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精益生产:流程制造业竞争力提升的有效途径
合伙人  蒋锡麟   《新材料产业》   总第195期
 
一、流程制造业:低成本时代已经成为明日黄花

    从生产方式、生产过程中物料所经历的变化和产品特点出发,制造业可以分为流程制造业和制品制造业。流程制造业是指原料经过一系列以改变其物理、化学性质为目的的加工-变性处理,获得具有特定物理、化学性质或特定用途产品的工业;其生产过程是由各种原料组成的物质流在输入能量的支持和作用下,按照特有的工艺流程,经过热量传递、质量传递、动量传递并发生物理、化学或生化反应等加工处理过程,使物质发生状态、形状、性质等方面的变化,改变原料原有的性质而形成期望的产品。

    因此,诸如钢铁工业、有色金属工业、石油化学工业、建筑材料工业、化学工业、稀土工业等材料制造业均为流程制造业。这些制造业具有共同的特点:①所使用的原料主要来自于自然界;②产品主要用作制品制造业的原料,部分用于直接消费;③制造过程主要是连续、准连续生产,或追求连续化生产;④原料在生产过程中以大量的物质流、能量流形式经过诸多化学-物理变化或变换制成产品;⑤制造过程中往往伴随着各种形式的排放过程;⑥属于资金与技术密集型产行业。

    随着世界经济的国际化程度、金融化程度的不断提高,中国经济的高速发展,中国城镇化、工业化进程的不断加快,流程制造业的外部环境已经发生了质的变化。对于流程制造业而言,21世纪所面临的挑战不是信息技术的应用,而是如何降低成本与消耗。

1.我国资源短缺且自然赋存条件差,国际市场资源价格持续上涨

    首先,中国大宗自然资源产品相对短缺,进口依存度高且不断增大。钢铁生产的主要原材料铁矿石,相对于中国经济和钢铁生产的增长速度,已探明的资源储量、经济储量明显不足。国产铁矿石不能满足钢铁生产的需要,2008年国产铁矿石82 400万t、进口铁矿石44 370万t,进口依存度达到35%以上;而且进口市场高度集中,进口铁矿石超过80%来源于澳大利亚、巴西、印度,而澳大利亚、巴西产铁矿主要集中在必和必拓、力拓以及淡水河谷3家矿业垄断集团。由于中国钢铁产业自身的原因,历年的铁矿石价格谈判总是处于被动地位,国际垄断集团肆意涨价。我国可采石油资源量也相对不足。据相关资料,我国石油资源最终可采储量约为130亿~150亿t,仅占世界总量的3%左右。石油可采资源量的丰度值(单位国土面积资源量)约为世界平均值的57%。2008年,中国油品消费量为38 600万t,国产原油18 973万t,石油净进口量达20 067万t,在2007年首次进口量占到国内油品消费量一半之后,2008年中国石油进口依存度已升至接近52%。

    其次,我国资源赋存条件差,采选成本高,冶炼技术难度大。中国铁矿石的原矿品位非常低,而且产地分散,复合共生矿多,如我国的主要铁矿产区——攀西矿区、白云鄂博矿区,均为多种元素的复合共生矿。开采成本偏高,采选、冶炼的技术难度较大。我国陆上石油资源有35.8%的分布在较恶劣的环境中,56%埋深在2000~3500m之间,西部石油资源埋深多大于3500m,资源量中非常规石油所占比例较大,占陆上资源量的16.4%、占海上的33.3%。在剩余探明可采储量中,低渗或特低渗油、重油、稠油和埋深大于3500m的占50%以上,而待探明的可采资源量中大都是难动用的资源。资源赋存特点决定了我国石油资源增储难度大,勘探成本会进一步提高。

