数码工厂——资讯年代的制造业

数码工厂-资讯年代的制造业

By 李荣彬　 香港理工大学(中国机械工程　2000年2月)

 
摘要: 制造业的核心活动正透过创新的资讯科技及管理工具，由实物生产转移到系统性的知识处理。制造业的上游、中游及下游活动，利用计算机所提供的虚拟环境及互联网技术，优化及协调生产的各个环节，缩短产品的开发周期，改善企业对外的应变能力，并迅速回应顾客及市场的需求。「数码工厂」的运行，不仅涉及技术方面，而且涉及到企业经营运作模式的转变。未来制造业的竞争能力，有赖于无形的「数码工厂」与实际生产活动的紧密结合。数码工厂是新世纪的智慧型企业。    李荣彬 教授 
  
关键词: 数码工厂 　数据工厂　 知识处理　 产品开发　 虚拟市场　 制造业竞争力
 
   
1. 引言
　　随着信息技术的发展和互联网的迅速增长，制造业将面临一个重大的转变。这次转变，不仅仅是生产技术的改良，而是涉及到整个社会的生产结构及商业的运作模式，甚至于教育及财富的重新分配。美国互联网投资公司(CMGI)创办人韦瑟雷尔 (David Wetherell) 深信互联网的出现比工业革命更为重要，改变的步伐远比工业革命大。对有赖于信息技术及互联网带动的现代制造业来说，其影响亦不遑多让。
　　传统的企业生产力的增长有赖于技术的进步、规模经济和企业的垂直整合及合并。传统的「福特生产」模式(Fordist production model ) 就是建立于大量生产、价格竞争、精细分工的基础之上的。日本的「精益生产」及「即时生产」(JIT)的出现，正如「改变世界的一部机器」的作者[1]所说，使企业一向奉为金科玉律的管理及生产模式大大动摇，代之而起的是一个百花齐放的局面。全面品质管理(TQM)，大批量定制生产(MC)[2]，并行工程(CE)[3]，世界级制造(WCM)[4]，敏捷制造(AM)[5]，快速反应制造(RRM)[6]，下一世纪制造(NGM)[7]等各种观点及策略不断涌现。然而上述的一些观点，还是围绕着工业社会及前网络时代的竞争模式及规范进行的。举例来说，针对过去供应商越多越好的做法，「即时生产」即提倡供应商数目越少、越集中越好。然而，随着雷霆万钧的互联网的出现，新的供应链管理并不强调减少供应商的数目，而是注重怎样找出更多有创新性的供应伙伴。现在奉行的最佳实践 (Best practices)，在网络年代将会饱受最严峻的挑战。制造业面临不断的转变与挑战，当「新」的技术及管理思想还没有来得及实施时，就有可能已经变得过时。 
 
2. 制造业的巨大转变
　　如上文所说，制造业在网络年代面临的脱变，不单是指生产力的提高，而是生产者及消费者角色的改变。在工业时代，资源输出及输入的比例是衡量生产力的一个重要指标。然而，随着微处理器及自动化技术的广泛应用、现代运输和通讯带来的便利及市场的整合，除了那些管理不善的企业外，整个工业界面临的是生产力过剩、生产能力过大的问题。生产能力过剩导致企业的货品积压及价格竞争，并引发了已往的全球大规模的工业重整。西方盛极一时的业务过程重组工程(BPR)[8]，正是在这种激烈的竞争环境下，被很多企业采用的。然而，正如「数码经济」[9]一书作者Don Tapscott所指出，BPR即使引进了资讯技术，把企业的工作流程顺理，可是在提高效率及减低成本的大前提下，它过份地把变革放在工作流上，而没有把注意力放在创意及市场变化所带来的经营运作模式的转变上，重组还是不彻底的。
　　生产者与用户的关系是工业生产中最基本的关系，它影响着产品从开发，制造到市场销售中用户所占的份量。由图一所显示，用户参与产品开发的程度，在过去30年中正不断的加深。例如，并行工程的提出及其后的品质功能配置(QFD)运动，要求在产品开发阶段，应全面考虑用户的需求，并在产品设计、装配、制造及销后服务的过程中作出相应的转变。大批量订制生产的提出，更把顾客的地位在产品开发、设计过程中向前推进了一步。
　　在网络时代，企业的竞争力在于如何迅速的推出产品，弹性的编排生产计划及准确的反映顾客的需要。企业的经营从规模经济转变为范畴经济，在制造策略上，注重产品的多样化及个性化，以适应不同的市场环境，并强化企业的核心专长。

