制造生产模式的演变与敏捷制造

摘要 在分析制造生产模式演变的基础上，讨论了生产模式演变的根据和趋势，认为敏捷制造是应关注和利用的生产模式，简要介绍敏捷制造内涵及现状等，并探索了利用敏捷制造思想提高我国制造业敏捷性和竞争力的实施方法。关键词 生产模式; 敏捷制造; 敏捷性; 动态联盟　The Evolution of Manufacturing Production Mode and Agile ManufacturingAbstract This paper analyzes the evolution of manufacturing production mode, discusses the causes and trend of the evolution, and argues agile manufacturing is a desirable mode, then introduces agile manufacturing briefly, studies how to enhance national enterprises’agility and competition by using agile manufacturing.Key words Production Mode; Agile Manufacturing; Agility; Virtual Enterprise制造业是国民经济的基础产业，其发达程度体现了一个国家的科学技术和社会生产力发展水平。从十八世纪英国爆发工业革命开始，制造业走出手工作坊阶段，迅速发展壮大，逐渐成为世界各国国民经济中的主导产业。特别是本世纪五十年代，大批大量生产模式的确立使制造业达到了一个前所未有的颠峰时期。但是近十几年来，随着世界经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，市场环境发生了巨大的变化，消费者需求日趋主体化、个性化和多样化，制造厂商面对一个变化迅速且无法预测的买方市场，传统的大批大量的生产模式不再适应新的市场形势的需要。在这种情况下，对市场需求的快速反应能力就开始成为企业能否在激烈的市场竞争中占得一席之地的重要标志。在这种形势下，探索适合我国国情的制造生产模式对实现我国伟大战略目标意义重大，从人类制造生产模式的演变中我们可能会得到有益的启示。[1]制造模式的演变 17世纪至1830年，在专业化协作分工、蒸汽动力机和工具机的基础上，出现了制造企业的雏形棗工场式的制造厂，人类社会的生产率开始出现大幅度的飞跃。到了大约1900年，制造业成为一个重要的产业，其主要生产模式是“少品种单件小批生产”。比如汽车行业，当时处于世界领先地位的轿车公司P&L每年只制造几百辆汽车，而且所造的汽车没有两辆是完全相同的，原因在于P&L所有的承包商都不采用标准的计量器具，装配时，依靠装配工的熟练，修整零件，使之配合良好。至1905年，欧洲已有几百家这类公司采用单件生产方式少量地制作汽车，这些独立承担大部分生产任务的小工厂没有能力开发新技术，产量低，成本高，且成本不随产量而下降。这种生产模式当然无法满足市场需求。20年代，在E.Whitney提出的“互换性”和“大批大量生产”，Oliver Evons把传送带引入制造系统和F.Taylor的“科学管理”支撑下，与当时的电气化、标准化与系列化结合， 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。这种新的生产模式棗大量生产方式及其技术支持棗零件的互换性带给了制造业一场重大变革，它推动了工业化的进程和经济高速发展，为社会提供了大量的经济产品，促进了市场经济的发展。其主要特征是：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50年代，大量生产方式达到了顶峰。从50年代开始，人们对“少品种大批大量生产方式”的优缺点有了进一步的认识。大批量生产模式产品的竞争表现为效率加质量的竞争。一方面，大批大量生产方式的规模效益使企业受益匪浅，比如在日本，由于政府的干预与调控，制造企业进行管理改革，大量引进和采用高新技术成果，狠抓商品化生产，发挥人的因素作用，发展企业间的合作，对外开拓国际市场，在汽车、家电、钢铁及微电子器件等产量大的行业，利用批量法则，以规模生产的产品和营销优势迅速扩大在国际市场的占有份额，发展成为能与美国抗衡的经济大国。另一方面，人们也认识到刚性自动流水线存在许多自身难以克服的缺点，市场的多变性和产品品种、过程的多样性对刚性生产线提出了挑战，为此人们从技术角度形成成组技术和以计算机与系统技术为基础的制造自动化，试图改进这一模式的不足。但是实践证明，单纯技术上的某些改进不是振兴制造业的良策。到了80年代，人们已经将少品种大批大量生产模式的优点发挥到了极限，同时这种生产模式同市场需求变化间的矛盾愈来愈明朗，并且成为制约制造业发展的重要因素。解决这对矛盾的出路只能是进行制造生产模式的转换。从前面所述可知，生产模式的变革，是在市场需求推动下，以相应的技术进步为支持，生产管理模式和相应的技术进步是推动社会进步的两个方面。我们也看到，在近30年，信息技术对制造业所起的作用越来越大。产品由“大量生产”过渡到“中小批量生产”，我们可以设想，当最终又过渡到能完全满足用户需求且性能价格比优良的产品的单件小批生产时，会有一种新的生产模式和全方位的信息技术的支持。从80年代后期以来，美、日、加、澳等国及西欧各国都先后提出新模式的制造战略、研究开发计划。1988年美国GM公司和里海大学共同提出敏捷制造战略，于1990年向社会半公开；1990年日、美、加、澳等国及西欧各国联合进行10年期的智能制造系统(IMS)的研究与开发；1992年德、美提出精益生产(Lean Production)；1994年德国人提出改变工业组织结构的分形公司(Fractal Company)。