精益管理和DFMA雙劍合璧

李建哲

精益生產(chǎn)的成功與困惑

精益管理，一言以蔽之， 就是要持續(xù)改進，消除流程當中的一切浪費，從而使企業(yè)在激烈的競爭中立于不敗之地。近20年來，很多中國企業(yè)成功引進和推行了精益管理方法，不但提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，還提高了按時交貨率，擴大了市場份額。精益管理的成功運用對企業(yè)的發(fā)展極為重要。例如，富士康成功運用精益方法和精益原則，極大地提高了生產(chǎn)運營效率，僅憑代工生產(chǎn)就成為世界級的巨無霸企業(yè)。

但是一提起精益，人們首先想到的是精益生產(chǎn)而不是精益管理，這是為什么呢？這是因為從多數(shù)企業(yè)推行的過程來看，確實是從生產(chǎn)部門開始推行精益的，當取得一定成果之后，再逐步擴大到與生產(chǎn)緊密相關(guān)的部門，例如維修部、工藝部、質(zhì)量部、采購部、倉儲管理與物流等部門，也就是說，按照精益思想的觀點，精益極大地促進了以下過程：一是從最初客戶提出要求到產(chǎn)品送貨的信息流動的訂貨過程；二是從原材料到客戶手上的物質(zhì)產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程；但是對另一個重要過程，即從概念到投產(chǎn)的設(shè)計過程則涉及相對較少。我們不妨想象一個這樣的場景：某著名制造企業(yè)的高層領(lǐng)導找到精益辦主任談話，他拿著一幅微笑曲線的圖表，告訴這位精益專家說：“我們的制造過程處于產(chǎn)業(yè)鏈的底端，我們不能再打價格戰(zhàn)了，我們的產(chǎn)品需要升級換代，我們需要向研發(fā)要效益，請問精益辦有什么好辦法，把精益這么好的理論和方法推廣到研發(fā)部呢？”精益辦主任則面露愁容說：“確實有不少生產(chǎn)部和工藝部的員工反映研發(fā)部的問題，例如說研發(fā)部設(shè)計的新產(chǎn)品沒有聽取生產(chǎn)部的意見，結(jié)果新產(chǎn)品設(shè)計出來后不好裝配，給出的公差不合理等等。我們也想了很多辦法，試圖把精益方法推廣到研發(fā)部，但是研發(fā)部的工程師反映說，精益理論雖好，但是大多數(shù)方法對研發(fā)部并不適用，所以我對這個問題一直也很苦惱?！?/p>

那么有沒有哪種理論方法既符合精益思想又能適合在研發(fā)部推廣呢？有的，DFMA就是。DFMA（Design for Manufacturing and Assembly，面向制造與裝配的設(shè)計）在產(chǎn)品設(shè)計階段，就充分考慮來自于產(chǎn)品制造和裝配的要求，使得研發(fā)工程師設(shè)計的產(chǎn)品具有很好的可制造性和可裝配性，從根本上避免在產(chǎn)品開發(fā)后期出現(xiàn)的制造和裝配質(zhì)量問題。

精益管理與DFMA的關(guān)系

產(chǎn)生的時代背景和目的完全相同

20世紀70年代以來，世界制造業(yè)市場形態(tài)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，信息技術(shù)的發(fā)展促進了全球大市場的形成，世界市場的特征由傳統(tǒng)的相對穩(wěn)定，逐步演變?yōu)閯討B(tài)多變，由過去的局部競爭演變?yōu)槿蚍秶鷥?nèi)的競爭。同行業(yè)之間、跨行業(yè)之間的相互滲透和相互競爭越來越激烈；長期賣方市場變成了買方市場，顧客對產(chǎn)品質(zhì)量、交貨期、成本和種類的要求越來越高，產(chǎn)品的生命周期越來越短，可以說產(chǎn)品已經(jīng)成為制造業(yè)的核心，一流產(chǎn)品不僅是成功的源泉，更是企業(yè)持久成功的基礎(chǔ)。

