敏捷制造模式下的快速產(chǎn)品開發(fā)
作者: 來源: 文字大小:[大][中][小]
敏捷制造(AM)，自1988年被美國里海大學(xué)和通用汽車公司聯(lián)合提出起，就受到了世界各國的重視和廣泛的研究。迄今為止，AM的研究主要在兩個(gè)層次上進(jìn)行：第一層側(cè)重從企業(yè)組織、結(jié)構(gòu)和管理、營銷策略的角度研究AM的實(shí)現(xiàn);第二層則側(cè)重從技術(shù)的角度研究敏捷制造的實(shí)現(xiàn)方法和關(guān)鍵支撐技術(shù)。我國學(xué)術(shù)界對(duì)AM的研究主要集中在第一層次上，并取得了一定的成果。而從第二層次探討AM的實(shí)施則少有報(bào)道。本文擬從企業(yè)層次，從技術(shù)與管理相結(jié)合的角度探討AM的實(shí)現(xiàn)方法。
一、AM的實(shí)質(zhì)
當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)從傳統(tǒng)的質(zhì)量、成本、可靠性轉(zhuǎn)向以成本、質(zhì)量、可靠性為基礎(chǔ)的多樣性、靈活性上時(shí)，反映柔性和響應(yīng)速度的時(shí)間就成為衡量企業(yè)制造能力的主要因素。AM意為快速靈活的制造，其目的是要加快產(chǎn)品的上市速度，也即必須縮短產(chǎn)品的制造時(shí)間。由于科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，顧客需求的瞬息萬變，使產(chǎn)品的生命周期愈來愈短，但產(chǎn)品的研究開發(fā)周期卻并未縮短。因此， 要加快產(chǎn)品的制造，應(yīng)該是指包括產(chǎn)品開發(fā)在內(nèi)的所有一切制造活動(dòng)與環(huán)節(jié)都必須加快。只有這樣才能真正體現(xiàn)出AM的真諦。為此，必須貫徹這樣的戰(zhàn)略思想：企業(yè)管理部門必須承認(rèn)時(shí)間是一種重要資源，應(yīng)將時(shí)間列為企業(yè)的中心目標(biāo)之一;應(yīng)該制定和選擇一系列快速開發(fā)產(chǎn)品的戰(zhàn)略。
二、產(chǎn)品開發(fā)的先進(jìn)模式
傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式的主要缺點(diǎn)在于不能在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)階段就對(duì)其生命全過程中的各種因素考慮周全，致使在產(chǎn)品設(shè)計(jì)甚至制造出來后才發(fā)現(xiàn)各種毛病而不得不修改最初的設(shè)計(jì)，從而延長了開發(fā)周期，增加了成本，最終失去商機(jī)。先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)來自于整個(gè)企業(yè)的最佳協(xié)作。為此要組織多功能團(tuán)隊(duì)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，根據(jù)并行工程的方式并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品族和柔性的工藝。
1.多功能團(tuán)隊(duì)的組建
多功能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)是并行工程的基礎(chǔ)。最成功的產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)是那些最完整的團(tuán)隊(duì)，其中包括：設(shè)計(jì)工程師、制造工程師、營銷經(jīng)理、客戶、經(jīng)銷商、財(cái)務(wù)人員、工業(yè)設(shè)計(jì)師、質(zhì)量和檢驗(yàn)人員、采購人員、供貨商、生產(chǎn)工人以及其他項(xiàng)目代表。營銷人員的加入，保證了產(chǎn)品能夠?qū)?ldquo;客戶的呼聲”做出響應(yīng)。采購部門必須培育與供貨商的伙伴關(guān)系，使供貨商在相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中予以幫助。財(cái)務(wù)人員提供了用于計(jì)算產(chǎn)品總成本的有關(guān)成本信息，這些信息可以引導(dǎo)人們基于總成本做出正確決策。因此，完整的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有助于考慮到所有的設(shè)計(jì)因素;有利于從多角度考慮問題，從而產(chǎn)生更好的設(shè)計(jì)方案。
上述團(tuán)隊(duì)的所有成員可以來自于不同地點(diǎn)、不同行業(yè)，但都應(yīng)在項(xiàng)目開始階段就盡早參與進(jìn)來，并積極發(fā)揮作用，而不是等待“設(shè)計(jì)師”做出某些設(shè)計(jì)后，再對(duì)這些設(shè)計(jì)做出反應(yīng)。有一項(xiàng)研究將日本的“精益”制造企業(yè)與采用舊的“大規(guī)模生產(chǎn)模式”的企業(yè)進(jìn)行了對(duì)比;在日本最好的“精益”制造項(xiàng)目中，參加的人數(shù)在項(xiàng)目剛開始時(shí)最多，所有相關(guān)專業(yè)人員都參與進(jìn)來，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的職責(zé)就是要求項(xiàng)目小組面對(duì)所有必須達(dá)成一致的、困難的協(xié)調(diào)問題。與此相反，在許多大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)計(jì)過程中，在開始階段參與的人員很少，然后逐漸增多，在接近產(chǎn)品上市時(shí)達(dá)到最多，“額外的”成百上千的人牽涉進(jìn)來以解決那些本應(yīng)在開始階段就解決的問題。
