基于服務藍圖的服務型制造系統流程改善研究

羅建強 張艷萍 彭永濤

江蘇大學管理學院，江蘇，鎮江，212013

0 引言

當前，傳統制造模式已無法有效滿足快速多變的客戶定制化需求，諸多制造企業為能重塑競爭優勢，實施以服務主導邏輯為特征的運營模式，向服務型制造轉型，產品內涵逐漸由單純實物產品擴展至基于產品的服務［1?2］。服務型制造作為支撐“中國制造2025”實現的主要手段［3］，成為制造企業提升競爭力和創造客戶價值的先進制造模式，其總體運行規律是制造企業面向客戶問題在產前、產中和產后衍生以實物產品為載體的服務［4］。相較于傳統制造系統，服務型制造系統允許了客戶參與，能夠實現更多服務元素的嵌入。為此，諸多學者開始關注能否將成功應用于服務系統的一些理論和方法移植到服務型制造系統。

服務型制造系統在面向客戶問題提供系統集成解決方案時，整合了系統內外的相關制造與服務資源，旨在實現企業整體價值的最大化［5］。但與傳統制造系統相比，服務型制造系統流程更為復雜，通常因客戶參與而表現為運作效率低下和客戶抱怨突出［6］，因此，需要重構系統流程，以便實現關鍵績效指標的改善，MCIVOR［7］認為服務型制造系統優化的本質是流程改善。在服務型制造系統流程改善實現方面，LAGUNA等［8］認為需要分割客戶參與的活動與客戶接觸不到的活動；李靖華等［9］認為制造企業在服務化時必將產生系統組織結構的改變，對此可借鑒服務藍圖的前后臺理論。HONG等［10］認為將服務藍圖應用于制造企業在線產品服務系統，能夠快速響應客戶的服務需求。LEE等［11］利用服務藍圖和TRIZ創新方法解決了制造業智能停車場系統難題，即依托汽車產品衍生服務將有利于系統集成解決方案的提供。MILTON 等［12］和 KOSTOPOULOS 等［13］將服務藍圖成功應用于制造系統的改善，并認為這將有助于服務化戰略的推行。在有關流程改善方法方面，劉芳等［14］將分層建模法與服務藍圖技術相結合，分析了產品服務系統各組成元素的關系及流程；田志友等［15］基于服務流程分析，明確了不同層級要素之間的服務傳遞關系和具體服務內容；SONG［16］將模糊樹圖和層次分析法相結合研究了產品服務系統的不同工藝流程模塊之間的關系。總結這些文獻，發現利用服務藍圖的流程改善思想將更有利于服務型制造系統的運行。服務藍圖技術本身作為服務系統流程改善的有效方法，已被廣泛應用于商業服務［17?18］、創新政策［19］、服務定價［20］和制造業服務化［21］等方面。

制造企業通過服務衍生為客戶提供問題解決方案時，需要識別系統流程的活動、確定活動之間的關系。服務藍圖能夠為服務型制造系統流程改善提供決策支持，服務型制造系統流程改善所能創造的價值由系統內流程活動之間的柔性和耦合性決定，但鮮有文獻提及這一系統流程活動之間的內在關系并進行卓有成效的流程改善，為此，本文基于服務藍圖的服務型制造系統結構，分析和識別流程活動間的關系，提出了基于服務藍圖的服務型制造系統流程改善方案。

圖1 基于服務藍圖的服務型制造系統結構Fig.1 Service manufacturing system structure based on service blueprint

1 基于服務藍圖的服務型制造系統分析

諸多制造企業面向服務型制造轉型的成功實踐表明，以混合產品為形式的集成解決方案提供需要以客戶問題解決為導向，要能允許客戶積極參與，企業向客戶提供主動式的服務，使得價值創造的來源不僅限于實物產品，更多來自無形服務［22?23］。客戶參與下的服務型制造系統在設計及改善方面因客戶異質化需求面臨重大挑戰，需要從客戶參與的行為和企業可衍生的服務兩方面綜合考慮。具體表現如下：