在這樣的背景之下，以豐田、松下等為代表的日本先進企業(yè)，在學習美國先進管理經(jīng)驗和方法的基礎(chǔ)之上，適應(yīng)市場逐漸摸索出了自己的更加高效的生產(chǎn)方式。尤其是在20世紀70年代以后，日本企業(yè)在汽車和半導體等行業(yè)逐步確立了世界市場的優(yōu)勢地位，完敗美國相關(guān)行業(yè)。之后的美國企業(yè)和管理學界知恥而后勇，在學習和研究日本企業(yè)，如豐田生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展出了精益生產(chǎn)、六西格瑪、并行工程等新的管理理論和方法，對美國經(jīng)濟在20世紀90年代的振興產(chǎn)生了重要的促進作用，其中DFMA作為并行工程的核心工具，在這樣的背景下應(yīng)運而生。不難看出，這些管理理論和方法的根本目的都是一致的，即為了適應(yīng)迅速變化的市場需求，真正提高企業(yè)的競爭力，現(xiàn)代企業(yè)必須解決TQCS（T， Time to Market上市時間； Q， Quality質(zhì)量； C， Cost成本； S， Service服務(wù)）難題，即以最快的速度、最好的質(zhì)量、最低的成本以及最優(yōu)的服務(wù)來滿足不同顧客的需求。

精益管理與DFMA管理原則相近、工具方法相通

首先，我們看一下精益管理的追根溯源原則與DFMA的“第一次就把事情做對”原則的關(guān)聯(lián)性。在解決問題時，精益有一個著名的“5WHY”方法，就是要打破砂鍋問到底，直至把問題的根源找出來解決掉；如果遇到非常復雜棘手的問題需要解決，有可能會用到精益六西格瑪方法；如果經(jīng)過調(diào)查分析，最終發(fā)現(xiàn)是設(shè)計上有問題，還可能用到六西格瑪設(shè)計的方法，推倒重來，進行重新規(guī)劃設(shè)計。那么，如果能在研發(fā)上做到“第一次就把事情做對”不就簡單了嗎？DFMA，面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)的核心就是“研發(fā)部設(shè)計，生產(chǎn)部制造，但設(shè)計會充分考慮制造的要求”，第一次就把事情做對。這樣做的結(jié)果就是：產(chǎn)品設(shè)計修改次數(shù)減少，產(chǎn)品開發(fā)周期縮短，產(chǎn)品成本降低和產(chǎn)品質(zhì)量提高。

在減少產(chǎn)品設(shè)計修改次數(shù)方面，面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)倡導第一次就把事情做對的理念，把產(chǎn)品的設(shè)計修改都集中在產(chǎn)品設(shè)計階段完成，在產(chǎn)品設(shè)計階段，產(chǎn)品設(shè)計工程師投入更多的時間和精力，跟生產(chǎn)和裝配部門密切配合，使得產(chǎn)品設(shè)計充分考慮產(chǎn)品的可制造性和可裝配性，等產(chǎn)品進入到制造和裝配階段后，由制造和裝配問題引起的產(chǎn)品設(shè)計修改次數(shù)就大大減少了。

在縮短產(chǎn)品開發(fā)周期方面，正是因為面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)堅持了“第一次就把事情做對”的理念，所以能夠大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，縮短產(chǎn)品上市的時間。相對于傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)而言，面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)能夠節(jié)省39%的產(chǎn)品開發(fā)時間。遺憾的是，目前有些企業(yè)為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，壓縮在產(chǎn)品設(shè)計階段的時間和精力的投入，在產(chǎn)品設(shè)計還沒有完善之前匆匆忙忙進行模具設(shè)計和制造，結(jié)果只能是事倍功半適得其反，反復修改才能把事情做對，產(chǎn)品開發(fā)的時間反而大幅增加。

在降低產(chǎn)品成本方面，面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)能夠大幅降低產(chǎn)品成本，因為產(chǎn)品設(shè)計階段決定了75%的產(chǎn)品成本，面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)，同時也是面向成本的開發(fā)。相同的一個設(shè)計修改，在產(chǎn)品設(shè)計階段，只需要在三維設(shè)計軟件中修改產(chǎn)品的圖樣，需要的費用只是工程師的設(shè)計費用，大約1000到2000元；樣品制作階段，這就需要1萬到2萬元；在產(chǎn)品制造和裝配階段，設(shè)計修改會導致模具的修改和裝配工藝的變更，此時需要的費用可能就是10萬到20萬元；一旦產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)，再需要進行設(shè)計修改，這時影響范圍就更廣，導致的費用就更高，可能達到100萬到200萬元；更有甚者，如果產(chǎn)品發(fā)生嚴重的質(zhì)量問題，需要召回，此時的費用可能就不僅僅是1000萬到2000萬元了，這會嚴重破壞公司的聲譽，這種損失絕對不是用金錢可以衡量的，例如某些汽車公司因為安全隱患問題，不得不大量召回汽車，常常會蒙受超過十億美元的損失！

