结合精益生产思维谈并行工程的优势

谢双　杨胜统　尧永春

摘要：文章从精益生产的核心消除浪费出发，对比分析、归纳得到了产品开发过程的“七种浪费”，进而从抑制浪费的角度直观地验证了并行工程开发的优越性，最后对常用的并行开发技术进行了介绍，希望能对读者有所启发。

关键词：精益生产；产品开发；并行工程；“七种浪费”；工程模式 文献标识码：A

中图分类号：F426 文章编号：1009-2374（2017）01-0178-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.085

自日本丰田公司强势崛起、力压世界汽车巨头，成为汽车制造的霸主，精益生产模式成为全球学习热点，遍地开花。如今经过半个世纪的发展，精益生产已相当完善和成熟，特别是在制造过程降低成本、提高效率方面，发挥的巨大作用和带来的经济收益十分显著；它极大地促进了生产制造精细化、差异化的实现。因此，随着市场经济的发展及全球化进程的推进，制造过程不再成为瓶颈，产品如何更好地更新换代满足客户的需要成为新的重点课题。这样的背景下，美国率先在产品开发中提出并应用了并行工程（Concurrent Engineering，简称CE）的理念，且卓有成效，于是CE迅速成为了研究和学习的热点。经查证，关于并行工程概念、特性及具体应用方面的论述已比较多，但鲜有结合精益生产思维阐述并行工程的优越性方面的文章。本文借鉴精益思维，定义了产品开发过程的“七种浪费”，力图从并行工程中寻求抑制浪费的措施。

1 精益生产思想及“七种浪费”简述

精益生产又称精良生产，其中“精”表示精良、精确、精美，“益”表示利益、效益等，自20世纪50年代由日本丰田汽车公司的大野耐一等人创立以来，迅速在全球范围内获得认可、重视及推广，在借鉴丰田生产方式（TPS）基础上，很多知名企业都改进建立了自己的精益生产方式，如通用全球制造系统（GMS）、德尔福制造系统（DMS）、福特生产方式（FPS）、法雷奥生产系统（VPS）等。尽管大家定义的名称不同、运用过程也存在差异，但其核心都是一致的，即实现及时制造、消除一切浪费。

简单地说，精益生产的就是要实现“5个精确”（或“5个恰当”）和“2个零”：将精确（恰当）数量的零件，通过精确（恰当）的包装和运输，在精确（恰当）的时间，送达精确（恰当）的位置，完成精确（恰当）的装配，生产过程“零缺陷”，按需制造“零库存”。实现“5精确、2个零”的精益生产过程，就是消除浪费的过程。

那何为浪费呢？根据汉语词典的解释，浪费是指生产和生活中对人力、物力和财力等资源不合理使用的一种行为和现象；多表示由于管理和配置的失误，导致消耗的资源超出了完成某项活动本身所需要的资源数量。在精益思想中，制造产品过程中正向改变产品特性（符合客户需求和产品制造标准）的直接操作时间，称为增值时间；其他操作时间都称为非增值时间。非增值时间又分为两类：第一类是为了实现增值作业必不可少的辅助动作的操作时间，比如取放工具、工装安装时间等；第二类是完全不创造价值却又实际存在的操作时间，如步行、等待、管理工作等。所以精益生产中消除浪费就是缩短非增值时间的过程。图1所示为流水线上某工位循环往复的操作的8个步骤，只有步骤4是正向改变产品特性的，其操作时间为增值时间，其余均为非增值时间；1、3、6为第一类非增值时间，2、5、7、8为第二类非增值时间。

按生产过程中存在形式差异，精益生产将浪费归纳为七种，简称“七种浪费”，见图2。

第一，过度生产。指违反“及时生产”的原则、制造过多或过早造成的浪费，直观表现为带来缺件或溢库。假如客户需求产品1000件，却提前生产出1500件，造成库存积压、资金周转不畅、生产不均衡等其他诸多问题，被称为“最大的浪费”。

