制造柔性概念困惑辨析及關系模型構建

許正良，馮小東，2，陳太博，2

(1.吉林大學 管理學院，吉林 長春 130022;2.中國第一汽車集團公司，吉林 長春 130011)

一、引言

隨著市場競爭的不斷加劇，多品種、新產品和客戶定制已經成為當下競爭的焦點所在。單品種、大批量的生產方式已不是主流生產方式，以多品種、小批量、快速調整為特征的柔性制造方式已經廣泛應用。相應的，國內外學者對柔性制造能力-制造柔性(manufacturing flexibility)給予廣泛關注，并對其進行了持續研究。早期學者們主要從技術視角研究制造系統如何引進柔性制造設備以實現整個系統的柔性，從上世紀八十年代初開始，生產運作領域的專家開始從管理的角度思考制造柔性的概念、影響因素和作用價值(Gerwin，1982;Buzacott，1982;Zelenovich，1982;Slack，1983;等)。

經過多年的研究，制造柔性可以幫助制造企業獲得競爭優勢這一判斷已經達成廣泛共識(例如 Gerwin，1993;Upton，1994;Slack，2005;等)，但是制造柔性本身卻未被很好地理解［1］。Vokurka和O'Leary-Kelly［2］認為“盡管對制造柔性的研究已經有了很多收獲，但是對制造柔性所包含的復雜內容的理解還是很零碎的，未能形成系統的知識體系”。Beach等評論道:“從文獻中很難獲得一個統一的柔性類型或維度體系的分析視角。”［3］Oke評論制造柔性的概念時，有如下論述:“柔性至今還是一個謎團，學者們甚至不能回答與這個概念相關的最基本的問題，例如:什么是柔性?一個企業在什么時機應該構建柔性?怎么測度柔性?制造柔性又應該如何構建?”［4］

基礎概念存在的困惑使得柔性制造理論體系存在先天性的缺陷，嚴重阻礙了制造柔性研究向更高水平前進，同時也降低了相關理論研究成果對于實踐工作的指導價值。本文將研究內容聚焦在解析制造柔性基礎理論存在的困惑和構建基礎性關系模型兩個方面，以期夯實制造柔性理論基礎。

二、制造柔性概念困惑辨析

作為從管理視角探討制造柔性的先驅者之一，Slack(1983，1987)沒有給制造柔性下一個清晰的定義，直至2005年，他還認為給“制造柔性下一個唯一、簡單、統一的定義是天真的，或者說是錯誤的”［5］。另一位先驅者 Gerwin(1982)起初也未給制造柔性下定義，但1987年，他在有限的相關理論基礎上，通過與生產設備的制造商和使用者代表進行座談，并基于 Mandelbaum(1978)提出的“面對不確定性的社會系統運用柔性作為應對性反應”這一假設，提出確定制造柔性的范疇應該去分析制造經理們面對的諸多不確定性［6］。他將柔性定義為“有效應對環境變化的能力”。Gupta和Goyal給出的定義是:制造柔性是制造系統應對變化的環境或由環境引起的不穩定性的能力(Gupta和Goyal，1989)，這一定義被廣泛引用。

通過對文獻中所使用的制造柔性定義進行分析發現，學者們在以下兩點達成共識:一是制造柔性是制造系統的一種能力;二是制造柔性刻畫的是制造系統變化的能力。但同時，學者們對制造柔性的概念也存在很多困惑。通過分析文獻，本文認為困惑的主要原因有兩個方面:一是部分學者忽視柔性的實體依賴性，二是部分學者錯誤判斷柔性與環境變化不確定性的關系。另外，清晰柔性與變革力的差異，明確柔性變化具有的被動性與主動性的雙重特性，以及確認柔性的靈活性與均衡性維度，對于消除制造柔性概念困惑具有重要意義。

(一)柔性的實體依賴性

制造柔性是制造系統的一種能力，這一判斷已經獲得廣泛共識，而能力是依賴于實體而存在的，因此探討制造系統中某個事物的柔性，其前提是這個事物具有實體屬性。作為制造系統的構成部分，機器、人員、物流系統都具有實體性，可以探討各自的柔性相關問題，人員柔性(Chen，1992;Sawhney，2006)和機器柔性(Browne，1984;Chen，1992)等已經得到了廣泛關注。但文獻中經常提到的產品組合柔性(Slack，1987;Gerwin，1982)和數量柔性(Azzone和Bertele，1989)所針對的產品品種組合和產品產量并不具備實體屬性，它們是制造系統的兩個功能，因此不能將二者的變化定義成特定種類的能力。它們的變化是制造柔性發揮作用的結果，而不是制造柔性本身。

