結合精益生產思維談并行工程的優勢

謝雙　楊勝統　堯永春

摘要：文章從精益生產的核心消除浪費出發，對比分析、歸納得到了產品開發過程的“七種浪費”，進而從抑制浪費的角度直觀地驗證了并行工程開發的優越性，最后對常用的并行開發技術進行了介紹，希望能對讀者有所啟發。

關鍵詞：精益生產；產品開發；并行工程；“七種浪費”；工程模式 文獻標識碼：A

中圖分類號：F426 文章編號：1009-2374（2017）01-0178-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.085

自日本豐田公司強勢崛起、力壓世界汽車巨頭，成為汽車制造的霸主，精益生產模式成為全球學習熱點，遍地開花。如今經過半個世紀的發展，精益生產已相當完善和成熟，特別是在制造過程降低成本、提高效率方面，發揮的巨大作用和帶來的經濟收益十分顯著；它極大地促進了生產制造精細化、差異化的實現。因此，隨著市場經濟的發展及全球化進程的推進，制造過程不再成為瓶頸，產品如何更好地更新換代滿足客戶的需要成為新的重點課題。這樣的背景下，美國率先在產品開發中提出并應用了并行工程（Concurrent Engineering，簡稱CE）的理念，且卓有成效，于是CE迅速成為了研究和學習的熱點。經查證，關于并行工程概念、特性及具體應用方面的論述已比較多，但鮮有結合精益生產思維闡述并行工程的優越性方面的文章。本文借鑒精益思維，定義了產品開發過程的“七種浪費”，力圖從并行工程中尋求抑制浪費的措施。

1 精益生產思想及“七種浪費”簡述

精益生產又稱精良生產，其中“精”表示精良、精確、精美，“益”表示利益、效益等，自20世紀50年代由日本豐田汽車公司的大野耐一等人創立以來，迅速在全球范圍內獲得認可、重視及推廣，在借鑒豐田生產方式（TPS）基礎上，很多知名企業都改進建立了自己的精益生產方式，如通用全球制造系統（GMS）、德爾福制造系統（DMS）、福特生產方式（FPS）、法雷奧生產系統（VPS）等。盡管大家定義的名稱不同、運用過程也存在差異，但其核心都是一致的，即實現及時制造、消除一切浪費。

簡單地說，精益生產的就是要實現“5個精確”（或“5個恰當”）和“2個零”：將精確（恰當）數量的零件，通過精確（恰當）的包裝和運輸，在精確（恰當）的時間，送達精確（恰當）的位置，完成精確（恰當）的裝配，生產過程“零缺陷”，按需制造“零庫存”。實現“5精確、2個零”的精益生產過程，就是消除浪費的過程。

那何為浪費呢？根據漢語詞典的解釋，浪費是指生產和生活中對人力、物力和財力等資源不合理使用的一種行為和現象；多表示由于管理和配置的失誤，導致消耗的資源超出了完成某項活動本身所需要的資源數量。在精益思想中，制造產品過程中正向改變產品特性（符合客戶需求和產品制造標準）的直接操作時間，稱為增值時間；其他操作時間都稱為非增值時間。非增值時間又分為兩類：第一類是為了實現增值作業必不可少的輔助動作的操作時間，比如取放工具、工裝安裝時間等；第二類是完全不創造價值卻又實際存在的操作時間，如步行、等待、管理工作等。所以精益生產中消除浪費就是縮短非增值時間的過程。圖1所示為流水線上某工位循環往復的操作的8個步驟，只有步驟4是正向改變產品特性的，其操作時間為增值時間，其余均為非增值時間；1、3、6為第一類非增值時間，2、5、7、8為第二類非增值時間。

按生產過程中存在形式差異，精益生產將浪費歸納為七種，簡稱“七種浪費”，見圖2。

第一，過度生產。指違反“及時生產”的原則、制造過多或過早造成的浪費，直觀表現為帶來缺件或溢庫。假如客戶需求產品1000件，卻提前生產出1500件，造成庫存積壓、資金周轉不暢、生產不均衡等其他諸多問題，被稱為“最大的浪費”。