图一∶产品开发过程中顾客参与程度  

　　在上面提到的制造业的转变中，虽然顾客的声音越来越重要，但顾客仍然不是产品整个周期的直接参与者。随着网络技术的不断发展，网上产品协同商贸技术(Collaborative Product Commerce)[10]的提出使用户可以不受时间及地域限制地在互联网上参与产品的开发、设计及修订。在动态的信息平台上，顾客与生产者及供应商一起参与产品生命周期中的每一项技术及商业环节。前面所描述的协同活动，是在虚拟市场空间(Virtual market space)中运行的 [11]。虚拟市场空间有别于传统的有形市场 (market place)，它不受地域及时间的限制，信息可以快速地流动。虚拟市场运作的环境，不单是以个人计算机为主的互联网及企业之间的外联网，它还包括将来生活中应用的各种信息产品及工具(Information Appliances)，例如利用WAP(Wireless Application Protocal)的流动电话，可以上网的电视机和冰箱等等。
　　网上产品协同商贸(CPC)不等同于电子商务(e-business)，它是通过一个标准的浏览器，使产品信息和数据可以在用户、供应商、制造商及各种分布式的系统及数据库之间进行互相取读、修改、传递。它是支持产品协同开发的一项软件技术方案。
　　CPC也有别于企业资源规划(Enterprise Resource Planning)技术，它不只是要更有效地调度企业资源，更重要的是，它能通过有效的信息平台，使顾客及供应商参与产品的开发成为可能。市场上已涌现出不同的CPC技术，它们的技术核心，包括强大的搜索引擎及浏览器，HTML(Hyper-Text Mark-up Language)，XML (Extensible Mark-up Language)，面向对象技术(Object-Oriented Technology)，DCOM 及在线分析处理技术 (OnLine Analytical Processing)等。以上技术加上企业建模(Enterprise Modeling)、网上协同工程(Collaborative Engineering)、企业信息汇集(Enterprise Information Portal)的逐步采用，为虚拟企业(VE)及企业策略联盟提供了有效的支持。
　　在以上的各种技术浪潮带领下，顾客(从消费者到商户)与生产者的距离越来越小。如何缩短产品从开发到制造的时间，如何增加产品及服务对顾客的价值，是新一代企业竞争的焦点。传统的技术改革，例如自动化生产，计算机集成制造等，都是以产品而不是以顾客和服务为中心的，均适应不了「虚拟顾客」(virtual customers)时代制造业的需要。正如Lotus的总裁Jeff Papows[12]所说，企业对信息技术的发展，不只是要作出科技上的再投资，同样重要的是，企业要通过内部结构的转变，以适应新的形势。作为工业生产的结构单元，我们所熟悉的数百年来以实物生产为主的工厂，应该如何转变？ 
 