柔性的實體依賴性使得不是所有可變化的事物都能冠以柔性之名，而文獻中諸多學者在研究中并未注意到這一點，多種以能夠變化的事物為主體的柔性被提出，例如拓展柔性等，這使得柔性類別變得混亂，進而導致柔性內涵變得混亂。

(二)柔性與環境變化不確定性

柔性與環境變化不確定性之間的對應關系是制造柔性研究中的關鍵關系。Mandelbaum(1978)認為“面對不確定性的社會系統運用柔性作為應對性反應”。Gerwin(1987)接受這一關系假設，并針對制造系統所面對的不確定性去識別制造柔性種類。Swamidass和Newell(1987)給出了環境不確定性-制造柔性-企業績效的路徑關系，并用經驗數據予以證明。這一關系假設被后來的學者廣泛接受，但是這一假設從開始就缺乏依據和經驗的支持［7］，Pagell和 Krause(1999)的實證數據對上述關系判斷提出了直接的挑戰，無論是案例研究還是大樣本統計研究，都未發現環境不確定性與制造柔性之間有關系。兩位學者在2004年按照“復制研究”(為了檢驗已有研究結論的有效性而進行的按照原有研究模式進行的重復研究)的標準流程又一次對這一關系進行了檢驗，并且擴大了樣本量和樣本的多樣化水平，數據處理結果依然顯示環境不確定性和制造柔性之間沒有顯著統計關系［8］。再次回顧 Swamidass和 Newell(1987)的經驗數據處理結果時發現，在樣本量為 27的情況下，環境不確定性與制造柔性之間的路徑系數為0.33，p 值為 0.09，R2值為 0.11，二者之間的顯著關系是被勉強接受的，樣本量過小使得這一路徑系數的可信度不高，并且路徑系數已經接近不顯著的水平。因此，環境不確定性與制造柔性之間的真正關系并非早期學者判斷的那樣。

研究者對制造柔性的存在價值是應對環境變化這一判斷達成廣泛共識，但需要注意的是，早期的研究者(Mandelbaum，1978;Swamidass和 Newell，1987;Gerwin，1987;等)混用了“變化”和“不確定性”二詞，沒有嚴格區分二者的概念內涵差異。不確定性與變化的含義并不相同，不確定性是變化的一個特征屬性，除此之外變化的特征屬性還包括大小、頻率、速度和新穎度等(Correa，1994)。制造柔性與環境變化不確定性之間的關系不等同于與環境變化之間的關系。為了能夠應對環境變化，制造系統會在環境發生變化之前進行相應能力的儲備，制造柔性具備一定的“事前構建”的特征［9］。如果環境變化的不確定性程度很高，事前儲備的制造柔性發揮價值的機會就存在高度不確定性，在這種情況下，制造柔性很可能成為“浪費”。因此，理論上制造柔性與其針對的環境變化的不確定性之間存在負向關系。然而，制造能力不能應對企業面對的所有環境變化，所以制造柔性與企業環境整體變化不確定性之間的關聯性不會太強。

(三)制造柔性與制造變革

制造柔性體現的是制造系統變化的能力，衡量柔性大小的重要指標是其能夠支撐的系統變化的范圍。柔性的范圍屬性在研究初期就得到了廣泛認可(Slack，1983;Browne，1984;Sethi和 Sethi，1990;等)，范圍屬性的存在使得柔性所支撐的系統變化是有邊界的。也就是說，并非所有的系統變化都在柔性變化范圍內，系統變化所體現的能力也并非全部是柔性，對于這一細節學者們未給予重視。

制造柔性構建的“事前性”使得在構建系統功能時要充分考慮構建成本及其發揮作用的價值與可能性。一個有效的操作方案是針對現有產品，構建“完全功能”，而對于未來預測的產品，根據其戰略價值和不確定性程度構建“部分功能”，“部分功能”需要在必要時進行進一步構建以達到“完全功能”，新產品才能得以生產。文獻中通常將“完全功能集”描述為“執行柔性”，而將“部分功能集”描述為“潛在柔性”(Upton，1993)。如圖1所示。