在提高產(chǎn)品質(zhì)量方面，面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)使得產(chǎn)品具有很高的可制造性和可裝配性，產(chǎn)品設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)原始階段就得到了優(yōu)化和完善，避免了產(chǎn)品在后期制造和裝配中產(chǎn)生的質(zhì)量問題，從而大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

其次，精益管理與DFMA都遵循大道至簡原則。 在這一原則上，DFMA和精益管理是完全一致的。例如精益管理的基礎(chǔ)就是在現(xiàn)場推行5S和可視化管理，這樣做的目的就是使現(xiàn)場的管理變得簡單，一目了然，不容易出錯，并且效率也得到極大的提升；精益管理當中的“消除七大浪費”遵循大道至簡的原則，因為在運營管理過程當中，通過消除過量生產(chǎn)、庫存、搬運、返工等七大浪費，使流程變得簡單而順暢，從而極大提升了生產(chǎn)效率。DFMA同樣也遵循了大道至簡的原則，也就是KISS（Keep It Simple， Stupid ）原則。在DFMA中，KISS原則是指產(chǎn)品的設(shè)計越簡單越好，簡單就是美，任何沒有必要的復雜都是需要避免的，KISS原則是DFMA中最重要的一條設(shè)計原則，幾乎貫穿了DFMA的每一條設(shè)計指南當中，例如減少零件數(shù)量、簡化產(chǎn)品設(shè)計等。一般來說，在產(chǎn)品中零件數(shù)量越多，產(chǎn)品制造和裝配越復雜、越困難，產(chǎn)品制造費用和裝配費用就越高，產(chǎn)品的開發(fā)周期就越長，同時產(chǎn)品發(fā)生制造和裝配質(zhì)量問題的可能性就越高。在確保實現(xiàn)產(chǎn)品功能和質(zhì)量的前提下，簡化的設(shè)計、更少的零件數(shù)量能夠降低產(chǎn)品成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量。高水平的產(chǎn)品設(shè)計師把復雜的東西設(shè)計得很簡單；低水平的產(chǎn)品設(shè)計師把簡單的東西設(shè)計得很復雜。

這里需要強調(diào)的是，在DFMA中減少零件數(shù)量、簡化產(chǎn)品設(shè)計是非常符合精益原則的。因為，更少的零件需要進行設(shè)計，更少的零件需要進行制造，更少的零件需要進行測試，更少的零件需要進行購買，更少的零件需要進行存儲，更少的零件需要進行運輸，更少的產(chǎn)品質(zhì)量問題出現(xiàn)的可能性，更少的供應(yīng)商，更少的裝配工具，更少的裝配時間等等，這和精益管理當中的減少“七大浪費”的目的是完全一致的！并且是從研發(fā)的源頭上去減少“七大浪費”！所以，DFMA對提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和生產(chǎn)周期、降低開發(fā)成本和生產(chǎn)成本都有非常大的幫助。

第三，標準化的原則。標準化的原則在提升產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、以及降低產(chǎn)品成本方面起著巨大作用，標準化的原則在精益管理中無處不在。例如，5S（Seiri整理，Seition整頓，Seiso清掃，Seiketsu清潔，Shitsukde修養(yǎng)）當中的第四個S“清潔”，實際上就是要把前面三個S“整理、整頓、清掃”標準化；又如，精益生產(chǎn)線上作業(yè)的標準化，圖文并茂，非常詳盡；再如完成精益改進項目之后，為了持續(xù)保持成果，要把改進成果標準化。同樣，標準化工作在DFMA當中也無處不在，首先在設(shè)計過程當中，必須運用零件的標準化原則。零件的標準化和避免零件定制，具有如下多種好處：第一，零件標準化能夠減少定制零件所帶來的新零件開發(fā)時間和精力的浪費，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；第二，零件標準化能夠帶來零件成本的優(yōu)勢； 第三，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題的風險。

當然，DFMA最大的標準化是其“設(shè)計指南”，在DFM（面向制造的設(shè)計）中，包括塑膠件的設(shè)計指南，鈑金件的設(shè)計指南，壓鑄件的設(shè)計指南，機械加工件的設(shè)計指南等；在DFA（面向裝配的設(shè)計）中主要有零件的設(shè)計指南，模塊化設(shè)計指南以及裝配設(shè)計指南等。另外，DFMA中還包括了公差分析和設(shè)計的指南，以及面向制造和裝配的設(shè)計檢查表等。有了這些“相對標準化”的設(shè)計指南，將極大提升研發(fā)工程師的設(shè)計工作效率和產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。

