企业的“机械”系统模型和“生物”系统模型的比较和分析(by AMT 顾新建)

企业的“机械”系统模型和“生物”系统模型的比较和分析*

by AMT 顾新建

摘要：本文对两种不同的制造系统模式－“机械”系统模式和“生物”系统模式进行比较研究，并对相应的模型方法进行比较和分析，对这两种模型间的相互关系进行了探讨。

关键词 制造系统 系统模型 建模方法

中国图书资料分类法分类号 TB21

1 引言

在本世纪初，制造业经历了一场巨大的革命。 泰勒(Taylor)的“科学管理)”[1] 和美国的福特(Ford)和通用(General Motors)两大汽车公司，对工作流程和决策过程进行详细的分析、分解和优化，以便进行控制。通过严格的层次结构将各部门和各工人组合在一起。这是一种“机械”系统模式。

　　在本世纪末，制造业又正在酝酿一次巨大的革命。出现了或提出了一些制造系统的新模式，如精益生产系统[2]、 敏捷企业[3]、分形企业[4]、全能制造系统[5]、生物制造系统[6-7]、计算机集成制造系统[8]等。这些系统都特别强调高效率和高柔性的统一，特别注意发挥人的积极性。这些系统模式强调扁平化的组织结构、分布化控制、“以人为中心”的管理、具有很大自主权的单元、大范围的协同。这是一种“生物”系统模式。

在对“机械”系统的建模方面，人们已有不少很成熟的方法，如E-R（实体－关系）图、流程图、组织结构图等[9]。但在对“生物”系统的建模方面，还缺少系统的研究。

本文仅对两种这不同的制造系统模式－“机械”系统和“生物”系统及相应的模型方法进行比较和分析。探讨这两种模型间的相互关系。并对单元层、企业层和企业协作网层的不同层次上的制造系统中的“机械”系统模型和“生物”系统模型进行分析和研究。

2 企业的“机械”模型

牛顿(Newton)宣称，世界可以利用机械学解释清楚。自然规律都可以用物理学中的简单定律描述。自然的现象都是以线性的方式组合在一起。或者说，相同的原因有相同的作用或结果。

“机械”系统理论在组织和管理理论中有很大影响。组织结构图和业务流程图是典型的对企业的机械式的思考。泰勒在其“科学管理”一书中将机械论在企业管理中全面推广。其思想在美国20年代的汽车工业中得到充分实施。在福特和通用两大汽车公司中，对工作流程和决策过程进行详细的分析、分解和优化，以便进行控制。各部门和各工人通过严格的层次结构组合在一起。这种企业分工原则在后来的运筹学研究和系统工程理论中得到发展，如“硬系统理论”。系统外界的变化，如供应商和顾客情况的变化对组织结构和企业战略不产生影响[10]。

图 1 为企业的“机械”模型基本特点。这种“机械”模型是以稳定的环境为前提的。“机械”系统模型忽略了人的能动作用。工作流程严格按事先设计好的方案进行。采用一种标准化的流程。“机械”系统可以采用E－R（实体－关系）图、流程图、组织结构图等常用的方法描述。

3 企业的“生物”模型

本世纪初，相对论和量子论使物理学发生了巨大革命。这两个理论都接受了自然的不连续性的特点。不同于传统的决定论的观点，物理结果只是以一定的概率和可预见性出现。除了物理的发展外，其它学科特别是生物学的发展对新的系统理论的发展作出了重要贡献，如控制论、一般系统论、自组织理论等。在这些理论中，系统的环境包括在系统研究中。系统是开放的，与外界有能量的输入和输出。能量的交换导致一个动态的系统结构。非平稳是绝对的，平稳是

