未来制造:人工智能与工业互联网驱动的制造范式革命
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1.丰田汽车公司与精益生产

当全世界还在为福特发明的流水线生产着迷时,20世纪50年代,日本丰田汽车公司创造性地提出精益生产,对流水线生产进行了跨越式的改进。那么丰田汽车公司是谁?为什么是丰田汽车公司而不是其他公司发明了精益生产?有什么原因使得其必须实现精益生产?

说到丰田汽车公司,就不得不说一说丰田家族,这是一个两代人努力奋斗的故事。

丰田汽车公司的传奇要从丰田佐吉说起,他比福特小四岁,出生于1867年,父亲是一个木匠。虽然出身低微,但丰田佐吉喜欢发明创造。在当时的日本,纺织是主要产业。1894年,丰田佐吉利用自己跟父亲学的木工技艺对当时的手工织布机做了改进,据说效率能提高了40%以上。虽然手工织布效率提高了,但仍然没有摆脱手工操作的辛劳。尤其在当他看到家人手工织布仍然很辛苦时,就下了一个决心要发明自动织布机。为了这件事,他一方面到美国考察学习美国纺织业情况,另一方面建立了一个纺织厂来积累资金。此后,在不断的尝试和在错误中学习之后,1897年,丰田佐吉研制出一台由柴油机带动的动力木织机,即丰田织机。又经过了27年的不断努力,1924年,丰田佐吉终于发明了能够在不停机状态下自动换梭的自动织布机。这款机器在当时非常先进,受到广泛欢迎,在世界各个国家都得到应用。

丰田佐吉终生都在进行纺织机器的发明,并成为日本著名的发明大王,但他的儿子丰田喜一郎却没有继续父亲纺织行业的生意,而是看到了刚刚兴起的汽车行业的发展潜力,想要把这个行业作为自己的事业。丰田佐吉很支持自己的儿子。1929年,他把纺织机专利卖给英国知名的纺纱和织布设备制造商普莱特兄弟公司,将得到的100万日元全部交给儿子,作为汽车研究的启动经费。1930年,在父亲丰田佐吉去世的同一年,丰田喜一郎开始研究开发小型汽油发动机,并于1933年在丰田自动织机制作所内创立了汽车部,这就是后来闻名世界的丰田汽车公司的起点,1937年正式成立了丰田汽车工业公司。

丰田汽车工业公司成立后不久,就赶上了第二次世界大战,汽车事业并没有如预料那样顺利发展,而是开始了一段蜿蜒曲折的艰难创业历程。20世纪30年代末期,日本的军国政府不同意丰田公司生产轿车,要求丰田制造由手工生产的货车,而货车业务受到战争的影响很不景气。就这样一直到第二次世界大战结束,日本战败,军国政府战败倒台,美军进驻日本。有资料说丰田喜一郎非常担心进驻的美军会让自己的汽车公司倒闭,但后来的发展恰恰相反,美军认为日本战后重建需要卡车,甚至美军帮助丰田公司重新开始生产卡车。有一段时间,由于战后重建的需要,丰田汽车订单源源不断。但紧随而来的通货膨胀,最终导致丰田汽车面临资不抵债的困境,随之而来由降薪引发的劳资纠纷,使得丰田汽车公司处于严重的危机当中。1949年年末,丰田喜一郎为公司经营失败承担起管理责任,辞去公司总裁职务。丰田喜一郎以身作则的辞职行为影响了企业员工,劳资纠纷渐渐平息,公司也很快转危为安。这个时候,丰田汽车公司还主要是手工制造方式,到1949年年末,公司正式成立之后的13年当中只生产了2685辆汽车,而当时的福特红河联合企业每天生产7000辆汽车,二者完全不具有可比性。

这时候,丰田家族的丰田英二,丰田佐吉的侄子,丰田喜一郎的堂弟,与同事一起创造性地提出丰田生产方式,并最终发展成为精益生产,从而把谷底的丰田公司拯救出来,最后成为世界上最优秀的汽车制造公司之一。

1950年,处于困境的丰田汽车公司刚刚处理完劳资纠纷问题,就安排当时担任公司执行董事的丰田英二访问美国的福特汽车公司,这是在堂兄丰田喜一郎21年前拜访后的第二次拜访,希望看看汽车行业的前途,寻找一些技术合作。当时福特公司是世界上最先进的汽车生产企业,而丰田公司相距甚远,但丰田英二很快就发现了巨人福特的问题,并在考察报告中写道:“这个生产系统还有一些改进空间”。这句话措辞比较朴素,但事实上问题很严峻,照抄福特生产方式,对于当时的丰田汽车公司来说完全不具备条件,例如,日本市场规模比较小,多样性产品才能生存,无法靠单一产品形成高产量,这与福特T型车通吃天下的市场空间完全不同;福特有充足的资金和全球市场,丰田没有这些资源,而且需要快速的周转资金;福特有强大零部件生产能力和供应体系,丰田没有这些条件;福特的大规模生产能够实现高产量和规模经济,丰田不具备这么做的资本。但丰田英二并没有把这些差距当问题,而是决定要创造出适合丰田公司的生产方式。他把这个问题交给当时的一名厂长大野耐一,要求想办法改变丰田制造的流程,尽快向福特公司的生产效率看齐。当然,当时的日本政府出台的汽车市场政策给了丰田公司改进生产率的时间和机会。在此后的30多年中,丰田英二和大野耐一,以及丰田公司其他管理者的不断努力下,最终创立了精益生产方式(丰田生产方式)。

