精益管理和DFMA双剑合璧

李建哲

精益生产的成功与困惑

精益管理，一言以蔽之， 就是要持续改进，消除流程当中的一切浪费，从而使企业在激烈的竞争中立于不败之地。近20年来，很多中国企业成功引进和推行了精益管理方法，不但提高了生产效率，降低了生产成本，提高了生产质量，还提高了按时交货率，扩大了市场份额。精益管理的成功运用对企业的发展极为重要。例如，富士康成功运用精益方法和精益原则，极大地提高了生产运营效率，仅凭代工生产就成为世界级的巨无霸企业。

但是一提起精益，人们首先想到的是精益生产而不是精益管理，这是为什么呢？这是因为从多数企业推行的过程来看，确实是从生产部门开始推行精益的，当取得一定成果之后，再逐步扩大到与生产紧密相关的部门，例如维修部、工艺部、质量部、采购部、仓储管理与物流等部门，也就是说，按照精益思想的观点，精益极大地促进了以下过程：一是从最初客户提出要求到产品送货的信息流动的订货过程；二是从原材料到客户手上的物质产品的整个生产过程；但是对另一个重要过程，即从概念到投产的设计过程则涉及相对较少。我们不妨想象一个这样的场景：某著名制造企业的高层领导找到精益办主任谈话，他拿着一幅微笑曲线的图表，告诉这位精益专家说：“我们的制造过程处于产业链的底端，我们不能再打价格战了，我们的产品需要升级换代，我们需要向研发要效益，请问精益办有什么好办法，把精益这么好的理论和方法推广到研发部呢？”精益办主任则面露愁容说：“确实有不少生产部和工艺部的员工反映研发部的问题，例如说研发部设计的新产品没有听取生产部的意见，结果新产品设计出来后不好装配，给出的公差不合理等等。我们也想了很多办法，试图把精益方法推广到研发部，但是研发部的工程师反映说，精益理论虽好，但是大多数方法对研发部并不适用，所以我对这个问题一直也很苦恼。”

那么有没有哪种理论方法既符合精益思想又能适合在研发部推广呢？有的，DFMA就是。DFMA（Design for Manufacturing and Assembly，面向制造与装配的设计）在产品设计阶段，就充分考虑来自于产品制造和装配的要求，使得研发工程师设计的产品具有很好的可制造性和可装配性，从根本上避免在产品开发后期出现的制造和装配质量问题。

精益管理与DFMA的关系

产生的时代背景和目的完全相同

20世纪70年代以来，世界制造业市场形态发生了根本性的转变，信息技术的发展促进了全球大市场的形成，世界市场的特征由传统的相对稳定，逐步演变为动态多变，由过去的局部竞争演变为全球范围内的竞争。同行业之间、跨行业之间的相互渗透和相互竞争越来越激烈；长期卖方市场变成了买方市场，顾客对产品质量、交货期、成本和种类的要求越来越高，产品的生命周期越来越短，可以说产品已经成为制造业的核心，一流产品不仅是成功的源泉，更是企业持久成功的基础。

在这样的背景之下，以丰田、松下等为代表的日本先进企业，在学习美国先进管理经验和方法的基础之上，适应市场逐渐摸索出了自己的更加高效的生产方式。尤其是在20世纪70年代以后，日本企业在汽车和半导体等行业逐步确立了世界市场的优势地位，完败美国相关行业。之后的美国企业和管理学界知耻而后勇，在学习和研究日本企业，如丰田生产方式的基础上，逐渐发展出了精益生产、六西格玛、并行工程等新的管理理论和方法，对美国经济在20世纪90年代的振兴产生了重要的促进作用，其中DFMA作为并行工程的核心工具，在这样的背景下应运而生。不难看出，这些管理理论和方法的根本目的都是一致的，即为了适应迅速变化的市场需求，真正提高企业的竞争力，现代企业必须解决TQCS（T， Time to Market上市时间； Q， Quality质量； C， Cost成本； S， Service服务）难题，即以最快的速度、最好的质量、最低的成本以及最优的服务来满足不同顾客的需求。