图 1 企业的“机械”模型

相对的，是一种例外[11]。

与“机械”系统模型对立的是开放系统的“生物”模型。开放系统为了能在一定的环境中生存下去。为此就需要很好地适应环境，就需要有一种不同于“机械”系统的结构和模型。

图2为企业的“生物”模型的基本特点。对与“生物”模型还没有一种标准化的、精确的描述方法。正如在数学中，线性微分方程的解有一般的方法，而非线性方程的解则没有一般的方法。

图2 企业的“生物”模型的特点

4 企业的“机械”模型与“生物”模型的比较和关系

表1 为企业的“机械”模型与“生物”模型的比较。

表1 企业的“机械”模型与“生物”模型的比较

“机械”模型与“生物”模型在企业模型的描述中，两者各有其相应的用途。“机械”模型具有容易建模、容易控制、概念明确、有完整的体系结构、容易由计算机实现等特点。“生物”模型则有很多的模糊性、不确定性、没有完整的体系结构。“生物”模型现在还在发展之中。

“机械”模型可以完全用现有的过程模型加以描述。“生物”系统的许多部分可以在一定程度上由“机械”系统近似描述，即部分可以用现有的过程模型加以描述。

6 不同层次的制造系统中的“机械”模型与“生物”模型

6.1 单元系统

在传统的刚性流水线中，往往对人员的工作技能进行详细规定，对工作内容进行详细规定和细化。工人从事简单而单一的工作。并使工人如同机器零件一样，随时可替换。对这类“机械”系统可采用图1所示的“机械”模型加以描述。

独立制造岛[12]、单元制造系统等“生物制造系统”的模型如图3所示。在“生物”系统模型中，人、组织和技术有机的集成在一起。如：面向过程的组织和先进的信息技术为人的学习和自主管理提供了必要的条件。

图3 单元系统的“生物”模型

这些“生物”系统的模型现有的只能是一些概念模型。不可能对系统的细节进行详细描述，如岛内人员间的相互协调，不可能事先规定如何协调。又如多面手，这是一个模糊的概念。多到什么程度，不可能说清。职工的学习过程是一个连续不断的过程。但在一定程度上，“生物”系统模型可简化为“机械”模型，如独立制造岛的一般工作流程可以由“机械”模型作一粗糙的描述，见图4。

图4 独立制造岛的一般工作流程

6.2 企业系统

图 5中的左图为“机械”系统的层次结构组织图，右图为“生物”系统的自相似组织结构（分形企业模型）。 图6为 “机械”系统和“生物”系统的产品设计过程比较。“机械”系统的产品设计过程是一串行过程，一环扣一环，关系明确。“生物”系统的产品设计过程则是一并行过程，一些环节重迭。这里重迭的程度，前后环节的信息的来往关系是模糊的。图7为“生物”系统的产品设计过程的螺旋型模型。它反映了复杂的创新型产品的设计过程。

图 5 左图为“机械”系统的层次结构组织图，右图为“生物”系统的自相似组织结构

图6 “机械”系统和“生物”系统的产品设计过程比较

图7 企业“生物”系统中的产品设计过程的螺旋型模型

对企业“生物”系统还常采用简化或降维的方法，使之成为“机械”系统，从而便于分析、建模和控制。在企业系统中，有些子系统容易简化和降维，如财务、库存管理等。对物质流和资金流的管理和控制，可以采用“机械”系统模型。对产品设计过程，如采用并行工程方法，则无法完全采用“机械”系统模型。在“机械”系统模型中，许多过程成了例外，不必考虑。将丰富多彩的过程简化和标准化为少数几种过程参考模型。这为过程的管理、软件设计和选择带来好处。

图8为一企业“生物”系统模型。

图8 企业“生物”系统模型

6.3 企业协作网

虚拟企业就是一种典型的企业协作网。因此这里协调将是主要的建模内容。图9为企业协作网的“生物”系统模型。这是一种动态结构的模型。模型中的各企业间的关系是动态的、是互不相同的。