图二(a)　有形工厂 

图二(b)　数据工厂 
 

图二(c)　数码工厂 
 

3. 数码工厂的提出
　　21世纪制造业的核心活动，将会从实物生产转变为如何通过知识的处理及加工(无论是产品或市场知识)，为顾客创造出更高的附加值。图二(a) 代表有形工厂(physical factory)的模型，工厂的输入一端是源料或半制成品， 通过设计、加工及质量检验等工序，把制成品交到顾客手上。制成品的价格减去原材料及加工等工序所需的费用，就是企业的利润。图二(b) 显示，当有形工厂规模达到某一个程度时，例如，产品种类增加、企业的垂直整合、市场扩大等，工厂要处理的除了产品设计、材料加工及质量问题外，更大部分的时间及资源会用在对产品细节、客户市场及生产数据资料的处理上；用来安排如何分配资源，如何安排生产，如何采购，如何外发等。这个在有形工厂上运作的作业系统，可称为「数据工厂」(data factory)，它要处理的是通过数据的收集，跟踪和管理，指挥及监视有形工厂的运作。大家所熟悉的CIM、MRPII及ERP系统正是「数据工厂」的一种外在形式。在「数据工厂」中，利用现代计算机技术，实现了工厂管理制度的系统化及自动化。工厂自动化目前还是很多企业发展的目标。
　　甚么是「数码工厂」？数码工厂不等同于企业数据的自动化处理，也不是指工场及车间的生产机械的数字化控制(numerical control)。它是指通过对知识的有效管理来实现产品增值的一个生产活动。生产不单是指对原料或产品的加工制造，生产的目的是要使产品及服务能为顾客创造最大的附加值。
　　如图二(ｃ)所示，数码工厂的原料是关于企业产品及市场的信息，信息经过各种数字化处理(digital processing)后，成为决策及行动的知识方案。「数码」的意义在于：1)一切数据及信息，无论是生产计划，还是产品结构图像、成本数据等都能以二元数码的形式在计算机及网络上通过各种知识处理系统进行自由的转换、分析、综合和应用；2)生产的过程，包括产品构思，原型制造，加工，装配，产品测试，生产规划，物流管理等都可以迅速按照市场及顾客的需要在计算机上进行数码模拟及仿真；3)在数码工厂运作模式中，更突出的是产品在还没有正式投产前，企业可以与数码网络上的虚拟顾客共同参与产品的设计及修改；不同地域的顾客在确定了产品的式样和数量以后，定单通过网络汇集到企业内及企业外，以便各有关部门及供应商能快速的进行部件采购及生产的安排。
　　以上描述的几个方面，尤其是针对产品的开发及制造，可称其为是虚拟制造或虚拟工厂的一部份。不过数码工厂不单只是虚拟制造，它更强调的是对整个制造活动的关注，并已从传统的有形的价值链转到了以互联网空间为主的虚拟价值链上；虚拟制造只是虚拟价值链中的一个环节。「数码工厂」也不等同於「电子商贸」，它通过数码及网络技术使生产领域的核心价值从物件的制造转移到知识的制造。
　　与有形的价值链相同，在虚拟市场空间里，最大的附加值也是在于价值链的两端，即产品开发、市场的开拓及对顾客的服务。一件产品的竞争力，已不取决于该产品的生产成本，而在于该产品的知识含量。从一件智能家电到一块集成晶片，材料和能源在产品的成本中所占的比例越来越低。传统的工厂是一个以劳动力、材料、机械、能源、土地所组成的一个生产单元，而数码经济年代的工厂将是由知识及智力，在快速无常的数码网络世界中所组成的一个虚拟生产实体。当然，这不是说有形工厂变得不重要。正如工业革命把大量劳动力及资源从农业生产体系中释放出来一样，知识革命也把劳动力及资源从传统的工业生产系统中释放出来。
　　以上所描述的数码工厂，对今天来说已经不是一个遥不可及的预言。不少外国的某些行业，例如航天、汽车工业和工具机械等已进行了不同程度的试验和应用。以汽车工业来说，企业如何与分散在各地的设计及工程队伍，日以继夜地设计更新、更适合全球各地的汽车款式，如何通过分散在各地的营销点，把顾客订单迅速汇集起来，并进行快速的生产编排，以代替传统的市场预测，这些已经成为现代企业制胜的关键。在机械行业，有些企业已经把产品图片及其规格数据放在公司的网站上，用户通过个人密码可以在网上对这些数据及信息进行修改或添加。在消费行业，企业可以对各销售点的产品进行条码的识别，进而分析并得出市场的最新走势及顾客喜爱的产品的种类，以便减少或增加相应的存货，或加速某些产品的开发进程。针对企业中的一些关键项目，企业通过知识为本工程 (Knowledge-based engineering)和知识管理（Knowledge Management），可以把个别员工的相关经验与技术加以整理和保存，使其成为企业记忆(Organizational Memory)的一部分。以上的描述都是数码工厂运作的应用。 
 
4.　敏捷的生产系统
　　「数码工厂」对某些与计算机辅助生产工程(CAPE)有关的软件开发商及一些已采用「虚拟制造」系统开发产品的大型企业来说并不陌生。从狭义的的角度来描述，「数码工厂」为企业提供了一个交互的、柔性的、图形界面的仿真系统，并将其作为对产品设计、加工、生产线规划及资源分配等进行模拟和优化的工具。现在工厂的工程师要实地到工厂才可以知道产品的零部件、物料和生产流程情况，而在「数码工厂」的模型下，可以将产品的重要零部件及物料信息转化成图形及数据，使设计人员可以在软件提供的虚拟环境下进行产品及流程的设计和优化，加快产品从构思到生产的周期，减少失误并降低成本。这些经过仿真系统模拟的技术方案及设计，可用来作为生产车间数控设备的直接输入。
　　从广义的角度来看，「数码工厂」除了要对产品开发过程进行数据仿真外，它还要对企业的顾客、供应商及市场的需求，通过数码网络系统作出快速的反应。它有不同的表现形式。例如，遥距制造，远距协同设计，网络化制造及网上虚拟企业等。其中网络化制造模式是作者针对香港制造业的现状提出的一个构思[13]。它是在香港与珠江三角洲已形成的分散生产网络的基础上，把原来基本上是在同一企业集团或附属企业之间的经营运作，转变为通过局域网或互联网以协同方式进行的产品研究开发、设计、制造、销售及有关的专业服务。它不受地区及时间的限制。通过这样的生产模式， 可以利用不同地区的现有资源把它们迅速组合成为一种没有围墙、超越空间约束、靠电脑手段联系的一个分散的生产系统，可以推出不同的生产规模，打破地域边界，从而改变了企业传统的竞争策略。这种系统又可称为「网上工厂」(Factory-on-Demand)[14]。网上工厂除了提供关于企业的专长、公司产品及供应商的资料，以便各企业在网络中寻找夥伴外，还可在网上工厂中进行实时的协同制造和协同贸易。这种生产协作模式不仅把小企业联合成虚拟的大企业，也为个别的网上工作者(e-lancers)自由提供产品及服务。 
 
