敏捷制造——现代制造范式的新发展，本文主要内容关键词为：范式论文,敏捷论文,新发展论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
摘要：本文从敏捷制造的产生背景以及其涵义与特征出发，讨论了通向敏捷制造的关键支撑手段及我国敏捷制造的发展之路。
一、引言
历史已进入后工业化与信息化时代，但工业尤其是工业中居主导地位的制造业仍是全球竞争的焦点与核心，有资料表明，制造技术创造了工业发达国家1／4－1／3的国民收入（世界银行1992年《世界发展报告》），1990年制成品占世界总出口（其中商品占81%，服务占19%）的比重为56.7%（《1991年世界机电产品贸易统计年报》），可见制造业的竞争力决定了国家的整体经济竞争力。如何以最短的时间开发并生产出高质量且价格能被用户所接受的新产品已成为全球竞争的新焦点。产品敏捷化创新与产品敏捷化生产的竞争，不仅传统的大批量低成本竞争受到挑战，而且单一企业受制于资源的有限性也不可能适应快速竞争的需要。因此，一个集技术信息化、组织虚拟化以及管理灵活化为特征的敏捷制造范式必将成为21世纪制造企业的主导制造范式。
二、敏捷制造产生的背景
基于分工协作与流水线基础上的大批量生产方式，追求的是制造工艺的优化，可以认为是第一代现代制造范式。60年代后，计算机和电子技术的发展尤其是NC、CAD、CAM、CAPP、成组技术（GT）等技术的发展推动了制造业向FMS、CIM、精益生产（LP）以及集成制造系统（IMS）等企业内部柔性化制造方向发展，可以认为是第二代的现代制造范式；在此过程中，又先后经历了三个发展阶段，即以数控机床、加工中心和工业机器人为代表的柔性制造单元阶段，以柔性制造系统和分散型控制系统为代表的生产过程系统控制阶段，以及以计算机集成制造系统和计算机集成过程系统为代表的企业内部集成化及单元加工过程智能化阶段。这两代现代制造范式都强调产品从设计到生产尽量在本企业内完成，追求的是一种“内部化优势”。进入90年代以来，一种追求充分利用外部资源力量的社会化敏捷制造范式便应运而生，这可以称之为第三代现代制造范式。敏捷制造范式必将成为下个世纪先进制造企业的主导制造范式，它不仅决定了制造企业竞争的成败，而且决定了国家整体经济在全球竞争中的成败。
三、敏捷制造的概念与特点
敏捷制造（Agile Manufacturing）是由美国政府、学术界和企业界于1992年在其“21世纪制造企业的战略”中提出的，期望借此振兴美国制造业，与日本相抗衡。他们将敏捷制造定义成一种以柔性生产技术和动态组织结构为特点，以高素质与协同良好的工作人员为核心，实行企业间网络技术从而形成快速响应市场的社会化制造体系。而P.T.Kidd则将敏捷制造定义为一种结构，在该结构中各公司都可以开发和实施各自的经营战略，构成该结构的基础是三种基本资源：有创新精神的管理结构和组织，有技艺、有知识且被适当授权的人员，先进制造技术，他认为敏捷制造来源于这三者的有效集成。我们认为敏捷制造是基于先进制造技术（以信息技术与柔性智能技术为主导）和网络化、社会化与动态化的组织结构以及灵活快速的管理理念与方法基础上的一种新的现代制造范式。其特点可归纳如下：
·对消费者的需求快速灵敏反应为基本特征，变简单的市场导向为消费者参与的市场导向，即不仅要考虑到品种、质量与价格等因素，更为重要的是要考虑消费者满意、响应灵敏和响应时间等因素。
·以信息技术为核心的先进制造技术作为企业的技术支撑，集成化、智能化与柔性化是敏捷制造技术的主要特点，不仅要考虑企业内部的信息集成、功能集成以及流程集成，而且要考虑企业间的集成。
