管理 4.0———试论第四次生产管理体系变革
2023-09-18 来源：新工业网
随着工厂制度在英国工业革命中诞生，生产管理作为一种专业的管理体系正式形成。在之后的两百多年里，生产管理体系伴随着三次工业革命先后经历古典管理、科学管理和精益管理三次重大的体系迭代。众所周知，第四次工业革命即将在本世纪到来，那么生产管理体系会不会再一次在新工业革命的进程中发生变革呢？
一、生产管理体系的发展
1.1 古典管理体系
1771年，理查德·阿克莱特建立了一家多台多轴纺纱机和300多名工人的纺纱厂，标志着工厂制度正式诞生。工厂制度具有规模巨大、分工专业和管理集中的优势。这使得工厂的生产效率远高于手工作坊。到了1850年，英国纺织行业平均劳动生产率相较于1792年提高了13倍。
亚当·斯密在1776年出版了《国富论》，这标志着劳动分工正式上升为一种生产管理理论。他指出如果一个工人单独制造大头针，1天最多制造出20枚。但将该生产过程分为18种不同的作业后，10个工人1天便可以制造出48000枚。大头针的生产效率提升了240倍。这说明劳动分工确实可以大幅度提高生产效率。
第一次工业革命因生产大规模化的需求催生了劳动分工和工厂制度。这是那个时代最先进的生产管理理论与实践，是人类第一次探索出来的专业的生产组织方式，被称为古典管理。这也是生产管理史上的第一个高峰，不妨称之为管理1.0时代。
1.2 科学管理体系
最初的劳动分工只能将结构简单产品的制造过程分解成若干个工种，但无法对作业过程和作业方法进行优化。此外，对于像汽车这种复杂产品的生产过程依然无法实现很好的分工。
1911年，划时代的《科学管理原理》出版，标志着泰勒制正式形成。弗里德里克·泰勒在开展“生铁搬运试验”和“铁锹试验”之后，总结出了时间研究和方法研究，为作业过程和作业方法改善提供了强大的工具。
1913年亨利·福特建立了第一条装配汽车的流水线，开创了复杂产品的大批量生产模式。流水线的应用极大地提高了汽车的生产效率。福特公司在随后的20年里生产出了1500多万辆T型车。流水线生产方式极大地提高了生产效率，因此得到了广泛的应用，至今仍是最重要的生产方式之一。
流水线生产和泰勒制共同组成了科学管理体系。它是生产管理史上一次气势恢宏的飞跃。如果英国的古典管理体系是生产管理的1.0时代，那么美国的科学管理体系就是2.0时代。
1.3 精益管理体系
科学管理也存在两个问题，一是它没有对质量与可靠性进行详细研究，二是它没有解决上下游工序之间协调配合的问题。而这两个问题中隐藏着一种全新的生产方式。
二战结束后，为了提高产品质量、发展工业经济，日本开始向美国学习质量管理。日本政府与产业界大力推行全面质量管理（TQC）等一系列质量活动。在戴明、朱兰和石川馨等专家的帮助和推动下，日本制造的质量水平很快就全面赶上了美国。全面质量管理在日本的企业管理实践中逐渐完善，并取得了巨大的成功。
与此同时，为了适应日本狭小的汽车市场，丰田汽车的大野耐一以“自働化”与“准时化”思想为基础，创造出了一种适用于多品种小批量的全新生产方式，即准时化生产方式。它可以有效解决工序间协调配合的问题，大幅度减少生产过程中库存浪费。
全面质量管理与准时化生产方式相结合，形成了一套全新的精益管理体系。1980年日本以1100万辆的汽车产量成为世界第一大汽车制造国。随后精益管理席卷全球，颠覆了传统的大批量生产方式。生产管理体系也迎来管理3.0时代。
二、管理4.0时代即将到来
2.1 工业革命与管理体系的关系
一般认为，三次工业革命分别开始于18世纪60年代、19世纪60年代和20世纪40年代。而古典管理大致开始于18世纪70年代，科学管理开始于19世纪80年代，精益管理则开始于20世纪50年代。生产管理体系似乎总是在工业革命的进程中形成，并且诞生时间略晚一些。这种时间上的关系只是偶然，还是存在着某种必然联系呢？
第一次工业革命开始后，蒸汽机和机械纺织机逐渐投入使用，纺纱织布的效率大幅提升。于是手工作坊购置更多的机器，生产规模迅速扩大，原始的手工作坊逐渐转型为正规工厂。为了保证大量机器的高效运转，各环节都必须比以往更高效和可靠，因此工厂里的劳动分工更为专业和细致。工厂规模越大，生产管理和过程控制就越重要，于是工厂管理制度逐渐形成并完善。
