機器柔性的內涵、作用價值及測度指標

摘要：機器柔性是制造柔性的基礎。文章討論了機器柔性的內涵，找到四點關鍵內容并進行詳細解釋；探討機器柔性的作用價值，總結出三點主要價值；在總結文獻信息的基礎上，通過對柔性內涵的深入剖析，提出用以測度機器柔性的六個測度指標。

關鍵詞：柔性；制造柔性；機器柔性；測度方法

一、 引言

對于在不確定性不斷增加的環境中生存的制造企業而言，制造柔性已經被廣泛的視為一個關鍵的競爭武器。在1982年舉辦的第一屆國際柔性制造系統（FMS）會議上，學者們針對機器柔性相關的技術問題展開廣泛的討論。此后，學者們的研究延伸到對整個制造系統柔性的研究，同時也將研究視角拓展到管理視角。制造柔性研究發展總體趨勢如表1所示。

在過去的40年間，制造柔性相關研究獲得了巨大進步，FMS的運用也趨于普及，但制造柔性的內涵至今還不清晰，制造柔性研究還有很多令人困惑之處，特別是制造柔性的作用價值及測度方法。在這些基礎問題上存在的迷惑嚴重限制了制造柔性價值的發揮。

經驗上，復雜的問題從源頭上去探索難度相對較小，也更容易得到清晰的研究結論。本文正是依循這一思路，集中精力從管理視角探討機器系統柔性的內涵、作用價值及測度方法。期望本研究的成果能夠對整個制造系統柔性相關問題的解決有所裨益，也希望能夠增加我國制造企業管理者對制造柔性的理解。

二、 機器柔性的內涵

1． 柔性的內涵。通過梳理國外文獻中的制造柔性的特征得到柔性的一般含義如下：

一個系統的柔性是指系統運用儲備的功能進行變化以應對系統環境變化的能力。柔性的大小取決于系統功能的多少，功能轉化的難度和轉化后的功能保持度。

機器可以被視為是一個最底層的制造系統，機器柔性就是指機器系統運用儲備的功能變化以應對系統環境變化的能力。這個含義中有四個關鍵內容：（1）機器具有多功能且可進行功能轉換。（2）功能轉換難度小。（3）功能轉換后系統功能保持度高。（4）柔性的價值是應對系統環境變化。

2． 機器柔性內涵解釋。理解機器柔性需要重視下述幾方面：

（1）機器的多種功能儲備是機器柔性存在的前提條件。只有在儲備的多功能間進行功能變化，才能變化迅速且不會耗用大量成本。這正是自動化技術、電子技術及計算機技術不斷發展和運用的成果。這正可以解釋為什么制造柔性在20世紀80年代開始被廣泛關注。

（2）機器功能轉換過程具有的特性，體現柔性特性，也決定了應對系統環境變化能力的大小。主要涉及三個方面：①功能間轉換所消耗的時間；②功能間轉換所消耗的成本；③功能轉換后功能的保持成度。

機器功能轉換消耗時間的多少對機器的生產效率有巨大的影響。轉換時間長，產量降低，生產提前期增加，競爭優勢受損，因此要縮短功能轉換時間。

機器功能轉換所消耗的成本的多少對于產品的成本有直接的影響。功能轉換成本高，產品的成本增加，產品的成本優勢受損，因此要降低功能轉換的成本。

機器功能轉換后功能的保持度是指生產的效率和精度保持程度。由于功能較長時間被儲備，所以當重新變成被執行功能時，機器易出現各種差錯，影響效率和生產精度。操作人員的工作熟練度衰減要比機器的更加明顯和嚴重。生產效率和精度保持程度低會增加產品的成本和生產提前期，同時降低產品的品質，降低產品的競爭優勢，因此要提高功能轉換后的功能保持度。

（3）機器柔性的價值是應對系統環境變化。在劇烈變化的環境中生存，系統功能與環境的匹配關系總會因環境的變化而被打破。在頻繁發生變化的環境中，環境對于系統存在的決定性作用要求系統必須保有多種功能，以保證在系統環境變化后依然能夠建立系統功能與環境間的匹配關系。多功能的保有以及使得功能轉換快速且低成本的努力無不是為了達到這個目的。

這對柔性構建提出了一個基礎性要求，即：功能的儲備要與環境的可能變化相匹配。如果儲備的功能與變化后的環境不匹配，則功能儲備就是浪費，同時也威脅到系統的生存。這要求柔性的構建具有強目的性，需要對未來環境可能的變化做估測。

