工厂物理学

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1、XJTU-IE, 2007.9-2008.9, M: (徐琛), lucifer_(李慰祖) 第零章 工厂物理学？ 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 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（工厂物理学（factory physics） 是对制造系统基本行为的系统描述（a systematic description of the underlying behavior of the manufacturing systems） 。 理解这一点可以帮助管理 者和工程师根据制造系统

2、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 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 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

3、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

4、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 （Manufacturing Matters: The Myth of Post-Industrial Economy，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

5、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 standard industrial classification） 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、

6、 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

7、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 19

8、85 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

9、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（will occur one firm at a time） 。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（the effectiveness of its management） 。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 0.2.2 研究领域：运营 既然有必要研究制造， 那么应该怎样

10、做呢？我们既然关注于管理， 则自然会采用 “大 M” 制造（ “大 M” 制造（ “big M”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“小 m”制造(“little m”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（big picture） ，又不能

11、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（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

12、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（flow of material） ，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、

13、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（generic manufacturing behavior） ，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（面向制造的设计（design for manufacturability） 。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

14、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（运营管理（operations management, 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

15、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 （制造工程、产品/工艺设 计、生产管制等）制造运营制造运营 运作管理运作管理 （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（manufacturing itself is technical） ，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

16、。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）