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流水线百年进化史:从“桶装水模式”到“自来
发布时间:2019-06-24 21:03 编辑:新万博

   

  。人机角力的上半场核心是 将人当机器用,还是将机器当人用 ,下半场核心是 人机融合 。多年以来,中国制造业持续推进产业升级以寻求竞争力提升,而具体做法就是不断进行生产线的自动化升级改造。但这也使中国制造商逐渐面临 刚性自动化的窘境 ,即生产线缺乏柔性、调整力不足,以致影响到市场适应性。

  工业史上有三大 时代巨人 ——爱迪生、福特、乔布斯,他们都极具创新精神,不只发明了很多新产品,更是开辟了一个个新产业,全面、系统地改变了世界产业格局。爱迪生发明留声机、电影放映机、电灯,开辟了商业音乐产业、电影产业、商业照明产业;福特最先发明流水线和规模化生产,现代工业由此出现;乔布斯使人们理解手机除了是通信工具,更是 个人移动应用平台 。其中,福特开创的大规模流水线生产,更是具有承上启下的历史意义。稻盛和夫甚至直言:在规模化的工业流水线中,真正的制造成本可能只有梅子核一样小。

  据说亨利 · 福特在 20 世纪初仔细观察过屠宰厂流水线,意外得到灵感,开发了世界上第一条汽车流水线,使得福特 T 型车开进了千家万户。此前,制造业很多是小作坊,汽车都是在小作坊里装配的。流水线带给汽车工业的是 规模化 ,更是 流程革命 。福特把 T 型车的装配过程拆成了 84 个不同的步骤,每一个人都只做专门的一个环节,汽车在一条流水线上就可以完成组装,这个革命性的创造使汽车的装配时间从原先 12 小时减少至 90 分钟,而且一年一年各个环节操作时间都会在技术升级中不断缩短,20 世纪 20 年代,福特工厂每 24 秒流水线就能制造一辆汽车。这当中有三个关键词:流程、效率、成本。

  流水线 生产方式就是设计一个非常完整的产品流程,将其分解成为很多连贯的步骤予以 标准化,然后去找一堆没有受过太多训练的人,你只要把一个动作学好,与前后工序连接、连贯起来,那就是好的产出方式了。亨利 · 福特有一句颇具争议的话: 我雇的明明是两只手,怎么来了一个人?

  造车,已经是亨利 · 福特的第三次创业了。投资人给他钱,是希望能制造世界上最新、最酷、最好的汽车。成本倒不是最重要的,那时汽车还是贵族产品。可是,福特反而更加关注生产过程,更加在乎各个环节的成本效率。在所有人都看不清未来的时候,他赌了一条道路,而且赌对了。回报令人吃惊,福特 T 型车的零售价格在短期内从 850 美元降到了 300 美元,从 1914 年的经济萧条期到 1920 年代的大复苏,短短六年时间,福特汽车公司的产品已经占据美国 60% 的市场份额,企业资产净值的利润率达到了 300%,到 1927 年,福特已经卖出了 1500 万辆 T 型车。

  不久,流水线模式开始向制造业的广阔领域扩散,甚至成为一种启动规模制造的思维方式。这被美国工程师弗雷德里克 · 泰勒写进了《科学管理原理》,泰勒管理体系中很著名的措施就是标准化、工作流程,借助标准化和规范的工作流程,工人的手艺和经验被融入工作流程中被显性化了,可供其他人学习和仿效。

  20 世纪初的美国,到处闪动着伟大发明与伟大企业,福特的 T 型车和凯迪拉克的电子启动装置开启了人类的汽车时代,尤其是流水线生产方式的大范围推广,大规模批量生产,除了能摊薄固定成本,也使大量工程师聚集在一起搞技术研发,极大推动了科技创新。