    第三,国际市场资源产品价格持续上升,金融化程度不断提高。随着需求的急剧增加,加之资源价格的金融化程度不断提高,中国对于资源定价权之话语权缺失。国际原油价格完全由期货交易价格决定,国际铁矿垄断集团也在极力推指数定价机制。由于自然资源的不可再生性特点,价格总的趋势是上涨的。图1是过去10年铁矿石海运协议价和欧洲布伦特原油价格的变化,从中可以看出,流程制造业的原材料成本已不再低廉,甚至有些昂贵。
 

2.中国人口结构转变,人口红利正面临挑战

    “人口红利”一直都被认为是造就“中国经济增长奇迹”的重要源泉。据世界银行估计,“人口红利”的结构性优势对中国经济高增长的贡献度达到了30%以上。然而随着人口结构的转变,中国传统的盈利模式受到严重冲击,内生增长动力和比较优势将发生深刻改变。

    过去30年来,中国“人口红利”转化为“经济增长红利”的路径主要是2个方面:低廉的劳动力数量增长让社会总产出更丰富、成本更低;劳动力的流动和资源配置推动劳动生产率提高。由于较为丰富的廉价劳动力资源供给,企业长久以来得以克服资本边际收益递减规律的作用,形成过度依赖增加劳动、资本等要素投入的增长方式,以低廉的劳动密集型产品在国内外市场上获得优势。

    然而,随着人口结构的转变,传统的数量型“人口红利”将逐步消失,劳动力不再无限供给。从事经济活动的人口不断提高而带来的高生产率与高储蓄率导致较高的资本积累现状将不复存在。从人力资源角度,中国必须谋求从人口大国迈向人力资本强国的转变,积极提高人口素质,促进劳动与人力资源相关的一切领域的重大调整,特别是在劳动分工、产业结构、就业结构以及储蓄、消费、投资、收入分配、社会保障等领域都需要有深刻变革。为了维系经济的持续增长, 需要进行提高劳动力素质的投资,包括让劳动者再教育、人力资本培训、劳动力和资本组合的优化等,以避免陷入低收入-低教育投入-低可行能力-低收入的“恶性循环”,这就为现有增长模式下的企业带来了劳动力成本的增加,要求企业创新商业模式、改变增长结构。

3.过剩经济要求产业的结构调整

    过去30余年来,中国以投资拉动和出口导向为主要的经济增长模式,流程制造业中的基础原材料产业迅速扩张,以至于当前世界经济发展模式发生变化时,出现经常性的产品过剩,具有了过剩经济的基本特征。

    2009年我国粗钢产能将超过7亿t,而据预测,国内市场需求约5亿~6亿t,约25%的钢铁及制成品依赖国际市场消化。而且由于产业的产品结构调整未能跟上市场需求的变化,造成总产能过剩的情况下,部分产品生产不能满足市场需求。目前,全球范围内电解铝供过于求,我国电解铝产能达1800万t,占全球产能的42.9%,产能利用率仅为73.2%。

    2008年,我国水泥产能18.7亿t,目前在建生产线产能6.2亿t,已核准尚未开工建设产能产能2.1亿t,这些产能全部建成后,水泥产能将达到27亿t,而市场需求仅为16亿t,产能将严重过剩。2008年,全国平板玻璃产能6.5亿重箱,产量5.74亿重箱,约占全球产量的50%;2009上半年,新增产能4848万重箱,目前各地还有30余条在建和拟建浮法玻璃生产线,平板玻璃产能将超过8亿重箱,产能明显过剩。

    近年来,一些煤炭资源产地片面追求经济发展速度,不顾生态环境、水资源承载能力和现代煤化工工艺技术仍处于示范阶段的现实,不注重能源转化效率和全生命周期能效评价,盲目发展煤化工,导致煤化工产能过剩30%。在进口产品的冲击下,2009上半年甲醇装置开工率只有40%左右。目前煤制油示范工程正处于试生产阶段,煤制烯烃等示范工程尚处于建设或前期工作阶段,一些地区盲目规划现代煤化工项目,若不及时合理引导,势必出现“逢煤必化、遍地开花”的混乱局面。

