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百年自動流水線的前世今生的介紹,火熱收藏!

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百年自動流水線的前世今生的介紹,火熱收藏!

發布日期:2019-03-14 作者:寧波自動流水線 點擊:

百年自動流水線的前世今生的介紹,火熱收藏!

       工業史上有三大“時代巨人”——愛迪生、福特、喬布斯,他們都極具創新精神,不只發明了很多新產品,更是開辟了一個個新產業,全面、系統地改變了世界產業格局。愛迪生發明留聲機、電影放映機、電燈,開辟了商業音樂產業、電影產業、商業照明產業;福特最先發明流水線和規模化生產,現代工業由此出現;喬布斯使人們理解手機除了是通信工具,更是“個人移動應用平臺”。其中,福特開創的大規模流水線生產,更是具有承上啟下的歷史意義。稻盛和夫甚至直言:“在規模化的工業流水線中,真正的制造成本可能只有梅子核一樣小。”--【寧波華龍--自動流水線

  

       自動流水線的三個關鍵詞:流程、效率、成本,據說亨利·福特在20世紀初仔細觀察過屠宰廠流水線,意外得到靈感,開發了世界上第一條汽車流水線,使得福特T型車開進了千家萬戶。此前,制造業很多是小作坊,汽車都是在小作坊里裝配的。流水線帶給汽車工業的是“規模化”,更是“流程革命”。福特把T型車的裝配過程拆成了84個不同的步驟,每一個人都只做專門的一個環節,汽車在一條流水線上就可以完成組裝,這個革命性的創造使汽車的裝配時間從原先12小時減少至90分鐘,而且一年一年各個環節操作時間都會在技術升級中不斷縮短,20世紀20年代,福特工廠每24秒流水線就能制造一輛汽車。這當中有三個關鍵詞:流程、效率、成本。

  

       自動流水線生產方式就是設計一個非常完整的產品流程,自動流水線將其分解成為很多連貫的步驟予以“標準化”,然后去找一堆沒有受過太多訓練的人,你只要把一個動作學好,與前后工序連接、連貫起來,那就是好的產出方式了。亨利·福特有一句頗具爭議的話:“我雇的明明是兩只手,怎么來了一個人?”造車,已經是亨利·福特的第三次創業了。投資人給他錢,是希望能制造世界上最新、最酷、最好的汽車。其實自動流水線的成本倒不是最重要的,那時汽車還是貴族產品。可是,福特反而更加關注生產過程,更加在乎各個環節的成本效率。在所有人都看不清未來的時候,他賭了一條道路,而且賭對了。回報令人吃驚,福特T型車的零售價格在短期內從850美元降到了300美元,從1914年的經濟蕭條期到1920年代的大復蘇,短短六年時間,福特汽車公司的產品已經占據美國60%的市場份額,企業資產凈值的利潤率達到了300%,到1927年,福特已經賣出了1500萬輛T型車。不久,流水線模式開始向制造業的廣闊領域擴散,甚至成為一種啟動規模制造的思維方式。這被美國工程師弗雷德里克·泰勒寫進了《科學管理原理》,泰勒管理體系中很著名的措施就是標準化、工作流程,借助標準化和規范的工作流程,工人的手藝和經驗被融入工作流程中被顯性化了,可供其他人學習和仿效。【寧波華龍--自動流水線

寧波自動流水線

  

       20世紀初的美國,到處閃動著偉大發明與偉大企業,福特的T型車和凱迪拉克的電子啟動裝置開啟了人類的汽車時代,尤其是流水線生產方式的大范圍推廣,大規模批量生產,除了能攤薄固定成本,也使大量工程師聚集在一起搞技術研發,極大推動了科技創新。那么,自動流水線模式何以能帶來快速的成本降低、效率提升?其中的關鍵是“學習曲線”。1914年,亨利·福特干了一件當時足以驚世駭俗的事情——大幅提高工人工資和降低產品價格,這引起股東普遍不滿,遭到外界普遍質疑,沒有哪一條經濟學原理會教企業家這么干。然而,福特發現“把低價格(產品)作為目標,就需要不斷釋放產能,產能的釋放又需要工人的熱情和學習能力,這是一個互為因果的聯動關系。”經驗非常重要,因為生產成本不僅僅是來自于工人的現場勞動,同時還包括研發、原材料、設計等諸多因素。充分釋放“流水線各個環節的學習能力”,形成一條螺旋上升的學習曲線,是生產線效能增長的催化劑。亨利·福特曾多次向管理層和股東表示:“如果你們把這些(工資上漲、產品降價、釋放產能、完善學習曲線)都做到了,金錢將滾滾而來,都能把你們埋起來。”歲月流逝,任何領先時代的產品設計、生產方式都會暴露瑕疵。流水線生產的弊端逐漸顯現出來——工人只要把一個簡單的動作做好就夠了,每個人只是一個螺絲釘,重點是效率和熟練度,而不是產品本身,工人任何的技藝提升都對產品品質沒有決定性影響。日本豐田最早發現了這一弊端,而且做出了重大改進和創新。