精益管理与DFMA管理原则相近、工具方法相通

首先，我们看一下精益管理的追根溯源原则与DFMA的“第一次就把事情做对”原则的关联性。在解决问题时，精益有一个著名的“5WHY”方法，就是要打破砂锅问到底，直至把问题的根源找出来解决掉；如果遇到非常复杂棘手的问题需要解决，有可能会用到精益六西格玛方法；如果经过调查分析，最终发现是设计上有问题，还可能用到六西格玛设计的方法，推倒重来，进行重新规划设计。那么，如果能在研发上做到“第一次就把事情做对”不就简单了吗？DFMA，面向制造和装配的产品开发的核心就是“研发部设计，生产部制造，但设计会充分考虑制造的要求”，第一次就把事情做对。这样做的结果就是：产品设计修改次数减少，产品开发周期缩短，产品成本降低和产品质量提高。

在减少产品设计修改次数方面，面向制造和装配的产品开发倡导第一次就把事情做对的理念，把产品的设计修改都集中在产品设计阶段完成，在产品设计阶段，产品设计工程师投入更多的时间和精力，跟生产和装配部门密切配合，使得产品设计充分考虑产品的可制造性和可装配性，等产品进入到制造和装配阶段后，由制造和装配问题引起的产品设计修改次数就大大减少了。

在缩短产品开发周期方面，正是因为面向制造和装配的产品开发坚持了“第一次就把事情做对”的理念，所以能够大幅缩短产品开发周期，缩短产品上市的时间。相对于传统产品开发而言，面向制造和装配的产品开发能够节省39%的产品开发时间。遗憾的是，目前有些企业为了缩短产品开发周期，压缩在产品设计阶段的时间和精力的投入，在产品设计还没有完善之前匆匆忙忙进行模具设计和制造，结果只能是事倍功半适得其反，反复修改才能把事情做对，产品开发的时间反而大幅增加。

在降低产品成本方面，面向制造和装配的产品开发能够大幅降低产品成本，因为产品设计阶段决定了75%的产品成本，面向制造和装配的产品开发，同时也是面向成本的开发。相同的一个设计修改，在产品设计阶段，只需要在三维设计软件中修改产品的图样，需要的费用只是工程师的设计费用，大约1000到2000元；样品制作阶段，这就需要1万到2万元；在產品制造和装配阶段，设计修改会导致模具的修改和装配工艺的变更，此时需要的费用可能就是10万到20万元；一旦产品已经量产，再需要进行设计修改，这时影响范围就更广，导致的费用就更高，可能达到100万到200万元；更有甚者，如果产品发生严重的质量问题，需要召回，此时的费用可能就不仅仅是1000万到2000万元了，这会严重破坏公司的声誉，这种损失绝对不是用金钱可以衡量的，例如某些汽车公司因为安全隐患问题，不得不大量召回汽车，常常会蒙受超过十亿美元的损失！

在提高产品质量方面，面向制造和装配的产品开发使得产品具有很高的可制造性和可装配性，产品设计在产品开发原始阶段就得到了优化和完善，避免了产品在后期制造和装配中产生的质量问题，从而大大提高了产品的质量。

其次，精益管理与DFMA都遵循大道至简原则。 在这一原则上，DFMA和精益管理是完全一致的。例如精益管理的基础就是在现场推行5S和可视化管理，这样做的目的就是使现场的管理变得简单，一目了然，不容易出错，并且效率也得到极大的提升；精益管理当中的“消除七大浪费”遵循大道至简的原则，因为在运营管理过程当中，通过消除过量生产、库存、搬运、返工等七大浪费，使流程变得简单而顺畅，从而极大提升了生产效率。DFMA同样也遵循了大道至简的原则，也就是KISS（Keep It Simple， Stupid ）原则。在DFMA中，KISS原则是指产品的设计越简单越好，简单就是美，任何没有必要的复杂都是需要避免的，KISS原则是DFMA中最重要的一条设计原则，几乎贯穿了DFMA的每一条设计指南当中，例如减少零件数量、简化产品设计等。一般来说，在产品中零件数量越多，产品制造和装配越复杂、越困难，产品制造费用和装配费用就越高，产品的开发周期就越长，同时产品发生制造和装配质量问题的可能性就越高。在确保实现产品功能和质量的前提下，简化的设计、更少的零件数量能够降低产品成本，缩短产品开发周期，提高产品开发质量。高水平的产品设计师把复杂的东西设计得很简单；低水平的产品设计师把简单的东西设计得很复杂。