·以企业内部组织的柔性化与企业间组织的动态联盟为其组织特征，虚拟企业是其理想形式，但不一定是必需形式。在企业内部，组织结构由垂直型向扁平与网络型、由刚性向柔性发展，以内部信息技术与网络达到瞬时沟通；在企业外部，各企业为抓住市场机会，利用各自的核心竞争力（Core Competency）通过网络招标与网络分工组成暂时的技术与生产组织联盟，以工业信息高速公路作为企业间敏捷制造的桥梁。
·以灵活的管理方式达到组织、人员与技术的有效集成。在管理理念上应具有变革以及合作意识，在管理方法上主要运用流程管理（Business Process Redesign）和作业管理（Activity Management）等，前者基于业务流程基础上的全过程管理观念，后者运用基于作业的财务管理（Activity-based accounting）来进行成本和财务的计量并达到管理深入作业活动的目的。
·敏捷制造体系的投资与收益方式与传统企业有很大不同，投资不仅依赖于有形设备和技术的再投入，而且注重组织更新和人的素质等方面的无形再投入；收益不仅仅是单一企业的规模经济性，而是企业群的范围经济性与单一企业规模经济性的综合平衡。
四、敏捷制造的支撑体系
敏捷制造企业是围绕着新产品或新经营机遇的产品过程来建立动态联合组织机构进行产品的开发、生产和经营的，它具有可重构性、可重用性和规模可变性。但敏捷制造的核心是适应市场变化的敏捷技术手段、敏捷虚拟企业组织以及敏捷经营管理方式，它们构成了敏捷制造的支撑体系的三个支柱。
（一）敏捷技术手段
敏捷制造企业所需要的技术手段从空间范围分包括企业内信息智能技术系统和企业外围信息支撑网络系统，从企业内部产品价值链过程分，可包括敏捷产品开发设计技术、敏捷制造技术以及敏捷营销与后勤技术等。当然，敏捷技术手段只有与敏捷管理技术相结合，才能达到真正意义上的敏捷性。
1.敏捷开发与设计技术
先进敏捷的开发与设计是决定产品品质、环境相容性、经济性与适应需求的基础，设计的水平、质量和效率是决定产品自主开发能力和市场竞争能力的首要环节。现代设计理论与方法表现为功能结构和价格、安全性、环境相容性、工业造型等的综合优化设计，表现为设计过程、开发过程与生产过程的紧密结合趋势。敏捷开发设计技术主要指基于信息技术基础上的敏捷开发设计工具系统，主要包括：
·CAD、CAM、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）等计算机支持设计工具，可使设计过程信息化与自动化，可使设计的时间缩短、设计成本降低；
·标准化技术、成组技术以及产品数据系统技术：只有将产品的各部件进行标准化，并建立相应的数据库系统，才能充分利用CAD、CAM等技术进行快速开发与设计；
·支撑实时设计工具与并行工程设计信息系统，并使各功能部门充分共享信息，可以扫除传统设计障碍，加速了从设计到成品的进程，达到并行开发与设计；
·DFX技术：是可制造性的设计（DFM）、可装配性的设计（DFA）、可分析性的设计（DFE）、可测试性的设计（DFT）、和成本可计算性的设计（DFC）等的总称。DFX技术是一种系统技术，充分将设计与制造等其它系统联结了起来。
2.敏捷的先进制造技术
Parnaby认为先进制造技术是一个“制造系统”，“一个把过程、加工系统、人员、组织结构、信息流、控制系统和计算机相集成的组合体”。而其中的关键是集成智能的技术系统，主要包括单项制造技术、信息网络技术与制造技术系统。
·单项或辅助制造技术：数控技术（NC／CNC／DNC）、微处理技术、自动检测技术、工业机器人、分布式多级计算机技术、整体联接技术、精密成型技术、先进的传感器和控制技术，自动化控制设备、柔性装配线、MEMS单元技术、MEMS基础技术等。
·信息网络技术：主要通过网络和数据库把已形成的自动化孤岛和异种设备互连起来，实现制造系统中异构数据交换、异构系统的互操作和信息连通。