第四，精益管理和DFMA的很多工具和方法是相同或相通的。這里僅舉兩例，即防呆措施和人機工程學的應(yīng)用。在精益生產(chǎn)實踐中，人們用防呆措施的方法進行了大量的質(zhì)量改進，收到了非常好的效果；

同樣，在DFMA中防呆措施的應(yīng)用也有很多。其中主要包括兩類：第一是單個零件本身的防錯，即零件在正側(cè)的裝配位置旋轉(zhuǎn)一定角度后，例如90度或180度，零件是否還可以繼續(xù)裝配，USB接口的防錯就是一個很好的例子；第二是零件與零件之間的防錯，一個零件在產(chǎn)品中應(yīng)當只能在一個裝配位置進行裝配，如果一個零件在另外一個裝配位置也可以進行裝配，那就會帶來裝配錯誤的問題。所以設(shè)計中的防呆措施有幾個原則：第一，零件僅具有唯一正確的裝配位置；第二，零件的防錯設(shè)計特征越明顯越好；第三，要夸大零件的不相似之處； 第四，要夸大零件的不對稱性；第五，設(shè)計明顯的防錯標識等等。

在精益生產(chǎn)的工位布局或生產(chǎn)線布局當中，我們經(jīng)常會用到人機工程學，例如防止過多的彎腰，防止過多的走動，防止過多的搬運等以提高工作效率和安全性。在DFMA中，也經(jīng)常要用到人機工程學。例如，如何避免視線受阻的裝配、避免裝配操作受阻的裝配，以及避免操作人員受到傷害，或者是減少工具的使用種類，避免使用特殊工具等等。這些恰恰又是從研發(fā)的源頭去提升產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。

第五，精益管理與DFMA都在不斷的發(fā)展和完善當中，符合“持續(xù)改進”的原則。以精益管理為例，首先發(fā)展的是精益生產(chǎn)，然后發(fā)展到精益營銷、精益研發(fā)、精益財務(wù)、精益采購甚至是精益供應(yīng)鏈。而DFMA則面向產(chǎn)品的整個生命周期發(fā)展成了DFX。DFX是指面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計，DFX是基于并行設(shè)計的思想，在產(chǎn)品概念設(shè)計和詳細設(shè)計階段就充分考慮到產(chǎn)品生命周期中的各種要求，包括制造工藝要求、裝配工藝要求、檢測要求、包裝與運輸要求、維修要求、環(huán)保要求等，使得產(chǎn)品設(shè)計與這些要求之間緊密聯(lián)系，相互影響，將這些要求反映到產(chǎn)品設(shè)計中，從而保證產(chǎn)品以較低的成本、較高的質(zhì)量和較短的產(chǎn)品開發(fā)周期進行開發(fā)。DFX不再把產(chǎn)品設(shè)計看作一個孤立的任務(wù)，而是利用現(xiàn)代化設(shè)計工具和DFX分析工具設(shè)計具有良好工程特性的產(chǎn)品。除了DFMA之外，目前比較成熟的DFX技術(shù)還包括以下方面：

DFI，面向檢驗的設(shè)計；

DFS，面向維修的設(shè)計；

DFE，面向環(huán)境的設(shè)計；

DFR，面向回收的設(shè)計。

第六，精益管理和DFMA雙劍合璧，在許多企業(yè)都有成功應(yīng)用的案例。

無論是精益管理還是DFMA的設(shè)計理念，對美國工業(yè)界都產(chǎn)生了巨大的影響，現(xiàn)在幾乎所有的美國制造企業(yè)都在使用精益和DFMA，已經(jīng)有無數(shù)企業(yè)通過整合、應(yīng)用精益方法和DFMA，獲得了顯著的成功：幫助企業(yè)縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期與生產(chǎn)周期、降低了產(chǎn)品成本和提高了產(chǎn)品質(zhì)量。例如波音公司通過推行精益拉動式管理，每年僅在生產(chǎn)線上就節(jié)約500萬美元；其中采用DFMA的設(shè)計策略，以焊接工藝替代了原來的鉚接和連接方法，不僅減少了大量加工孔的大型設(shè)備，同時還提高了產(chǎn)品質(zhì)量約20%以上。又如戴爾公司經(jīng)過長期推行精益管理，后來居上，在個人電腦業(yè)務(wù)方面遠遠超越了IBM ；其中在筆記本電腦設(shè)計中使用的DFMA簡化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少了零件數(shù)量，產(chǎn)品的裝配時間減少了72%，測試時間減少了63%。

