敏捷制造模式下的快速产品开发
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敏捷制造(AM)，自1988年被美国里海大学和通用汽车公司联合提出起，就受到了世界各国的重视和广泛的研究。迄今为止，AM的研究主要在两个层次上进行：第一层侧重从企业组织、结构和管理、营销策略的角度研究AM的实现;第二层则侧重从技术的角度研究敏捷制造的实现方法和关键支撑技术。我国学术界对AM的研究主要集中在第一层次上，并取得了一定的成果。而从第二层次探讨AM的实施则少有报道。本文拟从企业层次，从技术与管理相结合的角度探讨AM的实现方法。
一、AM的实质
当竞争焦点从传统的质量、成本、可靠性转向以成本、质量、可靠性为基础的多样性、灵活性上时，反映柔性和响应速度的时间就成为衡量企业制造能力的主要因素。AM意为快速灵活的制造，其目的是要加快产品的上市速度，也即必须缩短产品的制造时间。由于科学技术的飞速进步，市场竞争日趋激烈，顾客需求的瞬息万变，使产品的生命周期愈来愈短，但产品的研究开发周期却并未缩短。因此， 要加快产品的制造，应该是指包括产品开发在内的所有一切制造活动与环节都必须加快。只有这样才能真正体现出AM的真谛。为此，必须贯彻这样的战略思想：企业管理部门必须承认时间是一种重要资源，应将时间列为企业的中心目标之一;应该制定和选择一系列快速开发产品的战略。
二、产品开发的先进模式
传统产品开发模式的主要缺点在于不能在产品的开发设计阶段就对其生命全过程中的各种因素考虑周全，致使在产品设计甚至制造出来后才发现各种毛病而不得不修改最初的设计，从而延长了开发周期，增加了成本，最终失去商机。先进的产品开发来自于整个企业的最佳协作。为此要组织多功能团队进行产品开发，根据并行工程的方式并行地设计产品族和柔性的工艺。
1.多功能团队的组建
多功能设计团队是并行工程的基础。最成功的产品开发团队是那些最完整的团队，其中包括：设计工程师、制造工程师、营销经理、客户、经销商、财务人员、工业设计师、质量和检验人员、采购人员、供货商、生产工人以及其他项目代表。营销人员的加入，保证了产品能够对“客户的呼声”做出响应。采购部门必须培育与供货商的伙伴关系，使供货商在相关产品的设计中予以帮助。财务人员提供了用于计算产品总成本的有关成本信息，这些信息可以引导人们基于总成本做出正确决策。因此，完整的设计团队有助于考虑到所有的设计因素;有利于从多角度考虑问题，从而产生更好的设计方案。
上述团队的所有成员可以来自于不同地点、不同行业，但都应在项目开始阶段就尽早参与进来，并积极发挥作用，而不是等待“设计师”做出某些设计后，再对这些设计做出反应。有一项研究将日本的“精益”制造企业与采用旧的“大规模生产模式”的企业进行了对比;在日本最好的“精益”制造项目中，参加的人数在项目刚开始时最多，所有相关专业人员都参与进来，项目负责人的职责就是要求项目小组面对所有必须达成一致的、困难的协调问题。与此相反，在许多大规模生产的设计过程中，在开始阶段参与的人员很少，然后逐渐增多，在接近产品上市时达到最多，“额外的”成百上千的人牵涉进来以解决那些本应在开始阶段就解决的问题。
2.多功能团队的管理
首先，必须转变观念。企业管理层应当将产品开发视为一种投资，且这种投资主要用于模块的开发，围绕通用模块和工艺来设计整个产品系列，以实现敏捷制造。这样企业就能够从有力的竞争优势中获取投资的回报。产品开发工作(投资)做得越好，产品在投放市场的时间、总成本、质量和客户满意程度等方面的结果(回报)就越好。