这里需要强调的是，在DFMA中减少零件数量、简化产品设计是非常符合精益原则的。因为，更少的零件需要进行设计，更少的零件需要进行制造，更少的零件需要进行测试，更少的零件需要进行购买，更少的零件需要进行存储，更少的零件需要进行运输，更少的产品质量问题出现的可能性，更少的供应商，更少的装配工具，更少的装配时间等等，这和精益管理当中的减少“七大浪费”的目的是完全一致的！并且是从研发的源头上去减少“七大浪费”！所以，DFMA对提高产品质量、缩短产品开发周期和生产周期、降低开发成本和生产成本都有非常大的帮助。

第三，标准化的原则。标准化的原则在提升产品质量、提高生产效率、以及降低产品成本方面起着巨大作用，标准化的原则在精益管理中无处不在。例如，5S（Seiri整理，Seition整顿，Seiso清扫，Seiketsu清洁，Shitsukde修养）当中的第四个S“清洁”，实际上就是要把前面三个S“整理、整顿、清扫”标准化；又如，精益生产线上作业的标准化，图文并茂，非常详尽；再如完成精益改进项目之后，为了持续保持成果，要把改进成果标准化。同样，标准化工作在DFMA当中也无处不在，首先在设计过程当中，必须运用零件的标准化原则。零件的标准化和避免零件定制，具有如下多种好处：第一，零件标准化能够减少定制零件所带来的新零件开发时间和精力的浪费，缩短产品开发周期；第二，零件标准化能够带来零件成本的优势； 第三，避免出现质量问题的风险。

当然，DFMA最大的标准化是其“设计指南”，在DFM（面向制造的设计）中，包括塑胶件的设计指南，钣金件的设计指南，压铸件的设计指南，机械加工件的设计指南等；在DFA（面向装配的设计）中主要有零件的设计指南，模块化设计指南以及装配设计指南等。另外，DFMA中还包括了公差分析和设计的指南，以及面向制造和装配的设计检查表等。有了这些“相对标准化”的设计指南，将极大提升研发工程师的设计工作效率和产品设计质量。

第四，精益管理和DFMA的很多工具和方法是相同或相通的。这里仅举两例，即防呆措施和人机工程学的应用。在精益生产实践中，人们用防呆措施的方法进行了大量的质量改进，收到了非常好的效果；

同样，在DFMA中防呆措施的应用也有很多。其中主要包括两类：第一是单个零件本身的防错，即零件在正侧的装配位置旋转一定角度后，例如90度或180度，零件是否还可以继续装配，USB接口的防错就是一个很好的例子；第二是零件与零件之间的防错，一个零件在产品中应当只能在一个装配位置进行装配，如果一个零件在另外一个装配位置也可以进行装配，那就会带来装配错误的问题。所以设计中的防呆措施有几个原则：第一，零件仅具有唯一正确的装配位置；第二，零件的防错设计特征越明显越好；第三，要夸大零件的不相似之处； 第四，要夸大零件的不对称性；第五，设计明显的防错标识等等。

在精益生产的工位布局或生产线布局当中，我们经常会用到人机工程学，例如防止过多的弯腰，防止过多的走动，防止过多的搬运等以提高工作效率和安全性。在DFMA中，也经常要用到人机工程学。例如，如何避免视线受阻的装配、避免装配操作受阻的装配，以及避免操作人员受到伤害，或者是减少工具的使用种类，避免使用特殊工具等等。这些恰恰又是从研发的源头去提升产品质量和提高生产效率。

第五，精益管理与DFMA都在不断的发展和完善当中，符合“持续改进”的原则。以精益管理为例，首先发展的是精益生产，然后发展到精益营销、精益研发、精益财务、精益采购甚至是精益供应链。而DFMA则面向产品的整个生命周期发展成了DFX。DFX是指面向产品生命周期的设计，DFX是基于并行设计的思想，在产品概念设计和详细设计阶段就充分考虑到产品生命周期中的各种要求，包括制造工艺要求、装配工艺要求、检测要求、包装与运输要求、维修要求、环保要求等，使得产品设计与这些要求之間紧密联系，相互影响，将这些要求反映到产品设计中，从而保证产品以较低的成本、较高的质量和较短的产品开发周期进行开发。DFX不再把产品设计看作一个孤立的任务，而是利用现代化设计工具和DFX分析工具设计具有良好工程特性的产品。除了DFMA之外，目前比较成熟的DFX技术还包括以下方面：