上述模式中最有代表性、社会反响最大的是“敏捷制造”。“敏捷制造”引起了广泛关注，不仅在科技界，而且在企业界，也成为研究的热点之一。[2]敏捷制造 敏捷制造提出的背景 从 70年代到80年代初，由于片面强调第三产业的重要而忽视了制造业对国民经济健康发展的保障作用，美国的制造业严重地衰退，逐步丧失了其世界霸主的地位，出现巨额的贸易赤字。1986年，在国家科学基金会(NSF)和企业界支持下，美国麻省理工学院(MIT)的“工业生产率委员会”开始深入研究衰退原因和振兴对策。研究的结论是：“一个国家要生活得好，必须生产得好”，重申作为人类社会赖以生存的物质生产基础产业棗制造业的社会功能，提出以技术先进、有强大竞争力的国内制造业夺回生产优势，振兴制造业的对策。在所提出的一系列制造业发展战略中，1988年由美国通用汽车公司和美国里海大学工业工程系共同提出的一种新的制造企业战略棗-“敏捷制造”最受重视，为此成立了国家制造科学中心和制造资源中心，得到国家科学基金会、国防部、商业部和许多公司的支持，经国会听证后向联邦政府提出建议，现已成为政府部门主持，企业和大学共同参予，有重要影响的研究、开发和应用领域，被称为“21世纪制造企业战略”。实质 敏捷制造是美国针对当前各项技术迅速发展、渗透，国际市场竞争日益激烈的形势，为维护其世界第一大国地位，维持美国人们的高生活水准而提出的一种制造生产组织模式和战略计划。敏捷制造思想的出发点是基于对市场发展和未来产品以及自身状况的分析。一方面，随着生活水准的不断提高，人们对产品的需求和评价标准将从质量、功能的角度转为最大客户满意、资源保护、污染控制等，产品市场总的发展趋势将从当今的标准化和大批量到未来的多元化和个人化；另一方面，在工业界存在一个普遍而重要的问题，那就是商务环境变化的速度超过了企业跟踪、调整的能力；再有，美国的信息技术系统比较发达。因此，提出敏捷制造这一思想应用于制造业，旨在以变应变。[3]内涵 敏捷性意指企业在不断变化、不可预测的经营环境中善于应变的能力，它是企业在市场中生存和领先能力的综合表现。敏捷制造是指制造企业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源(包括技术、管理和人)，以有效和协调的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性。敏捷制造依赖于各种现代技术和方法，而最具代表性的是敏捷虚拟企业(简称虚拟企业)的组织方式和拟实制造的开发手段。虚拟企业(也叫动态联盟)：竞争环境快速变化，要求作出快速反应。而现在产品越来越复杂，对某些产品一个企业已不可能快速、经济地独立开发和制造其全部。因此，根据任务，由一个公司内部某些部门或不同公司按照资源、技术和人员的最优配置，快速组成临时性企业即虚拟企业，才有可能迅速完成既定目标。这种动态联盟的虚拟企业组织方式可以降低企业风险，使生产能力前所未有地提高，从而缩短产品的上市时间，减少相关的开发工作量，降低生产成本。组成虚拟企业，利用各方的资源优势，迅速响应用户需求是21世纪生产方式――社会级集成的具体表现。实际上，敏捷虚拟企业并不限于制造，但制造却是最令人感兴趣又是最困难的领域，它更清晰地体现了过程的集成，且控制概念在运行结构中占有重要地位，使虚拟企业的形成更具挑战性。拟实制造：亦称拟实产品开发。它综合运用仿真、建模、虚拟现实等技术，提供三维可视交互环境，对从产品概念产生、设计到制造全过程进行模拟实现，以期在真实制造之前，预估产品的功能及可制造性，获取产品的实现方法，从而大大缩短产品上市时间，降低产品开发、制造成本。其组织方式是由从事产品设计、分析、仿真、制造和支持等方面的人员组成“虚拟”产品设计小组，通过网络合作并行工作；其应用过程是用数字形式“虚拟”地创造产品，即完全在计算机上建立产品数字模型，并在计算机上对这一模型产生的形式、配合和功能进行评审、修改，这样常常只需作一次最终的实物原形，并可使新产品开发一次获得成功。可以说，以上两项方法和技术是敏捷制造区别于其它生产方式的显著特征。但敏捷制造的精髓在于提高企业的应变能力，所以对于一个具体的应用，并不是说必需具备这两方面内容才算在实施敏捷制造，而应理解为通过各种途径提高企业响应能力都是在向敏捷制造前进。[4]研究状况 从1991年开始，以美国为首的各发达国家对敏捷制造进行了大量广泛的研究。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。迄今为止，敏捷制造的研究是在两个层次上进行的，第一层侧重从企业组织、结构和管理、营销策略的角度研究敏捷制造的实现；第二层则侧重从技术的角度研究敏捷制造的实现方法和关键使能技术。最初，敏捷制造的研究大多集中于第一层的研究，到90年代中，获得了一批较为成熟的研究成果，提出了一系列新的制造概念与模式，如企业重组、动态联盟、虚拟组织等；另一方面，90年代信息技术的飞速发展(如：分布式计算技术、网络通讯技术、万维网技术)，为实施新的制造概念和模式提供了更有效的手段，一些技术有可能突破原有第一层研究的限制，为创造更新一代的制造思想和模式提供了空间。近几年来，第二层次的研究在美国已经展开，一个例子是美国NIIIP(National Industrial Information Infrastructure Protocols)正在从事的关于虚拟企业方面的研究工作，研究企业间合作的方案，使得合作者之间消除由于不同的数据结构、不同的过程和不同的计算环境所造成的障碍。该项研究认为虚拟企业的组成单位就如同属于一个组织一样，协同工作，资源共享，完成任务，而实质上这些组成单位是彼此独立的公司，遍布美国各地。该项研究的一个演示系统就是基于INTERNET，CORBA，STEP，WORKFLOW的一个应用范例。国内学术界有关敏捷制造的研究起步于90年代初，主要在企业组织和结构层次上，研究取得了一定的成果，但在技术层次上的研究还未见报导。