从“人机角力”到“人机融合”，流水线的百年进化史

导读

在流水线生产的百年进化史中，最大的改变是“人机角力”。人机角力的上半场核心是“将人当机器用，还是将机器当人用”，下半场核心是“人机融合”。多年以来，中国制造业持续推进产业升级以寻求竞争力提升，而具体做法就是不断进行生产线的自动化升级改造。但这也使中国制造商逐渐面临“刚性自动化的窘境”，即生产线缺乏柔性、调整力不足，以致影响到市场适应性。

工业史上有三大“时代巨人”——爱迪生、福特、乔布斯，他们都极具创新精神，不只发明了很多新产品，更是开辟了一个个新产业，全面、系统地改变了世界产业格局。爱迪生发明留声机、电影放映机、电灯，开辟了商业音乐产业、电影产业、商业照明产业；福特最先发明流水线和规模化生产，现代工业由此出现；乔布斯使人们理解手机除了是通信工具，更是“个人移动应用平台”。其中，福特开创的大规模流水线生产，更是具有承上启下的历史意义。稻盛和夫甚至直言：“在规模化的工业流水线中，真正的制造成本可能只有梅子核一样小。”

“流水线”的三个关键词：流程、效率、成本

据说亨利·福特在20世纪初仔细观察过屠宰厂流水线，意外得到灵感，开发了世界上第一条汽车流水线，使得福特T型车开进了千家万户。此前，制造业很多是小作坊，汽车都是在小作坊里装配的。流水线带给汽车工业的是“规模化”，更是“流程革命”。福特把T型车的装配过程拆成了84个不同的步骤，每一个人都只做专门的一个环节，汽车在一条流水线上就可以完成组装，这个革命性的创造使汽车的装配时间从原先12小时减少至90分钟，而且一年一年各个环节操作时间都会在技术升级中不断缩短，20世纪20年代，福特工厂每24秒流水线就能制造一辆汽车。这当中有三个关键词：流程、效率、成本。

“流水线”生产方式就是设计一个非常完整的产品流程，将其分解成为很多连贯的步骤予以“标准化”，然后去找一堆没有受过太多训练的人，你只要把一个动作学好，与前后工序连接、连贯起来，那就是好的产出方式了。亨利·福特有一句颇具争议的话：“我雇的明明是两只手，怎么来了一个人？”

造车，已经是亨利·福特的第三次创业了。投资人给他钱，是希望能制造世界上最新、最酷、最好的汽车。成本倒不是最重要的，那时汽车还是贵族产品。可是，福特反而更加关注生产过程，更加在乎各个环节的成本效率。在所有人都看不清未来的时候，他赌了一条道路，而且赌对了。回报令人吃惊，福特T型车的零售价格在短期内从850美元降到了300美元，从1914年的经济萧条期到1920年代的大复苏，短短六年时间，福特汽车公司的产品已经占据美国60%的市场份额，企业资产净值的利润率达到了300%，到1927年，福特已经卖出了1500万辆T型车。

不久，流水线模式开始向制造业的广阔领域扩散，甚至成为一种启动规模制造的思维方式。这被美国工程师弗雷德里克·泰勒写进了《科学管理原理》，泰勒管理体系中很著名的措施就是标准化、工作流程，借助标准化和规范的工作流程，工人的手艺和经验被融入工作流程中被显性化了，可供其他人学习和仿效。

20世纪初的美国，到处闪动着伟大发明与伟大企业，福特的T型车和凯迪拉克的电子启动装置开启了人类的汽车时代，尤其是流水线生产方式的大范围推广，大规模批量生产，除了能摊薄固定成本，也使大量工程师聚集在一起搞技术研发，极大推动了科技创新。

