工厂物理学

XJTU-IE,2007.9-2008.9,M:[e-mail](徐琛),[e-mail](李慰祖)第零章工厂物理学？完美的方法和混乱的目标似乎是这个时代的特征。——阿尔伯特·爱因斯坦0.1简短的回答什么是工厂物理学，为什么要研究工厂物理学？简言之，工厂物理学（factoryphysics）是对制造系统基本行为的系统描述（asystematicdescriptionoftheunderlyingbehaviorofthemanufacturingsystems）。理解这一点可以帮助管理者和工程师根据制造系统的自然趋势去进行以下的工作：1.识别改善目前系统的机会。2.设计有效的新系统。3.为协调不同领域的政策而做出必要的权衡。0.2详细的回答上面对工厂物理学的定义很简洁的，还留下很多内容没有说出来。为了给这本书的研究内容提供一个更加精确的描述，我们需要阐述其研究焦点和研究领域，更加详细地定义工厂物理学的意义和用途，并通过识别那些我们所关注的制造环境从而将这些问题一一放到实际背景中来回答。0.2.1焦点：制造管理为了回答我们为什么需要学工厂物理学，我们首先需要回答为什么要学习制造。毕竟，人们经常听到说美国正在转向服务型经济，因而制造部门所占的比重将日趋缩小。从表面上看这种说法似乎是正确的：在20世纪50年代，制造业从业人员占整个社会劳动人口的50%，但是到了1985年这个比例就下降到20%左右。从某些方面来说，这表明制造业具有与这个世纪早期农业的经历极为相似的一种趋势。（1|2）1929年，农业从业人员占社会劳动人口的29%；到了1985年，就只有3%了。这期间发生了从低生产力、低报酬的农业到高生产力、高报酬的制造业的职业转型，实现了全民生活水准的巨大提高。据此，支持这个推论的人宣称，我们目前正从一个以制造业为基础的劳动力模式转变为具有更高生产力的以服务业为基础的劳动力模式，并且预期可以达到更高的生活水平。然而，正如科恩（Cohen）和齐斯曼（Zysman）在他们的精装本著作《制造业的现状：后工业经济的神话》（ManufacturingMatters:TheMythofPost-IndustrialEconomy，1987）里指出的，这个推论有一个根本性的漏洞。农业是实现了自动化；而制造业，至少有一部分正在向海外转移。尽管生产力的大幅提高导致农业从业人员减少，但是美国农业产出自1929年以来并没有下降。因此，许多与农业密切相关的岗位（卡车司机、兽医、作物喷粉人员、拖拉机维修工、按揭估价师、肥料销售代表、意外伤害保险公司、农学家、化学家、食品加1工商等）并没有消失。当把这些紧密相关的岗位考虑进来以后，科恩和齐斯曼估计，目前依附农业生产的岗位数量不是通过查阅SIC（标准产业分类standardindustrialclassification）就可以获得的三百万，真实值是六百万到八百万。也就是说，与农业紧密相关岗位的人数是直接农业生产本身人数的两倍或三倍。科恩和齐斯曼将这种行业联系的观点同样延伸到了制造业，通过观察那些一般被认为是属于服务部门的岗位（设计与工程服务、工资会计、库存与会计服务、金融与保险、工厂和机器设备的维修与维护、培训与招聘，测试与实验室服务、工业废料处理、工程支持服务、半成品运输等等）都与制造业密切相关。即使由于生产效率的提高而引起制造业岗位数量减少，这些与其紧密相关的岗位很多都仍会保持不变。但是如果美国本土的制造业随着逐步转移到海外而衰落，那么许多与之密切相关的岗位也将会随之转移到海外。目前大约有两千一百万人直接受雇于制造业。因此，如果应用科恩和齐斯曼估计农业时的类似倍数，那么就有二千万到四千万紧紧依赖于制造业而存在的岗位。这就意味着，美国有过半的岗位是与制造业密切相关的。即使不考虑制造业比例下降所带来的间接影响（例如失业或半失业的人少买匹萨，少听音乐会），将制造业转移到海外所带来的潜在经济后果也是非常严重的。