圖1 柔性制造系統功能構成示意圖

隨著環境發生變化，制造系統需要做出的變化可能超出制造柔性范疇所包含變化的邊界，那么此時就涉及到了制造變革。系統功能總集范圍內的變化是柔性范疇內的變化，功能總集之外功能的構建應劃歸為“變革”的范疇，這既包括新功能的構建也包括舊功能的去除，如圖2所示。柔性和變革力是兩個既相互區分又緊密聯系的概念。

圖2 制造柔性和制造變革關系示意圖

(四)柔性變化的被動性與主動性

Gerwin認為柔性是有效應對環境變化的能力［6］。這一概念將柔性的價值界定為應對環境變化，其中暗含了變化的被動性。在這之前很多學者在給出制造柔性的概念內涵時也認為這種變化是被動的(Mandelbaum，1978;Zelenovich，1982;Garrett 1986;等)，是為了適應環境變化而做出的變化。

柔性變化的被動性是在“大環境小系統”的情景下產生的。在這種情景下，系統環境對系統功能具有決定性作用，而系統功能對系統環境的影響很小。系統環境發生變化要求系統功能隨之調整，否則系統就會因為不能適應環境而趨向滅亡。系統的變化是完全被動的。然而“大環境小系統”并不是現實中存在的唯一情景。隨著市場的不斷細分，以及單個企業的不斷發展壯大，在一個細分市場中，一家大型企業的力量已經足以對細分市場的各個構成要素產生作用。此時環境與企業互相作用、互相影響，展現出協同發展的情勢，企業會主動地變化去影響環境［10］。

許多學者已經指出柔性可以用于主動地創造競爭優勢(Upton，1997;Chang 等 2003;Oke，2005;Sawhney，2006)。制造柔性本身只描述了制造系統變化的能力，這種變化既可以是“被動的”也可以是“主動的”。

(五)柔性的靈活性與均衡性

柔性的范圍屬性已被廣泛認可。Slack(1983)在描述制造柔性時識別出柔性的特征除了包含范圍外，還包括時間和成本兩個方面。Sethi和Sethi［11］將狀態間轉換所耗用的時間和成本特征歸類成柔性的“靈活性”。柔性的“范圍”和“靈活性”就成為學者們測度柔性的主要指標。在此基礎上，Upton(1994)又總結出另一個重要的柔性作用過程特征變量—“均衡性”。柔性的“均衡性”是指制造系統狀態轉換后，生產效率水平和生產精度水平的保持程度。此后“范圍”、“靈活性”和“均衡性”被廣泛地接受為衡量柔性的關鍵維度。

靈活性體現了系統從一個狀態轉換到其它狀態的困難程度，Slack(1983，1987)稱其為“轉換難度”，并用時間和成本來測度它。時間消耗和成本消耗之間存在著權衡關系，為了縮短轉換所消耗的時間，可以增加輔助轉換的專用設備，這增大了轉換的成本消耗。

均衡性所考慮的是系統從一種功能轉換到另一種功能后，功能是否受到損害，主要涉及生產的精度和效率，這直接影響了產能、質量和計劃交貨期的滿足。

綜合以上分析可以看出:制造柔性是制造系統的一種能力，它刻畫的是制造系統變化的能力，范圍、靈活性和均衡性是這種能力的關鍵維度。制造柔性是有界的，它與制造變革既相關區別又相互聯系。制造柔性支撐的變化既可以被動應對環境變化也可以主動影響環境變化，但目的都是為了在競爭中獲得競爭優勢。制造柔性“厭惡”環境變化的不確定性。

