造個汽車為啥這么難?聽聽世界頂級工程師是怎么說的
matthew 2017.01.16 08:30 新能源汽車概念股
本文作者史蒂芬,前某全球頂級汽車零部件制造商工程師。
說哪個行業(yè)科技含量最高,自然是航天軍工、電子信息(手機、計算機等)。說哪個行業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈最復(fù)雜、零件最多,還是航天軍工。說哪個行業(yè)對安全性要求最高、對質(zhì)量缺陷容忍度最低,自然是醫(yī)療器械和航天軍工。說哪個行業(yè)發(fā)展變化最快,自然是電子信息(手機、計算機等)。說哪個行業(yè)生產(chǎn)批量最大,還是電子信息(手機、計算機等)。
以上沒有一個是汽車行業(yè),但是為什么偏偏是汽車行業(yè)成為制造業(yè)的標桿呢?
因為以上行業(yè)雖然在單科上第一,但嚴重偏科,而汽車行業(yè)雖然單科不是第一,但是綜合起來后總分能夠排上第一。除此之外再沒有一個行業(yè)能夠通吃這五種特性,這使得汽車行業(yè)不得不采取更高水平的方式來管理,最終導(dǎo)致其管理水平是制造業(yè)中最高的。
一、科技含量
雖然不如航天軍工,但是技術(shù)含量整體來說還是很高,特別是動力系統(tǒng)和汽車電子。汽車作為一個消費品,科技創(chuàng)新也是其最大的賣點之一,比如混合動力、半自動駕駛功能。2013年大眾汽車在研發(fā)上的投入2013年研發(fā)開支135億美元,占營收5.2%
在產(chǎn)品科技含量高的產(chǎn)業(yè),其制造工藝也需要相應(yīng)領(lǐng)先才能滿足產(chǎn)品要求。
二、產(chǎn)業(yè)鏈
一臺車有上萬個零部件,沒有哪個整車廠(業(yè)內(nèi)叫主機廠)會自己全部生產(chǎn),大部分零部件都是外包出去,而且都是層層外包,涉及到的供應(yīng)商有幾百家(注意業(yè)內(nèi)說法零件和部件是不同的,螺絲是零件,馬達是部件,車門是系統(tǒng),主機廠一般以系統(tǒng)為單位外包)。
比如大眾汽車會把車門系統(tǒng)外包給一家零部件供應(yīng)商比如德國博澤,博澤又可能把車窗外包出去,車窗供應(yīng)商商又要把車窗升降馬達外包出去,馬達供應(yīng)商又要把馬達外殼外包出去。車身上還有幾十個這樣的系統(tǒng),每個系統(tǒng)都是層層外包,其中任何一個環(huán)節(jié)的問題都可能導(dǎo)致主機廠無法量產(chǎn)或者做出的產(chǎn)品有問題。
在供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理方面,汽車行業(yè)有一套非常成熟成體系來降低這些風(fēng)險,保證穩(wěn)定產(chǎn)出。汽車行業(yè)對訂單延誤也是采取非常嚴格的措施,延誤的損失以分鐘計算(而其他行業(yè)以天計算)。
汽車行業(yè),不管什么公司,都普通采取8D的方法來處理客戶投訴,也就是解決問題的八個步驟,包括成立改善團隊->識別問題->實施臨時性遏制措施->根本原因分析及驗證->選擇和驗證永久糾正措施->實施和確認永久糾正措施->從系統(tǒng)層面預(yù)防問題再次發(fā)生->祝賀團隊。
一般要求在收到客戶投訴24小時之內(nèi)必須反饋臨時措施,72小時提交初步原因分析報告。而其他行業(yè),幾乎沒有這么標準的處理流程以及反饋時效性要求。
三、安全性
正如上文所說,由于涉及人身安全,所以法律法規(guī)對汽車行業(yè)的要求很嚴格,很多要求不是因為你想這么設(shè)計才是這樣的,而是法律法規(guī)的要求這么設(shè)計,而且你要保證這個功能的可靠性。
比如車窗升降系統(tǒng),美國法律就規(guī)定要有防夾功能(anti-pinch),防止有乘客腦袋被夾壞^_^(曾經(jīng)有乘客將頭伸出車窗,但又誤觸了關(guān)窗按鈕,結(jié)果脖子被夾了,后來要求加防夾功能,也就是車窗玻璃遇到障礙物能夠自動退回來)。
由于一旦這個功能失效,導(dǎo)致法律風(fēng)險太大,所以在產(chǎn)品設(shè)計的時候,不管愿不愿意,一定要加入這個功能,而還要考慮這個功能在各種環(huán)境中是否會失效,產(chǎn)品在制造過程中時,必須要100%測試這個功能(測試是否制造過程的變異導(dǎo)致功能失效),而且還要考慮制造過程中如何預(yù)防這個功能失效。