在这里用这么多文字来介绍丰田家族两代人的努力,原因在于,精益生产中一些精髓思想其实早已经蕴藏在他们的家族文化当中,比如,创始人亲自动手,勇于承担责任;一边提供产品和服务,一边吸取经验不断学习,不断对问题进行思考,并找出创新的办法。理解了丰田家族文化和丰田汽车公司的创业经历,也就明白了精益生产方式为什么诞生在丰田汽车公司,而不是其他的公司。这些由丰田家族几代人形成的丰田公司文化,构成了精益生产方式创立、发展和运行的环境。

虽然精益生产诞生于丰田汽车公司,但精益生产的概念并不是丰田汽车公司自己创造的概念,而是来源于麻省理工大学一群教授对丰田生产方式的进行深入研究的结果。1985年,美国麻省理工学院自筹资金开展了一个名叫“国际汽车计划”的研究项目,组织了大量专家学者,用了五年时间对西方的大规模生产方式与日本的丰田生产方式进行对比研究,并在1990年出版《改变世界的机器:精益生产之道》一书,第一次把丰田生产方式命名为精益生产方式。由于这项研究成果的广泛推广,很多人才第一次认识到精益生产的魅力,很多企业开始引入精益生产方式。从此精益生产走出丰田汽车公司,开始在全世界的各行各业应用。

要搞清楚精益生产是什么?要先明白它与大规模流水线生产之间的不同。首先,在福特创造流水线生产时,出发点是提高生产率,以产品为核心,降低产品价格。他的目标实现了,消费者得到了更便宜的商品。但很明显福特对消费者的理解是粗放的,强调满足大多数人的共性需求,不关心每个具体用户的需求,强调单品的长期生产。结果就是虽然产品很便宜,消费者可选的产品品种很少。其次,企业要保证大规模生产的实现,往往保留大量的缓冲资源,比如额外的供应、额外的员工、额外的库存等,这就造成生产环节的很多资源浪费。第三,在大规模生产的企业看来,工人是流水线上活的可变成本,低技能的重复工作,人人可以互换,这导致工人士气低迷,甚至导致劳资矛盾。即便福特用高工资来缓解这个问题,但并没有从根本上解决问题。精益生产则与大规模生产不同,更加强调满足客户的多样性选择,强调消除过程中的消费,持续降低成本,要求加强质量和效率的统一。看起来很简单,但实质上需要一系列从思想引导到实施具体操作措施才能实现这些目标。比如,要满足多样性的客户需求,就必须实现低成本小批量生产。而要实现小批量生产,首先需要能够快速实现生产切换的新生产设备,其次需要技术高超的工人在快速的生产切换过程中及时发现缺陷和问题,并能够想办法解决。当然,如果这两点最终实现,就会发现小批量生产的优点:更少的库存占用和更少的质量问题。这只是实现精益生产的一个小细节,要全面实现的它设定的目标,就必须依靠一个严密的体系。精益生产体系可以用精益生产架构屋来说明,如图4-2所示。

图4-2 精益生产架构屋【美】杰弗瑞·莱克.丰田模式:精益制造的14项原则.李芳龄,译.机械工业出版社,p.117.

精益生产虽然强调关注顾客的多样化需求,但核心仍然是以生产达成为中心,尤其强调杜绝生产过程中的浪费,并在杜绝浪费的基础上实现质量最优、成本最低,效率最高等生产管理目标。丰田公司找到了生产过程中不能创造价值的7种浪费:生产过剩、现场等候时间、不必要的运输、过度处理或不正确处理、存货过剩、不必要的移动搬运、瑕疵。在精益生产的核心创造者大野耐一看来,生产过剩是最严重的,其他的浪费大多由此产生。对精益生产来说,核心的就是要想办法杜绝这些浪费,尤其是生产过剩。

围绕目标,精益生产有两大支柱支撑,一个是准时生产(Just In Time, JIT),另外一个是自动化。准时生产的含义就是要实现在正确的时间生产正确数量的正确零部件。要实现这一点,必须采取节拍时间规划、持续性的流程、拉动式生产、整合物流作业等具体措施。难点在于,福特的大规模生产往往通过过程中的库存在保证连续生产,这势必造成浪费。而准时生产则要求避免用库存来解决问题,而是当时当下就得解决问题,这就需要自动化的配合。自动化的关键在于永远不要让任何一个瑕疵品进入下一站,使问题可视化,并使员工不要被机器绑住,即人性化的自动化。实现自动化也有一些具体的措施,例如,自动停止、安灯、人机分离、用“5个为什么”的方法从根源解决问题、防错技术、现场质量管理等。