  那么,流水线模式何以能带来快速的成本降低、效率提升?其中的关键是 学习曲线 年,亨利 · 福特干了一件当时足以惊世骇俗的事情——大幅提高工人工资和降低产品价格,这引起股东普遍不满,遭到外界普遍质疑,没有哪一条经济学原理会教企业家这么干。然而,福特发现 把低价格(产品)作为目标,就需要不断释放产能,产能的释放又需要工人的热情和学习能力,这是一个互为因果的联动关系。 经验非常重要,因为生产成本不仅仅是来自于工人的现场劳动,同时还包括研发、原材料、设计等诸多因素。充分释放 流水线各个环节的学习能力 ,形成一条螺旋上升的学习曲线,是生产线效能增长的催化剂。亨利 · 福特曾多次向管理层和股东表示: 如果你们把这些(工资上涨、产品降价、释放产能、完善学习曲线)都做到了,金钱将滚滚而来,都能把你们埋起来。

  1924 年,福特公司开始启动日本工厂项目,同时将流水线生产方式引入日本,次年,日本工厂已经可以年产 10000 辆福特 T 型车。丰田公司高层去看了福特汽车生产线,起初他们惊呆了,这是当时丰田望尘莫及的规模效率。丰田自知要将这类生产线买回来是不可能的,只能用丰田自己的方式,因陋就简来生产自己的汽车。1933 年,丰田自动纺织机械公司设立了汽车制造部,两年以后,第一辆 A1 型轿车和第一辆 G1 型卡车试制成功,丰田公司采用了福特的流水线生产方式。

  后来,丰田发现福特的生产线是有问题的,可能是因为它太有钱了,它的一切都是用自动化和机器来生产,这就忽略了人的因素。就是生产线上的每一个产品,它都是由不同的人来进行生产,一人做一小块。但是,上一道工序出了错,下一道工序是没法发现的,他只负责他那一块,所以这个产品一直到最后检测出来才发现有质量问题,然后再来返工。表面上追求了快,实际上最后可能反而很慢。效率和效果有些时候是矛盾的,有效率未必有好的效果。

  适时生产 (just-in-time,即在必要的时候生产必要的东西)理念

  ,比如,传送带一启动,整个流水线就以一定的速度开始移动,工人们在装配途中即便出现差错也不能控制,只能在完成最后一道工序以后从流水线上撤下来时再返工。由于发现问题也不能及时解决,而等到最后再返工时,就更花时间,成本更高。于是,丰田就在流水线的每一个工序上安装了一个停止开关,一旦发现问题,工人就拉一下开关,流水线停止,警灯自动开启,技术人员和管理人员马上赶到现场帮助解决问题。这个办法非常有效,问题及时得到解决以后,产品质量明显提高,大大降低了成本。

  任何时候,人的因素始终是第一位的。丰田公司有很多聪明的技术工人,但是比聪明的技术工人还要聪明的东西,是流程。好的流程是很多聪明人智慧沉淀的结果。企业的人员总是在流动,只有流程可以保证企业的长治久安。流程可以帮助制定好的游戏规则,引导公司上下共同的原则心和目标感。

  在 2011 年的汉诺威工业博览会上,开始兴起工业 4.0 的浪潮。而福特、丰田当初历经多年考验和进化的大规模流水线 是信息技术的大发展带来了机器的高度自动化,比如可口可乐的全自动化生产,人类无论是在体力上还是在脑力上,都得到极大解放。工业 4.0 则引入 信息物理融合系统(Cyber-Physical System),利用数据将车间、生产线和生产设备连接起来,利用物联网技术来实现智能制造。

  工业 3.0、4.0 时代,流水线生产面临的主要问题已经不是成本、效率,而是 刚性自动化 与 柔性自动化 的冲突。 刚性自动化 不全是坏处,十分适合标准化程度特别高的产品和零部件(比如啤酒、饮料、螺母等)。尤其是 1969 年开始在汽车生产线中使用莫迪康(Modicon)可编程逻辑控制器,开启了自动化和信息化的产业升级。工业 3.0 解决的问题,是把自动化和信息化技术融入大规模工业生产中,原来大规模流水线当中可能出现的质量问题得以极大避免、极大减少,同时实现了成本的精准可控。