其次，按项目管理原理设计组织结构。用“矩阵”的结构来自制多功能团队。最初团队成员被从一些部门借调出来， 参加某个产品的开发项目，临时向团队的领导者汇报工作，但仍归各个职能部门管理。随着团队组织的继续变化，最终团队成员将在各个产品开发团队之间流动。传统的功能性组织可能会变成“人员代理处”，其主要功能是为产品开发团队聘请、培训和储存人才。随着功能性组织的重要性逐渐下降甚至消失，原来的职能部门经理可以变成团队的领导者。
再次，培养团队的领导者。多功能团队的管理，要求有强有力的团队领导者，这也是先进产品开发模式成效的重要来源。团队领导者的责任是确保由团队成员的知识和经验所带来的团队效益。应将团队的精力集中在以下方面，即：系统的产品定义，设计中各种因素(包括传统的功能、成本因素，以及营销、工厂内部、社会、环境等因素)的权衡，概念的简化、结构的优化及模块化。因此，企业必须注意选拔新的、有经验的团队领导者，或培养他们在技术、营销和管理水平方面的综合能力，使他们增长管理上的威信，具有能够成功地保护资源和工具的能力，具有激励团队成员以某种方式进行产品开发的能力，以及拥有成功所必须的权力。
最后，管理层应当充分授权。先进的制造环境已经成功地完成了从依靠检验保证质量的旧模式，向将检验的需求降至最低的过程控制新模式的转变。在产品中的类似趋势就是以授权的方式替代以设计评审形式出现的“检验”模式。这种设计过程的定期检验，常造成时间上的延误，而且还要耗费大量的山盟海誓来进行设计评审的准备工作。采用授权的办法，即由高层主管在针对预期的产品性能、成本、质量、开发时间和开发成本等方面进行了调查之后，授权给项目团队的领导者，由他来实现这些目标。这样做可以鼓励团队根据各项任务的重要程度，以及团队完成这些任务的能力，将工作量分配到各个阶段，自己设定阶段目标，以便他们更加重视这种安排。例如，福特Mustang 型汽车的开发就是采用授权方式的一个成功实例。当时的要求是开发时间为3年， 这比福特公司近来所有新车的开发时间缩短了25%;预算为7亿美元， 比典型的预算减少了30%。公司执行总裁在安排这件事时，只花了5 分钟的时间“审查”项目经理呈交的一盘录像带和一份5页的报告， 接着双方签订了一份“合同”，其中确定了汽车的性能、质量、成本和预期的开发时间。然后项目经理就可以自行支配这7亿美元了! 该项目不仅达到了所有的目标，还提前一个月完成了任务。
三、敏捷制造模式下的产品开发策略
1.敏捷产品开发概念
敏捷产品开发是指能够把持续稳定地获得改进的产品，以“新”产品的形式快速地引入市场，这些产品实际上是基于通用零件和模块化产品结构的，或者是已经规划好的基本产品“在某一方面的变型”。这种能力使新产品推向市场的速度大大快于“独立”产品推向市场的速度。
2.实现敏捷产品开发的策略
(1)系统的产品定义。这是实现敏捷产品开发的第一步。 这种产品的定义应该使所规划范围的产品品种能够满足许多不同客户的要求，从而具有竞争力。
设计团队可以利用质量功能展开(quality function deployment, QFD )工具，将顾客的需要转化为产品设计的详细说明和资源的优先顺序。客户的需要是QFD的输入，产品详细说明和资源的优先顺序是QFD的输出，前者是设计人员用来设计产品的实际数据(设计目标)，后者显示的是设计团队应该在设计的各个方面分别投入的精力的百分比(设计预算或耗费的时间)。 由于顾客需要的转换可以关联地展开为产品设计要求、零部件要求、工艺要求乃至工序要求，因此，QFD可使产品设计开发与工艺设计准备同步进行， 从而可以缩短开发周期，减少设计更改、减少投产中的问题、节省开支和提高质量。
(2)完善的产品结构设计。产品设计的主要目标，如质量、 成本、可靠性、可服务性、加工柔性、对法规的遵守等，都易于通过优化产品结构来实现。如产品寿命期内累计成本中的80%都是由设计阶段决定的，而产品结构决定了产品成本的60%。当产品进入生产阶段时，最多只能再影响总成本中的5%。因此，强化产品结构设计(或概念设计)，可以大大降低后期进行设计变更、修改和反复的比例，使制造过程加快几倍。