綜上所述，精益管理與DFMA不但起源相同，而且目標一致、原則相近、甚至方法相通。對于一個需要轉(zhuǎn)型升級、產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代的制造企業(yè)而言，僅僅推行精益生產(chǎn)是不夠的，必須要結(jié)合精益研發(fā)，推行精益管理，而DFMA就是精益研發(fā)當中的非常重要、促使精益研發(fā)落地的有機組成部分。

推動精益管理與DFMA聯(lián)合實施的關(guān)鍵要素

在一個企業(yè)推動精益管理的同時，如何也能很好地推動DFMA的建設(shè)呢？筆者認為我們需要做好以下幾方面的工作：

首先，高層領(lǐng)導要充分重視，把DFMA作為研發(fā)管理的一項基礎(chǔ)工作來抓，甚至我們不妨提出這樣的要求：推行精益管理，在制造部就是推行精益生產(chǎn)， 在研發(fā)部就是推行DFMA！

其次，在組織建設(shè)方面，精益管理組織成立之初，就要包括公司所有的部門，尤其要注意包括研發(fā)部，研發(fā)部的工程師們掌握了精益的原則和方法，對他們?nèi)蘸筮M行面向產(chǎn)品裝配和制造的設(shè)計工作也會起到很大的幫助作用。

第三，要注重思想的轉(zhuǎn)變，使產(chǎn)品設(shè)計工程師意識到：精益不僅僅意味著精益生產(chǎn)，也意味著精益研發(fā)。產(chǎn)品設(shè)計工程師應(yīng)該改變產(chǎn)品開發(fā)以設(shè)計為主的想法，產(chǎn)品并不是想怎么設(shè)計就怎么設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)計固然需要一些創(chuàng)新，但同時也必須遵循產(chǎn)品制造和裝配的規(guī)律，產(chǎn)品設(shè)計工程師應(yīng)當從“我們設(shè)計，你們制造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔覀冊O(shè)計，你們制造，但設(shè)計充分考慮制造的要求”，而對于企業(yè)來說，應(yīng)當改變企業(yè)以往重制造、輕設(shè)計的思想，加大對產(chǎn)品設(shè)計的投入，同時大力支持企業(yè)實施面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)。

第四，建立面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)團隊。除了產(chǎn)品設(shè)計工程師之外， 產(chǎn)品開發(fā)團隊中還需要包括制造和裝配工程師等，以進行充分的跨部門團隊合作。

第五，實施面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)流程。企業(yè)首先應(yīng)當拋棄傳統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)流程，在企業(yè)內(nèi)部推廣使用面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)流程。這需要企業(yè)高層的支持。面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)流程的具體實施則依賴項目工程師的管控。項目工程師應(yīng)當理解面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)的內(nèi)涵，制定合理的產(chǎn)品開發(fā)進度，組建產(chǎn)品開發(fā)團隊，參加面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)討論，在產(chǎn)品設(shè)計階段就完善產(chǎn)品的設(shè)計。

第六，進行面向制造和裝配的產(chǎn)品工程師的培養(yǎng)，而不僅僅是培訓。由于對面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)的認識和認知不足，同時缺乏具有相關(guān)理論和知識的產(chǎn)品設(shè)計工程師，盡管很多企業(yè)想推廣使用面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)，但心有余而力不足。所以針對產(chǎn)品設(shè)計工作的面向制造和裝配的產(chǎn)品開發(fā)培訓必不可少。另外，在有條件的情況下，把產(chǎn)品設(shè)計工程師派到設(shè)計的后方去，讓產(chǎn)品設(shè)計工程師親身參與和體驗產(chǎn)品的制造和裝配過程，那么他一定會體會到，如果產(chǎn)品設(shè)計沒有考慮到制造和裝配的要求，產(chǎn)品制造和裝配將是如何困難，在日本，產(chǎn)品設(shè)計工程師往往只有在工廠工作一段時間，充分理解了產(chǎn)品的制造和裝配過程之后，才有機會從事產(chǎn)品的設(shè)計工作，這是值得我們借鑒的。

總之，在這個制造企業(yè)不斷進行轉(zhuǎn)型升級，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代的新時代，推行精益管理勢在必行，精益管理要包括精益研發(fā)勢在必行，而DFMA又是精益研發(fā)當中的不可或缺的組成部分。