《工厂物理学》之问题在哪里

XJTU-IE,2007.9-2008.9,M:[e-mail](徐琛),[e-mail](李慰祖)第五章问题在哪里妈妈，看，皇帝没有穿衣服！——汉斯•克里斯蒂安•安徒生我们现在的任务不是要责备过去的过失，而是要决定未来的方向。——约翰•F•肯尼迪5.1引言到二十世纪八十年代，美国制造业已经有了不祥的征兆。生产力增长速度的降低，在诸多市场上所占份额的下降，普遍感觉到许多美国商品质量比国外的差，持续的巨额贸易赤字以及许多其他令人担忧的趋势每天都在提醒我们：美国已不再占据曾经无可争辩的制造业霸主地位。美国制造业的衰退给我们敲响了警钟，表明我们已经进入了一个全球化竞争的时代。从这一点来看，企业长期的成功就需要在各个方面，如产品开发、市场营销、人力资源管理、财务和运作管理上都要有世界一流的表现和持续的改进。日本在二十世纪八十年代的成功给我们的主要一个启示就是运作管理可以是（必须是？）一个有效的现代制造业经营战略的一部分。从二战期间到二十世纪九十年代所使用的传统美国运作管理实践大致可以被分为三种思想：1.科学管理。它是一种对制造系统合理的、逻辑推断的、定量的、模型导向的观点。早期的科学管理在20世纪初产生了库存控制、排程、预测、综合计划以及其他许多制造职能的定量化方法。2.物料需求计划。它的特征是用集中的计算机化的计划方法来进行生产控制和集成。随着更多的功能加入到系统中，昀初的物料需求计划（MRP）逐渐发展成为制造资源计划（MRPⅡ），进而又发展为企业资源计划（ERP）。3.JIT（准时制）。以低库存、对制造环境的流程导向为特征。昀初对日本看板方法的重视逐渐扩大到了更为广阔的精益生产的观点。JIT也是全面质量管理的一个推动力，后者曾是JIT内容的一部分，但后来逐渐发展成为一个独立的运动。尽管这些思想都提供了很好的方法，但是没有哪一种可以持续不断地将企业提升到更高的水平，从而足以在下个世纪的激烈竞争环境中继续繁荣发展。在这一章里，我们将寻找为什么它们未能提出解决竞争力问题的综合方案的原因。在本书的第二篇和第三篇，我们将基于这些反面观点，并结合前面四章所提出的正面观点来制定一个综合的运作管理方法与步骤。（168|169）5.2科学管理的问题1在第一章里，我们讨论了两种不同的文化倾向，我们认为这两种倾向对于运作管理在美国发展并传播的道路产生了重大影响：1.对科学方法的信仰。这种信念深深扎根于美国人的灵魂深处，它使得无论是研究者还是实践者都特别注重使用精确的、定量的、高技术含量的方法。泰勒显然就是用这种方法提出了他的铲运方程式的，同样，我们在第二章讨论过的库存控制方法的提出者也是用的这种方法。2.开拓伦理。渴望完全开放的空间、个人主义、追求冒险，这些态度从根本上就是与节约资源相矛盾的。再加上二十世纪的上半个世纪几乎完全没有全球竞争，使得美国许多的一流人才没有选择运作管理而是选择了更加令人兴奋的市场营销、金融以及其它领域。并不是说开拓精神和定量化观点本身不好，而是说这两者的美国式结合在二十世纪七八十年代产生了致命的危机。对营销和金融的过分重视使得高层管理者脱离了正轨，一直到后来运作开始被关注，情况才有好转。这使得中层管理者担负起开发运作方法与工具的责任，但是他们又缺乏从战略背景看待运作管理问题的眼光。这样，中层管理者与支持他们的学术研究机构昀后用的是一种极其狭隘的还原主义的方法来考虑运作问题。在这种背景下，我们的科学倾向使我们投入了大量的精力去将日益复杂的技术运用到越来越无关紧要的问题上去。对于运作管理的这种不切实际的技术方法早在1913年Harris发表了昀早的EOQ论文的时候就已经很明显了。当时正处于科学管理运动的高潮，Harris把很大一部分重点放在模型的精确和优美上。因为这个原因，他对批量问题作了一系列简化的假设，以求能够推出他那个诱人的“平方根公式”，但是这也致使他的结论对于许多现实的生产系统来说疑点重重。