在第二次工业革命中，由于电气产品和汽车等相较于纺织品要复杂太多，这使得流水线生产方式成为复杂产品大规模生产的必然趋势。而电气技术的应用，也使得零件尺寸的精度更高，零件互换成为可能。这保证了流水线生产方式的有效运行。另外，流水线生产方式必然要求更加科学地作业研究和分析，因此科学管理就成了流水线生产方式大规模应用的重要保障。
第三次工业革命中，随着信息技术的发展，信息的传递和处理更加高效。企业可以更及时地了解客户需求，生产出更符合客户需求的产品，即在客户需要的时候生产所需数量的所需产品。这便是准时化生产方式。而为了实现准时化生产方式，管理体系必须能够应对这种精准的、高质量和高可靠的生产方式，因此精益管理体系应运而生。
工业革命并不仅仅是技术革命，而是工业技术、生产方式和管理体系三个维度的变革总和。工业技术是原动力，没有工业技术的突破，工业革命就无法启动。而生产方式是工业技术大规模产业化的重要手段。革命性的工业技术一定会重塑生产方式，而新的生产方式又必须要求相适应的生产管理体系。因此，工业革命在其发展过程中一定催生新的生产管理体系。由于生产管理体系变革是为了适应工业技术引起的生产方式转变，故而管理体系变革一般会比技术变革要晚一点。
综上所述，第一次工业革命是蒸汽技术、工厂生产方式和古典管理体系的变革总和。第二次工业革命是电气技术、流水线生产方式和科学管理体系的变革总和。第三次工业革命是信息技术、准时化生产方式以及精益管理体系的变革总和。一场真正的工业革命必须彻底改变人类生活方式，并且以最大规模影响整个社会。工业革命必须由技术变革触发，由生产方式变革实现大规模扩散，并且由新生产管理体系予以保障。只有工业技术、生产方式和生产管理体系共同的变革才能引发整个社会生活方式的巨大转变。图1是工业革命一般框架。
图1 工业革命的一般框架
那么为什么这3个要素的变革就会爆发一场工业革命呢？这是因为工业革命的本质是实现了人类社会需求特性的巨变。人类社会的需求特性经历了从“数量”到“功能”再到“质量”的转变。18世纪以前，人类社会处于物质匮乏时代，因此这一时期人类的需求特性是“数量”。19世纪以后各种发明如雨后春笋，这一时期人类的需求特性是像电灯、电话、汽车这种全新的“功能”。20世纪以后，人们对于品质的追求越来越高，因此“质量”成为人类对产品需求的主要特性。
三次工业革命刚好实现了人类社会的三种需求特性的跃迁。蒸汽技术能够为制造系统提供充足的能量以实现大规模生产。电气技术能够为制造系统提供精准的能量以实现复杂的功能性产品的制造。信息技术极大地提升了制造系统的可控性，使得整个制造过程更加可靠稳定，从而满足高质量的产品生产。三次生产方式与生产管理体系变革也为人类社会三次需求特性的转变提供了生产性保障。
2.2 新工业革命与管理4.0
根据前文的结论，新一轮工业革命必定要满足新一轮人类需求特性的巨变。人类社会在满足了“数量”、“功能”和“质量”需求后，下一个需求特性是什么呢？根据马斯洛需求层次理论，人的需求会从低层次向高层次发展。“数量”、“功能”和“质量”属于人类对产品的中低层次的需求特性。随着低层次需求的普遍满足，人的更高层次的需求将逐渐凸显出来。目前人们对“好看”和“体验”的偏好越来越强烈，因此可以推断“审美需求”或许就是人类下一个的需求特性。新工业革命可能需要实现人类需求特性从“质量”向“审美”的跃迁。
前三个需求特性具有高度的共性，对于不同客户来说，“数量”、“功能”和“质量”一般具有统一的感知标准。但“审美”却具有很大程度的差异性。每个人、每个地区、每个时期的“审美”都没有统一的标准。在审美需求特性下的产品除了必须普遍精致外，更加具备普遍的多样性。而目前的生产方式和生产管理体系还无法很好地应对超大规模的多样性需求。
2013年，德国在汉诺威工业博览会上提出了“工业4.0”新制造概念。2014年，美国通用电气和IBM等企业成立工业互联网联盟，试图重新定义互联网生态下的制造业。中国在2015年也提出“中国制造2025”战略规划。再从企业层面来看，数字化转型和智能制造正在如火如荼地进行着。各大工业巨头都不遗余力地布局最先进的制造技术，为下一轮技术变革做足了准备。毫无疑问，第四次工业革命已经处于了萌芽状态。