（1）從內涵上，服務型制造系統融合了實物產品的制造過程和無形服務的提供過程，是服務系統與制造系統的緊密融合，即系統具有面向服務的制造和基于制造的服務特點。

（2）從范圍上，服務型制造系統囊括了集成解決方案提供的全過程，即產品開發、服務設計、核心零部件制造、產品后市場服務，有效延展和擴充了企業價值創造的范圍和深度。

（3）從屬性上，服務型制造系統向客戶提供的解決方案是產品與服務的價值集聚體，其運營方式以客戶問題為導向，允許客戶參與。

根據服務型制造系統的特征不難發現，客戶問題的異質性和解決過程的復雜性是導致服務型制造系統易于紊亂的關鍵，因此，制造企業應以實物產品為載體，與客戶有效交互衍生服務，以使集成方案更具柔性。但制造企業出于低成本實現的考慮，利用后臺儲存信息和標準化的實體，以滿足與客戶交互后的產品定制和服務提供，實現資源向價值創造更高的服務業務環節集聚。服務藍圖有助于上述問題的解決，其原理是將客戶高接觸的活動置于前臺，與客戶低接觸的活動置于后臺，以提高服務型制造系統的運作效率［24］，且能從全過程的視角刻畫服務型制造系統，發現影響系統的關鍵環節，分層表達和描述服務型制造系統中產品制造、客戶參與和服務提供三者之間的邏輯關系，基于服務藍圖的服務型制造系統結構見圖1。

客戶參與前臺服務提供域，并通過供需交互提供集成解決方案，主要涉及客戶高接觸的服務體驗活動，體現為移情性的服務衍生和高柔性的定制性服務塑造；后臺產品制造域體現了服務性生產的性質，支持前臺定制性服務的實現，囊括了所有客戶低接觸的模塊化制造活動，主要涉及通用化產品或零部件的制造或服務模塊的提供；以技術為核心的支持保障行為是整個系統賴以實現的關鍵，以資源為表現形式銜接和支撐了前后臺的服務與制造活動，協調了集成解決方案提供過程內外部所需服務資源。

前臺承接客戶定制化需求，實現了廣度上的擴增，然后通過后臺實現范圍經濟下的規模經濟性。服務型制造系統前后臺活動相互協同，能夠提升和改善系統的運作效率和服務質量，實現供需價值的共創。因此，服務型制造系統流程改善首先應分析活動之間的相互依存和影響關系，然后分解與重構系統活動，最終實現集成解決方案的有效提供。

但在具體改善時，企業出于資源、能力和流程可實現等方面的綜合考慮，需要識別出具有價值增值的活動，利用服務藍圖可以映射服務型制造系統所有的活動要素，刻畫系統全貌，有助于實現服務型制造系統流程改善的簡潔化和標準化，有助于管理人員識別構成系統流程的所有活動，因此，將服務型制造系統流程劃分為前臺服務提供域、后臺產品制造域和支持保障域，囊括了研發設計、制造、客戶參與定制服務，以及產后在線檢測服務等全生命周期的活動。

2 流程活動關系矩陣建立

基于服務藍圖的服務型制造系統雖能兼顧產品制造與服務提供，但加劇了流程活動關系的復雜性，需要分析流程活動之間的關系。流程作為將輸入轉化為對客戶有價值的輸出，具有目標性、動態性、層次性、整體性和結構性等特點。服務型制造系統流程除了滿足這些特點外，還需考慮服務型制造系統的特殊性，可以利用資源、使能流和功能相關性來表征系統流程活動之間的關系，其中，資源相關性體現了服務型制造系統跨域或同域資源的相互支持或互補性；使能流相關性旨在確保系統產品服務提供所需技術、知識和信息的快速流通；功能相關性保障了系統流程活動的整體性。據此，提出如下定義：

（1）資源相關性。資源相關性就是活動之間相互共享的程度，活動包括生產設備、軟件系統和人力資源三種類型。資源相關性強度可通過資源重要性和相互依存度兩方面衡量，其中，相互依存度可用兩個活動之間調用資源的頻率來度量。

（2）使能流相關性。系統內各要素的相互關系體現為各活動間的物質流、信息/知識流和服務流的轉換和傳輸，并構成了一個子系統，若某一子系統的輸出能為另一子系統使用，則稱兩個子系統之間流相關。

（3）功能相關性。實現相同功能的活動聚類有利于提升企業流程之間功能的獨立性和整體性，各活動在功能上相互依賴的關系稱為活動間的功能相關性。

為厘清服務型制造系統流程活動之間的關系，需綜合考慮系統流程活動之間的資源、使能流和功能相關性。令wf、wp和wr分別表示流程活動的資源相關性權重、使能流相關性權重和功能相關性權重，且wf、wp和wr滿足如下約束：