DFI，面向检验的设计；

DFS，面向维修的设计；

DFE，面向环境的设计；

DFR，面向回收的设计。

第六，精益管理和DFMA双剑合璧，在许多企业都有成功应用的案例。

无论是精益管理还是DFMA的设计理念，对美国工业界都产生了巨大的影响，现在几乎所有的美国制造企业都在使用精益和DFMA，已经有无数企业通过整合、应用精益方法和DFMA，获得了显著的成功：帮助企业缩短了产品开发周期与生产周期、降低了产品成本和提高了产品质量。例如波音公司通过推行精益拉动式管理，每年仅在生产线上就节约500万美元；其中采用DFMA的设计策略，以焊接工艺替代了原来的铆接和连接方法，不仅减少了大量加工孔的大型设备，同时还提高了产品质量约20%以上。又如戴尔公司经过长期推行精益管理，后来居上，在个人电脑业务方面远远超越了IBM ；其中在笔记本电脑设计中使用的DFMA简化了产品结构，减少了零件数量，产品的装配时间减少了72%，测试时间减少了63%。

综上所述，精益管理与DFMA不但起源相同，而且目标一致、原则相近、甚至方法相通。对于一个需要转型升级、产品不断更新换代的制造企业而言，仅仅推行精益生产是不夠的，必须要结合精益研发，推行精益管理，而DFMA就是精益研发当中的非常重要、促使精益研发落地的有机组成部分。

推动精益管理与DFMA联合实施的关键要素

在一个企业推动精益管理的同时，如何也能很好地推动DFMA的建设呢？笔者认为我们需要做好以下几方面的工作：

首先，高层领导要充分重视，把DFMA作为研发管理的一项基础工作来抓，甚至我们不妨提出这样的要求：推行精益管理，在制造部就是推行精益生产， 在研发部就是推行DFMA！

其次，在组织建设方面，精益管理组织成立之初，就要包括公司所有的部门，尤其要注意包括研发部，研发部的工程师们掌握了精益的原则和方法，对他们日后进行面向产品装配和制造的设计工作也会起到很大的帮助作用。

第三，要注重思想的转变，使产品设计工程师意识到：精益不仅仅意味着精益生产，也意味着精益研发。产品设计工程师应该改变产品开发以设计为主的想法，产品并不是想怎么设计就怎么设计，产品设计固然需要一些创新，但同时也必须遵循产品制造和装配的规律，产品设计工程师应当从“我们设计，你们制造”转变为“我们设计，你们制造，但设计充分考虑制造的要求”，而对于企业来说，应当改变企业以往重制造、轻设计的思想，加大对产品设计的投入，同时大力支持企业实施面向制造和装配的产品开发。

第四，建立面向制造和装配的产品开发团队。除了产品设计工程师之外， 产品开发团队中还需要包括制造和装配工程师等，以进行充分的跨部门团队合作。

第五，实施面向制造和装配的产品开发流程。企业首先应当抛弃传统产品的开发流程，在企业内部推广使用面向制造和装配的产品开发流程。这需要企业高层的支持。面向制造和装配的产品开发流程的具体实施则依赖项目工程师的管控。项目工程师应当理解面向制造和装配的产品开发的内涵，制定合理的产品开发进度，组建产品开发团队，参加面向制造和装配的产品开发讨论，在产品设计阶段就完善产品的设计。

第六，进行面向制造和装配的产品工程师的培养，而不仅仅是培训。由于对面向制造和装配的产品开发的认识和认知不足，同时缺乏具有相关理论和知识的产品设计工程师，尽管很多企业想推广使用面向制造和装配的产品开发，但心有余而力不足。所以针对产品设计工作的面向制造和装配的产品开发培训必不可少。另外，在有条件的情况下，把产品设计工程师派到设计的后方去，让产品设计工程师亲身参与和体验产品的制造和装配过程，那么他一定会体会到，如果产品设计没有考虑到制造和装配的要求，产品制造和装配将是如何困难，在日本，产品设计工程师往往只有在工厂工作一段时间，充分理解了产品的制造和装配过程之后，才有机会从事产品的设计工作，这是值得我们借鉴的。

总之，在这个制造企业不断进行转型升级，产品不断更新换代的新时代，推行精益管理势在必行，精益管理要包括精益研发势在必行，而DFMA又是精益研发当中的不可或缺的组成部分。