正如我们在第二章里讨论的，那些不现实的假设包括：·固定且已知的启动（生产准备）成本。·固定不变的确定性需求。·即时交付（无限能力）。·单一产品或产品间不相关。因为这些假设，EOQ在采购环境下比在生产环境下更为适用，而这正是Harris想表达的意思。在采购环境中，过程的启动（即发出采购订单）用一个常量的成本足以表示了。然而，在制造系统中，启动会产生各种其它的问题（如产品组合的相互影响，对能力的影响、对变动性的影响），这些问题我们将在第二篇进行讨论。EOQ的这些假设完全掩盖了这些重要的问题。（169|170）比这些简化的假设本身更加糟糕的是对EOQ所提出的批量概念短浅的理解。通过将启动作为一个外生的约束，EOQ模型和它的后续成果蒙敝了运作管理的研究者和实践者们的视线，使他们忽略了减少启动（开机）次数的可能性。直到日本人从另外一个完全不同的角度来解决这个问题，才完全认识到减少启动（生产准备）所带来的好处。在第二章我们讨论了Wagner-Within模型、基准库存模型和（Q,r）模型各自背后的假设中那些类似的不切实际的内容。在每个模型中，根本的缺陷并不是说这个模型没有从实际的问题出发或者想法上不切实际，实际在这方面模型都是没有问题的。正如我们所知，EOQ体现了库存与启动（开机）之间的权衡，这对于工厂来说确实是非常基本的。同样，（Q,r）模型所体现的库存（安全库存）与服务之间的权衡也非常重要。然而，由于我们着迷于外科学（Thingsscientific），这些成果很快变质成为间接的机械论。为了得到精确和优美昀后就2牺牲了现实。我们把精力放在为求解那些简化的问题而寻找更快的计算方法上，而没有去研究各种不同的实际的系统，从而扩展和深化之前的研究结果。我们关注于整个问题的一个小小的角落以求达到优美的机械论公式，而不是将那一系列成果整合成为一个战略的框架。尽管模型与现实的差距从昀早的运作管理（OM）文献中就已经存在，但糟糕的是这种差距越来越大。随着OM逐渐成为一个学科方向，越来越少的研究者愿意直接到制造工厂中去寻找问题了。格式化的标准问题成为了大量的研究所针对的目标。在车间调度领域有一个反映这种趋势的经典例子，起初是Johnson在1954年发表了一篇论文。它的这篇论文是关于一条由两台机器构成的生产线完成固定数量的工作量所需要的生产期（makekspan）的昀小化问题。加工时间假设是固定且已知的，但是对于不同的工件并不相同。这样，唯一的问题就是安排工件在机器上加工的顺序。Johnson得到了一个简单且颇具灵感的算法用于给这个问题计算一个昀优的排程。但不幸的是，这个问题本身不可能发生在实际的工厂中。大多数制造现场都是让工件连续的进入生产系统，因此对于如何安排一个固定数量的工件的顺序以达到昀短的完工时间的这样一个问题实际上毫无意义。然而，这个问题是很有机械论趣味的。因为如果产线中机器的数量超过3，这就变成了一个非常难的问题（在理论数学意义上）。正因为研究者是从文献中找问题而不是从工厂中找问题，在Johnson的论文的基础上加以变化产生了数量惊人的后续文章。而其中的绝大部分的变化版本都一样的不切实际，并且昀近的一份调查表明车间调度问题的研究几乎对实际的调度实践没产生过什么影响。Dudek、Panwalkar和Smith（1992）用以下这段话总结了这个研究领域：这一次，似乎一篇研究论文（Johnson的那篇）引发了一场持续不断的研究热潮，这场热潮消耗了许多人大量的时间去研究一个毫无实际意义的棘手问题。同样的事情也发生在运作管理文献的其它领域，例如综合计划、库存控制、设备更新和能力计划。在整个运作管理领域，具有实践意义的文章在所有发表的文章里所占的比例微乎其微。（170|171）现实就是大多数学术论文对工业并没有起到作用，更不用说提高美国制造业的竞争力了，但是至少也没有直接造成多大的危害。这些研究的一个更加严重的隐患就是对大学教学的影响。由于教授向学生们传授那些与实际脱节的、从模型出发的、没有经验根据的研究方法，这就造成了一批又一批的工科和商科学生用一种狭隘、孤立的态度看待运作问题。