由于通過檢驗來發(fā)現(xiàn)問題總是事后諸葛亮,而且還存在漏檢的可能,這樣會產(chǎn)生很多的法律風(fēng)險,所以汽車行業(yè)更多是在考慮如何避免這個問題發(fā)生,而且不是依靠事后檢驗來發(fā)現(xiàn)問題。
比如一批產(chǎn)品有99%的良率,在其他行業(yè)比如電子制造業(yè)已經(jīng)算是很好了,但是汽車行業(yè)很難接受,因為其中1%的不良,總有風(fēng)險會漏檢導(dǎo)致流出去,根本之道就是沒有不良品最好,這樣哪怕沒人檢驗也不會有風(fēng)險。
汽車行業(yè)還不僅要求100%合格,而且要過程穩(wěn)定,比如一個產(chǎn)品的公差是 +/- 0.5mm,即使100%在這個公差內(nèi),但是大部分接近上限或者下限都不行,需要靠近中間值才行,而且波動范圍還要求盡量收窄。
汽車行業(yè)用一個參數(shù)cpk(過程能力指數(shù)) 來衡量尺寸的穩(wěn)定性和偏離中心值的程度。其他行業(yè)還在看良率的時候,汽車行業(yè)已經(jīng)在看cpk 了,要求cpk至少要達到某個目標值才能接受量產(chǎn)。
另外,由于汽車行業(yè)的特殊性,產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量管理相比其他行業(yè)來說完全是另外一個體系,導(dǎo)致的現(xiàn)象是,一家供應(yīng)商(比如油漆制造商)如果供應(yīng)汽車行業(yè)和非汽車行業(yè),哪怕是完全一樣的產(chǎn)品,需要專門成立一個汽車事業(yè)部。為什么呢?
產(chǎn)品開發(fā),汽車行業(yè)有一套嚴謹?shù)牧鞒?,叫做APQP(產(chǎn)品先期質(zhì)量策劃)來保證開發(fā)過程的質(zhì)量,簡單來說產(chǎn)品設(shè)計整個過程包括設(shè)計評審、設(shè)計驗證、設(shè)計確認,制造工藝開發(fā)整個過程也包括工藝評審、工藝驗證、工藝確認。
而其他大部分行業(yè),產(chǎn)品設(shè)計完成之后就是是直接量產(chǎn),沒有那么多反復(fù)驗證過程,所以量產(chǎn)之后因為發(fā)現(xiàn)還有很多問題,再回過頭來改設(shè)計和工藝現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。
質(zhì)量管理,汽車行業(yè)最具代表性的就是FMEA(潛在失效模式分析),也就是提前預(yù)測設(shè)計或生產(chǎn)過程中的可能會發(fā)生的問題,事先采取預(yù)防措施的一種方法。這是汽車行業(yè)質(zhì)量管理區(qū)別于其他行業(yè)的一個重要特征(手機電腦行業(yè)就沒有,但是安全性要求高的航天航空有)。
四、批量生產(chǎn)
大批量是一把雙刃劍。
第一、能夠分攤成本,而且能夠進行標準化生產(chǎn),所以汽車行業(yè)是最熱衷于投入更加先進的昂貴的生產(chǎn)設(shè)備或者技術(shù)以提高效率。汽車行業(yè)的自動化生產(chǎn)率是最高的,哪怕在中國,汽車行業(yè)使用自動夾具或者機器比例也遠遠高于其他行業(yè)。
比如挖掘機制造,一個型號一年才生產(chǎn)幾百臺,根本沒用動力采用標準化的機器設(shè)備來生產(chǎn),很多甚至都是人工來裝配。汽車行業(yè)動輒幾十萬臺,機器設(shè)備成本分攤在這幾十萬上面都不是一個很大數(shù)字了。
第二,能夠放大問題,任何一個小問題只要乘以批量生產(chǎn)的數(shù)量,都是一個巨大的問題,由此產(chǎn)生巨大的召回成本和返修成本。這也導(dǎo)致汽車行業(yè)更加熱衷通預(yù)防品質(zhì)缺陷發(fā)生,而不是事后發(fā)現(xiàn)來補救,主要體現(xiàn)在以下方面:
- 設(shè)計上防錯,比如有些零件會漏裝,那干脆設(shè)計成不用個零件,那不存在漏裝的問題了,或者設(shè)計成沒有裝這個零件整個產(chǎn)品無法裝配。有些零件會裝反,那設(shè)計成如果裝反,就裝不進去。
- 制造過程中防錯,有以下方面,其他行業(yè)基本沒有這種概念。