图9 企业协作网的“生物”系统模型

图10为 “机械”系统中的任务协调， 图11 为“生物”系统的任务协调。图中的子系统在单元系统可看作是单个的人和机器，在企业系统中可看作是组成企业的单元。在企业协作网中可看作是有关的不同企业。

图10 “机械”系统的任务协调

图11 “生物”系统的任务协调

这里的工作过程标准化对子系统内的工作过程的内容、程序和要求作出详细的规定，通过制定和贯彻标准化的工艺操作规程和管理工作规程，以实现子系统内各项业务活动的协调一致。这里的输出标准化，是对工作过程的最后成果作出标准化的规定。不管作业者按照怎样的程序从事自己的工作，只要产出的成果达到一定的标准，就能保证前后工序的业务活动协调一致。这里的输入标准化的概念同输出标准化。这里的技能标准化是对从事某一工作所必须具备的知识、能力、经验等作出标准化的规定，在招收人员时或录取后定期加以培训和考核，由此来保证工作过程和成果达到统一要求。

“生物”系统的任务协调中的很大一部分内容可通过“机械”系统的任务协调方法来完成。标准化的产品和过程模型对于系统间的协作的简化和优化都具有很重要的意义。

7 结论

本文对两种不同的制造系统模式；“机械”系统和“生物”系统及相应的模型方法进行比较和分析。

“机械”系统模型忽略了人的能动作用，把系统环境看作是静态的。工作流程严格按事先设计好的方案进行。采用一种标准化的流程。“机械”系统可以采用E－R（实体－关系）图、流程图、组织结构图等方法描述。“机械”系统模型直观、易懂、概念明确、有完整的体系结构。

开放系统的“生物”系统模型，考虑了人的能动作用，考虑了动态环境的影响和对环境的适应性。因此不能完全采用标准化的、固定的、结构化的方法进行描述。“生物”系统模型有很多的模糊性、不确定性、没有完整的体系结构。“生物”模型现在还在发展之中。

“机械”系统模型与“生物”系统模型在企业模型的描述中，两者各有其相应的用途。“生物”系统由于包含有与“机械”系统相似程度较大的部分，因此其部分可以用现有的过程模型，即“机械”系统模型加以描述。另一部分需采用“生物”系统的概念模型描述。

本文对单元层、企业层和企业协作网层的不同层次上的制造系统中的“机械”系统模型和“生物”系统模型进行了分析和研究。

参考文献

[1] Taylor, F., The Principles of Scientific Management, New York, 1911

[2] [美]D.琼斯等，改变世界的机器，万国学术出版社，1991

[3] 罗振壁,灵捷制造──21世纪制造企业的战略,机械工程学报,1994,V.30, N.4

[4] Warnecke,H.,J., Revolution der Unternehmenskultur. Das Fraktale Unternehmen, Springer Verlag, Berin, Heidelberg,2.Auflage,1993

[5] 张曙，全能制造系统，中国机械工程，1996.7(2)

[6] Norio Okino, Conceptual architecture of bionic manufacturing system, ICIM'95, 1995.4,Wuhan, China

[7] 顾新建,祁国宁,"生物型制造系统", 航空制造系统,1994(6-7)
[8] 祁国宁、顾新建, 计算机集成制造系统方法论，上海科技文献出版社，1996.3

[9] 顾新建、祁国宁、谭建荣、陈芨熙, 机械制造系统工程学, 浙江大学出版社, 1996.9

[10] Checkland, P., The Origins and Nature of ?Hard“ Systems Thinking, in: J. of Applied System Analysis, 5, 1978, 99-110

[11] Richter, F.-J., Die Selbstoranisation von Unternehmen in strategischen Netzwerken, Peter Lang, 1995

[12] Müller, P., Ferigungsinseln-Strukturierung der Produktion in dezentrale Verantwortungsbereiche, Germany, 1992

作者通讯方式：浙江大学生产工程研究所（310027）

Email：xjgu@cmee.zju.edu.cn