那么，流水线模式何以能带来快速的成本降低、效率提升？其中的关键是“学习曲线”。

1914年，亨利·福特干了一件当时足以惊世骇俗的事情——大幅提高工人工资和降低产品价格，这引起股东普遍不满，遭到外界普遍质疑，没有哪一条经济学原理会教企业家这么干。然而，福特发现“把低价格（产品）作为目标，就需要不断释放产能，产能的释放又需要工人的热情和学习能力，这是一个互为因果的联动关系。”经验非常重要，因为生产成本不仅仅是来自于工人的现场劳动，同时还包括研发、原材料、设计等诸多因素。充分释放“流水线各个环节的学习能力”，形成一条螺旋上升的学习曲线，是生产线效能增长的催化剂。亨利·福特曾多次向管理层和股东表示：“如果你们把这些（工资上涨、产品降价、释放产能、完善学习曲线）都做到了，金钱将滚滚而来，都能把你们埋起来。”

岁月流逝，任何领先时代的产品设计、生产方式都会暴露瑕疵。流水线生产的弊端逐渐显现出来——工人只要把一个简单的动作做好就够了，每个人只是一个螺丝钉，重点是效率和熟练度，而不是产品本身，工人任何的技艺提升都对产品品质没有决定性影响。日本丰田最早发现了这一弊端，而且做出了重大改进和创新。

从“桶装水模式”到“自来水模式”

1924年，福特公司开始启动日本工厂项目，同时将流水线生产方式引入日本，次年，日本工厂已经可以年产10000辆福特T型车。丰田公司高层去看了福特汽车生产线，起初他们惊呆了，这是当时丰田望尘莫及的规模效率。丰田自知要将这类生产线买回来是不可能的，只能用丰田自己的方式，因陋就简来生产自己的汽车。1933年，丰田自动纺织机械公司设立了汽车制造部，两年以后，第一辆A1型轿车和第一辆G1型卡车试制成功，丰田公司采用了福特的流水线生产方式。

后来，丰田发现福特的生产线是有问题的，可能是因为它太有钱了，它的一切都是用自动化和机器来生产，这就忽略了人的因素。就是生产线上的每一个产品，它都是由不同的人来进行生产，一人做一小块。但是，上一道工序出了错，下一道工序是没法发现的，他只负责他那一块，所以这个产品一直到最后检测出来才发现有质量问题，然后再来返工。表面上追求了快，实际上最后可能反而很慢。效率和效果有些时候是矛盾的，有效率未必有好的效果。

直到战后恢复时期，丰田汽车才真正做好“改造流水线”的措施。当时美国与日本经济实力的差距是9:1，要追赶美国，丰田更加强调“精益效率”，丰田公司上下尽一切努力杜绝浪费、降低生产成本。

具体而言，丰田生产线上开始落实“适时生产”（just-in-time，即在必要的时候生产必要的东西）理念。第一步是改变机器位置，原来只能操作一台机器的工人能同时操作三台机器，生产效率提高了三倍，确保必要时候随时产能放量。

接下来是“实时监控生产品质”，比如，传送带一启动，整个流水线就以一定的速度开始移动，工人们在装配途中即便出现差错也不能控制，只能在完成最后一道工序以后从流水线上撤下来时再返工。由于发现问题也不能及时解决，而等到最后再返工时，就更花时间，成本更高。于是，丰田就在流水线的每一个工序上安装了一个停止开关，一旦发现问题，工人就拉一下开关，流水线停止，警灯自动开启，技术人员和管理人员马上赶到现场帮助解决问题。这个办法非常有效，问题及时得到解决以后，产品质量明显提高，大大降低了成本。

任何时候，人的因素始终是第一位的。丰田公司有很多聪明的技术工人，但是比聪明的技术工人还要聪明的东西，是流程。好的流程是很多聪明人智慧沉淀的结果。企业的人员总是在流动，只有流程可以保证企业的长治久安。流程可以帮助制定好的游戏规则，引导公司上下共同的原则心和目标感。