第二，多余动作。表现为工位内布局不恰当、操作指导书设计不合理引起的操作员存在增值操作以外的动作，也包含员工未按标准化而自带的过多操作。

第三，物料搬运。表现有工序间距离过长，物料未按制定的路线运输、物料包装不符合标准、处理溢出物料过程等。

第四，等待浪费。包含工作不均衡、设备故障多而效率低、供货不及导致的人工等待，也包含设备闲置等待浪费，还有生产计划经常变动导致的换产等待浪费。

第五，库存浪费。包括材料库存、在制品库存及成品库存，库存带来的有产品积压变质风险、占用仓储空间、造成先进先出等管理问题、产生不必要的搬运等系列浪费，所以精益生产将库存称为“万恶之源”，力求“零库存”。

第六，过多操作。是指在已满足产品质量标准（客户需求）之外提高特性所付出的额外操作，在已固定售价的前提下，这显然是客户所乐见的，但是对厂家来说却是资源浪费。

第七，返修浪费。即对不良品进行修正造成的损耗，包含人力、设备、耗材及交货延迟，精益生产崇尚“零缺陷”就是为了消除该类浪费。

七种浪费中，多余动作可能隐藏于任何操作员的所有工作中；其余的六种浪费之间则可能相互触发，它们之间的转换关系如图3所示：

2 产品开发过程中的“七种浪费”

传统的产品开发过程是一个串联的过程，按顺序逐一完成上游工作再进入下一工序，除了相邻工作有联系外，各工作间几乎是独立的存在，与之匹配的各部门间也缺乏沟通交流。这必然导致工作团队沟通渠道不畅，目标不一致、相互需求不明确，进而引发各种冲突，甚至引发上游多项工作的返工，图4为各环节间常见的返工走向示意图。根据上一部分阐述，这就存在着极大的浪费。

那么是否可以将精益思想应用到产品开发中，归纳出相应的“七种浪费”呢？笔者尝试归纳如表1所示：

第一，计划异动。与正常的生产制造不同，产品开发属于项目、是非常规性的活动，受诸多因素的影响，计划往往会随进度而调整。便于解释，引入正常的计划变动和异常计划变动概念，前者是整个团队开发效率提升、进程提前、前后工序均能正常衔接，利于項目更快更好完成，而主动优化计划的活动；后者是由于某一环节突然延误而导致原定计划无法执行，被动调整计划的活动，譬如缺料、设备未按期到货、设计数据丢失、图纸交付滞后、产品性能需重大调整等。显然两种计划变动都会造成一定的消耗，但一般计划正常变动的消耗在可承受范围内并于其他方面给项目换来更大的价值，利大于弊；而计划异动所消耗的时间、人力、物力在整个项目范围内无法抵消，因此将计划异动列为产品开发的浪费之一。

第二，管理浪费。对应于工位布置或操作指导书不当，产品开发过程中沟通、协调、审批等管理活动更具普遍性，因此以管理过程的不良消耗作为一种浪费种类型。典型管理浪费包括组织机构不稳定人员频繁变动、团队职责定义不清晰、怠工不作为、审批流程繁琐、沟通渠道不畅、无效会议等低效、无效管理活动。与多余动作可能存在于生产制造的每一个过程，管理浪费也普遍隐藏于产品开发的每一个环节，不容忽视。

第三，转运浪费。有实物的非常规流动，如因计划调整而引发物料、设备、工具转移；也包含数据的异常流动，例如串行沟通渠道，数据更新后无法实现点对点交流，需要逐一传递，传输时间及风险增加。

第四，等待浪费。典型事例有：计划不合理出现上下工序衔接空档，上游工作滞后导致下工序无法推进，决策不及时，分工不均衡导致人或设备局部闲置等引发的浪费活动。

第五，库存浪费。主要指设备、工具、数据、人员等配置和材料、制品过多滞留库房。

第六，过多操作。泛指在满足产品标准之外的过度设计和多次加工。

第七，返工浪费。指不能满足产品标准或客户要求引发的返工，包含计划方案、图纸报告、工艺规划、设备安调、样品制造等修正过程。

同样的，产品开发过程的“七种浪费”也并非相互独立的，相互影响和转化关系更为复杂，如图5所示。由图可知，管理浪费可触发其他6种浪费，而其余的6种浪费活动都可能引起计划异动浪费，因此这二者是最普遍的浪费。

在传统的串联式产品开发过程中，各部门到点加入、独立运作，开发周期长，缺乏统一协调管理就是缺失有效的沟通渠道，导致目标不一致、相互需求理解有差異，显然这些都容易引发“七种浪费”（图6），致使开发效率低下和成本增加。为了改善这种情况，并行工程的开发模式应运而生，并迅速得到广泛认可和推广。