式（1）中資源、使能流和功能的因子權重分配可通過層次分析或熵權法確定。

依照上述定義的流程活動之間互相關系，給出流程活動i和j(i,j=1,2,…,n)之間的關系加權平均值：

式中，Rf(i,j)、Rp(i,j)和Rr(i,j)分別為流程活動之間的資源相關度、使能流相關度和功能相關度。

定義體現流程活動資源、使能流和功能相互之間作用強弱的關系如下［25］：若流程活動之間的相關性極強則取值1；若流程活動之間相關性較強取值為0.8；若流程活動之間相關性一般則取值為0.6；若流程活動之間相關性關系較弱則取值為0.4；若流程活動之間相關性關系弱則取值為0.2；若流程活動之間無相關性關系則取值為0。R（i，j）表示經加權平均之后流程活動之間的綜合相關度值。因此，可以形成所有活動的綜合相關度矩陣為

3 基于模糊樹圖的流程改善步驟

根據綜合相關度矩陣，構造模糊圖G=（V，R*），其中V表示以n個活動為節點的集合，R*是根據關系矩陣R得到的各節點間的模糊相似關系。若E={ek=vivj/R*(vi,vj)＞ 0;vi,vj∈ V}時，則稱G*=（V，E）是G=（V，R*）的基礎圖［26］，其中，邊 vivj賦權 w(vivj)=rij(i≠ j)。

設T是G的生成樹，若對于G的一切生成樹T′都有

則T是模糊圖G的最大生成樹。最大生成樹描述了活動節點之間的模糊等價關系，因此可以用來對各活動進行流程的劃分。根據最大生成樹中的w（e），選取不同的閾值λ，對T中w（e）＜λ的邊進行截割，得到粒度值為λ的流程活動劃分方案。λ為流程劃分粒度系數，λ越大，劃分粒度越細。

鑒于模糊樹圖具有表達流程復雜活動更為直觀的優勢，借鑒文獻［16］的方法，將其擴展至服務型制造系統，并根據流程活動之間的綜合相關度，應用模糊樹圖的重新聚類分析系統流程，達到其服務型制造系統流程改善的目的，具體步驟如下：

（1）將系統流程活動映射至服務藍圖，然后將原有服務藍圖所表達的系統流程轉化為模糊圖，并把各活動作為圖的頂點，n個活動共對應有n個頂點，記為Ci(i=1,2,…,n)。

（2）根據式（1）得到的資源、使能流和功能相關度評價指標權重，由式（2）和式（3）對其相關度進行評判，得到綜合相關度矩陣，即對于任意兩個活動Ci、Cj之間的綜合相關度，當R（i，j）≠0時，R（i，j）由式（2）計算。將這兩個活動對應的頂點連接，形成了一條以活動Ci和Cj為頂點的邊CiCj；然后，將所有活動的綜合相關度值R（i，j）從高到低依次排列，得到R1（i，j）＞…＞Rk（i，j）＞…＞Rh（i，j），其中Rk（i，j）（k=1，2，…，h）為某兩個活動之間的綜合相關度值，h為式（3）中不同大小的綜合相關度值R（i，j）的個數。

（3）根據綜合相關度矩陣R，結合式（4）對模糊圖進行截割，即連接綜合相關度值R（i，j）最大的活動節點，同時在對應邊上標明綜合相關度值。按照順序將綜合相關度R1（i，j），…，Rk（i，j），…，Rh（i，j）對應的活動節點重復上一步直至全部活動的節點連通為止，由式（4）得到最大生成樹T，對最大生成樹T中的綜合相關度值Rk（i，j）設置不同的閾值λ，截割最大生成樹T中綜合相關度值小于λ的邊。

（4）對模糊圖進行重構，依據實際問題情境對截割的節點重新組合，直至剩余節點再次被連接，然后將其還原為改善后的流程服務藍圖，對其進行分析。

4 實例分析

4.1 實例背景

以國內某裝備制造企業的空壓機主機轉子在線故障檢測與維修業務為例，驗證上述服務型制造系統流程改善的可行性和有效性。該裝備公司已踐行服務型制造多年，作為以向客戶提供系統集成解決方案為目標的制造商和服務商，為客戶提供空壓機轉子的故障檢測與維修解決方案。這套系統針對設備在長期連續運行過程中因磨損產生的裂痕、老化和泄漏等問題，可以定期檢查設備的重要零部件，以保證及時性的維修；向客戶及時提供設備運轉的技術參數，以減少故障發生前后產生的額外費用；動態監測設備的運行狀態，以延長設備使用壽命。根據該設備的復雜程度、運行原理和相關檢測技術標準，具體向客戶提供的服務包括遠程在線監控和定期安裝檢修。但在定期檢查和特定故障的維修技術成熟的情形下，出現了效率低下和客戶抱怨等問題，其業務流程改善成為該公司亟需解決的問題。業務流程活動見表1。