·虚拟制造技术（Virtual Manufacturing）：是一种通过计算机拟实模拟和预估产品的功能及可加工性等的一种模拟现实制造的技术，它建立在建模、仿真、临境技术基础上，以减少或取消制造原型机或原型系统，能为工程师们提供从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境，可通过建立模型和模拟仿真来评判和改进生产过程，提高产品试制成功率。
·柔性制造系统（FMS）：FMS能够在不降低生产效率的前提下同时或交替生产各种具有类似加工要求的零部件与产品，极大地提高了零部件与产品生产加工的效率和灵活性。
·计算机集成制造系统（CIMS）：是一种利用计算机软硬件、网络、数据库等现代高新技术将企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售和服务等环节和人力、物力、财力等资源集成起来，使之一方面能够充分发挥自动化的高效率、高质量；另一方面又具有充分的灵活性以利于经营、管理及工程技术人员发挥智能，根据迅速变化的市场需求及企业经营环境，灵活及时地改变企业的产品结构及人力、物力、财力等生产要素的配置，实现企业内全局最优化。
（二）敏捷组织手段
敏捷组织支撑手段包括两个方面，即企业组织结构有机化、柔性化以及企业间组织结构的虚拟化、动态化与网络化。前者是敏捷制造的基础，后者是敏捷制造的保证。
1.企业组织有机化与柔性化
传统企业内部基本上是一个以等级为基础、以命令控制为本的金字塔结构，横向分工始终处在以“直线组织”为支柱的纵向型分工的框架内，“参谋制”、“事业部制”和“矩阵制”都是些从属形态。1990年以来，组织结构精简和扁平化浪潮使得组织结构逐步转向更加适应信息时代的“网络型”结构。这种新型的组织是一种充分发挥人的主观能动性，充分运用高新技术和先进的信息技术的扁平型、层次少、效益高，灵活快速、应变能力强，充满活力，具有很强的竞争能力，而且能持续进行组织学习、管理创新和结构重组的组织，即它是一种“高柔性、结构扁平化、功能与业务过程综合化，突出团队智力与个人主动性的学习型组织”。
2.企业间组织的虚拟化、动态化与网络化
为充分利用外部化力量达到快速敏捷的目的，企业间的动态合作与虚拟化组织成为必然，企业不仅与供应商、用户紧密合作，而且不断动态地寻找合作伙伴，形成边界模糊的虚拟化企业。虚拟化企业由一些独立的经济实体组织起来的一个临时性的企业，没有固定的组织和组织层次，在组织运行中，可按需要随时进行组织结构调节，任何一个经济实体都可以通过网络招标与投标以及协商加入某一虚拟化企业，加盟企业的数量不限，加盟或退出没有严格限制。而一旦市场使命完成，则虚拟企业的各合作方解散，又进入下一个虚拟组织循环，企业组织结构总是在不断变化，而只有其核心没变，即我们所说的企业的核心竞争力没变，因此它具有极大的灵活性。可以说，未来企业组织形式将是建筑在全球工业信息高速公路基础上敏捷化的“无墙工厂”与虚拟企业等动态组织形式。
（三）敏捷管理手段
无论是敏捷技术还是敏捷组织形式都离不开敏捷管理手段的支撑，要将人、技术和组织进行有效集成，实现企业间的动态联盟和虚拟制造，使企业能迅速开发生产出新产品，响应市场，就需要有敏捷管理理念与管理方法技艺。
·管理理念：追求变革创新，重视人的作用，寻求每一个机会，充分利用外部资源（Outsourcing）。近些年来诸如变革管理、人本管理、自主管理、模糊管理、团队管理、作业管理、流程管理等等不一而足，无不是从各个侧面反映了新形势下管理变化的一种趋势。
·管理技艺：包括数据标准、工艺标准、质量标准、生产计划与控制、全面质量管理、市场分析、用户与员工培训等先进管理基础要素。