第二，多余動作。表現為工位內布局不恰當、操作指導書設計不合理引起的操作員存在增值操作以外的動作，也包含員工未按標準化而自帶的過多操作。

第三，物料搬運。表現有工序間距離過長，物料未按制定的路線運輸、物料包裝不符合標準、處理溢出物料過程等。

第四，等待浪費。包含工作不均衡、設備故障多而效率低、供貨不及導致的人工等待，也包含設備閑置等待浪費，還有生產計劃經常變動導致的換產等待浪費。

第五，庫存浪費。包括材料庫存、在制品庫存及成品庫存，庫存帶來的有產品積壓變質風險、占用倉儲空間、造成先進先出等管理問題、產生不必要的搬運等系列浪費，所以精益生產將庫存稱為“萬惡之源”，力求“零庫存”。

第六，過多操作。是指在已滿足產品質量標準（客戶需求）之外提高特性所付出的額外操作，在已固定售價的前提下，這顯然是客戶所樂見的，但是對廠家來說卻是資源浪費。

第七，返修浪費。即對不良品進行修正造成的損耗，包含人力、設備、耗材及交貨延遲，精益生產崇尚“零缺陷”就是為了消除該類浪費。

七種浪費中，多余動作可能隱藏于任何操作員的所有工作中；其余的六種浪費之間則可能相互觸發，它們之間的轉換關系如圖3所示：

2 產品開發過程中的“七種浪費”

傳統的產品開發過程是一個串聯的過程，按順序逐一完成上游工作再進入下一工序，除了相鄰工作有聯系外，各工作間幾乎是獨立的存在，與之匹配的各部門間也缺乏溝通交流。這必然導致工作團隊溝通渠道不暢，目標不一致、相互需求不明確，進而引發各種沖突，甚至引發上游多項工作的返工，圖4為各環節間常見的返工走向示意圖。根據上一部分闡述，這就存在著極大的浪費。

那么是否可以將精益思想應用到產品開發中，歸納出相應的“七種浪費”呢？筆者嘗試歸納如表1所示：

第一，計劃異動。與正常的生產制造不同，產品開發屬于項目、是非常規性的活動，受諸多因素的影響，計劃往往會隨進度而調整。便于解釋，引入正常的計劃變動和異常計劃變動概念，前者是整個團隊開發效率提升、進程提前、前后工序均能正常銜接，利于項目更快更好完成，而主動優化計劃的活動；后者是由于某一環節突然延誤而導致原定計劃無法執行，被動調整計劃的活動，譬如缺料、設備未按期到貨、設計數據丟失、圖紙交付滯后、產品性能需重大調整等。顯然兩種計劃變動都會造成一定的消耗，但一般計劃正常變動的消耗在可承受范圍內并于其他方面給項目換來更大的價值，利大于弊；而計劃異動所消耗的時間、人力、物力在整個項目范圍內無法抵消，因此將計劃異動列為產品開發的浪費之一。

第二，管理浪費。對應于工位布置或操作指導書不當，產品開發過程中溝通、協調、審批等管理活動更具普遍性，因此以管理過程的不良消耗作為一種浪費種類型。典型管理浪費包括組織機構不穩定人員頻繁變動、團隊職責定義不清晰、怠工不作為、審批流程繁瑣、溝通渠道不暢、無效會議等低效、無效管理活動。與多余動作可能存在于生產制造的每一個過程，管理浪費也普遍隱藏于產品開發的每一個環節，不容忽視。

第三，轉運浪費。有實物的非常規流動，如因計劃調整而引發物料、設備、工具轉移；也包含數據的異常流動，例如串行溝通渠道，數據更新后無法實現點對點交流，需要逐一傳遞，傳輸時間及風險增加。

第四，等待浪費。典型事例有：計劃不合理出現上下工序銜接空檔，上游工作滯后導致下工序無法推進，決策不及時，分工不均衡導致人或設備局部閑置等引發的浪費活動。

第五，庫存浪費。主要指設備、工具、數據、人員等配置和材料、制品過多滯留庫房。

第六，過多操作。泛指在滿足產品標準之外的過度設計和多次加工。

第七，返工浪費。指不能滿足產品標準或客戶要求引發的返工，包含計劃方案、圖紙報告、工藝規劃、設備安調、樣品制造等修正過程。

同樣的，產品開發過程的“七種浪費”也并非相互獨立的，相互影響和轉化關系更為復雜，如圖5所示。由圖可知，管理浪費可觸發其他6種浪費，而其余的6種浪費活動都可能引起計劃異動浪費，因此這二者是最普遍的浪費。

在傳統的串聯式產品開發過程中，各部門到點加入、獨立運作，開發周期長，缺乏統一協調管理就是缺失有效的溝通渠道，導致目標不一致、相互需求理解有差異，顯然這些都容易引發“七種浪費”（圖6），致使開發效率低下和成本增加。為了改善這種情況，并行工程的開發模式應運而生，并迅速得到廣泛認可和推廣。

