精益管理和DFMA雙劍合璧

李建哲

精益生產的成功與困惑

精益管理，一言以蔽之， 就是要持續改進，消除流程當中的一切浪費，從而使企業在激烈的競爭中立于不敗之地。近20年來，很多中國企業成功引進和推行了精益管理方法，不但提高了生產效率，降低了生產成本，提高了生產質量，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的發展極為重要。例如，富士康成功運用精益方法和精益原則，極大地提高了生產運營效率，僅憑代工生產就成為世界級的巨無霸企業。

但是一提起精益，人們首先想到的是精益生產而不是精益管理，這是為什么呢？這是因為從多數企業推行的過程來看，確實是從生產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緊密相關的部門，例如維修部、工藝部、質量部、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產品的整個生產過程；但是對另一個重要過程，即從概念到投產的設計過程則涉及相對較少。我們不妨想象一個這樣的場景：某著名制造企業的高層領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業鏈的底端，我們不能再打價格戰了，我們的產品需要升級換代，我們需要向研發要效益，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部呢？”精益辦主任則面露愁容說：“確實有不少生產部和工藝部的員工反映研發部的問題，例如說研發部設計的新產品沒有聽取生產部的意見，結果新產品設計出來后不好裝配，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部，但是研發部的工程師反映說，精益理論雖好，但是大多數方法對研發部并不適用，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部推廣呢？有的，DFMA就是。DFMA（Design for Manufacturing and Assembly，面向制造與裝配的設計）在產品設計階段，就充分考慮來自于產品制造和裝配的要求，使得研發工程師設計的產品具有很好的可制造性和可裝配性，從根本上避免在產品開發后期出現的制造和裝配質量問題。

精益管理與DFMA的關系

產生的時代背景和目的完全相同

20世紀70年代以來，世界制造業市場形態發生了根本性的轉變，信息技術的發展促進了全球大市場的形成，世界市場的特征由傳統的相對穩定，逐步演變為動態多變，由過去的局部競爭演變為全球范圍內的競爭。同行業之間、跨行業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，顧客對產品質量、交貨期、成本和種類的要求越來越高，產品的生命周期越來越短，可以說產品已經成為制造業的核心，一流產品不僅是成功的源泉，更是企業持久成功的基礎。

在這樣的背景之下，以豐田、松下等為代表的日本先進企業，在學習美國先進管理經驗和方法的基礎之上，適應市場逐漸摸索出了自己的更加高效的生產方式。尤其是在20世紀70年代以后，日本企業在汽車和半導體等行業逐步確立了世界市場的優勢地位，完敗美國相關行業。之后的美國企業和管理學界知恥而后勇，在學習和研究日本企業，如豐田生產方式的基礎上，逐漸發展出了精益生產、六西格瑪、并行工程等新的管理理論和方法，對美國經濟在20世紀90年代的振興產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，即為了適應迅速變化的市場需求，真正提高企業的競爭力，現代企業必須解決TQCS（T， Time to Market上市時間； Q， Quality質量； C， Cost成本； S， Service服務）難題，即以最快的速度、最好的質量、最低的成本以及最優的服務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”原則的關聯性。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；如果經過調查分析，最終發現是設計上有問題，還可能用到六西格瑪設計的方法，推倒重來，進行重新規劃設計。那么，如果能在研發上做到“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品開發的核心就是“研發部設計，生產部制造，但設計會充分考慮制造的要求”，第一次就把事情做對。這樣做的結果就是：產品設計修改次數減少，產品開發周期縮短，產品成本降低和產品質量提高。

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

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

在降低產品成本方面，面向制造和裝配的產品開發能夠大幅降低產品成本，因為產品設計階段決定了75%的產品成本，面向制造和裝配的產品開發，同時也是面向成本的開發。相同的一個設計修改，在產品設計階段，只需要在三維設計軟件中修改產品的圖樣，需要的費用只是工程師的設計費用，大約1000到2000元；樣品制作階段，這就需要1萬到2萬元；在產品制造和裝配階段，設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；一旦產品已經量產，再需要進行設計修改，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，如果產品發生嚴重的質量問題，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！

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

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就是在現場推行5S和可視化管理，這樣做的目的就是使現場的管理變得簡單，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、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原則是指產品的設計越簡單越好，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中最重要的一條設計原則，幾乎貫穿了DFMA的每一條設計指南當中，例如減少零件數量、簡化產品設計等。一般來說，在產品中零件數量越多，產品制造和裝配越復雜、越困難，產品制造費用和裝配費用就越高，產品的開發周期就越長，同時產品發生制造和裝配質量問題的可能性就越高。在確保實現產品功能和質量的前提下，簡化的設計、更少的零件數量能夠降低產品成本，縮短產品開發周期，提高產品開發質量。高水平的產品設計師把復雜的東西設計得很簡單；低水平的產品設計師把簡單的東西設計得很復雜。