表1 流程活動Tab.1 Process activity

4.2 原有服務藍圖

通過考察該公司現有的在線故障檢測與維修業務流程和資源，將構成服務型制造系統的各個要素活動映射至服務藍圖。具體的基于服務藍圖的空壓機轉子在線故障檢測與維修業務流程見圖2。

圖2 基于服務藍圖的空壓機轉子改善前流程Fig.2 Rotor process of air compressor based on service blueprint before improved

通過與該公司一線員工和客戶訪談發現，該系統后臺產品制造域內以產品為主導的業務活動居多，而服務提供域內與客戶接觸較多的服務業務活動較少，甚至一些應與客戶高接觸的服務活動（如D6和D12）被擱置在后臺；還有一些獨立于客戶的制造活動（如D4、D15和D16）被劃分至前臺。系統后臺流程活動多而復雜，且獨立性不強，導致前臺的員工往往難以得到后臺及支撐部門（如屬于緊缺資源D3）的有效支持，直接產生了系統流程難以適時滿足客戶需求的變化，因此，需要對現有業務流程進行改善。

4.3 基于模糊樹圖的流程改善

根據基于模糊樹圖的流程改善步驟，對上述原有服務藍圖進行流程活動分析與改善。

（1）將圖2所表達的基于服務藍圖的空壓機轉子業務流程轉化為模糊圖，并把各活動作為圖的頂點連接，見圖3。

圖3 模糊圖Fig.3 Fuzzy graph

（2）以該公司一線員工和客戶訪談為基礎，由式（1）得到相關度評價指標權重（表2），然后根據式（2）和式（3），對其相關度進行評判，最終得到綜合相關度矩陣，見表3。

表2 空壓機轉子各個活動的相關度評價指標權重Tab.2 Evaluation index weight of correlation degree of each activity of air compressor rotor

（3）根據綜合相關度矩陣，結合式（4）可以得到其模糊最大生成樹（圖4），將圖4中16個業務流程活動節點進行連接，節點之間路徑上標注的數值是兩個活動之間按照模糊關系矩陣R得出的綜合相關值。由該模糊最大生成樹，分別選取不同的閾值對各個路徑進行截取，得出流程劃分方案：

a.當λ=0.637時，流程被劃分2部分，流程1{D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11，D13，D14，D15，D16}，流程2{D12}；

b.當λ=0.742時，流程可被劃分3個部分，流程 1{D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11}，流程2{D13，D14，D15，D16}，流程3{D12}；

c.當λ=0.768時，流程可被劃分9個部分，即流程 1{D2，D3，D4，D5，D7，D10，D15，D14}，流程 2{D1}，流程 3{D6}，流程 4{D8}，流程 5{D9}，流程 6{D11}，流 程 7{D12}，流 程 8{D13}，流 程 9{D16}；

d.當λ=1時，被劃分11個部分，流程1{D3，D4，D5，D7，D15，D14}，流程2{D1}，流程3{D2}，流程 4{D6}，流程 5{D8}，流程 6{D9}，流程 7{D10}，流程 8{D11}，流 程 9{D12}，流 程 10{D13}，流 程 11{D16}。

流程劃分粒度系數λ取值越大，劃分粒度越細，截取的活動將會越多，但考慮到流程的完整性、可重構性和可操作性，在與公司中層管理者分析的基礎上，將閾值λ設定為0.742，得到的模糊最大生成樹見圖4。圖4中，粗線構成了一個完整流程，細線表示相關的活動。

表3 空壓機轉子各活動間的綜合相關度矩陣Tab.3 The synthetic correlation matrix of each activity of air compressor rotor

圖4 改善后的最大生成樹Fig.4 Improved maximum generation tree

4.4 改善后的服務藍圖

根據改善后的最大生成樹，對原有的空壓機轉子流程服務藍圖中的各個活動進行截取、重構和劃分，將原來屬于后臺產品制造域的活動D6和D12置于前臺服務提供域，而將原本屬于后臺產品制造域的活動D4、D15和D16置于支持行為區域，即前臺區域和支持行為區域活動增多，后臺區域活動減少。這一改善也符合當前制造業服務化與智能化的發展趨勢。根據空壓機轉子將該生成樹還原為改善后的服務藍圖，見圖5。