2.多功能團(tuán)隊(duì)的管理
首先，必須轉(zhuǎn)變觀念。企業(yè)管理層應(yīng)當(dāng)將產(chǎn)品開發(fā)視為一種投資，且這種投資主要用于模塊的開發(fā)，圍繞通用模塊和工藝來設(shè)計(jì)整個(gè)產(chǎn)品系列，以實(shí)現(xiàn)敏捷制造。這樣企業(yè)就能夠從有力的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)中獲取投資的回報(bào)。產(chǎn)品開發(fā)工作(投資)做得越好，產(chǎn)品在投放市場(chǎng)的時(shí)間、總成本、質(zhì)量和客戶滿意程度等方面的結(jié)果(回報(bào))就越好。
其次，按項(xiàng)目管理原理設(shè)計(jì)組織結(jié)構(gòu)。用“矩陣”的結(jié)構(gòu)來自制多功能團(tuán)隊(duì)。最初團(tuán)隊(duì)成員被從一些部門借調(diào)出來， 參加某個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)項(xiàng)目，臨時(shí)向團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者匯報(bào)工作，但仍歸各個(gè)職能部門管理。隨著團(tuán)隊(duì)組織的繼續(xù)變化，最終團(tuán)隊(duì)成員將在各個(gè)產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間流動(dòng)。傳統(tǒng)的功能性組織可能會(huì)變成“人員代理處”，其主要功能是為產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)聘請(qǐng)、培訓(xùn)和儲(chǔ)存人才。隨著功能性組織的重要性逐漸下降甚至消失，原來的職能部門經(jīng)理可以變成團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者。
再次，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者。多功能團(tuán)隊(duì)的管理，要求有強(qiáng)有力的團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，這也是先進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)模式成效的重要來源。團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者的責(zé)任是確保由團(tuán)隊(duì)成員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)所帶來的團(tuán)隊(duì)效益。應(yīng)將團(tuán)隊(duì)的精力集中在以下方面，即：系統(tǒng)的產(chǎn)品定義，設(shè)計(jì)中各種因素(包括傳統(tǒng)的功能、成本因素，以及營銷、工廠內(nèi)部、社會(huì)、環(huán)境等因素)的權(quán)衡，概念的簡(jiǎn)化、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及模塊化。因此，企業(yè)必須注意選拔新的、有經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，或培養(yǎng)他們?cè)诩夹g(shù)、營銷和管理水平方面的綜合能力，使他們?cè)鲩L管理上的威信，具有能夠成功地保護(hù)資源和工具的能力，具有激勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員以某種方式進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的能力，以及擁有成功所必須的權(quán)力。
最后，管理層應(yīng)當(dāng)充分授權(quán)。先進(jìn)的制造環(huán)境已經(jīng)成功地完成了從依靠檢驗(yàn)保證質(zhì)量的舊模式，向?qū)z驗(yàn)的需求降至最低的過程控制新模式的轉(zhuǎn)變。在產(chǎn)品中的類似趨勢(shì)就是以授權(quán)的方式替代以設(shè)計(jì)評(píng)審形式出現(xiàn)的“檢驗(yàn)”模式。這種設(shè)計(jì)過程的定期檢驗(yàn)，常造成時(shí)間上的延誤，而且還要耗費(fèi)大量的山盟海誓來進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)審的準(zhǔn)備工作。采用授權(quán)的辦法，即由高層主管在針對(duì)預(yù)期的產(chǎn)品性能、成本、質(zhì)量、開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本等方面進(jìn)行了調(diào)查之后，授權(quán)給項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者，由他來實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。這樣做可以鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)根據(jù)各項(xiàng)任務(wù)的重要程度，以及團(tuán)隊(duì)完成這些任務(wù)的能力，將工作量分配到各個(gè)階段，自己設(shè)定階段目標(biāo)，以便他們更加重視這種安排。例如，福特Mustang 型汽車的開發(fā)就是采用授權(quán)方式的一個(gè)成功實(shí)例。當(dāng)時(shí)的要求是開發(fā)時(shí)間為3年， 這比福特公司近來所有新車的開發(fā)時(shí)間縮短了25%;預(yù)算為7億美元， 比典型的預(yù)算減少了30%。公司執(zhí)行總裁在安排這件事時(shí)，只花了5 分鐘的時(shí)間“審查”項(xiàng)目經(jīng)理呈交的一盤錄像帶和一份5頁的報(bào)告， 接著雙方簽訂了一份“合同”，其中確定了汽車的性能、質(zhì)量、成本和預(yù)期的開發(fā)時(shí)間。然后項(xiàng)目經(jīng)理就可以自行支配這7億美元了! 該項(xiàng)目不僅達(dá)到了所有的目標(biāo)，還提前一個(gè)月完成了任務(wù)。