  從“桶裝水模式”到“自來水模式”,1924年,福特公司開始啟動日本工廠項目,同時將流水線生產方式引入日本,次年,日本工廠已經可以年產10000輛福特T型車。豐田公司高層去看了福特汽車生產線,起初他們驚呆了,這是當時豐田望塵莫及的規模效率。豐田自知要將這類生產線買回來是不可能的,只能用豐田自己的方式,因陋就簡來生產自己的汽車。1933年,豐田自動紡織機械公司設立了汽車制造部,兩年以后,第一輛A1型轎車和第一輛G1型卡車試制成功,豐田公司采用了福特的流水線生產方式。

  

        后來,豐田發現福特的生產線是有問題的,可能是因為它太有錢了,它的一切都是用自動化和機器來生產,這就忽略了人的因素。就是生產線上的每一個產品,它都是由不同的人來進行生產,一人做一小塊。但是,上一道工序出了錯,下一道工序是沒法發現的,他只負責他那一塊,所以這個產品一直到最后檢測出來才發現有質量問題,然后再來返工。表面上追求了快,實際上最后可能反而很慢。效率和效果有些時候是矛盾的,有效率未必有好的效果。直到戰后恢復時期,豐田汽車才真正做好“改造流水線”的措施。當時美國與日本經濟實力的差距是9:1,要追趕美國,豐田更加強調“精益效率”,豐田公司上下盡一切努力杜絕浪費、降低生產成本。【寧波華龍--自動流水線

  

        具體而言,豐田生產線上開始落實“適時生產”(just-in-time,即在必要的時候生產必要的東西)理念。第一步是改變機器位置,原來只能操作一臺機器的工人能同時操作三臺機器,生產效率提高了三倍,確保必要時候隨時產能放量。接下來是“實時監控生產品質”,比如,傳送帶一啟動,整個流水線就以一定的速度開始移動,工人們在裝配途中即便出現差錯也不能控制,只能在完成最后一道工序以后從流水線上撤下來時再返工。由于發現問題也不能及時解決,而等到最后再返工時,就更花時間,成本更高。于是,豐田就在流水線的每一個工序上安裝了一個停止開關,一旦發現問題,工人就拉一下開關,流水線停止,警燈自動開啟,技術人員和管理人員馬上趕到現場幫助解決問題。這個辦法非常有效,問題及時得到解決以后,產品質量明顯提高,大大降低了成本。任何時候,人的因素始終是第一位的。豐田公司有很多聰明的技術工人,但是比聰明的技術工人還要聰明的東西,是流程。好的流程是很多聰明人智慧沉淀的結果。企業的人員總是在流動,只有流程可以保證企業的長治久安。流程可以幫助制定好的游戲規則,引導公司上下共同的原則心和目標感。豐田汽車基于“精益制造”理念,改造流水線的最大成果是將“桶裝水模式”改進到“自來水模式”。“桶裝水模式”描述的是早期流水線生產的“大規模僵化”,產能一開,很多品質環節就失控了。“自來水模式”則更加適合多品種、小批量的精益產出,豐田內部用語是“連續單件流生產”。豐田尤其在研發上費很大勁,設計“連續并行的開發流程”。什么叫“連續并行”?即不同款式產品,共用核心零部件,打造共享零部件平臺,使其模塊化、標準化,將開發周期縮短一半時間。這樣做有兩個好處:1. 加快產品定型上市,積木(底層核心技術、關鍵零部件)是現成的,在成本和需求的約束下,更快搭建最好形狀;2. 推進產品快速迭代,小步快跑,新產品層出不窮,根據市場反饋適時調配產能,有效降低試錯成本。【寧波華龍--自動流水線

  