圖5 基于服務藍圖的空壓機轉子改善后流程Fig.5 Rotor process of air compressor based on service blueprint after improved

與改善前的服務藍圖（圖2）相比，改善后的服務藍圖從客戶發現產品故障、在線聯系客服、申請維修單到客服對產品問題分類，并調度與問題解決相匹配的服務資源，整個流程活動變得清晰、完整且活動識別度較高，具體表現為前臺活動直接面向客戶，且強調了客戶在整個維修過程中的主體地位，通過前臺與客戶不斷就產品故障展開交互，實現了“端到端”的服務接觸，具體包括支持保障域和后臺產品制造域的活動有效支撐了前臺維修服務活動的實現，并形成了個性化的在線智能化服務接觸流程標準、“一站式”服務體系和綜合集成的服務標準等，擴張了服務廣度，提升了服務提供質量，這將有助于增強客戶滿意度，提升企業基于服務的競爭力，實現企業服務價值的創造。

4.5 結果分析

通過比較基于服務藍圖的空壓機轉子在線故障檢測與維修改善前后的流程（圖2和圖5）可以發現，以服務為主導的活動顯著增加。圖2表明，以產品為主導的活動居多，而服務活動較少，系統后臺流程活動多而復雜，流程活動之間的獨立性不強，相互交叉致使系統冗余，客戶等待時間較長；圖5表明，以服務為主導的活動增多，系統后臺由原來的9種活動簡化為4種活動，前臺客戶參與的活動增加。原來的產品制造活動轉變為智能化的設備或資源支持前臺服務活動，如活動D6和活動D12前置于前臺，而活動D4、活動D15及活動D16下移至后臺。結合服務型制造系統的特征，其相關的績效指標得到有效改善。

（1）在客戶參與方面，一些客戶接觸程度高且體驗性好的后臺活動上移（如D6和D12），而客戶接觸程度低不能有效為客戶創造價值的活動下移（如D4、D15和D16），前臺活動的增加滿足了客戶多元化和異質化的需求，客戶滿意度提高了35%，實現了企業服務價值的創造。

（2）在時間和柔性方面，企業將智能化的設備和資源移置至支持行為域（如D4、D8和D16），能夠緩解運行的低成本與滿足客戶需求的高響應性之間的沖突，將客戶參與的活動放置前臺（如D6、D9、D10、D11和D12），調動了客戶參與的積極性，分散了客戶等待的焦慮，集成解決方案交付時間縮短了20%，實現了供需雙方的價值共創。

（3）在成本和質量方面，將客戶高接觸活動與低接觸活動分隔，一方面，有利于減少客戶對非體驗性活動的參與，另一方面，也能夠降低制造企業也會產生額外的客戶培訓成本以及制造企業的設計和運作成本，以便于企業利用在線監測與維修的硬件系統保證服務質量，進而減少客戶抱怨。

5 結語

針對嵌入服務的制造系統改善問題提出了基于服務藍圖的系統改善方法，首先，在服務型制造系統流程各活動及其層次結構分析的基礎上，將整個服務型制造系統映射至服務藍圖；然后，利用服務藍圖能夠進行流程改善的優勢，建立各活動相關性的評價準則，給出了分析各活動相關性的算法；再次，結合模糊樹圖理論，利用各活動之間的相關度，得到模糊最大生成樹，通過設定不同的閾值劃分了模糊生成最大樹，進而為系統流程改善提供決策參考；最后，使用空壓機轉子案例驗證該方法的有效性和合理性。

通過基于服務藍圖的服務型制造系統流程改善分析得到如下結論與啟示：

（1）通過客戶參與下的服務型制造系統流程改善能夠更為有效地響應客戶異質化需求，但需從客戶參與行為和企業運作特征兩方面綜合考慮。服務藍圖技術以其獨特的前后臺分離優勢，實現了流程改善的分與整，能夠為服務型制造系統流程改善提供支持。

（2）服務型制造系統流程改善需要根據各個活動的聚集情況進行流程劃分，這樣有助于服務型制造企業明細流程活動間的內在關系，有效識別能給客戶創造價值的活動，及時刪減或合并制約運作效率或服務質量等指標提升的活動，優化了系統流程的改善。

（3）服務型制造系統流程改善所能創造的價值是由系統內流程活動之間的柔性和耦合性決定，通過功能、使能流和資源相關性分析，能夠有效量化各活動之間的相關度，為基于模糊樹圖的流程活動劃分和識別提供了參考，有助于簡化活動間復雜的關系，幫助設計人員發現潛在的流程活動。