相信人總是會犯錯誤的,所以盡量采用機器設(shè)備來減少人為失誤。試想一條純手工線,每天做一萬個產(chǎn)品,但是人總可能會疏忽,哪怕是百分之一的疏忽也會產(chǎn)生100個不良品。而機器設(shè)備,只要設(shè)定好了,就會按照既有程序做下去,出錯幾率小。其他行業(yè),我聽得最多的是”加強人員培訓(xùn)“來避免錯誤。
通過機器設(shè)備的“智能”來保證防錯,日本人叫“自働化”(jidoka),這是帶“人字旁”的自動化。有三個層面,第一,不可能產(chǎn)生不良(機器設(shè)備始終穩(wěn)定,如果產(chǎn)生故障自己會停機),第二,產(chǎn)生了不良品,機器能夠發(fā)現(xiàn)并且鎖住,不傳遞到下一個工位,第三,不良品流出本工位,但下一個工位不接受不良品(下一工位能夠檢查比如漏裝零件的問題)。
舉個例子,比如汽車的焊接,要求機器自帶檢查電流功能,如果發(fā)現(xiàn)電流超出設(shè)定值(可能是外部供電不穩(wěn)定或者機器本身不穩(wěn)定),那就停機并鎖住零件不讓流出,這樣想要做出不良品都難。機器防錯的概念在汽車行業(yè)已經(jīng)深入人心,但是在其他行業(yè),還只是新鮮概念。
- 流程上的防錯。安排好了工作,人還是會疏忽做錯或者忘記,汽車行業(yè)最熱衷的就是做各種檢查表(checklist),事情做完之后,再用檢查表一項一項檢查是否有做,或者做到位。其他行業(yè)這種檢查表很少使用。
在汽車行業(yè)做過的人,明顯都會有這些嚴謹?shù)乃季S習(xí)慣和職業(yè)習(xí)慣,所以其他行業(yè)都比較青睞汽車行業(yè)的人。
史蒂芬之前寫過一篇軟件開發(fā)和制造業(yè)的相互啟示和給理工科專業(yè)的一些職業(yè)選擇建議里面有更多介紹。(移步史蒂芬知乎專欄,查看更多詳文)
第三,因為批量大,價格昂貴,有資金周轉(zhuǎn)的壓力,所以會有改進生產(chǎn)方式,降低庫存、減少浪費的動力。人類歷史上所有的生產(chǎn)方式革命,都從汽車制造業(yè)開始,比如上上個世紀的福特流水線,上個世紀的豐田精益生產(chǎn)方式。豐田精益生產(chǎn)方式的兩大核心,除了上文說的“自働化”之外,還有“及時生產(chǎn)”。
福特開創(chuàng)了流水線生產(chǎn)方式,在這之前,是一個人或把一個產(chǎn)品從頭到尾做出來(現(xiàn)在中國還有大量的企業(yè)用的這種生產(chǎn)方式),100個工人做100件同樣復(fù)雜的事情。福特流水線的生產(chǎn)特點是把一個產(chǎn)品分解成多個不同的工序,由不同的人分工按先后順序和統(tǒng)一的節(jié)拍時間流水化作業(yè),由于把復(fù)雜的工作進行的分工,所以效率大大提高。
豐田開創(chuàng)的精益生產(chǎn)方式的核心“及時生產(chǎn)”,也就是不早也不晚。通常認為生產(chǎn)可以早點進行,這樣就不會延誤訂單。
但是豐田生產(chǎn)方式認為,早了就會有庫存,庫存是萬惡之源(掩蓋問題,占用資金)。汽車行業(yè)一般一次性采購小批量的貨,零部件供應(yīng)商一般都是兩三天送一次貨,恨不得讓他們一天一送,物料直接上生產(chǎn)線而不是送去倉庫堆積。
而其他行業(yè),一次性采購一個月或者幾個月的物料放在倉庫堆著非常正常。豐田生產(chǎn)方式要求“單件流”,流水線的產(chǎn)品一個一個流下去,而福特流水線作業(yè)是可以一次性做20個產(chǎn)品,這20個產(chǎn)品作為一個整體流下去,但是這樣不容易實監(jiān)控到到底哪個工序是時間瓶頸。
而且一旦發(fā)生質(zhì)量問題,都是批量性問題,而單件流,一旦發(fā)生問題,數(shù)量都控制在某個產(chǎn)品上,或者一條流水線上有限的幾個產(chǎn)品。
其他行業(yè),可以說沒什么追求,對這些核心概念要么就沒聽說過,要么就是只學(xué)了5S管理,目視化管理、魚骨圖、減少浪費持續(xù)改善空喊口號等這些很表面很膚淺的東西,甚至對5S的理解還停留在“打掃衛(wèi)生“上。對于有追求的非汽車行業(yè)的企業(yè),都是在向汽車行業(yè)取經(jīng)。
五、行業(yè)發(fā)展變化
汽車是大眾消費品,而且是大部分人一生中最貴的消費品(第二可能就是蘋果手機了)。這種以市場為導(dǎo)向的消費品不得不經(jīng)常變化以迎合市場口味。發(fā)展變化最快的應(yīng)該是手機,汽車行業(yè)雖然做不到一個季度一變,至少一年或者兩年一變還是做得到的。