而如果第四次工业革命爆发，整个社会生活方式都会发生巨大变化。而目前来看，能够对人类社会产生大规模、大深度影响的技术可能会是人工智能。相应地，生产方式必定会因人工智能的大规模应用而发生系统性变革。可以肯定的是，伴随着新工业革命的到来，生产管理体系将迎来管理4.0时代。
综上所述，第四次工业革命可能是人工智能技术、量子化生产方式和互联管理体系的变革总和。人工智能是下一次工业革命的核心技术，会普遍应用于科技创新和生活生产领域。它是创造未来科技的科技，是未来的“基础智力公共设施”。量子化生产方式将是“审美”特性下满足产品普遍多样性的全新生产方式。互联管理则是保证量子化生产方式的实现和大规模应用的第四代生产管理体系。下面将详细介绍量子化生产方式与互联管理体系。
三、新一代生产管理体系
古典管理体系包括工厂生产方式与劳动分工两大内容，科学管理体系包括流水线生产方式与泰勒制两大内容，精益管理体系包括准时化生产方式与全面质量管理。那么新一代生产管理体系则包括量子化生产方式与系统互联分析，称为互联管理体系。
3.1 量子化生产方式
在审美需求特性下，企业为客户提供的产品将会越来越差异化。以后企业生产相同产品的批量会越来越小，一次生产一大批相同产品的情况会越来越少。未来企业需要处理极为细碎的订单、极小的生产批量和实时变更的客户需求。生产系统将面临从“小批量多品种”向“单件无限品种”的转变。很多订单可能是单件一次性的，不会有第二次生产的可能。大批量重复生产的工厂运作模式会转变为单件一次性生产模式。当然没有审美需求差异的产品依旧可以沿用大批量生产方式，例如啤酒、洗衣机等。
这种“单件无限品种”是最小的批量，不可再细分的批量，类似于物理学中的“量子”概念。因此这种能够处理不可再细分批量的“单件无限品种”的生产方式可以叫做“量子化生产方式”。量子化生产方式是对未来极限差异化客户需求的一种应对方案，是审美需求特性决定的生产方式。与传统的流水线生产方式和准时化生产方式相比，量子化生产方式有以下五个显著的特点。
一、客户管理具体化。量子化生产方式需要面向全部具体的客户，对每一个具体的客户进行极致的客户管理。只有对所有客户进行具体化的需求管理才能实现“单件无限批量”的订单管理。客户管理系统将从粗放阶段进入精细化阶段。精准的客户需求管理和量身定制的客户服务是量子化生产方式运行的前提条件。
二、产品生产量子化。量子化生产方式可以根据每一个客户的不同需求进行单件产品开发和生产。量子化生产方式的产品生产和交付是一份一份的，无需成批或连续地生产。每一个客户对应一个订单，每一个订单对应一款定制产品，每一个产品对应一套生产流程。
三、产品开发极速化。快速的产品开发是量子化生产方式的基础，也是应对客户无限多样化需求的基本要求。以往需要几个月时间的产品开发可能被减少至几天甚至一天。快速的产品开发可能需要人工智能辅助才能实现。
四、生产系统全能化。如果生产系统具备生产“无限品种”的能力，那么必将逐步全能化。全能化的生产系统可以随时根据产品设计标准调整生产流程和制造工艺以生产出各种不同的产品。
五、系统复杂度极限化。量子化生产方式可以应对极高复杂度的客户需求和无限品种的生产状态，因此运行量子化生产方式的生产系统具有极高的复杂度。订单处理、产品开发、生产设备、工艺流程都会越来越复杂，以往线性式的生产过程可能会转变为矩阵式生产过程。
以上五大特点主要由量子化生产方式“单件无限品种”的需求特性决定。客户管理的具体化和产品生产的量子化是未来需求端的基本特点。产品开发的极速化和生产系统全能化则是供给端的基本特点。需求端的量子化和供给端的全能化必然要求生产系统必须具备极高的信息和物质处理能力，因此生产系统必然会越来越复杂化。
3.2 互联管理体系
面对审美需求的无限多样性，量子化生产方式可能是一种有效的办法，甚至是一种必然趋势。但量子化生产方式的实现并不是一件容易的事。量子化生产方式的基本问题都未得到具体的研究和解决，例如如何管理量子化的客户，如何实现极短的产品开发，如何管控无限品种的即时生产等。