最佳产品结构设计阶段的主要内容如下：
——产品定义。确定客户真正的需求，尽量避免因满足客户新增需求而对产品做出的修改。
——解决问题。提出所有的问题，并在设计进行得更深入之前解决这些问题，以免在后期解决这些问题更加困难。
——简化概念。利用巧妙而精致的概念、较少的零件、不同零件的组合、更高级的集成芯片和模块化等方法，全面简化产品结构。
——优化结构。从降低总成本、在设计中考虑质量和可靠性、可制造性和可服务性、加工柔性等方面出发，对产品结构进行优化。
(3)面向可制造性的设计(DFM)。它将设计工作的注意力集中在制造问题的各个方面，如制造、装配、质量、对法规的遵守、材料和供应链后勤、运输、分销、服务、维修等等。根据DFM的原理， 评价一个产品结构设计好坏的基本准则，是看在满足产品功能要求的前提条件下，构成该产品的零件是否为最少。因为这样可以加快生产过程，降低成本，同时也有助于产品质量的提高。实现DFM 的关键在于坚持标准化设计原则：
——零件的通用化、标准化。减少了零件种类，加大了生产批量，降低了成本。
——设计对称的零件。减少了装夹、定位的种类，简化了自动化的过程，消除了手工装配的失误。
——零件的组合。把多功能集成在一个单一的零件中，以降低零件数量，减少装配工序。
——零部件的合理归并。简化零件的种类和制造工艺，减少材料采购的费用。
——采用虚拟产品BOM技术， 有效地降低与图纸和文档相关的成本。可以按照产品型号和主要配置建立标准产品项目及其BOM， 这样可将产品的种数控制在较少的范围内，对非主要配置变化的拥护的个性化需求，采取虚拟产品BOM技术。 虚拟产品技术的主要思想是：在标准产品的基础上，对用户的个性化需求从产品工艺到信息系统处理过程都建立一个个类似于产品的结构化描述，它是对产品BOM的补充说明。 通过计划生成过程的处理，使标准产品与虚拟产品从工艺到物料生产全过程，通过信息技术进行快速组合，快速实现将标准产品转移成用户个性化需要的各种不同产品及其组织生产所需的物料计划。
——在设计中考虑高效率的制造及易于服务和维修。设计时考虑采用最少的工艺步骤，使易损零件能够独立地更换;工具的通用化;将产品设计成带有自检和远程诊断的能力等等。
例如，日本DAIHATSU公司设计生产的DK-20船用柴油机与传统产品相比，作了许多改进。传统的船用柴油机着重追求经济性，因而要求尽量使用劣质燃油。为了保护环境，控制大气污染，满足国际海事组织(IMO)制定的船用柴油机氮氧化物排放规则(简称Nox技术规则)的规定，DK-20系列柴油机从机型研制开始就将降低Nox 排放作为既定的设计标准之一，并采取了一系列的措施。通过加大活塞冲程，提高压缩比，推迟燃油喷射时间和优化增压排气系统，使产品废气中的Nox 排放低于IMO 的要求，实现了设计的目标。在结构方面，传统柴油机普遍采用机身、机座分别加工，再用贯穿螺栓、螺母合拢、紧固的机体结构。DK-20柴油机采用悬挂安装曲轴的单机身结构，并将润滑油、冷却水、进气总管铸入机身，且螺栓、螺母的紧固也由传统的扭力扳手人工紧固，改为电、气动液压紧固等。这种设计结构上的改进，既增加了柴油机的装配精度和机体刚度，又减少了零部件数量，降低了操作者的劳动强度，从而使产品更加可靠、耐久、易维护、保养。
四、结束语
快速的产品开发是实现敏捷制造的基础。要实现敏捷的产品开发过程，需详细地定义产品，调节产品开发各阶段的投入(设计预算与耗费的时间)比例，以减少制造过程中修改与反复。此外还需坚持产品开发设计原则，即要设计出能满足用户需求的、易于制造的、有竞争力的绿色产品。同时要研究掌握现代化的设计方法，开发出一套支持产品开发与生产全过程的数字化、并行化、智能化、集成化的现代设计方法与系统。