3 并行工程简述

1986年，美国国家防御分析研究所发表的R-338报告中，完整提出了并行工程（Concurrent Engineering，CE）的概念，即“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法”。这种方法要求设计之初就全盘考虑产品设计、制造过程各环节，打破传统的组织结构的部门藩篱不良影响，强调参与者群体协同工作的效应，亦即要求产品开发人员在设计伊始，就考虑产品整个生命周期中从概念形成到报废处理的所有因素（产品质量、成本、进度计划、市场定位及用户需求），拉动企业内的各部门沟通明晰客户需求、明确相互制约条件及要求，避免后续因沟通不畅而带来的反复返工。因此，并行工程实际是通过在产品设计阶段即集中企业资源于规划阶段，多谋划以减少后续冲突，实现缩短开发周期、提高产品质量及用户满意度等目标，行之有效的管理方法。

从并行工程的产生背景及释义可知，它具备以下四个方面特点：

第一，并行性：区别于传统产品的串联开发方式，并行工程需各部门产品开发工作同步开展（见图7），尽可能地减少前置任务对后续工作的影响。为了确保并行开发的有效性，产品数据需实现同步更新，确保实时唯一。

第二，一致性：一方面并行工程要求产品设计之初，集中各部门对产品市场定位、质量高度、成本控制、进度计划、制造策略等协商并达成共识，团队成员目标一致可有效为后续沟通减少或化解冲突；另一方面各区域基于同一产品数模工作，共用一个知识库及管理平台，数据信息一致。

第三，约束及继承性：各模块工作同步开发，产品设计、（制造）工艺规划、客户需求、质量要求等相互制约因素必然集中冲突在一起，所以并行工程要求产品设计之初建立约束条目，以应用于指导整个设计过程；而为了进一步的缩短开发周期和提高效率，已完成的约束条款将分门别类地形成知识库，供后续项目继承使用。

第四，集成管理：首先是项目团队人员集成管理，实现各部门、各模块负责人能快速响应，迅速消解冲突，推动领导决策，确保计划紧密执行；其次是信息的集成管理，建立适当的权限矩阵，确保数据唯一，同步更新，机密安全。

集成管理是并行工程重点和难点工作，良好的组织协调是促进和保障并行性、一致性、约束和继承性实现的基础。

4 并行工程能有效抑制浪费

下面从其特性出发，分析并行工程对于降低产品开发过程浪费的有效性，见表2。

表2 并行工程特性抑制浪费类型列表

特性说明 并行工程

特性 主要抑制的浪费类型

项目团队集成，组织稳定，高效沟通；数据集成，同步更新，统一发布 集成管理 管理浪费，等待浪费，转运浪费，计划异动

目标一致，数据&

信息一致 一致性 计划异动，库存浪费，管理浪费，等待浪费，转运浪费，过多操作

明确关联工序的需求，建立需求知识库供后续产品参考 约束及

继承性 返工浪费，管理浪费，等待浪费

并行开展工作 并行性 等待浪费，库存浪费

第一，集成管理性。产品开发开始即将不同部门的成员组成稳定的项目团队，分析产品的所有因素；分级确定协调管理负责人，响应机制，直至整个项目结束，可有效地抑制沟通不畅、人员变动、决策不及时等引发的管理浪费、等待浪费；统一的沟通平台，确保数据的同步更新和发布，可抑制信息的转运浪费，能集中分析、联动应对计划调整，降低产品计划异动，促进计划正向发展。

第二，一致性。项目初期，经过对拟开发产品各环节所有因素的讨论，已明确了产品概念、市场地位、质量水平、投产时间等基本信息，作为所有开发成员设计的基础，可降低过多操作和管理浪费；而后分解明确各阶段性工作时间节点，业务量，避免因时间点及业务量理解出入引起的计划异动和等待浪费；过程中数据、信息和计划一致，可减少无谓的会议（管理浪费），能针对性的备货，消除库存浪费和转运浪费。