    多晶硅是信息产业和光伏产业的基础材料,属于高耗能和高污染产品,从生产工业硅到太阳能电池全过程综合电耗约220万kWh/MW。2008年我国多晶硅产能2万t,产量4000t左右,在建产能约8万t。但是,国内太阳能电池98%用于出口,相当于大量输出国内紧缺的能源。

    上述流程制造业的产能过剩基本上都是结构性过剩,部分高技术含量、高附加价值、节约资源的产品远不能满足国内市场。

4.低碳经济与节能减排,倒逼流程制造业技术进步与结构调整

    前面已经指出,流程制造业的原材料主要来源于自然界,且制造过程中都伴随着各种形式的排放过程。1992年的《联合国气候变化框架公约》和1997年的《京都议定书》以及2007年的巴厘路线图、2009年的哥本哈根会议,尽管2009年12月的哥本哈根会议未达成任何有约束力的成果,但是由此产生的节能减排要求将对流程制造业产生根本性影响。

    中国政府为落实上述国际公约和协议中的承诺与义务、转变我国经济增长模式,已经公布到2020年中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的减排目标,并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划,并制定相应的国内统计、监测、考核办法。

    因此,可以认为中国已经开始向以低能耗、低污染、低排放为特征的低碳经济模式转型。流程制造业是主要的资源消耗、污染与排放的产业,新的经济模式将极大地影响其商业模式和发展路径。

二、精益生产:流程制造业降低消耗与成本的必由之路

    随着信息技术的应用,信息传播速度越来越快,信息传播途径越来越多,消费者能够在很短的时间内获取足够多的商品信息;随着经济市场化程度的提高,各类产品供应量充足,而且往往供大于求,消费者有足够多的选择空间,并能够要求其所需商品在认为合理的价格下拥有卓越的品质。在此种环境下,新的企业经济学就是在降低成本的同时不断提高产品的质量,并扩大消费者可选择的产品范围。

    过去,企业的利润方程为:成本+利润=价格。在新的经济模式下,这种方法已经不再适用,新的利润方程应该是:价格-成本=利润。伴随着技术进步,在大多数产业中,产品的价格将是相对固定的或持续下降的,企业提高盈利能力的关键途径将是降低成本(如图2所示)。
 

    精益生产的成本管理是基于过程的成本管理,其关键思想不仅仅是管理为生产产品而发生的各项生产费用包括各项直接支出和制造费用,还要对生产制造过程中的价值创造进行管理。降低成本不是去“砍掉”直接材料成本、人工成本、管理费用等,而是去除制造过程中一切可以去除的、消耗资源却不创造价值的过程和行为。

1.精益生产的目标体系

    精益生产的终极目标是降低基于过程的成本,去除生产制造过程中的消耗资源却不创造价值的过程和行为。

    因此,首先,需要清晰制造过程中存在哪些完全可以消除的浪费。对于可能存在的浪费,管理学界已经有共同的认识,这些浪费包括残次品、过量生产造成的积压、不必要的库存、不必要的生产工序和流程、员工的盲目调动、货物的盲目运输、由于流程前一环节的不及时造成后一环节的等待,以及商品设计和服务不符合用户要求、员工知识未被充分利用而造成的人力资源浪费等。由此,我们也可以看出,合理实施精益生产能给企业带来的优势包括:降低库存;缩短交期;提高质量和生产率;提高客户满意度水平;增加员工参与度,增强员工的积极性。

    其次,需要明确精益生产的具体目标。要实现精益生产的终极目标,需要了解精益生产过程中哪些方面是急需要改进的,日本管理学家今井正明在其《现场改善:低成本管理方法》一书中对这一问题的回答就是QCD,即质量、成本和交期。基于新的经济模式,我们还应该增加一点,就是环境。需要说明的是,此处的质量不仅是产品或服务的质量,也指完成这些产品和/或服务所必需的“过程的质量”;成本不仅仅是制造过程的成本,它是设计、生产制造、销售及服务产品或服务的整个过程的总成本;交期要求将所需产品按数量要求及时送达顾客手中。改善质量与降低成本是相容并存的目标,质量也是成本和交期的基础。当QCD都能达成时,也就满足了客户的价值需求。