3 并行工程簡述

1986年，美國國家防御分析研究所發表的R-338報告中，完整提出了并行工程（Concurrent Engineering，CE）的概念，即“并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法”。這種方法要求設計之初就全盤考慮產品設計、制造過程各環節，打破傳統的組織結構的部門藩籬不良影響，強調參與者群體協同工作的效應，亦即要求產品開發人員在設計伊始，就考慮產品整個生命周期中從概念形成到報廢處理的所有因素（產品質量、成本、進度計劃、市場定位及用戶需求），拉動企業內的各部門溝通明晰客戶需求、明確相互制約條件及要求，避免后續因溝通不暢而帶來的反復返工。因此，并行工程實際是通過在產品設計階段即集中企業資源于規劃階段，多謀劃以減少后續沖突，實現縮短開發周期、提高產品質量及用戶滿意度等目標，行之有效的管理方法。

從并行工程的產生背景及釋義可知，它具備以下四個方面特點：

第一，并行性：區別于傳統產品的串聯開發方式，并行工程需各部門產品開發工作同步開展（見圖7），盡可能地減少前置任務對后續工作的影響。為了確保并行開發的有效性，產品數據需實現同步更新，確保實時唯一。

第二，一致性：一方面并行工程要求產品設計之初，集中各部門對產品市場定位、質量高度、成本控制、進度計劃、制造策略等協商并達成共識，團隊成員目標一致可有效為后續溝通減少或化解沖突；另一方面各區域基于同一產品數模工作，共用一個知識庫及管理平臺，數據信息一致。

第三，約束及繼承性：各模塊工作同步開發，產品設計、（制造）工藝規劃、客戶需求、質量要求等相互制約因素必然集中沖突在一起，所以并行工程要求產品設計之初建立約束條目，以應用于指導整個設計過程；而為了進一步的縮短開發周期和提高效率，已完成的約束條款將分門別類地形成知識庫，供后續項目繼承使用。

第四，集成管理：首先是項目團隊人員集成管理，實現各部門、各模塊負責人能快速響應，迅速消解沖突，推動領導決策，確保計劃緊密執行；其次是信息的集成管理，建立適當的權限矩陣，確保數據唯一，同步更新，機密安全。

集成管理是并行工程重點和難點工作，良好的組織協調是促進和保障并行性、一致性、約束和繼承性實現的基礎。

4 并行工程能有效抑制浪費

下面從其特性出發，分析并行工程對于降低產品開發過程浪費的有效性，見表2。

表2 并行工程特性抑制浪費類型列表

特性說明 并行工程

特性 主要抑制的浪費類型

項目團隊集成，組織穩定，高效溝通；數據集成，同步更新，統一發布 集成管理 管理浪費，等待浪費，轉運浪費，計劃異動

目標一致，數據&

信息一致 一致性 計劃異動，庫存浪費，管理浪費，等待浪費，轉運浪費，過多操作

明確關聯工序的需求，建立需求知識庫供后續產品參考 約束及

繼承性 返工浪費，管理浪費，等待浪費

并行開展工作 并行性 等待浪費，庫存浪費

第一，集成管理性。產品開發開始即將不同部門的成員組成穩定的項目團隊，分析產品的所有因素；分級確定協調管理負責人，響應機制，直至整個項目結束，可有效地抑制溝通不暢、人員變動、決策不及時等引發的管理浪費、等待浪費；統一的溝通平臺，確保數據的同步更新和發布，可抑制信息的轉運浪費，能集中分析、聯動應對計劃調整，降低產品計劃異動，促進計劃正向發展。

第二，一致性。項目初期，經過對擬開發產品各環節所有因素的討論，已明確了產品概念、市場地位、質量水平、投產時間等基本信息，作為所有開發成員設計的基礎，可降低過多操作和管理浪費；而后分解明確各階段性工作時間節點，業務量，避免因時間點及業務量理解出入引起的計劃異動和等待浪費；過程中數據、信息和計劃一致，可減少無謂的會議（管理浪費），能針對性的備貨，消除庫存浪費和轉運浪費。

