前言

　　精益制造与管理、精益生产、精益管理在国内制造业已非常流行。究其概念来说，大同小异。20世纪80年代日本的丰田生产方式(Toyota production system，TPS)创造了举世闻名的效益，被美国学者概括为精益生产(lean production，LP)，也因为创造了非常惊人的管理效益，又称为精益管理(lean management，LM)。对于精益制造与管理(lean manufacturing and management，LMM)，文中简称精益制造，其含义与上述概念差不多。根据我国制造业的现实需要，可以说精益制造与管理包括精益设计、精益生产、精益管理之含义。 

　　那么为何精益管理当前会在我国制造业被广泛应用？这应从我国制造业发展阶段来考虑。我国制造业真正高速发展应是近三四十年的事，比美、日、德等制造强国晚一百年以上，在技术、管理等各个方面经验不足。因而深入研究分析西方发达国家制造业发展的历史规律就极为重要，使我们不至于走错路、走弯路而影响我国制造业的健康发展。 

　　作者基于三方面的认识和观点，确立了本书的基本内容，供广大读者和相关专家参考。

　　1. 基于美、日、德等发达国家制造业发展路线的规律分析

　　18世纪以蒸汽机为代表的英国工业革命，开创了技术创新引领制造业发展的先河。后来，欧洲的德国、法国因在第二次工业革命中的领先地位，开拓了欧洲制造业统治世界的局面。由于18—19世纪市场主体上是一个“稀缺市场”，所以有产品、工艺、设备、材料等方面的技术创新，企业效益就好。

　　到了19世纪末、20世纪初，国际市场的形成和市场过剩竞争的产生，使以欧洲移民为主的美国不仅要继承前辈的技术创新能力，还必须创造另外一种工程技术，即解决效率、质量、成本(集成起来称为效益)问题的工业工程(industrial engineering，IE)。最典型的案例是汽车发明于德国，卡尔·弗雷德里希·本茨(Karl Friedrich Benz)在汽车的产品设计、制造工艺上贡献非凡，可是其生产组织形式则是作坊式，效率低下； 几十年后大西洋另一端的美国密歇根有个叫亨利·福特(Henry Ford)的企业家，他发明了大批量流水生产线的新型生产组织形式，创造出比本茨的生产模式高几十倍、几百倍的生产效率。也就是说，亨利· 福特以工业工程的原理加上德国本茨的汽车技术创新，实现了市场竞争的成功。此后，技术创新和以工业工程为特征的管理创新支撑美国取得了第一次世界大战和第二次世界大战的胜利，打垮了欧洲同行，取得了制造业世界霸主的地位。

　　有趣的是，被美国人在“二战”中打败的日本和德国，学会了美国的工业工程并改造成自己的管理理论和方法，结合技术创新，使得日本和德国在制造业竞争中逐渐成为世界一流。特别是日本的丰田生产方式，成为风靡全球的助力企业竞争力快速提升的利器。综上所述，产品、工艺、设备、材料的技术创新能力和效率、质量、成本的管理创新能力的结合成为当今国际上一流制造强国(美、日、德)的最明显特征，如图0-1所示。

　　图0-1  发达国家制造业发展路线示意图

　　对西方发达国家生产与管理的产生与发展过程进行总结，可以发现美、日、德先后都经历了不同的转型升级阶段，其共同规律是，在过剩市场竞争转型升级时，不约而同地经历了使用IE/LP的发展阶段(图0-2)。换言之，发达国家的制造业在转型升级的过程中都经历了采用IE/LP的阶段，确切地说是在工业工程和精益管理的基础上累积上百年才实施信息化、数字化、智能化改造。我国许多企业未经IE/LP的累积而天真地认为凭借信息技术、智能技术，就可提高企业的竞争力，其结果是花了大量的资金和时间却未达到预期的效果。

图0-2  生产与管理方式的产生与发展过程示意图

　　美国按照工业工程→精益生产→信息化与计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing systems,CIMS）→互联网和智能制造的路线发展，日本则是经过工业工程→丰田生产方式→全面精益生产→信息化的过程，而德国则经历了效率工程(标准化工程)→工业工程(道维斯计划)与标准工时测量法（method-time measurement,MTM）→精益生产、流程改善→信息化→智能制造、工业4.0的发展路线。我国的一汽、潍柴、华为等领先企业则是凭借创新性的IE/LP应用而能够始终保持行业优势。