  20 世纪 80 年代,美国汽车产业正担心会被日本竞争者击垮。在底特律,很多人展望以 熄灯式生产 打败对手。 熄灯式生产 就是工厂高度自动化,灯关着,机器人自己在制造汽车。当时,这种想法是不切实际的,日本车企当年的竞争优势也不在于自动化生产,而在于 精益生产 技术,而精益生产在大多数情况下要依赖人力。现今,自动化技术的进步已经使 熄灯式生产 逐渐变成现实。日本机器人制造商发那科(FANUC)已能将其部分生产流水线置于无人值守的环境中,自动运行数周不出状况。

  与此形成巨大反差的,是那些标准化程度不高的离散型行业,比如船舶、飞机、大型装备等, 刚性自动化 很难完全施展开。这类产品往往要根据客户需求个性化定制,规格种类多、批量小,每个订单的产品都不一样,非重复生产,生产周期通常长达几个月甚至几年以上,车间塞满了在制品,设备空闲时间比加工时间还多,产品价格昂贵且效率低下。1990 年,ERP(企业资源计划)系统开始与流水线结合,汇合了离散型生产和流程型生产的特点,全面优化资源运用方式,快速响应客户需求,也使高度自动化的刚性流水线获得一定调整力。

  流水线当中 刚性固化与柔性调整 的反复磨合,贯穿了整个工业 3.0 时代,六西格玛(6 Sigma)就是这个时代的伟大成就。6 Sigma 策略主要强调制定极高目标、收集数据以及分析结果,通过这些来减少产品和服务的缺陷。6 Sigma 背后的原理就是 如果你检测到你的项目中有多少缺陷,你就可以找出如何系统地减少缺陷,使你的项目尽量完美的方法。 一个企业要想达到 6 Sigma 标准,那么它的出错率不能超过百万分之 3.4。6 Sigma 在 20 世纪 90 年代中期开始被 GE(通用电气)从一种全面质量管理方法演变成为一个高度有效的企业流程设计、改善和优化的技术,并提供了一系列同等适用于设计、生产和服务的新产品开发工具。不过,GE 的庞大体系中几乎没有类似智能手机这样迭代速度极快的电子产品,GE 生产方式也没有机会真正突破刚性自动化的瓶颈。

  流水线生产的毕竟只是标准产品,当一条生产线实现全自动化以后,柔性也随之丧失,哪怕 ERP 或者 6 Sigma 也不是最终解决方案。在大型企业工作过的人,多少都接触过 ERP 系统,它的好处是节省资源,缺点是灵活度非常差。要是想修改一个已经通过的事情,那太麻烦了,要通知各个部门、说明情况、再审批,特别费时费劲。流水线要依靠大量机器设备来完成生产(即硬件投资加大),一旦市场需求、产品种类发生变化,硬件的更换成本非常高。一条生产线 万部手机,但是严重缺乏灵活性,就像一个人很健壮,但是胳膊腿不灵活。在当今这个创新加速的时代,这种 刚性自动化 越来越难以适应不断缩短的产品生命周期。因为生产什么已经比如何生产重要很多。

  在流水线生产的百年进化史中,最大的改变是什么,或者进化的焦点集中在哪里?答案是 人机角力 。人机角力的上半场核心是 将人当机器用,还是将机器当人用 ,下半场核心是 人机融合 。

  多年以来,中国制造业持续推进产业升级以寻求竞争力提升,而具体做法就是不断进行生产线的自动化升级改造。但这也使中国制造商逐渐面临 刚性自动化的窘境 ,即生产线缺乏柔性、调整力不足,以致影响到市场适应性。 如何向流水线注入弹性 ,这是一个现实问题,但办法很多。可以将人当机器用,这在中国工业崛起的前期并不少见。举两个例子:

  比亚迪是生产锂电池起家的,技术源于日本,但很难获得日本前沿的流水线自动化技术。要是拼生产技术,很长时间比亚迪是输给日本对手的,但成本优势始终十分明显。自动化流水线的最大优势不就是效率、成本吗?为什么比亚迪输了技术,反而赢得成本优势?只要看几个数据:同样是生产锂电池,日本公司一条生产线 亿多元人民币。而比亚迪是雇 2000 名工人,投资 5000 万元。流水线上那些昂贵的自动化设备,比亚迪大多用人工替代,因为当时中国人工成本远远低于日本,将廉价劳动力和流水线整合起来,用灵活、便宜的半自动化方式,打败全自动化。所以,工业流水线不论怎么规模化、自动化,流程设计也仍有很大操作空间,成本、效率以及灵活度,源于整体设计和综合成本上的考虑。