        流水線生產方式在豐田的精益改造下,在零部件層面已經非常適合快消品的標準化、大規模的自動生產。諸如礦泉水、啤酒、食品飲料等快消品,因為標準化程度高,普遍形成規模化、自動化生產,生產線每秒鐘移動1米以上,每分鐘產量可高達上千件。物資快速不間斷地在不同的工序間移動、加工,像自來水管道一樣流暢自如“剛性自動化”的瓶頸,在2011年的漢諾威工業博覽會上,開始興起工業4.0的浪潮。而福特、豐田當初歷經多年考驗和進化的大規模流水線生產,被視作工業2.0的產物。工業3.0是信息技術的大發展帶來了機器的高度自動化,比如可口可樂的全自動化生產,人類無論是在體力上還是在腦力上,都得到極大解放。工業4.0則引入“信息物理融合系統(Cyber-Physical System)”,利用數據將車間、生產線和生產設備連接起來,利用物聯網技術來實現智能制造。工業3.0、4.0時代,流水線生產面臨的主要問題已經不是成本、效率,而是“剛性自動化”與“柔性自動化”的沖突。“剛性自動化”不全是壞處,十分適合標準化程度特別高的產品和零部件(比如啤酒、飲料、螺母等)。尤其是1969年開始在汽車生產線中使用莫迪康(Modicon)可編程邏輯控制器,開啟了自動化和信息化的產業升級。工業3.0解決的問題,是把自動化和信息化技術融入大規模工業生產中,原來大規模流水線當中可能出現的質量問題得以極大避免、極大減少,同時實現了成本的精準可控。

  

       20世紀80年代,美國汽車產業正擔心會被日本競爭者擊垮。在底特律,很多人展望以“熄燈式生產”打敗對手。“熄燈式生產”就是工廠高度自動化,燈關著,機器人自己在制造汽車。當時,這種想法是不切實際的,日本車企當年的競爭優勢也不在于自動化生產,而在于“精益生產”技術,而精益生產在大多數情況下要依賴人力。現今,自動化技術的進步已經使“熄燈式生產”逐漸變成現實。日本機器人制造商發那科(FANUC)已能將其部分生產流水線置于無人值守的環境中,自動運行數周不出狀況。與此形成巨大反差的,是那些標準化程度不高的離散型行業,比如船舶、飛機、大型裝備等,“剛性自動化”很難完全施展開。這類產品往往要根據客戶需求個性化定制,規格種類多、批量小,每個訂單的產品都不一樣,非重復生產,生產周期通常長達幾個月甚至幾年以上,車間塞滿了在制品,設備空閑時間比加工時間還多,產品價格昂貴且效率低下。1990年,ERP(企業資源計劃)系統開始與流水線結合,匯合了離散型生產和流程型生產的特點,全面優化資源運用方式,快速響應客戶需求,也使高度自動化的剛性流水線獲得一定調整力。

  

寧波自動流水線

        自動流水線當中“剛性固化與柔性調整”的反復磨合,貫穿了整個工業3.0時代,六西格瑪(6 Sigma)就是這個時代的偉大成就。6 Sigma策略主要強調制定極高目標、收集數據以及分析結果,通過這些來減少產品和服務的缺陷。6 Sigma背后的原理就是“如果你檢測到你的項目中有多少缺陷,你就可以找出如何系統地減少缺陷,使你的項目盡量完美的方法。”一個企業要想達到6 Sigma標準,那么它的出錯率不能超過百萬分之3.4。6 Sigma在20世紀90年代中期開始被GE(通用電氣)從一種全面質量管理方法演變成為一個高度有效的企業流程設計、改善和優化的技術,并提供了一系列同等適用于設計、生產和服務的新產品開發工具。不過,GE的龐大體系中幾乎沒有類似智能手機這樣迭代速度極快的電子產品,GE生產方式也沒有機會真正突破剛性自動化的瓶頸。

  

        自動流水線生產的畢竟只是標準產品,當一條生產線實現全自動化以后,柔性也隨之喪失,哪怕ERP或者6 Sigma也不是最終解決方案。在大型企業工作過的人,多少都接觸過ERP系統,它的好處是節省資源,缺點是靈活度非常差。要是想修改一個已經通過的事情,那太麻煩了,要通知各個部門、說明情況、再審批,特別費時費勁。流水線要依靠大量機器設備來完成生產(即硬件投資加大),一旦市場需求、產品種類發生變化,硬件的更換成本非常高。一條生產線一個月可以生產1萬輛汽車或者100萬部手機,但是嚴重缺乏靈活性,就像一個人很健壯,但是胳膊腿不靈活。在當今這個創新加速的時代,這種“剛性自動化”越來越難以適應不斷縮短的產品生命周期。因為生產什么已經比如何生產重要很多。“人機角力”貫穿流水線百年進化史,在流水線生產的百年進化史中,最大的改變是什么,或者進化的焦點集中在哪里?答案是“人機角力”。人機角力的上半場核心是“將人當機器用,還是將機器當人用”,下半場核心是“人機融合”。【寧波華龍--自動流水線