要解决以上问题，并成功实现量子化生产方式，则需要全新的生产管理体系。目前成熟的三套生产管理体系或许可以从形式上解决以上问题，但是其所付出的成本和代价太高。因此新的生产管理体系必须可以在极短时间、极低成本、极高质量的条件下实现量子化生产。这就是说量子化生产系统既要具备“量子级”的操控能力，又不至于付出太高的成本和代价。
图 2 互联管理体系结构图
具备“量子级”操控能力必然要求生产系统逐步走向复杂化和全能化，这使得维持生产系统运行的成本非常巨大。全能化的生产系统必然要求极高的信息处理能力和物质处理能力，即需要更多更全面的先进生产设备和信息处理系统。因此，量子化生产方式必须依靠人工智能为主导的敏捷研发系统和超级智能工厂才能实现。从目前的趋势来看，生产制造工厂的投入确实越来越大，例如动辄几十亿投资的芯片工厂。普通的加工工厂和人工生产线将会逐渐消失，取而代之的则是高度智能化的生产制造工厂，类似于西门子基于数字孪生技术的数字化工厂。
实际上，任何企业都不可能构建一座可以生产任何产品的工厂。实现量子化生产方式的关键不在于先进的工业技术，而在于如何降低量子化生产方式运行的代价。工厂全能化必然造成大量的物质加工资源和信息处理资源的冗余。因此如何有效利用和分配量子化生产方式下的冗余生产资源和制造系统计算力便成了新一代管理体系的关键所在。根据系统工程理论，系统要素之间充分的联系是系统高效运行效率的根本所在。实际上只有实现以下几个方面的充分联系，才有可能以较低代价实现量子化生产方式。
一、客户、企业和供应商之间的纵向联系。
二、需求、技术和生产之间的纵向联系。
三、产品、设备与员工之间的纵向联系。
四、人与人、物与物、组织与组织之间的横向联系。
五、企业与其他外部组织的横向联系。
以上五种联系是生产系统内外部各要素互联互通的具体体现。构建和运行这五种联系是新一代生产管理体系的主要形式，因此新一代生产管理体系可以称为互联管理体系。以前的管理体系的管理对象是人、设备、物料、工艺等具体的单一要素，互联管理体系的管理对象则是各要素之间的联系。互联管理的核心任务是对以上五种联系进行分析、重组、优化，消除各业务流程之间的提前期（Lead time），这个过程称为系统互联分析。反过来说，系统互联分析则是互联管理的核心方法和工具。具体来说，互联管理的任务包括实施全面客户管理（TCM）、制定量子化生产标准和流程、建立智能互联工厂、运行工厂级操作系统、构建产业公共服务平台等等。
经过科学管理和精益管理的长期应用，流程内部的作业方法和工序间协作的改善空间已经不大了。目前存在着大量浪费的环节是业务流程之间的联系，即各流程之间的提前期。而其根本原因在于各流程之间是间断的，非互联的。互联管理可以实现产品开发、物料供应、生产交付等业务流程互联互通、实时处理和动态调整，缩短流程衔接上的提前期。同时互联管理也可以通过系统互联分析，消除业务流程之间的浪费问题，大幅减少提前期。
互联管理的优势在于它可以监控所有流程的运行状态，实时调整资源配置；以及获得流程的运行数据，进而可以对流程协作进行优化。科学管理的效率主要来源于工序内部分工协作，消除作业过程中的动作浪费；精益管理的效率主要来源于工序之间的有序协作，消除工序之间的库存浪费。互联管理的效率则来源于流程之间的互联，消除流程之间的提前期，即时间浪费。
除了企业内部系统互联之外，产业体系互联也是互联管理的重要内容。企业在实施互联管理时不仅仅要构建内部的互联，还要构建外部的互联，例如通过产业公共服务平台重组和配置企业外部资源从而实现代价有限的全能制造系统。
四、展望
2010年中国的工业总产值已经超过美国，成为全球第一的制造业大国。2020年，中国大陆（含香港）的世界500强企业数量达到124家，首次超过美国的121家。毫无疑问，世界制造中心正在由美国向中国转移。作为21世纪世界制造中心的中国最有可能开创新一代生产管理体系，迎来管理4.0时代。与英国的古典管理、美国的科学管理和日本的精益管理一样，或许中国的互联管理可以全面推动中国社会大生产体系的飞跃，促进第四次工业革命在中国爆发。
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