20世纪80年代当我们对这本书第一版开始进行编辑工作的时候，就有许多迹象表明美国的制造业不再像当年那样强劲了。生产力增长率显著地慢于其他工业化国家，国内公司在几个重要市场（如汽车、消费类电子产品、机床）所占的市场份额下降到惊人的地步。由于进口不断增加，美国与其他制造业强国如日本的巨额贸易逆差在不断上升，并已成为世界上最大的债务国。美国受理的外国投资者专利的比例在之前的二十年里翻了一番。这些趋势以及许多其他的现象似乎暗示着美国的制造业确实已经出问题了。衰落的原因复杂而有争议，我们将在第一篇中对它作更深入的讨论。此外，从许多方面来看，美国制造业在90年代有所复苏，其净收益从1985年到1994年间上升了近65%（商务部1997）。（2|3）但是有一个结论更为突出——第二次世界大战之后，尤其是80年代之后，由于被战争摧毁的经济得以复苏，全球竞争加剧。日本、欧洲以及太平洋周边地区的企业已经成为一度占据支配地位的美国制造部门的强大竞争对手。由于有了更多的选择机会，消费者也变得越来越苛刻了。亨利·福特那种提供产品的做法，“可以是任何颜色，只要它是黑色的”，已经不再可能了。顾客希望产品多样化、价格合理、质量高、服务周到以及交货迅速。因此，从现在起，无论在良好的还是糟糕的经济周期内，只有那些能在上述种种方面紧跟步伐的公司才能求得生存。尽管说制造业是一个不可分割整体可能像是华丽的政治口号，但是事实就是美国制造业的崛起和衰落其实都是一家的买卖（willoccuronefirmatatime）。的确，实施一套从税制到教育改革的宏观政策的确会对整个行业有所帮助；但是每个企业的最终成功从根本上说取决于其管理的有效性（theeffectivenessofitsmanagement）。因此，确切地说，我们的经济以及我们未来的生活方式，都取决于美国制造业的管理者们如何适应新的全球性竞争环境并且帮助他们的企业紧跟时代步伐。0.2.2研究领域：运营既然有必要研究制造，那么应该怎样做呢？我们既然关注于管理，则自然会采用“大M”制造（“bigM”manufacturing）的高层定位，包括产品设计、工艺开发、厂房规划、产能管理、产品分销、生产排配、质量控制、人力组织、设备维护、战略规划、供应链管理、厂际协作以及直接生产过程——“小m”制造(“littlem”manufacturing)——切削、成形、磨削和装配等过程。当然，没有哪一本书能够囊括整个大M制造。即使有哪本书可以，这样宽泛的概观也2必然是肤浅的。为了达到能促进真正理解的深度，我们必须缩小范围。然而，为了保留管理的大背景（bigpicture），又不能限制得太小；高度细化地对待特定问题（如金属切割的物理原理），就只会得到相应狭隘的观点，以至于尽管很重要但是却难以适用于识别有效的管理策略。处在中间位置则代表着平衡高层的综合策略与低层的细节问题，这就是运营的视角。广义地讲，运营（operations）这个术语指的是利用资源（资金、物料、技术、人的技能及知识）来生产产品和服务。显然，所有的企业组织都包含运营。工厂生产实物产品，医院进行外科手术以及其他的药物治疗，银行核对交易账目和进行其他的金融业务，餐馆提供食物和招待，等等。运营这个术语也指一个组织中的特定的职能，是与其他的如产品设计、会计、市场营销、财务、人力资源和信息系统等职能相区别的。历史上，参与运营职能的人总是工作在生产控制、制造工程、工业工程、计划之类的部门中，并且他们要对与生产产品和服务直接相关的工作负责。典型的工作包括生产排配、库存控制、质量保证、人力计划、物料管理、设备维护、能力计划以及其他所有产品制造出售所必需的工作。（3|4）在这本书中，我们将从广义来理解运营，而不拘泥于一项具体的职能。我们试图给予总经理们从生产系统中的无数细节中筛选信息并找到有效策略所必需的洞察力。运营的视角主要关注于工厂内部的物料流动（flowofmaterial），因而总是非常重视那些评价制造经理的关键指标（产出率、客户服务水平、质量、成本、设备和物料的投资、劳动力成本及效率等）。