  

       將人當機器用,還是將機器當人用?多年以來,中國制造業持續推進產業升級以尋求競爭力提升,而具體做法就是不斷進行生產線的自動化升級改造。但這也使中國制造商逐漸面臨“剛性自動化的窘境”,即生產線缺乏柔性、調整力不足,以致影響到市場適應性。“如何向流水線注入彈性”,這是一個現實問題,但辦法很多。可以將人當機器用,這在中國工業崛起的前期并不少見。舉兩個例子:生產鋰電池起家的,技術源于日本,但很難獲得日本前沿的流水線自動化技術。要是拼生產技術,很長時間比亞迪是輸給日本對手的,但成本優勢始終十分明顯。自動化流水線的最大優勢不就是效率、成本嗎?為什么比亞迪輸了技術,反而贏得成本優勢?只要看幾個數據:同樣是生產鋰電池,日本公司一條生產線上雇200名工人,投資1億美元,相當于6億多元人民幣。而比亞迪是雇2000名工人,投資5000萬元。流水線上那些昂貴的自動化設備,比亞迪大多用人工替代,因為當時中國人工成本遠遠低于日本,將廉價勞動力和流水線整合起來,用靈活、便宜的半自動化方式,打敗全自動化。所以,工業流水線不論怎么規模化、自動化,流程設計也仍有很大操作空間,成本、效率以及靈活度,源于整體設計和綜合成本上的考慮。自動化流水線在離散型工業中的實際運用,也面臨很大局限,哪怕是最沒有技術含量的產品組裝,也會遭遇很多靈活性不足的情況。比如富士康組裝蘋果iPhone,除了考驗速度效率,更重要是靈活性、可調整性。奧巴馬總統曾問喬布斯:“為什么不能讓蘋果iPhone、iPad在美國制造?為什么不能把這些工作機會帶回家?”喬布斯給出明確回答:“這些工作不會回來。”一個細節令人咂舌:一次,就在iPhone新款上架銷售前幾周,蘋果公司改進了產品設計,主要是涉及顯示屏的設計,這使得此前準備的組裝線要徹底重置。新的顯示屏到半夜才被送到中國工廠,當夜,工廠領班叫醒了8000名工人。這些工人在半夜12點換班,半小時即到位,將新的顯示屏裝入機器。僅僅96個小時,這家工廠完成了日產10萬臺iPhone的工作量。“高效率的人海戰術”在一段時期內可以彌補流水線生產的不足,帶來特殊的靈活性和可調整性。【寧波華龍--自動流水線

  

       自動流水線的人機融合,可能你曾想過一個問題:如果機器足夠擬人化,關節足夠靈活,是不是人工就要退出流水線?全自動流水線不就是“無人工廠”的前奏嗎?答案未必那么樂觀。很多事情不論多么符合邏輯想象,也一定會有很多你我未曾考慮過的現實約束。坦白說來,人機融合其實是“機器換人、無人工廠”逼近極限之后的明智妥協。在這一點上,最近幾年的最大教訓就是特斯拉。2018年,通用汽車保守估計可以賣掉超過1000萬輛汽車,至少要到2020年,特斯拉電動車的實際產量才能接近通用汽車的1/10。盡管如此,特斯拉已經是美國市場價值最高的汽車公司。投資者之所以看好特斯拉的未來,不僅是特斯拉電動車顛覆了汽車產品形態,更重要是,特斯拉“用機器生產機器”的全自動化技術顛覆了汽車制造業。汽車工業給人的傳統印象就是車身在流水線上露出大量零散部件,戴著面罩的工人在那里忙著焊接。而特斯拉工廠被CEO埃隆·馬斯克稱作“外星人戰艦”,里面大量機器人組成的方陣就像有生命一樣在自行生產。馬斯克甚至說:“不必在自動流水線周圍安排工作人員,否則,這些工作人員會降低生產速度,也就是說生產過程本身就不會有人參與。工作人員只負責維護、升級機器和應對異常情況。”


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