　　历史发展过程证明，制造业发展是“技术+管理+人”的系统竞争过程，任何一次技术的重大突破注定与生产模式的变革、管理技术的创新相伴而行，共同推动工业经济向更高层级迈进。从工业1.0到工业4.0，美、日、德的企业转型升级本质上也是在管理上选择工业工程和精益管理的应用时代，如表0-1所示。

表0-1  技术创新、管理创新与工业阶段的关系

工业阶段 技术创新 生产模式 管理创新 工业1.0 蒸汽机(人类体力的延伸) 单件生产 经验管理 工业2.0 电动机(人类组织能力的延伸) 大批量流水生产 工业工程、科学管理 工业3.0 计算机、信息技术(人类脑力的延伸) 多品种小批量生产 TPS、精益生产、企业资源计划（ERP） 工业4.0 智能技术 智能制造 智能管理、互联网管理等

　　如今,面对百年未有之大变局，智能转型是我国制造业未来发展的主攻方向。在这一背景下，我们更需要提高企业管理竞争力。2022年4月26日，新华社发文指出，很多大型制造企业纷纷进入数字化转型的进程……有些企业在智能制造方面投入巨大，但实际效果不如预期，很大原因在于没有练好“内功”，即要通过精益生产打好管理基础。企业中技术与管理不平衡，重技术轻管理是我国企业普遍存在的问题，快速提升管理能力是当前数字化转型关键所在。

　　面对当今的现实需求和新技术带来的新发展机遇，IE/LP与新技术的强大融合能力同样能够提供有效的解决方案，在智能化浪潮中继续发挥关键作用。在德国，精益制造与管理被列入构成未来智能工厂的四大模块之一。为了迎接工业4.0时代，德国企业界和管理学界提出了管理4.0这一新的管理体系，认为要实现工业4.0，得先实现管理4.0。在我国，精益制造与管理也被认为是实现《中国制造2025》、加快转型升级的基础与保障，企业需要首先通过精益生产改善管理基础，在数字化、网络化的基础上才能搞智能化，精益生产要贯穿产品的全生命周期。

　　然而，目前无论是理论界还是实业界，对于IE/LP对智能制造的作用认知观点都不统一。如何认识IE/LP与智能制造的关系？如何评价IE/LP对智能制造的作用？如何正确发挥IE/LP的作用？这些问题尚未有清晰的解答。为此，本书通过分析梳理美、日、德等先进国家工业化过程中的规律性特征，明确IE/LP对企业创新发展的重要作用，并针对我国制造业的现实水平，探讨在智能制造的滚滚大潮中IE/LP应该承担的历史作用，从实施基础准备、实施方案选择以及实施后的融合发展等角度深度分析IE/LP与智能制造的关系，为我国企业实施智能制造转型提供战略思考和初步的解决思路。

　　2. 基于我国制造企业实施IE/LP的几点考虑

　　1) 马车模型： 基于企业的分析与研究

　　对于制造企业来说，其运营结构犹如一驾马车(图0-3)。马车主要由两个车轮、一匹马和驾驶者(人)组成，除此之外，还有缰绳、轴等。

图0-3  马车模型

　　模型中的两个车轮，一个是技术创新，另一个是管理创新。马车要想跑得快，必须两个车轮一样大，如果一个大，一个小，马车肯定跑不快，还会原地打转。这就说明如果我国制造企业仅在技术、装备上国际领先还不够，在竞争中也会因为效率、质量、成本等管理创新要素败下阵来。只有管理与技术双轮驱动，才能支撑企业这驾马车在工业化的道路上顺利前行。

　　例如： 20多年前，一汽大众买下德国大众的全套生产系统，连厂房都几乎建造成一样的。企业总经理、车间主任等重要岗位都是德国大众的人，只有普通员工是中国人。即便如此，一汽大众的车在质量等方面，还是比不上德国大众原装进口车。原因何在？一汽大众的管理创新能力低于德国大众。近几年，一汽大众公司意识到问题所在，精益生产管理推动得如火如荼，也因此它在产能过剩的情况下仍然在同行中处于领先地位。

