統(tǒng)計重塑工業(yè)

□汪為

統(tǒng)計與工業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，早在18 世紀(jì)，丹麥電話公司就雇傭統(tǒng)計學(xué)家研究最合適的電話交換總機容量，到了19 世紀(jì)，越來越多企業(yè)認(rèn)識到統(tǒng)計的重要性，工業(yè)各個行業(yè)都逐漸接納和應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)解決生產(chǎn)難題，著名的t 檢驗的創(chuàng)立者戈賽特就被著名的吉尼斯啤酒聘為大倫敦區(qū)的主管，負(fù)責(zé)解決最讓企業(yè)頭痛的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的難題——或許人們會問在啤酒釀造中除了統(tǒng)計啤酒數(shù)量，難道還有需要統(tǒng)計解決的問題嗎？在釀酒過程中人們需要嚴(yán)格控制麥芽糖中的酵母含量，含量過少發(fā)酵不充分風(fēng)味不明顯，含量過多發(fā)酵過頭啤酒會變苦。因此須要對酵母培養(yǎng)罐中的酵母濃度進(jìn)行測量，再確定倒入麥芽糖。戈賽特之前的工程師會提取液體樣本在顯微鏡下觀察計算其中的酵母數(shù)量，這種方法繁瑣而準(zhǔn)確性低——觀察者計算的是樣本中的酵母數(shù)量，而真正的研究對象則是整個培養(yǎng)罐中的酵母濃度，但存活的酵母每時每刻都在分裂生殖，這讓測度變成了不可能任務(wù)。戈賽特對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)的酵母細(xì)胞數(shù)量可以用概率分布來模擬，通過推算對比，他發(fā)現(xiàn)活酵母數(shù)量非常吻合18 世紀(jì)數(shù)學(xué)家西米恩·丹尼斯·泊松提出的泊松分布，在此基礎(chǔ)上他設(shè)計出系列測量酵母細(xì)胞濃度的規(guī)則和方法，極大提高了測度精準(zhǔn)性，吉尼斯公司的產(chǎn)品穩(wěn)定性被控制在時人覺得不可思議的精確區(qū)間內(nèi)，這套方法迅速被其他飲料公司所刺探和模仿，并逐步擴展到各個生物工業(yè)中。在這期間，被醫(yī)學(xué)領(lǐng)域奉為圭臬的隨機雙盲實驗的雛形等改變工業(yè)產(chǎn)品成效評判的重要統(tǒng)計方法也發(fā)明并在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用。

如果說統(tǒng)計在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用在19 世紀(jì)還是先行者的探索，到了20 世紀(jì)統(tǒng)計思維逐步成為工業(yè)界的共識。這就不能不說到當(dāng)時的統(tǒng)計革命和將統(tǒng)計革命引入工業(yè)的沃爾特·休哈特和將統(tǒng)計思維引入企業(yè)家辦公室的愛德華茲·戴明。

在19 世紀(jì)早期人們認(rèn)為世界是可以被精確計量和測算的，雖然認(rèn)識到誤差的存在，多數(shù)人還是認(rèn)為隨著測量精度提高誤差會自然消失，但在19 世紀(jì)末，越來越多的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)研究中的誤差沒有消失反而在擴大，他們需要“誤差函數(shù)”幫忙!進(jìn)一步的研究表明牛頓等偉大科學(xué)家的定律都是一種粗略估計，科學(xué)界開始逐漸擯棄原來的“按時鐘前進(jìn)的宇宙”設(shè)定，采用統(tǒng)計模型——更符合現(xiàn)實的一種思考方式來進(jìn)行他們的研究，到了20世紀(jì)末，幾乎所有學(xué)科都轉(zhuǎn)移到使用統(tǒng)計模型的陣營。但這場席卷科學(xué)界的革命一開始并沒有在工業(yè)界掀起波瀾，直到貝爾實驗室的沃爾特·休哈特提出開創(chuàng)性的統(tǒng)計過程控制理論和SPC（Statistical Process Control）控制圖——將統(tǒng)計隨機性理論和統(tǒng)計學(xué)方法與工程、經(jīng)濟等學(xué)科完美結(jié)合在一起，他第一次將統(tǒng)計方法在質(zhì)量管理方面的應(yīng)用提升為理論并提供了一種簡單卻非常有效的應(yīng)用工具。

通過SPC 在產(chǎn)品質(zhì)量控制中的應(yīng)用，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析區(qū)分出生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的正常波動和異常波動，從而掌握過程異動并及時預(yù)警，提示管理及技術(shù)人員根據(jù)統(tǒng)計模型指引的方向采取措施消除異常，恢復(fù)過程的穩(wěn)定性。當(dāng)時正值世界經(jīng)濟大蕭條，休哈特提出的SPC 理論并無人問津，而后二戰(zhàn)爆發(fā)，由于武器需求大增，在滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)中美國大批軍工廠出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)量問題（如在歐洲戰(zhàn)場上美軍炮彈炸膛事件層出不窮，造成大量人員意外傷亡），為解決軍工產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)、增加產(chǎn)量和確保按時交貨，美國國防部召集休哈特等專家，在1942 年制定了采用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行質(zhì)量控制的戰(zhàn)時質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)（數(shù)據(jù)分析控制圖、生產(chǎn)質(zhì)量管理控制圖等），由美國國防部在全國軍工企業(yè)強制推行，成效大大超出預(yù)期，不僅當(dāng)初設(shè)定的目標(biāo)圓滿完成，而且使美國軍工生產(chǎn)在質(zhì)量上、數(shù)量上、利潤回報率上都走上世界領(lǐng)先地位。二戰(zhàn)后，戰(zhàn)時被征用或服務(wù)于軍隊的企業(yè)重新轉(zhuǎn)回民用，但休哈特的SPC 理論和控制方法被企業(yè)保留下來，并被其他企業(yè)所效仿。由于企業(yè)高層普遍對SPC 理論并不理解，應(yīng)用效果并不如在軍管時期成效顯著，于是后期SPC 從美國工業(yè)中消失了。