三、敏捷制造模式下的產(chǎn)品開發(fā)策略
1.敏捷產(chǎn)品開發(fā)概念
敏捷產(chǎn)品開發(fā)是指能夠把持續(xù)穩(wěn)定地獲得改進(jìn)的產(chǎn)品，以“新”產(chǎn)品的形式快速地引入市場(chǎng)，這些產(chǎn)品實(shí)際上是基于通用零件和模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的，或者是已經(jīng)規(guī)劃好的基本產(chǎn)品“在某一方面的變型”。這種能力使新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度大大快于“獨(dú)立”產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度。
2.實(shí)現(xiàn)敏捷產(chǎn)品開發(fā)的策略
(1)系統(tǒng)的產(chǎn)品定義。這是實(shí)現(xiàn)敏捷產(chǎn)品開發(fā)的第一步。 這種產(chǎn)品的定義應(yīng)該使所規(guī)劃范圍的產(chǎn)品品種能夠滿足許多不同客戶的要求，從而具有競(jìng)爭(zhēng)力。
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以利用質(zhì)量功能展開(quality function deployment, QFD )工具，將顧客的需要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的詳細(xì)說明和資源的優(yōu)先順序。客戶的需要是QFD的輸入，產(chǎn)品詳細(xì)說明和資源的優(yōu)先順序是QFD的輸出，前者是設(shè)計(jì)人員用來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際數(shù)據(jù)(設(shè)計(jì)目標(biāo))，后者顯示的是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該在設(shè)計(jì)的各個(gè)方面分別投入的精力的百分比(設(shè)計(jì)預(yù)算或耗費(fèi)的時(shí)間)。 由于顧客需要的轉(zhuǎn)換可以關(guān)聯(lián)地展開為產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求、零部件要求、工藝要求乃至工序要求，因此，QFD可使產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)與工藝設(shè)計(jì)準(zhǔn)備同步進(jìn)行， 從而可以縮短開發(fā)周期，減少設(shè)計(jì)更改、減少投產(chǎn)中的問題、節(jié)省開支和提高質(zhì)量。
(2)完善的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，如質(zhì)量、 成本、可靠性、可服務(wù)性、加工柔性、對(duì)法規(guī)的遵守等，都易于通過優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。如產(chǎn)品壽命期內(nèi)累計(jì)成本中的80%都是由設(shè)計(jì)階段決定的，而產(chǎn)品結(jié)構(gòu)決定了產(chǎn)品成本的60%。當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)階段時(shí)，最多只能再影響總成本中的5%。因此，強(qiáng)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(或概念設(shè)計(jì))，可以大大降低后期進(jìn)行設(shè)計(jì)變更、修改和反復(fù)的比例，使制造過程加快幾倍。
最佳產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的主要內(nèi)容如下：
——產(chǎn)品定義。確定客戶真正的需求，盡量避免因滿足客戶新增需求而對(duì)產(chǎn)品做出的修改。
——解決問題。提出所有的問題，并在設(shè)計(jì)進(jìn)行得更深入之前解決這些問題，以免在后期解決這些問題更加困難。
——簡(jiǎn)化概念。利用巧妙而精致的概念、較少的零件、不同零件的組合、更高級(jí)的集成芯片和模塊化等方法，全面簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
——優(yōu)化結(jié)構(gòu)。從降低總成本、在設(shè)計(jì)中考慮質(zhì)量和可靠性、可制造性和可服務(wù)性、加工柔性等方面出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
(3)面向可制造性的設(shè)計(jì)(DFM)。它將設(shè)計(jì)工作的注意力集中在制造問題的各個(gè)方面，如制造、裝配、質(zhì)量、對(duì)法規(guī)的遵守、材料和供應(yīng)鏈后勤、運(yùn)輸、分銷、服務(wù)、維修等等。根據(jù)DFM的原理， 評(píng)價(jià)一個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞的基本準(zhǔn)則，是看在滿足產(chǎn)品功能要求的前提條件下，構(gòu)成該產(chǎn)品的零件是否為最少。因?yàn)檫@樣可以加快生產(chǎn)過程，降低成本，同時(shí)也有助于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。實(shí)現(xiàn)DFM 的關(guān)鍵在于堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)原則：