三、 機器柔性的價值

機器柔性是制造系統柔性的基礎。機器柔性存在的價值是應對機器系統環境的變化。有兩種需要應對的變化：一種是系統自身出現偶然性差錯，不能保持原有功能，如機器故障停工等，此時需要有儲備的零部件代替故障零部件，以保證經過調整后能夠保證原有功能；另一種是系統環境發生變化，被需要的功能發生了變化，系統想要繼續存在下去就需要通過變化獲得新的被需要的功能。

上述兩種理論論述主要體現為以下三個方面：

1． 應對機器偶然性損壞。當然需要對偶然性損壞帶來的損害和柔性構建的成本進行權衡。

2． 實現產品多樣化。機器柔性的存在允許一條生產線生產多種產品，這就形成了產品的多樣化。產品多樣化被普遍的認可為是一種重要的競爭戰略。

3． 降低新產品的引入難度。由于機器設備儲備有多種功能，如果有些功能是為了日后的產品創新做的儲備，那么當新產品引入時，所消耗的時間和成本就會相對較少。在快速競爭的環境下，快速引入新產品被視為有效的競爭武器。

綜上所述，機器柔性具有重要價值，當機器具有了合適的機器柔性之后，競爭力隨之產生，企業可以運用這種競爭力獲得競爭優勢，并進而獲得競爭績效。

四、 機器柔性的測度指標

柔性是一個重要的概念，需要有切實可行的測度方法去測度柔性，但至今還缺乏合適的測度方法。本文嘗試給出機器柔性的測度方法。

由于對柔性本質認識的不清晰，早期對于機器柔性的測度很不全面。最早學者們只注意到變化的范圍，如Mandelbaum（1987）等；后來Slack（1983）區分出范圍柔性（rang flexibility）和反應柔性（response flexibility），Slack（1987）將反應柔性細化為成本消耗和時間消耗兩個方面；Upton（1994）將均衡性（uniformity）考慮進來，用以代表質量等績效指標變化發生前后的一致性。但有一個重要的問題至今未能得到足夠的重視，即柔性與環境變化的匹配性，沒有良好的匹配性，柔性將失去價值。

機器柔性測度指標由三個方面指標構成：

1． 儲備功能的數量，這決定了應對環境變化的范圍；

2． 柔性與環境變化的匹配性，其含義是指儲存的功能與可能的環境變化所要求功能的一致性程度。匹配性是柔性作用價值存在的基礎，必須給予充分的重視。

3． 應對過程的特性。主要包括三個方面；一是功能轉換所消耗的時間；二是功能轉換所消耗的成本；三是轉換后功能的保持度。

據此構造機器柔性的測度指標體系，如表2所示。

當柔性合適時，即轉換速度很快，轉換成本很低，轉換后功能保持程度很高，且轉換后形成的功能正是環境所需要的功能，企業就可以很好的應對企業環境變化，同時對于那些不能如此好的應對環境變化的企業來講，企業就具有了競爭優勢，如果其它企業也具有如此的能力，這可以幫助企業保持競爭平衡。

五、 總結

機器柔性作為制造柔性的基礎問題，其重要的研究意義不言而喻。通過對機器柔性的理論內涵探索找到了四個關鍵性內涵：（1）機器具有多功能且可進行功能轉換。（2）功能轉換難度小。（3）功能轉換后系統功能保持度高。（4）柔性的價值是應對系統環境變化。

機器柔性的重要價值主要體現在三個方面：（1）應對機器偶然性損壞。（2）實現產品多樣化。（3）降低新產品的引入難度。

對機器柔性內涵的解釋，幫助我們尋找一個合適的機器柔性測度方法，六個基礎指標能夠客觀的測度機器柔性，可以幫助經理們更加科學的構建和運用柔性。

限于篇幅，本文僅構造出機器柔性的六個測度指標，沒有詳細論述每個指標值的具體確定方法和指標間的權重關系，留待日后做進一步研究。

參考文獻：

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基金項目：國家自然科學基金項目“中國企業信息系統成長的宏觀與微觀過程理論與實證研究”（項目編號：70471014），吉林省社會科學基金項目“組織柔性對吉林省汽車產業基礎創新的影響及對策研究”（項目編號：2007127）。

作者簡介：畢新華，博士，吉林大學管理學院教授、博士生導師；陳太博，吉林大學管理學院博士生；程鵬，長春稅務學院信息系講師，吉林大學管理學院博士生。

收稿日期：2008-03-15。