這里需要強調的是，在DFMA中減少零件數量、簡化產品設計是非常符合精益原則的。因為，更少的零件需要進行設計，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，更少的產品質量問題出現的可能性，更少的供應商，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！并且是從研發的源頭上去減少“七大浪費”！所以，DFMA對提高產品質量、縮短產品開發周期和生產周期、降低開發成本和生產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品質量、提高生產效率、以及降低產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）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，精益生產線上作業的標準化，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時間和精力的浪費，縮短產品開發周期；第二，零件標準化能夠帶來零件成本的優勢； 第三，避免出現質量問題的風險。

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

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用。在精益生產實踐中，人們用防呆措施的方法進行了大量的質量改進，收到了非常好的效果；

同樣，在DFMA中防呆措施的應用也有很多。其中主要包括兩類：第一是單個零件本身的防錯，即零件在正側的裝配位置旋轉一定角度后，例如90度或180度，零件是否還可以繼續裝配，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，一個零件在產品中應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，設計明顯的防錯標識等等。

在精益生產的工位布局或生產線布局當中，我們經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的源頭去提升產品質量和提高生產效率。

第五，精益管理與DFMA都在不斷的發展和完善當中，符合“持續改進”的原則。以精益管理為例，首先發展的是精益生產，然后發展到精益營銷、精益研發、精益財務、精益采購甚至是精益供應鏈。而DFMA則面向產品的整個生命周期發展成了DFX。DFX是指面向產品生命周期的設計，DFX是基于并行設計的思想，在產品概念設計和詳細設計階段就充分考慮到產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、環保要求等，使得產品設計與這些要求之間緊密聯系，相互影響，將這些要求反映到產品設計中，從而保證產品以較低的成本、較高的質量和較短的產品開發周期進行開發。DFX不再把產品設計看作一個孤立的任務，而是利用現代化設計工具和DFX分析工具設計具有良好工程特性的產品。除了DFMA之外，目前比較成熟的DFX技術還包括以下方面：

DFI，面向檢驗的設計；

DFS，面向維修的設計；

DFE，面向環境的設計；

DFR，面向回收的設計。

第六，精益管理和DFMA雙劍合璧，在許多企業都有成功應用的案例。

無論是精益管理還是DFMA的設計理念，對美國工業界都產生了巨大的影響，現在幾乎所有的美國制造企業都在使用精益和DFMA，已經有無數企業通過整合、應用精益方法和DFMA，獲得了顯著的成功：幫助企業縮短了產品開發周期與生產周期、降低了產品成本和提高了產品質量。例如波音公司通過推行精益拉動式管理，每年僅在生產線上就節約500萬美元；其中采用DFMA的設計策略，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備，同時還提高了產品質量約20%以上。又如戴爾公司經過長期推行精益管理，后來居上，在個人電腦業務方面遠遠超越了IBM ；其中在筆記本電腦設計中使用的DFMA簡化了產品結構，減少了零件數量，產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。對于一個需要轉型升級、產品不斷更新換代的制造企業而言，僅僅推行精益生產是不夠的，必須要結合精益研發，推行精益管理，而DFMA就是精益研發當中的非常重要、促使精益研發落地的有機組成部分。

推動精益管理與DFMA聯合實施的關鍵要素

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

首先，高層領導要充分重視，把DFMA作為研發管理的一項基礎工作來抓，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， 在研發部就是推行DFMA！

其次，在組織建設方面，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部，研發部的工程師們掌握了精益的原則和方法，對他們日后進行面向產品裝配和制造的設計工作也會起到很大的幫助作用。

第三，要注重思想的轉變，使產品設計工程師意識到：精益不僅僅意味著精益生產，也意味著精益研發。產品設計工程師應該改變產品開發以設計為主的想法，產品并不是想怎么設計就怎么設計，產品設計固然需要一些創新，但同時也必須遵循產品制造和裝配的規律，產品設計工程師應當從“我們設計，你們制造”轉變為“我們設計，你們制造，但設計充分考慮制造的要求”，而對于企業來說，應當改變企業以往重制造、輕設計的思想，加大對產品設計的投入，同時大力支持企業實施面向制造和裝配的產品開發。

第四，建立面向制造和裝配的產品開發團隊。除了產品設計工程師之外， 產品開發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品開發流程。企業首先應當拋棄傳統產品的開發流程，在企業內部推廣使用面向制造和裝配的產品開發流程。這需要企業高層的支持。面向制造和裝配的產品開發流程的具體實施則依賴項目工程師的管控。項目工程師應當理解面向制造和裝配的產品開發的內涵，制定合理的產品開發進度，組建產品開發團隊，參加面向制造和裝配的產品開發討論，在產品設計階段就完善產品的設計。

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

總之，在這個制造企業不斷進行轉型升級，產品不斷更新換代的新時代，推行精益管理勢在必行，精益管理要包括精益研發勢在必行，而DFMA又是精益研發當中的不可或缺的組成部分。