標，其權重達0.75。此外，可以象價值工程一樣，把它應用于微觀的分析與決策，預計將推動DFA的發展(DesignforAffordability，為經濟可承受性的設計)。
二、快速重組制造系統
1.產生的依據與定義
1）背景
為適應“多品種變批量”生產要求，制造系統應能隨產品的進化與革新快速重排與重組。
經濟可承受性要求少/無投資的可重復利用的制造系統。
制造技術解法的革新要求制造系統有可調整，可變動的制造過程，制造功能和制造能力。
要求建立快速重組制造系統的支持條件，如：機床設備可移動性安裝的原理與方法、質量與設備故障的可診斷性等。
環境保護要求可持續發展。
2）定義
一種能按市場需求變化，以重排、重復利用、革新元素或子系統方式可快速調整制造過程，功能和生產能力的可變集合的制造系統。
2.科學基礎與主要特征
1）科學基礎
工作流的變流理論。
制造系統的建模、規劃和仿真設計。
模塊化的機床及其系統的設計。
開放系統結構原則與系統可靠性測度新理論。
產品進化與革新的生物化規律及遺傳算法。
質量跟蹤與故障診斷。
快速生產裝備。
全壽命經濟學。
2）主要特征
可變性對產品、制造技術和過程的進化與革新的響應能力。
模塊化基于功能、結構、過程和生產能力的有限基本可重組單元/元素的組合。
可集成性新裝置或新模塊的可嵌套性及其規則。
可診斷性對產品的質量與設備及過程運行可靠性的可跟蹤和可溯源性。
訂貨化可按訂單驅動。
經濟可承受性價值與投資的綜合優化。
靈捷性強競爭力與可獲利的能力。
快速化短的響應時間。
3.系統管理科學的發展
在本世紀20年代以前，工業工程與管理科學是統稱“科學管理”的學科。以后兩者有所側重，并列發展。工業工程發展為美國五大工程之一，管理成為管理科學與工程管理，但至今仍相互關聯。
1.科學化是管理人員的根本職責
1)把社會科學與自然科學一體化是管理科學化的過程。
馬克思在其經濟學——哲學手稿中指出：“自然科學往后將會把人類的科學總結在自己的下面，正如同關于人類的科學把自然科學總結在自己下面一樣。這將成為一門科學，我們稱這種自然科學與社會科學成為一門科學的過程為自然科學與社會科學的一體化。”
2)自然科學與社會科學是一條不能打斷、分割的鏈條，管理工作應該是適應這種統一。
德國著名的物理學家認為：“科學是內在的整體，它被分解為單獨的整體不是取決于事物的本身，而是取決于人類認識能力的局限性，實際上存在著從物理到化學，通過生物學和人類學到社會學的連續鏈條，這是任何一處都不能被打斷的鏈條。”
3)建立自組織機制是管理科學化的關鍵。
德國著名物理學家哈根指出：“一個系統從無序轉化為有序的關鍵并不在于系統是平衡和非平衡，也不在于離平穩態有多遠，而是由組成系統的各子系統，在一定條件下，通過它們之間的非線性，互相協同和合作，自發產生穩定的有序結構，這就是自組織結構。”
管理工作的根本目標是建立起競爭——合作的非線性突變機制，使組織成為更高有序性的結構。
2.當今管理人員面臨的挑戰
遠見卓識，富于創新精神，有經營戰略頭腦和戰術實施能力，善于團結人是我們時代呼喚的一大批社會主義市場經濟的管理家和企業家的特征。他們面臨的挑戰有：
1)未來形成于今天，有什么樣的明天，在很大程度上取決于今天的決策者的決策。他們應該是：
①有知識與洞察力，遠見卓識，善于從實際出發進行決策的。
②能組建一支有效的隊伍和能適應變化的組織模式。
③能建立發展的經營戰略使組織/企業永葆強的競爭力。
④能通過教育與培訓計劃，使不同層次的人員適應新技術和時代變化的新需要，提高他們的競爭力。
2)變化是機會，變化是創新的源泉。創新是不斷尋求新技術、新科學、新理論、新方法/新工藝、新管理機制與制度和不斷自組化的創新。
3)競爭戰略、策略的制訂、實施程序的設計和對實施效果的準確及時信息的獲取與評價，對未來的改進和預測。
例如，某機床廠由于追求無競爭力的高新產品而投入巨額貸款，使企業頻于滅亡。××上馬決策中市場需求的草率估計是導致企業建成之日就是市場競爭失敗者的根源。因此，管理人員應該有正確的決策理論與方法指導，知道目前正在做什么市場與外部環境有什么變化和目前應該做什么
4)提高思維能力是提高競爭力的首要條件。管理人員，特別是高層管理人員應該有思維的敏捷性、超前性、創新性和求實精神。
3.不同時代的管理特征
不同時代的管理特征見表2。
從表2我們可以得到以下結論：
表2從世界范圍看不同時代的管理特征
時代特征數量時代
(二戰前后)質量時代
(60～80年代)多樣化時代
(80～90年代)和諧時代(21世紀初)
市場需求與
顧客期望是否買得起，追求價格低是否愿買，追求質量好追求能否及時買到多樣化的商品個性化。通過網絡把生產者與消費者聯系起來，消費者參與生產設計、制造裝配過程，逐步形成生產者與消費者融合關系
價值取向，
目標戰略、
策略．以數量求價值
．規模經濟型
．降低單件成本
．環境服從生產
．盡快發展解決溫
飽與短缺問題．以質量
求價值
．速度型經濟
．關心環
境減少
污染
．提高舒
適性與
滿足感
．生產與
發展并
重，爭取富裕
水平．以方便、快速反
應的合作，求價值
．便宜快
捷型經濟
．恢復生
態環境，
創造好的生活環境
．提高舒適性，關心
可持續發展．以顧客的個別需求與品味滿足為目標的訂貨化取代大量生產單一品種，實施多品種變批量制造。
．合理制造與消費型的知識(信息)經濟
．產業間協調發展的合理制造
．虛擬商場，中間商消失，
生產者與消費者直接聯系
．是可持續發展的綠色制造
管理和組織機械自動化流水線生產方式
．等級(層次)式組織基于NC的程序控制自動化
．班組式塔形組織管理．由JIT與LP向靈捷制造過渡
．網絡管理Team組織形式．模塊化生產的高級靈捷制造方式，如RMS與NGM
．國際/全球化網絡、可任意擴展或收縮的動態聯盟組織，網絡資源配置與合作管理
．注重發展戰略．注意提高質量與市場反饋
．按JIT(豐田)方式或LP方式運行．注意多樣化與及時供貨．腦力勞動型勞動者為主，
企業成為網絡中分子，可任意組合網絡，
以知識和創意為核心的高附加價值產品與服務
人力資源管
理與要求．分解技術，細化分工，
加強控制
．較低素質的人力
．人勞動的強化，側重某一方面．大量裁員
．職業培訓提高素質
．組織重
新就業．技術創新
．高素質人才
．組織創新強化培訓與繼續教育．新技術發展和網絡的迅速擴展沖擊，使人們工作環境與內容徹底改變
．要求提高素質、多面手
．終身教育
1)正確認識形勢，珍惜難得的機遇與時間，盡早規劃與啟動制造創新工程是發展經濟和增強國力的根本性問題。
2)在建立現代制造企業中，戰略、產品開發、質量的全保證與創新和強化生產一線的改進是制造企業創新，增強競爭力的核心問題。
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