    低碳经济是以保护环境、降低消耗、减少排放为基本目的的经济模式,环境友好是企业必须承担的社会责任。因此,精益生产的目标可以定义为:提高质量、降低成本、缩短交期、友好环境。

2.精益生产的基本原则

    精益型组织在基本的精益原则指导下,营造一种全员参与、持续改善的企业文化,在这一文化的引领之下,运用一系列精益管理工具和方法来消除浪费,获得竞争优势。詹姆斯•沃麦克、丹尼尔•琼斯总结了精益生产的5项基本原则:

    一是重新定义价值。对价值的认识是精益生产的出发点,价值只能由最终用户来确定,只有由客户愿意支付的特定价格、能在特定时间内满足客户需求的特定商品(产品和/或服务)来表达才是有意义的。客户愿意为某件产品或服务付费,产品或服务才有价值,否则就是一种浪费。

    二是识别价值流。价值流包括物质流和信息流,是一种特定商品通过任何一项商务活动的3项关键性管理任务时所必需的一组活动,这3项任务是:从概念设计,通过细节设计与工程,到投产的全过程中解决问题的任务;从接订单到指定详细进度,到送货的全过程中的信息管理任务;从原材料采购,到产品制造,到送到客户手中的全过程的物质转化任务。

    三是使价值流动。一旦精确地定义了价值并识别了价值流,精益企业也就完整地制定出了某一特定产品的价值流图,并消除了明显的浪费环节,接下来就需要使保留下来的创造价值的流程和行为流动起来。

    四是需求拉动价值流。根据客户的需求及时进行设计、安排生产和制造出客户真正需要的产品,而不是把客户常常不想要的产品硬塞给客户。

    五是持续改进,尽善尽美。在客户需求的拉动下,为特定产品创造价值的各个流程连续流动时,人们就能从中不断发现和减少努力的付出、时间、场地、成本和错误,从实现持续改进。

3.价值流管理:精益生产的核心

    在制造业中,价值流动过程存在3种活动方式:能够创造价值的活动,即增值(VA);虽然不创造价值,但是在现有技术和生产条件下不可避免的活动,即必要但无增值(NNVA);不创造价值而且可以立即去除的活动,即无增值(NVA)。

    价值流管理就是从客户价值出发,深刻理解价值的流动过程,并在全程的价值流动过程中识别出那些NVA、NNVA活动,遵循“尽善尽美”的原则,不断改善价值流的过程。所以,精益生产的核心是企业产品和服务的价值流管理。通过价值流管理,选择亟需改进的价值流动流程,实施流程管理,重组、优化业务与管理流程,以达到不断消除“浪费”的目的。

    企业的价值流,可分为内部价值流和广域价值流。内部价值流是指从原材料到产品出厂过程中的物质流和信息流,只涉及组织内的产品设计、生产制造、订单处理过程。内部价值流管理过程包括:明确精益化的具体任务,选择亟需改善的价值流,描述所选价值流的当前状况,确定精益化的计量标准,描述所需改善价值流的目标状态,设计改进计划,实施改进计划。广域价值流是指从原材料到终端客户过程中的物质流和信息流,它涉及到供应商、客户和工厂设施等诸多方面,跨越多个不同组织。由于流程制造业的产品价值流内都包含了原辅材料、技术开发、物流服务、市场营销服务等各类供应商组织,所以对价值链整体成本降低而言,改善包括供应商/客户在内的广域价值流与改善单一价值流相比,将产生更加显著的效果。广域价值流管理的基本流程见图3。