此外，由于不需要对产品或工艺进行详细描述，运营的视角专注于一般的制造行为（genericmanufacturingbehavior），这使得它能够适用于广泛范围内的各种特定环境。运营的视角为各种各样的大M制造问题提供了一条贯穿始终的主线。例如，运营和产品设计是相关联的，因为产品的设计决定了它如何流经工厂及其加工的难易程度。在产品设计过程中采用运营的视角，促进了面向制造的设计（designformanufacturability）。同样，运营和战略规划也是紧密联系的，因为战略决策决定了要生产的产品种类和数量、生产设施的规模、纵向一体化的程度以及许多其他影响工厂日常运营的因素。在战略决策制定时深入地考虑运营问题对保证战略计划的可行性是非常必要的。其他的制造职能与运营都有类似的关系，因此通过从运营的视角来表述问题，就可以把这些职能与实际的生产过程协调起来。传统研究运营的领域被称作运营管理（operationsmanagement,OM）。但是，OM要比这本书涉及的范围更广泛，因为它除了制造企业、事业单位还包含了服务业的运营。正如本书的运营研究领域仅包含（大M）制造的一部分，我们关于制造的研究焦点也仅仅涉及运营管理的一部分。简言之，本书的研究领域可以说仅仅是制造业中的OM，如图0.1所示。零售、制造等）制造（制造工程、产品/工艺设计、生产管制等）制造运营运作管理（服务、运输、图0.1制造与运营管理3对一本管理学的书来说，制造业中的运营视角可能有些偏向于技术的角度。这并不奇怪，为了更精确地描述在运营这个层面上的制造活动，某种程度上的技术性是必需的。更重要的是，制造本身就是技术性的活动（manufacturingitselfistechnical），这已经是当今环境中的一个客观事实。激烈的全球性竞争在不断地提高市场的标准，使得那些表面上看起来微小的细节却具有战略重要性。例如，70年代顾客所能接受产品质量水平可能相对来说还以比较简单的质量体系实现的。（4|5）但是为了满足顾客的期望和符合当前零售商认可的统一标准，没有一个严格的质量体系几乎是不可能的。同样地，客户服务水平要靠维持大量的库存来保证还是不久前的事情。如今，快速的技术变革和逐渐缩小的边际利润使得这种战略变得不经济了——可以说是迫使公司采用更加严格的、在低库存水平下运行的控制系统。这些转变使得运营成为经营一个制造型企业更加不可缺少的、更有技术性的组成部分。90年代的趋势使运营的重要性似乎只是一种新气象。但是，正如我们将要在第一篇深入讨论的那样，低层的运营细节对制造型企业来说一直都具有战略上的重要意义。这个事实最近的证明就是日本在20世纪70年代与80年代的发展历程。正如第四章所描述的，日本的公司，尤其是丰田，能够执行低成本小批量生产的战略完全是通过长期严格关注工厂内部微小细节（例如零换模时间、统计过程控制、物流控制）而实现的。最终结果就是形成了一种非常有效的竞争武器，它使得丰田从一个默默无闻的无名小卒一跃成为全球汽车行业的领导者。如今，由于全球性的竞争，运营对于制造型企业健康发展、乃至于生存的重要性在以下三个方面都大大超过从前了：1.成本（cost）。成本是一个传统的竞争维度，它一直是运营管理的主要板块。劳动力、原材料和设备的有效利用对于保持成本竞争力是非常必要的。然而，我们应该注意到，从顾客的立场来看，单位成本（unitcost）（总成本/总数量）才是关键，这意味着总成本的降低和总数量的增加都是有价值的OM目标。2.质量（Quality）。20世纪80年代在美国形成了一个广泛认同的观点，即质量是一个十分关键的竞争武器。当然，能被顾客所看见的外部质量一直是制造的关注点；而80年代的质量革命则使得人们开始关注制造过程每个阶段的内部质量，以及它和客户满意度的关系。运营管理的一些内容，如统计过程控制、人因和物流控制，已经在作为全面质量管理（totalqualitymanagem