第三，約束及繼承性。約束性包括質量水平、投產時間等基本產品信息約束，還包括各工序、部門間相互之間的需求，比如銷售對產品設計提出的客戶需求、工藝裝備能力對產品設計的限制、后工序對上游前置工作的時間要求等，以上約束信息提前相互確認、協商，能有效地避免返工、減少等待時間。將這些約束性條件及其他產品開發經驗整理歸檔，后期產品開發繼承使用，可以減少會議溝通、整理等管理動作，降低管理浪費。制造需求（Manufacturing Requirements，簡稱MR）就是目前汽車制造廠應用比較成熟的約束條件，它是在產品開發前期，制造工程師基于開發車型特點和工廠生產環境（設備能力、工藝需求、操作空間），整理出來的需求；前饋給產品設計工程師，作為產品開發時考慮的因素。MR建立數據庫后，后續根據相應車型、平臺、工裝要求等進行篩選，實現繼承應用，甚至固化成為生產工藝標準文件。

第四，并行開展各項工作，有效協調前后工作，能進一步縮短開發周期，抑制等待浪費，減少材料、設備、數據的倉儲時間（庫存浪費）。

綜上，并行工程模式應用可以顯著的降低產品開發中的浪費問題，減少開發周期、提高效率，同時面向客戶設計，相對于傳統的串聯模式有著明顯的優越性。因此，近年來其已成為制造業研究和應用的熱點，尤其是在汽車制造及其附屬產業，如今國際汽車巨頭日本豐田、美國通用等在并行工程的應用上已日益成熟、形成體系；盡管起步不同，水平參差不齊，并行工程開發技術也在國內各汽車制造廠中得到了普遍應用，成為主流的產品開發模式。

5 并行工程支撐技術簡介

經上所述，可知并行工程具有明顯的優越性，然而這些優越性如何獲取或者能實現多少，取決于并行工程產品開發的水平。集成管理程度和靈活性越高，目標和數據一致性越好，信息同步性越佳，約束及繼承性使用越順暢，產品開發的并行性就越好，對應的抑制浪費及降本增效效果就越優。為促進并行工程的應用效果而使用的一些輔助方法和先進工具，稱為并行工程支撐技術。

常用的并行工程技術有：

第一，組織重構。開發模式由串聯形式變為并聯，各部門由獨立順序作業變為集中工作，首先要重新構建符合并行工程的組織機構及相關運行機制，要指定專門的協調負責人、技術決策者、管理統籌者，并予以充分授權，以實現快速決策、及時協作和靈活響應。

第二，開發過程重構。依靠團隊的力量，對原串行開發流程的每一個環節，進行解剖分析，整理出關鍵工序清單、關聯工序的前置及后續工作清單，理清每一工序的約束條件（客戶需求、法規限制、設計能力、生產設備能力等）和時間周期，在此基礎上，再討論、分析、構建成最初的并行工程開發流程，后續實施過程中不斷驗證完善。

第三，計算機技術。這包括兩個方面：一方面是計算機應用技術用于提高開發的效率及驗證其正確性，如CAD（計算機輔助設計）、CAM（計算機輔助制造）、CAE（計算機輔助工程）；另一方面是基于計算和網絡實施的協同環境平臺，比如數據維護和發布系統、問題管理系統、電話會議系統、產品進度跟蹤系統等，穩定的協同環境能有效地促進集成管理，縮短數據的整理統計時間，確保信息一致和同步。

第四，反向工程技術。反向工程是指從模型（或事物）逆向分析出數據的方法，可以迅速地獲得手工樣品、對標產品的準確參數，作為產品概念設計和詳細設計的參考。

第五，互聯網技術。并行工程考慮產品整個生命周期所有環節，各部門、各環節同步開發，客戶需求如何傳遞到正確的設計者、設計者之間需求沖突、管理者（協調者、決策者）如何快速獲取并應對沖突點，這些問題應用適當的互聯網相關技術可獲得良好改善。

6 結語

因為明顯的優勢，隨著新技術的不斷發展，相信并行工程將獲得更廣泛應用；與時俱進，不斷融合互聯網等前沿技術及新思維，并行工程產品開發將獲得長足的發展，更有效地削減浪費，提高效率。

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作者簡介：謝雙（1984-），男（壯族），廣西桂林人，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，研究方向：汽車集成開發及沖壓制造；楊勝統（1978-），男，廣西凌云人，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，研究方向：汽車集成開發與制造；堯永春（1972-），男，廣西玉林人，上汽通用五菱汽車股份有限公司高級工程師，碩士，研究方向：汽車集成管理技術；蔣士洪（1968-），男，廣西柳州人，上汽通用五菱汽車股份有限公司高級工程師，研究方向：汽車集成開發與

制造。

（責任編輯：周 瓊）