丰田汽车基于“精益制造”理念，改造流水线的最大成果是将“桶装水模式”改进到“自来水模式”。“桶装水模式”描述的是早期流水线生产的“大规模僵化”，产能一开，很多品质环节就失控了。“自来水模式”则更加适合多品种、小批量的精益产出，丰田内部用语是“连续单件流生产”。

丰田尤其在研发上费很大劲，设计“连续并行的开发流程”。什么叫“连续并行”？即不同款式产品，共用核心零部件，打造共享零部件平台，使其模块化、标准化，将开发周期缩短一半时间。这样做有两个好处：1. 加快产品定型上市，积木（底层核心技术、关键零部件）是现成的，在成本和需求的约束下，更快搭建最好形状；2. 推进产品快速迭代，小步快跑，新产品层出不穷，根据市场反馈适时调配产能，有效降低试错成本。

流水线生产方式在丰田的精益改造下，在零部件层面已经非常适合快消品的标准化、大规模的自动生产。诸如矿泉水、啤酒、食品饮料等快消品，因为标准化程度高，普遍形成规模化、自动化生产，生产线每秒钟移动1米以上，每分钟产量可高达上千件。物资快速不间断地在不同的工序间移动、加工，像自来水管道一样流畅自如。

“刚性自动化”的瓶颈

在2011年的汉诺威工业博览会上，开始兴起工业4.0的浪潮。而福特、丰田当初历经多年考验和进化的大规模流水线生产，被视作工业2.0的产物。工业3.0是信息技术的大发展带来了机器的高度自动化，比如可口可乐的全自动化生产，人类无论是在体力上还是在脑力上，都得到极大解放。工业4.0则引入“信息物理融合系统（Cyber-Physical System）”，利用数据将车间、生产线和生产设备连接起来，利用物联网技术来实现智能制造。

工业3.0、4.0时代，流水线生产面临的主要问题已经不是成本、效率，而是“刚性自动化”与“柔性自动化”的冲突。“刚性自动化”不全是坏处，十分适合标准化程度特别高的产品和零部件（比如啤酒、饮料、螺母等）。尤其是1969年开始在汽车生产线中使用莫迪康（Modicon）可编程逻辑控制器，开启了自动化和信息化的产业升级。工业3.0解决的问题，是把自动化和信息化技术融入大规模工业生产中，原来大规模流水线当中可能出现的质量问题得以极大避免、极大减少，同时实现了成本的精准可控。

20世纪80年代，美国汽车产业正担心会被日本竞争者击垮。在底特律，很多人展望以“熄灯式生产”打败对手。“熄灯式生产”就是工厂高度自动化，灯关着，机器人自己在制造汽车。当时，这种想法是不切实际的，日本车企当年的竞争优势也不在于自动化生产，而在于“精益生产”技术，而精益生产在大多数情况下要依赖人力。现今，自动化技术的进步已经使“熄灯式生产”逐渐变成现实。日本机器人制造商发那科（FANUC）已能将其部分生产流水线置于无人值守的环境中，自动运行数周不出状况。

与此形成巨大反差的，是那些标准化程度不高的离散型行业，比如船舶、飞机、大型装备等，“刚性自动化”很难完全施展开。这类产品往往要根据客户需求个性化定制，规格种类多、批量小，每个订单的产品都不一样，非重复生产，生产周期通常长达几个月甚至几年以上，车间塞满了在制品，设备空闲时间比加工时间还多，产品价格昂贵且效率低下。1990年，ERP（企业资源计划）系统开始与流水线结合，汇合了离散型生产和流程型生产的特点，全面优化资源运用方式，快速响应客户需求，也使高度自动化的刚性流水线获得一定调整力。

