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培训讲师谈管理:精益设计打造新型制造业

企业培训师吉宁 2015年12月12日 培训讲师谈管理

 理解3D技术系统和精益设计模式

企业对制造及设计(制造的前提)的认识即将发生重大变化,由于3D打印技术的出现,制造及设计将被整合成一种精益的设计模式,装配和制造过程的复杂性会降至最低。因此,管理者需要反思,他们的企业是否已经准备好迎接3D打印技术,是否已经将必要步骤准备就绪,以便使企业的设计战略进化到更高层次。

通用电气(GE)是采用3D技术的成功案例之一。2012年,GE在肯塔基州拥有55年历史的电器园开设了第一间新型装配厂。在GeoSpring热水器家电的生产过程中,产品的零件数量减少20%,材料成本降低25%,设备投资降低30%,开发时间缩短了一半,这都得益于公司在精益设计上的投资。与海外代工厂商相比,新型制造方式的产品成本可降低20%。

这种新兴模式的首要特征是“增材制造”(采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除和切削加工技术——译者注),它是指基于3D技术的集成技术环境。整套技术包括3D打印、高分辨率3D扫描和计算机辅助设计系统,可以实现快速的原型设计和制造。

虽然增材技术平台适用于单独项目制作、样品成型,以及实验环境的建设,但只有精益设计模式才能充分发挥它的力量。这种精益设计模式包含了“面向制造的设计”(简称DFM)与“面向装配的设计”(简称DFA),两者的目的都是要在提高设计灵活性的同时,降低设计的复杂性。通过减少产品设计中所涉及部件的复杂性,以及制造工艺本身的步骤数量,DFA与DFM可大大降低劳动成本。

GE这样规模的公司可以在世界任何地方建厂生产,然而引人注意的是,他们选择了肯塔基州。这样做有三点优势。首先,由于迭代样品制作的周期大幅缩短,设计者和生产者之间的联系更加密切。对于瞬息万变市场中快速变化的消费者需求;以及在新兴市场中获得先发优势而言,这种做法的好处尤为显著。其次,定制生产的成本相对较低。第三,受益于交货时间的减少和物流成本的降低,GE这样的制造企业可以更加接近目标市场。

我们研究了70多家回迁美国、以期更接近国内市场的公司,参加了400多场小组会议,目的在于寻找一种创新机制,帮助制造企业更好地理解3D技术系统和精益设计模式。

第一阶段:改变心态

我们发现,在转变的进程中,以下三个阶段是至关重要的,可为企业提供有益的指导。

第一阶段:改变心态:

向精益设计转型的前提是转变企业的文化。为此,企业需要做两件事:

树立设计导向心态

为了树立设计思维,企业的领导者需要认可这种战略意图,并用语言将它表述出来。例如,(GE的董事长兼首席执行官杰夫·伊梅尔特(Jeff Immelt)清晰地指出,3D打印“是采用高科技材料,在很短的时间内制造出独特的形状,值得公司进行时间和资金上的投入。”在阐述上述观点的同时,他表示,2020年,将有超过10万个喷气发动机内部零件是通过3D打印制作出来的。他向股东和整个公司发出了明确的信号,希望人们认识到增材制造的重要性,并对这种设计模式进行思考。

树立创客心态

创新设计思维方式的形成需要采取“怀疑一切”的态度,并将关注重点转向创新设计。发展的理念一直是马克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)等创新者所倡导的,他们积极劝导员工放弃传统线性的、正式的开发模式(该模式的宗旨是在很长一段时间内,使产品的每一个方面“日臻完美”,以期将风险降低到零),代之以“创客之道”:

“创客之道是持续进步和创新之道。创客永远相信更好,没有什么是完美的。当人们持怀疑态度或满足于现状时,创客却在进行持续的改进。与其为一个新想法的可能性或最好方式争论不休,还不如做出样品,看看它是否好用。”

通过人们所说的“创客空间”,创客心态可以得到蓬勃发展。企业也可以支持当地的创客空间,在那里,更广泛的社区成员能够就一些项目展开协作。

这就是福特汽车和欧特克公司(Autodesk)所采用的战略。欧特克是3D设计软件行业的世界领军企业,总部位于底特律,他们与TechShop达成合作关系,后者建立、拥有和管理着几家创客空间风格的小工厂。欧特克也是TechShop的投资方,为他们提供专业级软件和专业技术人员;而福特则热衷于推动创新,提供了价值75万美元的激光切割机、3D打印机、数控机床和“梦顾问“团队,帮助他们在3500平方米的工作区创建自己的项目。

福特全球技术公司首席执行官比尔·考夫林(Bill Coughlin)已经注意到,对于创新,该公司在企业文化和态度上有了明显的转变,他说:“自从TechShop的成员加入、协助促进福特汽车的发明激励计划以来,发明的数量已增加超过五成。”现在对于福特的任何员工,只要谁的发明创新最终成为公司的专利申请产品,作为奖励,福特都会为他提供三个月的免费TechShop会员资格。