——零件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。減少了零件種類，加大了生產(chǎn)批量，降低了成本。
——設(shè)計(jì)對(duì)稱的零件。減少了裝夾、定位的種類，簡(jiǎn)化了自動(dòng)化的過程，消除了手工裝配的失誤。
——零件的組合。把多功能集成在一個(gè)單一的零件中，以降低零件數(shù)量，減少裝配工序。
——零部件的合理歸并。簡(jiǎn)化零件的種類和制造工藝，減少材料采購的費(fèi)用。
——采用虛擬產(chǎn)品BOM技術(shù)， 有效地降低與圖紙和文檔相關(guān)的成本。可以按照產(chǎn)品型號(hào)和主要配置建立標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品項(xiàng)目及其BOM， 這樣可將產(chǎn)品的種數(shù)控制在較少的范圍內(nèi)，對(duì)非主要配置變化的擁護(hù)的個(gè)性化需求，采取虛擬產(chǎn)品BOM技術(shù)。 虛擬產(chǎn)品技術(shù)的主要思想是：在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對(duì)用戶的個(gè)性化需求從產(chǎn)品工藝到信息系統(tǒng)處理過程都建立一個(gè)個(gè)類似于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)化描述，它是對(duì)產(chǎn)品BOM的補(bǔ)充說明。 通過計(jì)劃生成過程的處理，使標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品與虛擬產(chǎn)品從工藝到物料生產(chǎn)全過程，通過信息技術(shù)進(jìn)行快速組合，快速實(shí)現(xiàn)將標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)移成用戶個(gè)性化需要的各種不同產(chǎn)品及其組織生產(chǎn)所需的物料計(jì)劃。
——在設(shè)計(jì)中考慮高效率的制造及易于服務(wù)和維修。設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用最少的工藝步驟，使易損零件能夠獨(dú)立地更換;工具的通用化;將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成帶有自檢和遠(yuǎn)程診斷的能力等等。
例如，日本DAIHATSU公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的DK-20船用柴油機(jī)與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，作了許多改進(jìn)。傳統(tǒng)的船用柴油機(jī)著重追求經(jīng)濟(jì)性，因而要求盡量使用劣質(zhì)燃油。為了保護(hù)環(huán)境，控制大氣污染，滿足國際海事組織(IMO)制定的船用柴油機(jī)氮氧化物排放規(guī)則(簡(jiǎn)稱Nox技術(shù)規(guī)則)的規(guī)定，DK-20系列柴油機(jī)從機(jī)型研制開始就將降低Nox 排放作為既定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一，并采取了一系列的措施。通過加大活塞沖程，提高壓縮比，推遲燃油噴射時(shí)間和優(yōu)化增壓排氣系統(tǒng)，使產(chǎn)品廢氣中的Nox 排放低于IMO 的要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的目標(biāo)。在結(jié)構(gòu)方面，傳統(tǒng)柴油機(jī)普遍采用機(jī)身、機(jī)座分別加工，再用貫穿螺栓、螺母合攏、緊固的機(jī)體結(jié)構(gòu)。DK-20柴油機(jī)采用懸掛安裝曲軸的單機(jī)身結(jié)構(gòu)，并將潤滑油、冷卻水、進(jìn)氣總管鑄入機(jī)身，且螺栓、螺母的緊固也由傳統(tǒng)的扭力扳手人工緊固，改為電、氣動(dòng)液壓緊固等。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，既增加了柴油機(jī)的裝配精度和機(jī)體剛度，又減少了零部件數(shù)量，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而使產(chǎn)品更加可靠、耐久、易維護(hù)、保養(yǎng)。
四、結(jié)束語
快速的產(chǎn)品開發(fā)是實(shí)現(xiàn)敏捷制造的基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)敏捷的產(chǎn)品開發(fā)過程，需詳細(xì)地定義產(chǎn)品，調(diào)節(jié)產(chǎn)品開發(fā)各階段的投入(設(shè)計(jì)預(yù)算與耗費(fèi)的時(shí)間)比例，以減少制造過程中修改與反復(fù)。此外還需堅(jiān)持產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)原則，即要設(shè)計(jì)出能滿足用戶需求的、易于制造的、有競(jìng)爭(zhēng)力的綠色產(chǎn)品。同時(shí)要研究掌握現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法，開發(fā)出一套支持產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)全過程的數(shù)字化、并行化、智能化、集成化的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)。