三、制造柔性關系模型構建

為了能夠更加全面的認識制造柔性，學者們通常會采用分類研究的方法將制造柔性進行細化，從中識別出制造柔性相關變量，進而探討相關變量間的關系，構建理論模型。

(一)制造柔性分類及相關變量識別

文獻中有價值的分類方法主要有兩種:縱向分類方法和橫向分類方法。

1.縱向分類

縱向分類涉及到被研究系統的大小，從低到高，既可以研究制造系統單個資源的柔性(微觀的)，也可以研究整個制造系統的柔性(宏觀的)。Buzacott(1982)和 Gerwin(1982)識別出資源柔性(機器和人員)和生產系統柔性，發現生產系統柔性因生產類型和管理方法的不同而存在差異。Gerwin(1987)給出了五個可以用來分析和測度柔性的層次:單個機器系統，能夠完成制造功能的制造系統，能夠生產出一個產品或一組類似產品的制造系統，一個工廠，一個企業的所有工廠。Gupta(1993)識別出4個層次:機器，單元，工廠，公司。Mair(1994)對本田進行了案例研究，并區分出三個層次的柔性:工人、機器和班組的柔性，工廠層次的柔性，整個企業網絡層次的柔性。

縱向分類方法經常被采用，它將將復雜的大制造系統分解成簡單的小制造系統，然后研究小制造系統的柔性，這有利于研究者降低研究難度，獲得有價值的研究成果。低層次簡單制造系統是學者們普遍選擇的研究客體。

理論上講，縱向分類方法只是改變了系統的大小，分析的對象一直是制造柔性，不會識別出新的相關變量。但需要注意的是，縱向分類方法將制造系統細化到一定程度時，識別出的就不再是完整的制造系統，而變成制造系統的構成要素，如機器、人員、物流系統等。制造系統的變化依賴于這些構成要素的變化而產生，因此學者們慣性的將這些構成要素也冠以柔性之名，并定義成特定類別的制造柔性。制造系統要素并非制造系統，因此，嚴格意義上，其柔性不屬于制造柔性的范疇，應該將它們定義為制造系統要素柔性。制造系統要素構成了制造系統，相應的制造系統要素柔性構成了制造柔性。

2.橫向分類

橫向分類的目的是為了限定分析的范圍(Harrison，1993)。它從價值鏈的角度將研究限定在一個獨立的制造階段，然后向前拓展至供應商，向后拓展至分銷商和服務商。Lynch和Cross(1991)提出了制造柔性的兩個構成:內部柔性和外部柔性。Kumpe和Bolwijn(1988)聚焦于采購柔性，并認為與供應者的運營進行有效整合是獲得制造柔性的最有效途徑之一。一些學者向下游拓展柔性的概念，提出客戶服務的柔性，例如技術支持，培訓等(Silvestro，1993)。橫向分類方法在早期并未被廣泛重視，相關研究不多，但近年來，針對供應鏈柔性的研究不斷增加。從供應鏈的視角分析上下游節點企業的制造柔性之間的配合問題具有現實意義。當市場競爭由單體競爭逐漸演化成為供應鏈之間的競爭時，處于同一鏈條上的上下游單體企業的制造柔性需要相互配合，以實現整個鏈條的最優制造柔性。對于單個企業而言，自身制造柔性是內部制造柔性，上下游企業的制造柔性屬于外部制造柔性。其上游供應商的制造柔性應該定義成供應商制造柔性，而其自身制造柔性又是下游企業的供應商制造柔性。

文獻中還經常出現按變化主體進行分類的方法。變化主體分類方法通常先識別出需要或者可以變化的主體，然后將其冠以柔性之名。Browne等(1984)分析并給出了八種柔性類型:機器柔性，產品柔性，流程柔性，操作柔性，路線柔性，產量柔性，拓展柔性，生產柔性。Azzone和 Bertele(1989)按照制造系統的變化分類:生產柔性，產品柔性，操作和技術柔性，組合柔性，產量柔性，拓展柔性。Chen等(1992)認為整個系統的柔性包括:機器柔性，流程柔性，路線柔性，人力資源柔性，物料處理柔性，程序柔性，產品柔性，產量柔性，組合柔性，拓展柔性，基礎條件柔性。Sawhney按照系統輸入、處理和輸出3個環境中所涉及的變化，給出了11種柔性:組合柔性，新產品/修改柔性，交貨柔性，人員柔性，設備柔性，路線柔性，物料處理柔性，輸入質量柔性，拓展柔性，供應商柔性，產量柔性［12］。

按照變化主體進行分類的方法存在一些問題。一是按變化主體分類并不是嚴謹的分類準則;二是部分學者將能夠變化與具備柔性對等起來，沒有注意到柔性的實體依賴性，將很多制造系統屬性變量描述成制造柔性種類;三是部分學者在分類時將制造系統構成要素柔性視作制造柔性。