　　马车模型中的马代表着企业的动力。马是否有活力，即企业是否有活力，这取决于企业文化的质量和这种企业文化决定的一系列企业政策、机制等。一个企业如果死气沉沉，那一定是机制、文化、政策出了问题，所以，企业文化是企业的“源动力”。

　　马车模型中的人是企业的领导者、管理者、工程师和生产者等的集合。精益管理如果成功实施，最终一定会培养、锻炼出一大批精益人才，这是企业自己真正的财富。

　　2) IE/LP的基本特征

　　企业中的管理行为都有这样的特征： 

　　(1) 不可复制性。产品、工艺、设备、材料等技术要素都具有可复制的特征，所以技术创新必须申请专利，用法律来保护。

　　而管理创新不具有复制性，必须与本企业相结合，进行本土化自主创新。如： 日本丰田的TPS，德国大众的管理体系，美国福特的企业公司管理方法等，都是结合本国文化和本企业实际形成的创新性管理成果。它们不需要通过申请专利来保护，甚至还欢迎同行来参观学习。近年来，我国制造企业有成千上万的人去日本丰田公司学习，日本丰田公司不仅热情接待，还详细讲解，可是这些人回国后就是复制不出TPS那样的中国生产系统。原因是文化不一样，人的行为不一样。很多人还照抄照搬美、德、日的制造模式，花费了巨大精力、财力，最终收效甚微。这都是因为没有注意到文化和社会的差异太大。

　　(2) 累积性。企业的竞争力与企业对技术和管理的投入成正比，并且只有二者有效匹配，技术投入才能发挥价值。我国许多企业在技术投入上肯花钱，在管理投入上却斤斤计较，所以很难和美、日、德企业抗衡。这种重技术轻管理的思想很落后，无法适应现代工业化的发展。

　　管理的基础是需要累积的。累积性的特征使得管理创新不可能出现跨越式发展(技术创新可以)，必须一步一步地进行。只有基础打好了，才能盖高楼大厦。因此，精益管理只有起点，没有终点。管理理论和方法不随出现的时间先后区分先进和落后。制造企业的现场管理、劳动定额、期量标准、物流系统、均衡生产、目视管理、标准作业等，这些基础性管理水平没达到一定程度时，做信息化、智能制造等都是纸上谈兵。我国的工业企业可能还要补上从工业2.0到工业3.0发展的课，然后才能向工业4.0发展。

　　3. 精益制造与管理是信息化和智能制造的基础与推动力

　　信息化和智能制造的核心是数据驱动。没有数据的支持，任何资源都只是摆设； 没有及时准确的数据，决策往往是无效的甚至是错误的。管理基础薄弱，数据总是处于变动中，生成的决策无法正常执行，都会导致智能制造系统的效力无法发挥，形成巨大浪费甚至造成不可弥补的损失。之前很多企业在实施企业资源计划的过程中，花费时间最多的就是基础数据的整理。企业资源计划系统运行不理想很大程度上也是由于无法获得标准化、规范化的数据。基础数据没有理顺，却大谈“工业大数据”，注定是难以取得实效的。

　　例如，对如图0-4所示的生产系统进行改造，如果不先行改善而直接套用先进系统，无法从根本上消除系统生产周期长、库存大、生产成本高、质量缺陷等问题，其结果必然是以失败告终。

图0-4  改善前的生产布局示意图

　　在对该生产线进行精益设计、流程再造和布局调整后(图0-5)，生产效率提升了92%！在优化后的生产布局基础上，信息化、智能化才有可能实现。

图0-5  改善后的生产布局示意图

　　我国的制造业整体上大而不强，管理基础差，管理水平低，其关键问题在于(和发达国家相比)缺少IE/LP这门课。例如在电子行业，中国企业的平均库存周转时间为51天，而美国为8天； 在纺织服装行业，中国企业的平均库存周转时间为120天。信息化、数字化、智能制造不可能建立在这种低效的生产模式之上，精益制造与管理必须是前道“工序”，构筑数字化、规范化的管理基础，之后才可能实现智能化。无此基础，盲目超前进行信息化、智能化改造不仅不会带来效益，反而会带来浪费，削弱企业竞争力。