  奥巴马总统曾问乔布斯: 为什么不能让苹果 iPhone、iPad 在美国制造?为什么不能把这些工作机会带回家? 乔布斯给出明确回答: 这些工作不会回来。 一个细节令人咂舌:一次,就在 iPhone 新款上架销售前几周,苹果公司改进了产品设计,主要是涉及显示屏的设计,这使得此前准备的组装线要彻底重置。新的显示屏到半夜才被送到中国工厂,当夜,工厂领班叫醒了 8000 名工人。这些工人在半夜 12 点换班,半小时即到位,将新的显示屏装入机器。仅仅 96 个小时,这家工厂完成了日产 10 万台 iPhone 的工作量。 高效率的人海战术 在一段时期内可以弥补流水线生产的不足,带来特殊的灵活性和可调整性。

  可能你曾想过一个问题:如果机器足够拟人化,关节足够灵活,是不是人工就要退出流水线?全自动流水线不就是 无人工厂 的前奏吗?答案未必那么乐观。很多事情不论多么符合逻辑想象,也一定会有很多你我未曾考虑过的现实约束。坦白说来,人机融合其实是 机器换人、无人工厂 逼近极限之后的明智妥协。在这一点上,最近几年的最大教训就是特斯拉。

  2018 年,通用汽车保守估计可以卖掉超过 1000 万辆汽车,至少要到 2020 年,特斯拉电动车的实际产量才能接近通用汽车的 1/10。尽管如此,特斯拉已经是美国市场价值最高的汽车公司。投资者之所以看好特斯拉的未来,不仅是特斯拉电动车颠覆了汽车产品形态,更重要是,特斯拉 用机器生产机器 的全自动化技术颠覆了汽车制造业。汽车工业给人的传统印象就是车身在流水线上露出大量零散部件,戴着面罩的工人在那里忙着焊接。而特斯拉工厂被 CEO 埃隆 · 马斯克称作 外星人战舰 ,里面大量机器人组成的方阵就像有生命一样在自行生产。马斯克甚至说: 不必在流水线周围安排工作人员,否则,这些工作人员会降低生产速度,也就是说生产过程本身就不会有人参与。工作人员只负责维护、升级机器和应对异常情况。

  特斯拉正在做的,就是将流水线的自动化程度推向极致。汽车行业的生产速度一般用每秒几英寸来计量,现在汽车生产线的运行速度比人步行的速度慢多了。马斯克想尽办法要使流水线上的自动化机器人加速移动,要使流水线的运行速度达到传统汽车生产速度的 10~20 倍,甚至要挑战物理学极限,要快到人的感官根本反应不过来。可是,实际情况并不如人所愿。特斯拉工厂的实际产能始终难以放量,以致客户下了订单,可能要等半年才能到货。马斯克将这种延误称作 生产地狱 。那些人工本来可以轻松做好的事,比如给电池贴上玻璃纤维声音减震块,机器人却总是出错。要不就没办法拿起,要不就放错位置。马斯克最后不得不承认: 过度自动化是一个错误,人类被低估了。

  不过,这些企业很快就发现一系列致命风险:必须要有精通各个制造环节和整个工艺流程的生产线维护工程师,来进行全盘掌舵。怎么能让少数几个工程师来掌控整个生产线的命运?如果设备故障,高度自动化的系统会不会更难以修理,导致生产停滞?如果几个熟练的核心工程师决定离职,是不是系统平稳运行就失去保障?如果产品设计出现较大变化,会不会导致这条生产线不能继续使用?如果订单不够,生产线只能开工一半时间,如何处理昂贵的设备折旧成本?更关键是, 生产什么 远比 如何生产 重要, 人机融合 才能保持弹性。




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