流水线当中“刚性固化与柔性调整”的反复磨合，贯穿了整个工业3.0时代，六西格玛（6 Sigma）就是这个时代的伟大成就。6 Sigma策略主要强调制定极高目标、收集数据以及分析结果，通过这些来减少产品和服务的缺陷。6 Sigma背后的原理就是“如果你检测到你的项目中有多少缺陷，你就可以找出如何系统地减少缺陷，使你的项目尽量完美的方法。”一个企业要想达到6 Sigma标准，那么它的出错率不能超过百万分之3.4。6 Sigma在20世纪90年代中期开始被GE（通用电气）从一种全面质量管理方法演变成为一个高度有效的企业流程设计、改善和优化的技术，并提供了一系列同等适用于设计、生产和服务的新产品开发工具。不过，GE的庞大体系中几乎没有类似智能手机这样迭代速度极快的电子产品，GE生产方式也没有机会真正突破刚性自动化的瓶颈。

流水线生产的毕竟只是标准产品，当一条生产线实现全自动化以后，柔性也随之丧失，哪怕ERP或者6 Sigma也不是最终解决方案。在大型企业工作过的人，多少都接触过ERP系统，它的好处是节省资源，缺点是灵活度非常差。要是想修改一个已经通过的事情，那太麻烦了，要通知各个部门、说明情况、再审批，特别费时费劲。流水线要依靠大量机器设备来完成生产（即硬件投资加大），一旦市场需求、产品种类发生变化，硬件的更换成本非常高。一条生产线一个月可以生产1万辆汽车或者100万部手机，但是严重缺乏灵活性，就像一个人很健壮，但是胳膊腿不灵活。在当今这个创新加速的时代，这种“刚性自动化”越来越难以适应不断缩短的产品生命周期。因为生产什么已经比如何生产重要很多。

“人机角力”贯穿流水线百年进化史

在流水线生产的百年进化史中，最大的改变是什么，或者进化的焦点集中在哪里？答案是“人机角力”。人机角力的上半场核心是“将人当机器用，还是将机器当人用”，下半场核心是“人机融合”。

将人当机器用，还是将机器当人用？

多年以来，中国制造业持续推进产业升级以寻求竞争力提升，而具体做法就是不断进行生产线的自动化升级改造。但这也使中国制造商逐渐面临“刚性自动化的窘境”，即生产线缺乏柔性、调整力不足，以致影响到市场适应性。“如何向流水线注入弹性”，这是一个现实问题，但办法很多。可以将人当机器用，这在中国工业崛起的前期并不少见。举两个例子：

比亚迪是生产锂电池起家的，技术源于日本，但很难获得日本前沿的流水线自动化技术。要是拼生产技术，很长时间比亚迪是输给日本对手的，但成本优势始终十分明显。自动化流水线的最大优势不就是效率、成本吗？为什么比亚迪输了技术，反而赢得成本优势？只要看几个数据：同样是生产锂电池，日本公司一条生产线上雇200名工人，投资1亿美元，相当于6亿多元人民币。而比亚迪是雇2000名工人，投资5000万元。流水线上那些昂贵的自动化设备，比亚迪大多用人工替代，因为当时中国人工成本远远低于日本，将廉价劳动力和流水线整合起来，用灵活、便宜的半自动化方式，打败全自动化。所以，工业流水线不论怎么规模化、自动化，流程设计也仍有很大操作空间，成本、效率以及灵活度，源于整体设计和综合成本上的考虑。

自动化流水线在离散型工业中的实际运用，也面临很大局限，哪怕是最没有技术含量的产品组装，也会遭遇很多灵活性不足的情况。比如富士康组装苹果iPhone，除了考验速度效率，更重要是灵活性、可调整性。

奥巴马总统曾问乔布斯：“为什么不能让苹果iPhone、iPad在美国制造？为什么不能把这些工作机会带回家？”乔布斯给出明确回答：“这些工作不会回来。”一个细节令人咂舌：一次，就在iPhone新款上架销售前几周，苹果公司改进了产品设计，主要是涉及显示屏的设计，这使得此前准备的组装线要彻底重置。新的显示屏到半夜才被送到中国工厂，当夜，工厂领班叫醒了8000名工人。这些工人在半夜12点换班，半小时即到位，将新的显示屏装入机器。仅仅96个小时，这家工厂完成了日产10万台iPhone的工作量。“高效率的人海战术”在一段时期内可以弥补流水线生产的不足，带来特殊的灵活性和可调整性。