　　根据中投顾问发表的《2016—2020年中国智能制造行业深度调研及投资前景预测报告》，仅16%的企业进入智能制造应用阶段，52%的企业其智能制造收入贡献率低于10%。事实上，即使在工业4.0的发源地德国，对中小企业而言，工业4.0也只是一个奢侈的口号。

　　一个智能工厂，应该是精益、柔性、绿色、节能和数据驱动的，能够适应多品种小批量生产模式。智能工厂不是无人工厂，推进智能工厂绝不是简单地实现机器换人。如果以减少多少人作为评价标准，很大程度上会让企业深陷泥潭，投产后发现成本不但没有降低反而大幅上升了。虽然操作人员减少了，但设备维护人员增加了，同时技术投资带来折旧、能耗和财务成本的大幅上升，难以收回投资，甚至拖垮企业。更遑论现实中很多时候机器并不能达到人的效能，比如汽车制造的总装和质检环节。脱离实际的“技术崇拜”，过度追求生产自动化，让有着明星光环的特斯拉在Model 3项目上也曾迈入“产能地狱”，公司几近破产。直到将总装环节挪入“帐篷工厂”，重新定义超级工厂模式，即以一定程度的半自动化以及人工装配取代全自动化，之后特斯拉才再次“王者归来”。2019年，特斯拉又将这种模式复制到上海生产基地的建设上，可行性被再次验证。同样地，南京某工厂有一条装配线，一开始设置的自动化率是90%，后来发现调整为70%，增加若干人工工位，整体质量和效率反而是最优的。

　　自动化与数字化是实现智能制造投资最重要的部分。企业在做自动化改造前千万要慎重，必须明确升级自动化的目的和投资回报率情况，并展开系统分析，围绕竞争力提升研究使系统运行效率最高、成本最低的方案，通过“人-机”系统的有效配置充分发挥智能资源的作用，在更高的技术平台上更好地服务顾客。在实施智能制造时，IE/LP是其合理布局的基本原则，依靠IE/LP从精益的角度去系统评估先进设备投入的必要性、进行技术经济分析、开展项目规划、制定项目实施方案与实施路线、开展预实验等管理决策与优化活动是智能制造项目成功的关键。

　　IE/LP不仅是智能制造的基础，更是智能制造的加速器。通过与智能制造技术的裂变融合，创造出新的生产模式、管理模式与生产技术，通过乘法效应推动企业发展进入快车道，持续保持竞争优势。“工业工程+新技术”的复合技术形态，为企业实现双向赋能、增能、使能。

　　IE/LP的这种创新性源于IE与专业工程技术之间与生俱来的强大融合能力。自IE诞生以来，每次大的产业需求迭代总是与重大工业工程创新如影随形，不断吸收先进技术的最新成果，推动IE从一个能级跃升到另一个更高能级，在更高更广的平台上发挥更大作用。从最初主要采用工程学、物理学的技术方法、实验方法研究现场效率与成本的优化，到20世纪40年代吸收运筹学、系统科学、心理学等多学科思想与方法，面向企业整体竞争力改善，大大增强了IE对于复杂的工业和社会生产系统进行量化分析与系统设计的能力。随着计算机技术和网络技术的快速发展与广泛应用，IE的数据分析与处理能力显著增强，管理范围也跨出企业边界而关注供应链、价值链、产业链的管理。在当今的智能化时代，工业工程进一步与物联网、大数据、人工智能、5G、区块链、云计算、数字孪生等新技术相结合，这一方面赋予了IE更强的分析处理和解决问题的能力，另一方面在IE/LP加持下的新技术也具有了更高能级的生产力。精益与智能的有机融合形成了新的精益智能模式，既可以使智能化的靶点对准关键需求，又可以使智能化过程全面提质、增效、降本。

　　本书阐述了精益制造与管理的意义、概念、基本原理和精益设计、精益制造与管理的主要技术体系，说明了精益与智能制造的关系，并提供了若干典型实施案例。

　　本书由刘洪伟和齐二石担任主要撰写人，其中第1章、第2章由刘洪伟和齐二石主写； 第3章中3.2节由霍艳芳和宝斯琴塔娜主写，3.4节案例由聂斌、蔺宇编写，其余部分由刘洪伟主写； 第4章、第5章由刘洪伟主写。由于作者水平有限，不免有疏漏之处，敬请各位读者给予批评指正。

作者

2023年5月