第二阶段:改变你的设计理念

文化变革的第二个阶段需要转变理念,强调“不复杂的灵活性” ,而不是“数量和重复 ”。这也需要两个步骤:

建立设计中心

如果想了解任何新技术的潜力,关键是要实际运用,就增材制造而言,可以通过在企业的研发实验室内建立样品中心来实现这一点。例如,GE已经在美国肯塔基州路易斯维尔创建了一间新式快速成型中心,尝试使用3D打印机创造和评估潜在新产品的可行性。

GE最近开发了一款衣物柔顺剂投放器,适用于新型波轮式洗衣机;另一款新品是可用于煤气灶的炉架。此前该公司发现,为了优化设计使其达到最佳性能,在开发过程中,往往需要20多个样品,每个模型都需要新的创建工具,从计算机生成3D绘图到新样品的测试完成往往长达8-10周。现在,借助于增材制造,每个样品模型的开发时间从几个月缩短到几天,周期缩短了80% ,与产品开发相关的各项成本显著降低。

建立“面向制造的设计”与“面向装配的设计“的观念

在美国,众多“回迁”成功的制造企业主要得益于“面向制造的设计”与“面向装配的设计”的精益设计理念,其宗旨是降低设计的复杂性。在戴尔、波音、奥的斯、惠而浦等行业领军企业里,DFM与DFA设计已得到普遍应用,其中,惠而浦公司通过这种方式,将最受欢迎的一款微波炉产品的零件数量减少了29%,组装时间减少了26%。3D制造的力量恰恰体现在生产实验性设计产品、样品材料和迭代性测试组件的灵活性上。将3D平台与DFM与DFA设计模式相结合,可以改进产品的相关商业计划,并在一款设计呈现给用户之前,对多种设计选择加以权衡。

第三阶段:改变商业模式

第三个阶段需要认识到改变产品商业模式的必要性。这也需要两个步骤:

建立知识产权库和设计商店

研发样品设计中心不仅可以使新产品的生产知识得到开发,还能充当知识产权(简称IP)库,存储现有产品和增材制造“知识”。自20世纪90年代以来,许多企业都通过欧特克等系统,为自己的产品创建了数字模型,为数码产品规格及数据提供了丰富的“旧产品目录”。在音乐行业,从生产的角度而言,一眼望不到边的老旧唱片或录音带一直被认为是闲置的、不经济的资源。直到iTunes和亚马逊等数码产品的兴起,才演化出新的盈利模式。

知识产权的利用方式多种多样。可以将它提供给以前的客户,运用于新的3D系统组件生产中。也可以在授权许可的前提下,提供给第三方OEM厂商,或者提供给喜欢创新的人,通过他们的更新改造,使产品原有性能得以提高。

一种创新性方法是创建“知识产权设计商店”或在线交流,以便让个人或公司可以购买和出售适用于3D系统的设计模型。这种交流的例子来自于GrabCAD,它是一家风险资本资助的公司,位于波士顿,其宗旨是“通过人脉、内容和技术,帮助工程师更快地与市场对接。”他们的做法是提供一种环境,便于会员公开或私下分享CAD文件(制图文件)。知识产权设计商店的第二种形式是建立企业知识产权设计商店,将知识产权提供给最终消费者。例如,如果某工程师希望将GE的组件集成到自己设计中,GE的工业解决方案公司就会将CAD图纸提供给他们使用。

设立服务化生产功能

随着知识产权设计商店的涌现,独立的纯3D制造商开始兴起。这些公司能够按需生产组件,实现服务化生产(简称MaaS)。3D厂商往往坐落在郊区或工业制造区,作为独立第三方而存在。这些公司可依据世界任何地方的设计,完成产品的生产和交付。然而,知识产权设计的原创者必须对最终产品的质量保证加以监督,在诸如喷气发动机喷嘴等零部件产品的生产中,这是极为重要的环节。要做到这一点,企业有三种选择:与一家能够达到其质量要求的3D制造商签订合同,或者直接与最终用户的3D制造团队开展合作,或者在国内建立具备3D制造能力的MaaS(制造即服务)中心。

今天,制造企业需要比以往任何时候都更加灵活。它们需要向新的商业模式转移,在这种模式下,设计和制造高度集成,可以在任何时候、任何地方生产任何东西。那些采用3D技术、结合精益设计理念的企业将先行一步,建立知识储备,成为公认的开拓者和创新者,而那些无法承受变革风险、固守静态商业模式的公司将一败涂地。( 译/时青靖 校/安健)

罗伯特· 普兰特是迈阿密大学商学院计算机信息系统副教授。

 

About 企业培训师吉宁

真正的实战派企业培训师,长期致力于人力资本、公司行为、市场营销、企业战略及领导力发展等组织实践与研究,数十年来参与及主持过的管理咨询项目累计逾千次;受邀主讲过的各类企业培训课程累计逾万次。吉宁老师还主导编写了12Reads系列等知名管理培训教材。