在两大支柱支撑的架构屋的中间是人的因素,强调员工在实现精益生产中的重要性,这与大规模流水线生产把工人视作可随时替换的活动机器不同。精益生产强调以人为核心,支持和鼓励员工持续改善他们的工作流程。很简单,无论工具和方法多么先进,没有人来积极主动参与精益生产活动的实施和操作,并把总体目标当作自己工作的目标,精益生产的目标就不能实现。如果说在福特时代,工人是可有可无的,随时可替代的,但精益生产不同,需要发挥每个员工专业技能和主观能动性。

精益生产的另一个要点是均衡化。这一点对面向小批量生产的精益模式很重要,要维持精益生产的稳定性,就必须平衡生产流程中的数量和种类。要不然就会出现有的零部件过剩,而有的零部件短缺的问题。

模块化生产也是精益生产的一个核心内容。强调在产品模块化设计基础上,设计易于自动化生产的通用件、标准件,通过不同模块的组合来实现多样化的产品。通过模块化生产,既能够继承流水线生产的优点,也能够实现对小批量、多样性的需求的满足。

一个非常有意思的现象在于:由于精益生产强调杜绝浪费,把存货降低到最少,所以在出现问题时,允许每个员工停止生产线,生产线上的所有员工来共同解决问题。而福特制大规模生产往往不允许这么做,只有出现重大问题时,在相应管理级别的人许可下才能关闭生产线。但事实上,随着精益生产方式逐渐成熟,并被员工广泛熟悉和接受时,由于精益生产形成的紧迫感,不仅仅质量问题大幅度减少,而且几乎没有停止生产线的情况发生。另外,由于大量的问题在工作现场当时就已经解决了,生产的最后环节已经基本上没有返工产品,产品最终质量也能不断提高。这个现象对于还在进行大规模生产的企业来说是完全不可想象的。

另外,福特为了实现连续性的大规模生产,在生产的两端都要纵向整合。一方面在供应方面实现大规模的零部件自主生产,另一方面,自建销售体系或者压迫分销渠道存货来实现大规模销售。这就要求公司必须要强大的零部件生产能力,即便有一些零部件对整车产品不重要,但可能影响到大规模生产的质量、效率。其次,压迫分销渠道接受存货,势必造成分销渠道的压力,分销商就不愿意长期与生产商利益捆绑。一旦市场不景气,层层压力回传,就可能造成工厂压力巨大或面临倒闭。但丰田汽车公司不同,它把精益生产的观念和方法也应用到供应链管理方面,既不用花资金建设大量不重要的零部件工厂,也确保了即时供货。在销售方面,丰田汽车公司一方面建设自主的分销网络,一方面投资入股一些分销商,形成利益共同体。在此基础上,允许分销商按需订货,并把分销商变成拉式生产的第一个环节,然后工厂再按订单生产,精益生产的内部流程自然也没有问题。这一变化的本质就是改变了大规模生产时代的生产决定消费的思维,而是向消费决定生产的思维转变。通过这一系列的变化,精益生产不仅仅实现了生产过程中的效率、质量、成本的统一问题,而且提高了客户满意度,增加了分销的主动性,减少了供应体系的资金投入,客户的增加与供应成本的减少,两边的效益叠加,自然又会增强企业的利润创造能力。

一个从供应、生产、到分销的整体化精益体系,所产生的价值显而易见。而且精益生产强调的不断优化改进,能够连续不断增强这个体系的价值创造能力。丰田汽车公司的快速增长,就是这一体系价值的最好证明。有一个比较数据:1990年,丰田汽车公司的规模只有通用汽车公司的一半,但丰田向全世界提高的产品却和通用汽车一样多。而且,精益生产显现出巨大抗市场波动能力,在1973年的石油危机中,大多数汽车公司都出现大量库存,但丰田汽车公司不仅没有亏损,还有盈利。

但正如丰田英二曾经说过的话:“这个生产系统还有一些改进空间”。精益生产思想和精益生产方式也不是尽善尽美的,还有不断改善的空间。随着20世纪40年代以后计算机技术的兴起,一方面精益生产方式逐渐用软件系统进行支撑实现,精益思想被融汇到ERP、CRM、PLM、MES等软件系统中,另一方面,企业运营和生产与信息技术相融合,信息化成为时代的潮流。在这个过程中,结合信息技术与精益生产的思想,大规模定制的概念被提出来,强调客户导向,更加多样性的生产,对工厂模块化构造、产品模块化设计研发、设计与生产协议等提出了一整套的解决方案。大规模定制逐渐被大家接受成为一种全新的制造范式,而精益生产是实现大规模定制的重要基础。

精益生产思想起步于信息技术尚未成熟应用的时代,但其精妙的思想与具体的最佳实践,仍然远远超越了福特创立的流水线生产,实现了从大规模生产到大规模定制之间的关键进化。