在工程类院校，运作管理变成了运筹学，而且几乎只专注于方法论，例如线性规划和概率建模。即使是专门针对生产的课程，也总是由方法论一马当先。许多学习排程的学生在钻研了关于排程的文献之后俨然变成了学数学的，他们更加关注算法的复杂性而不是实际排程过程中会出现的问题。许多讲“运作”的课本主要强调的是运筹学方法论而不是在生产实践中的运用。在商学院，学生本身就没有学习数学的兴趣和耐心。这样，随着运作管理逐渐变成了将一系列定量方法运用到一堆关系不明了的问题（例如：库存控制、排程、质量保证、维护）上去的课程，它们也就越来越不受欢迎了。在七八十年代，有些学校居然将运作管理从课程中删除了！其它学校也削减了运作管理，到昀后纯粹用于那些充满故事趣味的案例研究。后果就是工程院校和商学院的学生都没有学到应对实际运作问题的本领。昀乐观的情况是，他们只不过是在努力寻找一个解决问题的特别的点子。而昀糟糕的是，他们在把从学校学来的机械论的方法应用到了并不适合的场合。（我们的印象是大多数工厂实践者明智的选择了前者而基本上忽略了他们在生产方面的学术训练）到八十年代后期，来自日本、德国和其它国家的竞争压力使得研究者和实践者都意识到3必须进行变革了。很多著名人士都呼吁重新把重点放到运作上来。哈佛商学院的一些教授强调了运作细节的重要性（Hayes、Wheelwright与Clark1988,188）：即使像生产批量（生产一批零件时所要生产的数量）和车间布置这样策略性的决策从长期看也是对企业绩效有显著影响的。这些看起来微不足道的决策集中起来却深刻地影响着一个工厂实现关键竞争优势（成本、质量、交付、柔性、和创新等）的能力，而这种关键竞争优势是由企业的竞争战略所确定的。不仅如此，由制度、惯例和决策的组合所构成制造系统是无法轻易被复制和模仿的。当一个制造系统和硬件系统很好的整合起来之后，它就能成为一个持续竞争优势的来源。和他们在同一个城市的麻省理工学院的同行们也同意这些观点，他们呼吁在经理培训过程中增加运作管理的比重（Dertouzos、Lester与Solow1989，161）：在过去很长的时间里商学院相信好的经理可以管理好一切，而不顾其技术基础……其中的一个后果就是生产或运作管理方面的课程在商学院的课程里变得越来越不重要。现在终于明白了这种态度是错误的。尽管没有必要每个经理人都去拿一个科学或工程的学位，但是至少每个经理人都必须理解在他们的企业中技术是如何与战略定位相互关联的……虽然现在越来越认同运作管理的重要性，但是人们却还没有在教什么和如何教上达成共识。（171|172）以前那种将运作孤立的表述成一系列数学模型的方法已经被普遍抛弃了。纯粹案例研究的教学方法仍然在一些商学院使用并表现出一些优越性，因为它可以对现实的生产问题进行探讨。然而，在短时间内完成无数的案例只不过加强了这样一种认识，那就是管理决策的制定可以几乎不需要任何关于运作细节的知识。除此之外，在本文第二篇的工厂物理方法中，我们试图提供一套基本原理和一个综合框架。在那里面，我们在这一部分对以往成果的调查的基础上运用精确的数学方法来阐明和归纳这些成果。好的判断力或者说直觉来自于好的洞察力或者说见解（insight），而好的直觉是做出好的决策所必需的。并非只有我们在寻找一个通过模型来建立运作直觉的可行框架（可参见Askin和Stanbridge1993，Buzacott和Shantikumar1993，以及Suri1998）。我们将此看作是一种充满希望的信号，预示着一种新的运作教育范式的出现。到九十年代，业务流程重组（BPR）继承了科学管理的衣钵。BPR的核心是对管理过程的系统分析。1但是由于美国人好大喜功的倾向，将重点过多的放在激进的（radical）变革上了。那些主要的BPR的倡导者将其定义为“对业务流程的根本性反思和彻底的再设计，以实现当前关键绩效诸如成本、质量、服务和速度方面指标戏剧性的（dramatic）