5. 结束语
　　香港制造业正从以往的以原料及半制成品加工为主，逐渐转移到以产品设计、供应链及物流管理为主的任务上来。工厂北移后，香港在珠江三角洲直接或间接的雇用的工人据估计大约有六百万，所建立的企业多达五至六万家，香港和珠江三角洲之间已形成一个庞大的「分散式的生产网络」。正如九八年「经济学人」所报导的那样，香港已在全世界的生产制造链中占据了一个很重要的地位，并已成为亚太地区一个主要的生产网络中心。香港的角色，从以往以实物加工为主的生产基地，转变成了以制造控制为中心的「数据工厂」。在这庞大的分散生产网络中，各种形式的「数据工厂」与「有形工厂」怎样进行结合、怎样进一步迈进「数码工厂」这个崭新的运作模式是当今制造业所面临的一个严峻的挑战。香港的企业，尤其是制造业的下一阶段的发展，只有进一步提高信息与管理技术的结合，才可能在下世纪的全球竞争中占一席之地。
　　「数码工厂」是由资讯科技带来的一种新的生产经营模式，它带来了新的工业组织和新的管理方案，也将加快「网络经济」或「数码经济」的来临。在这快速转变的时代，原有的经营模式与经验已不可能成为未来企业成功的保证。企业如何重新预计未来、工程教育界如何培育下一代新的科技工作者，是我们值得深思的一个课题。 
 
参考文献
[1] Womack J.P., D.T. Jones & D. Roos, The Machine that Changed the World, Rawson Associates. Annotation copyright Book News, Inc. Portland, The Free Press, 1990.
[2] Pine B.J., Mass Customization- the New Frontier in Business Competition, Boston, Mass., Harvard Business School Press, 1993.
[3] Blackhouse C.J., Concurrent Engineering- What's Working Where, Aldershot ; Brookfield, Vt., Gower, 1996.
[4] Schonberger R.J., World Class Manufacturing: The Lessions of Simplicity Applied, New York ,The Free Press, 1986.
[5] Incocca Institute, 21st Century Manufacturing Enterprise Strategy, Bethlehem, Pa, 1991.
[6] Dong J., Rapid Response Manufacturing- Contemporary Methodologies, Tools & Technologies, New York, Chapman & Hall, 1998.
[7] Jordan J.A. and Michael F., Next Generation Manufacturing Methods & Technologies, National Association of Manufacturing Series, 2000. (Not Yet Published)
[8] Elzinga D.J.(Editor), Business Process: Engineering Advancing the state of the Art, Norwell, Mass, Kluwer Academic Publishers, 1999.
[9] D. Tapscott, The digital economy: promise and peril in the age of networked intelligence, New York, Mcgraw-Hill, 1996.
[10] Aberdeen Group, Collaborative Product Commerce: Delivering Product Innovations at Internet Speed, Market Viewpoint, Vol. 12, 9 October1999, Published by Aberdeen Group Inc.
[11] J.F. Rayport & J.J.Sviokla Exploiting the Virtual Value Chain in creating Value in the Network Economy,Boston,Mass.,Harvard Business School Press, p.35-51, 1999.
[12] Popows J., Enterprise.Com-market leadership in the information age, Reading, Mass., Perseus Books, 1998.
[13] 李荣彬, 分散网络化生产系统的背景和设想, 工厂建设与设计, 1997年第五期, 40-43页.
[14] W.B. Lee & H.L.W. Lau, Factory on Demand: The Shaping of an Agile Production Network, International Journal of Agile Management Systems, 1999, p.83-87.