·并行工程：是集成地、并行地开发产品及其相关过程的系统化方法与系统化的工作模式。即将产品的市场分析、设计、工艺设计、生产计划与加工、质量保证和检测等同步规划，实现产品设计开发过程的并行实施，从一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素，以达到减少设计变更的原型制作次数，从而大幅度缩短产品开发设计周期、降低产品成本、提高产品质量的目的。可见，并行与串行不同，它必须组织跨学科、跨部门的开发小组，应用系统思想和全过程质量观念，是敏捷制造的重要手段。
·流程管理（BPR）：来源于业务流程重组思想，是一种基于信息技术基础上的业务流程再设计的过程和思想，它强调从流程角度而不是从任务角度进行管理，强调全过程观点，反对流程过细分割和过细的职能分工，而且强调组织的设计与重组必须围绕“业务流程”特别是核心业务流程来进行。它将各个职能部门的障碍减少到最少，甚至消除了职能部门以及组织的界限，充分发挥员工的自主性和多面手能力，极大地提高了工作质量和加快了流程周转速度。
·作业管理（AM）：作业管理思想认为企业是一个最终满足顾客需要而设计的一系列作业或活动的集合体。企业的各种作业之间存在着逻辑关系，后续作业或产品是其先行作业的“顾客”，形成作业价值链，对每一作业应考虑其是否“增值”和是否“有效”。这就将企业管理从产品任务层深入到活动作业层，再与流程管理思想相结合，就可以在业务流程的观念上深入细致地考察企业的低效与无益作业，从而缩短作业与流程链，提高工作质量与企业反应能力。
·JIT：及时管理思想，来自于日本企业。强调以需求来推动生产，不仅是最终产品，而且包括每一道工序的产品及原材料都以前道工序的需求为目的，而且要在时间上、数量上、质量上、成本上全部符合其需求，追求的是一种“无缺点”式并整合企业内外部业务流关系的管理。
·精益管理：来自于精益生产思想，以准时生产、成组技术和全面质量管理为支柱，并引入并行工程和整体优化概念，在空间上和时间上合理配置和利用生产要素，从而发挥以人为核心的整体制造系统效益。它综合了单件生产与大量生产的优点，既避免了前者的高成本，又避免了后者的僵化。
·投资收益与成本等的评估：敏捷制造体系的投资与收益方式注重组织更新和人的素质等方面的无形再投入，收益不仅仅是单一企业的规模经济性，而是企业群的范围经济性与单一企业规模经济性的综合平衡，需要一种新的投资评估管理方法，而基于作业的活动成本会计提供了一个努力的方向。
五、国外敏捷制造计划及对我国的借鉴
近些年来，发达国家纷纷出台关系到国家竞争地位与竞争优势的先进制造计划，如美国的先进制造技术计划（AMT），韩国的高级先进技术国家计划（G－7计划），日本的智能制造技术计划（IMS），美国国家关键技术计划，美国敏捷制造技术计划（TEAM），德国的制造2000计划等等，它们的发展方向或内容都是朝向敏捷制造范式。尤其是美国能源部的TEAM计划，它通过美国主要制造商、科研工作者、政府机构之间的协商，提出技术方案，将私人企业和联邦机构的资源优势进行调配来发展和部署高精尖技术，以满足一般工业和能源部系统的急需，使得生产变得快速、灵活，它是敏捷制造计划的第一个蓝本。
我国制造企业尚处在技术水平整体不高的情况下，因此如何充分利用企业间集成的力量参与国际竞争成为我国制造企业的当务之急。然而一方面企业内部集成系统尚未建立或成熟，另一方面，信息高速公路等基础设施尚不完善，这使得我国企业达到敏捷制造尚有一定的难度。我国在863计划与“九五”计划方案中，已将先进制造与智能技术以及信息高速公路建设作为重点，而如何在此基础上，将敏捷制造范式推向企业，为企业所接受，由企业去摸索与发展是科学技术产业化的关键。因此，一方面，我们应在大力发展信息高速公路的前提下，借鉴国外的经验，充分利用高校、政府院所、企业三方面的力量，为企业间实现敏捷制造提供一个政策、信息、技术与资金支持；另一方面，根据我国目前的国情，以示范工程的形式推动敏捷制造逐步扩展，并重视带动高技术中小企业参与敏捷制造的社会化体系，从而促进我国制造业的持续发展。