汽車行業(yè)和手機行業(yè)一樣,都要求能夠快速響應(yīng),產(chǎn)品開發(fā)周期非常短,而且萬萬不能出現(xiàn)任何延后的情況,否則就失去了市場先機。試想本來預(yù)計在一月一日發(fā)布一款新產(chǎn)品,市場宣傳都做好了,但等到那天卻發(fā)現(xiàn)東西沒做出來,不得不把發(fā)布會延后,這對品牌形象的影響是多巨大的。
所以汽車行業(yè)對“項目管理”的要求很高,一般都有專職項目經(jīng)理來協(xié)調(diào)可能出現(xiàn)的任何突發(fā)事件(比如某個零件延誤、重大品質(zhì)問題),調(diào)用優(yōu)勢資源來應(yīng)對,以趕上項目時間。這個行業(yè)的其他人對項目流程的意識也明顯高于其他行業(yè),知道什么時候該做什么事情,需要怎么做,出了緊急情況應(yīng)該走什么流程。汽車行業(yè)的人最熱衷于考PMP(項目管理專業(yè)人士資格認證)。
最后,汽車行業(yè)綜合了世界主要工業(yè)國家德國、日本、美國的管理優(yōu)點。
德國人擅長于在流程和規(guī)則上避免犯錯誤,德國企業(yè)特點就是流程一大堆。優(yōu)點是能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,技術(shù)扎實。缺點是流程繁雜,不能夠快速響應(yīng)變化。所以為什么德國人能夠做出優(yōu)秀的工業(yè)設(shè)備,在做手機、電腦方面就弱爆了,倒不是技術(shù)上原因,而是受到流程的束縛趕不上市場上的變化。
日本人由于國內(nèi)資源稀缺,所以擅長減少浪費,會經(jīng)常去思考哪些東西是沒必要的,但是又對細節(jié)執(zhí)著,所以弄出了精益生產(chǎn)這個東西。這就為什么日本的東西性價比很高,技術(shù)領(lǐng)先,質(zhì)量也扎實。
美國人擅長于創(chuàng)新,不被條條框框束縛,處事靈活,崇尚think out of the box,不遵守流程和規(guī)則的事情也經(jīng)常發(fā)生(和中國人差不多),在產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程亦如此。這就是為什么美國的東西技術(shù)領(lǐng)先,但是質(zhì)量不如德國和日本制造。
由于這些人為導(dǎo)致的無法預(yù)測因素存在,美國人非常熱衷研究管理學(xué),包括企業(yè)管理、生產(chǎn)管理、項目管理。
美國人先弄出來了工業(yè)工程(也就是IE),日本人實踐變成了豐田生產(chǎn)方式,后來美國人又將日本的人實踐的結(jié)果總結(jié)出了精益生產(chǎn)方式。
而項目管理是一種科學(xué)的方法來管理項目過程中可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險,本質(zhì)上是一種靈活的處事方法,在規(guī)則范圍內(nèi)科學(xué)地設(shè)定了一定的靈活空間,可以隨時調(diào)整策略,調(diào)用各種資源捷徑(shortcut)來應(yīng)對變化和風(fēng)險。
由于汽車產(chǎn)業(yè)鏈是全球分工合作,不同國家之間互相采購零部件,而這三大工業(yè)國家有著不同管理規(guī)范,溝通起來會非常困難。
為了協(xié)調(diào)這些不同的管理和標準,1996年世界主要汽車制造商(以德國、日本、美國為主)成立了國際汽車工作組 International Automotive Task Force (IATF),1999年頒布了國際標準lSO/TS 16949(最新版已經(jīng)改名叫做IATF16949:2016),制定了一個全球通用規(guī)范,這個規(guī)范基本綜合了這三大工業(yè)國家的管理上的優(yōu)點。除此之外,再沒有其他哪個行業(yè)能夠把這三個工業(yè)國家的優(yōu)點吸收進來。
后記
中國本土汽車行業(yè)雖然只學(xué)到了一點皮毛,精髓還沒完全學(xué)進去,但是好歹也學(xué)了些東西,框架已經(jīng)基本建立,口號和理念已深入人心,比起其他非汽車行業(yè)來說,已經(jīng)是走了很長的路了。
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