上世紀(jì)40 年代開始，愛德華茲·戴明等一批統(tǒng)計學(xué)家們繼續(xù)優(yōu)化SPC 理論和應(yīng)用，執(zhí)著不懈地在工業(yè)生產(chǎn)中推廣統(tǒng)計理念和統(tǒng)計思想，在他們的努力下，企業(yè)終于意識到統(tǒng)計學(xué)不僅能幫助企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)流程，還將重新締造工業(yè)生產(chǎn)。戴明二戰(zhàn)后受邀去日本傳授美國在工業(yè)質(zhì)量控制方面的先進(jìn)經(jīng)驗，彼時的“日本制造”還是低質(zhì)低價的代名詞，戴明用統(tǒng)計數(shù)據(jù)和真實案例告訴他們，只要正確使用質(zhì)量控制統(tǒng)計方法，他們可以改變這一切，用質(zhì)優(yōu)價廉的產(chǎn)品占領(lǐng)整個世界，戴明的工作和演講給在場的日本人留下了深刻的影響，很快他受日本科學(xué)家與工程師聯(lián)合會邀請赴日給日本大企業(yè)家講授統(tǒng)計方法。戴明非常摒棄當(dāng)時流行的“零缺陷”管理思潮——不允許產(chǎn)品出現(xiàn)任何缺陷，因為這從統(tǒng)計概率來說是不可能實現(xiàn)的。他指出生產(chǎn)線的產(chǎn)出是一個變量，就如同一切人類活動一樣，產(chǎn)出只能是一個變量。而顧客并不像企業(yè)設(shè)想的那樣需要完美產(chǎn)品，他們需要的是可靠產(chǎn)品——只要變動范圍在較小的區(qū)間范圍內(nèi)，他們知道自己買到的是怎么樣的產(chǎn)品就會接受它。在戴明的理論中，分析師可以依據(jù)費希爾的方差分析將產(chǎn)品變化分為兩類——“特殊原因”和“共同原因”。在當(dāng)時，企業(yè)管理中很少有人具備統(tǒng)計知識，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做法是限制產(chǎn)品的總變化，如果總變化超出設(shè)定的限度就會停產(chǎn)復(fù)查，戴明認(rèn)為真正的特殊原因很少，而且易于被發(fā)現(xiàn)；環(huán)境因素一直存在，更為隱形，可能是缺乏維護的機器、質(zhì)量不穩(wěn)定的原材料，或者管理層不曾留意的其他不受工人控制的工作條件。戴明認(rèn)為質(zhì)量控制必須在統(tǒng)計方法幫助下進(jìn)行系統(tǒng)化分析和決策。

在戴明的理論中，生產(chǎn)是始于原材料終于產(chǎn)品的活動流，而在每一項活動中都存在來自環(huán)境變化的變動影響，管理則應(yīng)該及時查看每一項活動變化情況，而不應(yīng)該等到變化影響到產(chǎn)品超出標(biāo)準(zhǔn)再作處理。在每一次查看測定中，變化幅度最大的活動將被優(yōu)先關(guān)注，等這項活動變化得到控制減小后，另一項活動取代它成為變化最大的活動成為關(guān)注和解決的重點，質(zhì)量控制就是這樣一個周而復(fù)始、循環(huán)往復(fù)的過程。而且在這個過程中必須決策者參與進(jìn)來，走出辦公室，走進(jìn)質(zhì)量管控中SPC 才能發(fā)揮實效。在戴明的質(zhì)量變動控制方法指導(dǎo)下，日本的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率快速躍居世界領(lǐng)先地位，到1980年代日本產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)較美國優(yōu)良許多，日產(chǎn)的汽車零件的不合格比率要比美國低1000-4000 倍。 在日本的競爭倒逼下，西方國家發(fā)起了復(fù)興SPC 的運動，并將SPC 列為高技術(shù)之一，這也是目前世界各國都在繼續(xù)沿用的經(jīng)典質(zhì)量控制方法，我國也在普及和應(yīng)用深化SPC，將其與大數(shù)據(jù)應(yīng)用結(jié)合，助力工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

可以說在眾多統(tǒng)計學(xué)家前赴后繼的努力下，統(tǒng)計學(xué)從學(xué)者的書桌走進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)車間，進(jìn)而走進(jìn)決策者的辦公室，成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的工具。統(tǒng)計學(xué)不斷將其最新的理論成果帶進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)，為工業(yè)制造帶來革命性的變化，正席卷全球的第四次工業(yè)革命中，統(tǒng)計方法和理論在大數(shù)據(jù)中應(yīng)用和挖掘中大行其道，向傳統(tǒng)的規(guī)?；a(chǎn)模式發(fā)出挑戰(zhàn)，讓智能化生產(chǎn)和個性化定制成為了現(xiàn)實。

讓我們拭目以待，統(tǒng)計將如何重新締造未來工業(yè)體系！