第三，约束及继承性。约束性包括质量水平、投产时间等基本产品信息约束，还包括各工序、部门间相互之间的需求，比如销售对产品设计提出的客户需求、工艺装备能力对产品设计的限制、后工序对上游前置工作的时间要求等，以上约束信息提前相互确认、协商，能有效地避免返工、减少等待时间。将这些约束性条件及其他产品开发经验整理归档，后期产品开发继承使用，可以减少会议沟通、整理等管理动作，降低管理浪费。制造需求（Manufacturing Requirements，简称MR）就是目前汽车制造厂应用比较成熟的约束条件，它是在产品开发前期，制造工程师基于开发车型特点和工厂生产环境（设备能力、工艺需求、操作空间），整理出来的需求；前馈给产品设计工程师，作为产品开发时考虑的因素。MR建立数据库后，后续根据相应车型、平台、工装要求等进行筛选，实现继承应用，甚至固化成为生产工艺标准文件。

第四，并行开展各项工作，有效协调前后工作，能进一步缩短开发周期，抑制等待浪费，减少材料、设备、数据的仓储时间（库存浪费）。

综上，并行工程模式应用可以显著的降低产品开发中的浪费问题，减少开发周期、提高效率，同时面向客户设计，相对于传统的串联模式有着明显的优越性。因此，近年来其已成为制造业研究和应用的热点，尤其是在汽车制造及其附属产业，如今国际汽车巨头日本丰田、美国通用等在并行工程的应用上已日益成熟、形成体系；尽管起步不同，水平参差不齐，并行工程开发技术也在国内各汽车制造厂中得到了普遍應用，成为主流的产品开发模式。

5 并行工程支撑技术简介

经上所述，可知并行工程具有明显的优越性，然而这些优越性如何获取或者能实现多少，取决于并行工程产品开发的水平。集成管理程度和灵活性越高，目标和数据一致性越好，信息同步性越佳，约束及继承性使用越顺畅，产品开发的并行性就越好，对应的抑制浪费及降本增效效果就越优。为促进并行工程的应用效果而使用的一些辅助方法和先进工具，称为并行工程支撑技术。

常用的并行工程技术有：

第一，组织重构。开发模式由串联形式变为并联，各部门由独立顺序作业变为集中工作，首先要重新构建符合并行工程的组织机构及相关运行机制，要指定专门的协调负责人、技术决策者、管理统筹者，并予以充分授权，以实现快速决策、及时协作和灵活响应。

第二，开发过程重构。依靠团队的力量，对原串行开发流程的每一个环节，进行解剖分析，整理出关键工序清单、关联工序的前置及后续工作清单，理清每一工序的约束条件（客户需求、法规限制、设计能力、生产设备能力等）和时间周期，在此基础上，再讨论、分析、构建成最初的并行工程开发流程，后续实施过程中不断验证完善。

第三，计算机技术。这包括两个方面：一方面是计算机应用技术用于提高开发的效率及验证其正确性，如CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAE（计算机辅助工程）；另一方面是基于计算和网络实施的协同环境平台，比如数据维护和发布系统、问题管理系统、电话会议系统、产品进度跟踪系统等，稳定的协同环境能有效地促进集成管理，缩短数据的整理统计时间，确保信息一致和同步。

第四，反向工程技术。反向工程是指从模型（或事物）逆向分析出数据的方法，可以迅速地获得手工样品、对标产品的准确参数，作为产品概念设计和详细设计的参考。

第五，互联网技术。并行工程考虑产品整个生命周期所有环节，各部门、各环节同步开发，客户需求如何传递到正确的设计者、设计者之间需求冲突、管理者（协调者、决策者）如何快速获取并应对冲突点，这些问题应用适当的互联网相关技术可获得良好改善。

6 结语

因为明显的优势，随着新技术的不断发展，相信并行工程将获得更广泛应用；与时俱进，不断融合互联网等前沿技术及新思维，并行工程产品开发将获得长足的发展，更有效地削减浪费，提高效率。

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[5] 赵孝国.并行工程技术在汽车制造业中的应用[J].信

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作者简介：谢双（1984-），男（壮族），广西桂林人，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：汽车集成开发及冲压制造；杨胜统（1978-），男，广西凌云人，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：汽车集成开发与制造；尧永春（1972-），男，广西玉林人，上汽通用五菱汽车股份有限公司高级工程师，硕士，研究方向：汽车集成管理技术；蒋士洪（1968-），男，广西柳州人，上汽通用五菱汽车股份有限公司高级工程师，研究方向：汽车集成开发与

制造。

（责任编辑：周 琼）