    当然,是否选择广域价值流管理,抑或选择内部价值流改善,需要根据企业自身的管理能力、精益生产的经验和管理需求。
 


图3  广域价值流管理

三、流程制造业精益生产模式:精益思想与流程工程的整合

    流程制造业精益生产最终需要完成工厂层级的管理与业务流程的优化,这就不仅仅是管理技术能够解决的问题了,需要与工程技术的有机整合。中国工程院院士、著名冶金专家殷瑞钰先生提出的《冶金流程工程学》的基本思想和方法,从工程技术维度解决了如何实现提高质量、降低成本与消耗、改进效率以及和谐环境的问题,与精益管理思想殊途同归。

    从作为典型流程制造业的钢铁产业看,消除生产过程中的“浪费”,需要冶金流程工程技术与精益管理技术的密切结合,没有冶金流程工程技术的应用,许多不创造价值的流程就会成为“NNVA”。

1.流程工程是从工程技术维度提供流程制造业精益管理的思想和方法

    流程工程从工程技术的维度提出了流程制造业如何降低消耗、提高质量、改进效率、增加效益以及可持续发展的思想和方法。

    首先,流程工程通过研究涉及不同层次、不同结构、不同尺度上物质流的运动、传递、物理-化学转化,能量的传递、转化以及物质-能量之间的相互关系,以明确制造流程的构成及其功能、结构,最终实现制造流程的集成、重组和优化,建立高效、节约、绿色化的制造流程,继而解决制造流程对制造模式、企业规模、企业结构的影响问题。

    其次,流程工程研究制造流程的物理本质、结构和整体行为,明晰制造流程过程中相关物质和能量的流动与储存的驱动力,制造流程层面上的大规模整体集成技术包括:制造流程的解析、集成与优化;制造过程中物质流、能量流的控制;制造流程中的时间管理;制造流程设计工程;工厂的结构与连续化程度;工业生态环境工程等。解决制造流程中所涉及的有关功能-结构-效率问题、空间和平面布置、时间和时序控制与安排、排放或循环控制和优化等问题,从而解决包括产品成本、物耗、能耗、质量、生产效率、投资收益等市场综合竞争力、资源-能源可供性、环境-生态和谐性在内的可持续发展等问题。

2.精益管理是从企业运营管理的维度思考如何降低成本与消耗

    精益管理思想是从企业运营管理维度,基于解决制造过程中质量、成本、交期等问题的目的,通过管理流程和微观层次业务流程的优化与重组,消除制造过程中存在的那些NVA,减少消耗,提高效率和效益,降低影响环境的排放过程,实现流程制造业企业的持续、稳定发展。

    精益生产实践的关键主要有3个方面:一是专注于实际目标,具体的设计、专门的订货和产品本身,从开始到完成的全过程关注;二是打破工种、职务、职能和企业的传统界限,去除具体产品或产品族连续流动的障碍,保证目标的实现;三是重新思考具体的工作方法和工具,来消除各式各样的倒流、废品和障碍,使具体产品的设计、订货和生产得以连续进行。

    因此,精益生产实践主要活动可用图4来表示,其基础是稳定性和标准化,支柱是即时生产(JIT)和自主行动。系统的目的是以顾客为导向:通过不断消除浪费,以最低的成本、最短的交期向顾客提供最优质的、环境友好与安全的产品。系统的心脏是员工参与:灵活主动的团队成员不断寻求更好的方法。
 


图4  精益生产实践的主要活动

3.流程工程与精益思想有机整合,构建流程制造业精益生产模式

    基于上述分析,我们可以看到,精益生产和流程工程具有以下结合点:

    一是二者分别从不同的层次和尺度上研究制造流程优化和重组。流程工程更加具备从工厂层面来改进和优化制造流程的能力;而精益生产只能从具体的操作环节出发,优化操作流程,消除流程中的NVA。

    二是二者研究的对象侧重点不同,这为二者的整合提供了机会。精益管理更多关注人在生产制造与管理过程中的行为和操作流程;而流程工程更多关注装备层面的运行与流程。

    三是精益生产从市场需求出发,拉动企业的生产流程;流程工程从技术的可能性出发,推动企业流程的优化。

    因此,流程工程与精益生产的有机整合,是构建流程制造业精益生产模式的有效途径。