人机融合

可能你曾想过一个问题：如果机器足够拟人化，关节足够灵活，是不是人工就要退出流水线？全自动流水线不就是“无人工厂”的前奏吗？答案未必那么乐观。很多事情不论多么符合逻辑想象，也一定会有很多你我未曾考虑过的现实约束。坦白说来，人机融合其实是“机器换人、无人工厂”逼近极限之后的明智妥协。在这一点上，最近几年的最大教训就是特斯拉。

2018年，通用汽车保守估计可以卖掉超过1000万辆汽车，至少要到2020年，特斯拉电动车的实际产量才能接近通用汽车的1/10。尽管如此，特斯拉已经是美国市场价值最高的汽车公司。投资者之所以看好特斯拉的未来，不仅是特斯拉电动车颠覆了汽车产品形态，更重要是，特斯拉“用机器生产机器”的全自动化技术颠覆了汽车制造业。汽车工业给人的传统印象就是车身在流水线上露出大量零散部件，戴着面罩的工人在那里忙着焊接。而特斯拉工厂被CEO埃隆·马斯克称作“外星人战舰”，里面大量机器人组成的方阵就像有生命一样在自行生产。马斯克甚至说：“不必在流水线周围安排工作人员，否则，这些工作人员会降低生产速度，也就是说生产过程本身就不会有人参与。工作人员只负责维护、升级机器和应对异常情况。”

特斯拉正在做的，就是将流水线的自动化程度推向极致。汽车行业的生产速度一般用每秒几英寸来计量，现在汽车生产线的运行速度比人步行的速度慢多了。马斯克想尽办法要使流水线上的自动化机器人加速移动，要使流水线的运行速度达到传统汽车生产速度的10~20倍，甚至要挑战物理学极限，要快到人的感官根本反应不过来。可是，实际情况并不如人所愿。特斯拉工厂的实际产能始终难以放量，以致客户下了订单，可能要等半年才能到货。马斯克将这种延误称作“生产地狱”。那些人工本来可以轻松做好的事，比如给电池贴上玻璃纤维声音减震块，机器人却总是出错。要不就没办法拿起，要不就放错位置。马斯克最后不得不承认：“过度自动化是一个错误，人类被低估了。”

看似有着诸多优势的“无人化的全自动流水线”，在欧美日等先进制造业国家已经是非常过时的东西了。20世纪90年代，很多欧美工业企业已经实现（或者接近实现）无人化流水线，原材料投入进去之后产品很快被生产出来，而且是包装好的，现场只有设备维护人员，完全看不到人工操作的痕迹。

不过，这些企业很快就发现一系列致命风险：必须要有精通各个制造环节和整个工艺流程的生产线维护工程师，来进行全盘掌舵。怎么能让少数几个工程师来掌控整个生产线的命运？如果设备故障，高度自动化的系统会不会更难以修理，导致生产停滞？如果几个熟练的核心工程师决定离职，是不是系统平稳运行就失去保障？如果产品设计出现较大变化，会不会导致这条生产线不能继续使用？如果订单不够，生产线只能开工一半时间，如何处理昂贵的设备折旧成本？更关键是，“生产什么”远比“如何生产”重要，“人机融合”才能保持弹性。

当今时代，工业流水线的进化已转向“合作自动化”，利用最新技术也要兼顾平衡投入产出比。在需要做重复劳动的地方，或者对人工负荷比较大的地方用机器人代替。在精密制造的很多方面，人工的娴熟程度和高超技术，才是最值得信赖的。毕竟，流水线生产的本质是资源最佳配置，效率与弹性同等重要。