(二)制造柔性的關系模型

按照變化主體進行分類的方法雖然存在問題，但學者們確實運用這種方法識別出與制造柔性高度關聯的一些變量。這些變量中既包括制造柔性的前因變量，也包括制造柔性的結果變量。

機器設備、生產加工人員、物流系統以及計劃控制系統是制造系統的4個主要構成要素，相應的，機器柔性、人員柔性、物流系統柔性以及計劃控制系統柔性是整個制造系統柔性的主要構成要素柔性。機器柔性是制造柔性存在的重要基礎，機器功能的數量決定了產品的品種數量，機器功能間轉換的靈活性和均衡性對生產成本、產品質量和生產效率具有重要影響。制造系統是典型的人機交互系統，柔性制造要求工人掌握多品種生產技能，并要求工人在多品種生產時具有較高的工作質量均衡性。柔性制造對物流系統提出了很多要求，相比原來單品種制造，物流系統需要具備足夠的柔性，品種數越多，對物流柔性的要求越高。同時，制造系統的計劃控制子系統所需處理的信息量越來越大，信息處理的速度要求越來越高，對計劃控制柔性的要求也越來越高。

機器柔性、人員柔性、物流系統柔性以及計劃控制系統柔性是主要的制造系統要素柔性，它們是制造柔性的構成性影響要素，是影響制造柔性的重要前因變量。相關要素整合在一起形成制造系統的柔性，整合的過程也是重要的研究課題［13］。

文獻中提到的組合柔性和產品柔性的表述應該是產品多樣化和產品創新，它們和客戶定制都是重要的制造焦點。產品多樣化是指同時生產多種產品，以滿足不同客戶的需要;產品創新包括對原有產品修改和新產品的引進，產品創新的速度和質量對客戶滿意度有重要影響;客戶定制是指按照客戶的個性化要求生產產品。產品多樣化、產品創新和客戶定制已成為當代制造企業的市場競爭焦點，相應的也成為制造焦點。它們不是特定種類的制造柔性，而是制造柔性的作用目標，是制造柔性的結果變量。

從整個供應鏈的角度分析，上下游企業的制造柔性存在協作關系。供應商的制造柔性體現為供應給下游企業貨品的多樣化、快速創新和可定制性。在供應商制造柔性的支撐下，企業的制造柔性發揮作用，實現下游企業所需的產品多樣化、快速創新和可定制性。

本文將制造柔性相關變量間的關系進行整理，構建制造柔性關系模型，如圖3所示。模型可以直觀展現制造柔性的來源、作用價值及與供應鏈制造柔性之間的協作關系。

圖3 制造柔性關系模型示意圖

四、研究結論與展望

本文研究主要獲得以下結論:(1)制造柔性是制造系統的一種能力，它刻畫的是制造系統變化的能力，范圍、靈活性和均衡性是制造柔性的關鍵維度。(2)機器柔性和人員柔性等是制造系統要素柔性。(3)產品組合柔性和產品產量柔性所描述的事物是制造柔性發揮作用的結果，它們不屬于制造柔性范疇，其命名方式存在問題。(4)制造柔性“厭惡”環境變化的不確定性。(5)制造柔性和制造變革既相互區別又相互聯系。(6)制造柔性作為制造企業關鍵的能力，具有“被動地”應對環境變化和“主動地”創造環境變化的雙重屬性。

本文識別出制造柔性相關變量，包括制造柔性的構成性前因變量和結果變量，并從供應鏈的角度考慮上下游企業制造柔性的相互關系，構建制造柔性關系模型。其中機器柔性、人員柔性、物流系統柔性以及計劃控制系統柔性是制造系統柔性的構成性前因變量，產品多樣化、產品快速創新和客戶定制是制造柔性的結果變量。

在未來的研究中，以下幾個研究方向值得重視。一是機器柔性、人員柔性、物流系統柔性和計劃控制系統柔性的自身構建及相互間協作關系研究;二是制造柔性構建的影響要素識別、時機選擇和構建模式研究;三是制造柔性與其它制造系統能力(例如產能、成本和品質)之間的協作關系研究;四是柔性制造系統與研發系統、銷售系統、采購系統之間的協作關系研究。

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