流水線百年進化史：從“桶裝水模式”到“自來水模式”
在流水線生產的百年進化史中，最大的改變是“人機角力”。人機角力的上半場核心是“將人當機器用，還是將機器當人用”，下半場核心是“人機融合”。多年以來，中國製造業持續推進產業升級以尋求競爭力提升，而具體做法就是不斷進行生產線的自動化升級改造。但這也使中國製造商逐漸面臨“剛性自動化的窘境”，即生產線缺乏柔性、調整力不足，以致影響到市場適應性。
工業史上有三大“時代巨人”——愛迪生、福特、喬布斯，他們都極具創新精神，不只發明了很多新產品，更是開闢了一個個新產業，全面、系統地改變了世界產業格局。愛迪生髮明留聲機、電影放映機、電燈，開闢了商業音樂產業、電影產業、商業照明產業；福特最先發明流水線和規模化生產，現代工業由此出現；喬布斯使人們理解手機除了是通訊工具，更是“個人移動應用平臺”。其中，福特開創的大規模流水線生產，更是具有承上啟下的歷史意義。稻盛和夫甚至直言：“ 在規模化的工業流水線中，真正的製造成本可能只有梅子核一樣小。 ”
“流水線”的三個關鍵詞：流程、效率、成本
據說亨利·福特在20世紀初仔細觀察過屠宰廠流水線，意外得到靈感，開發了世界上第一條汽車流水線，使得福特T型車開進了千家萬戶。此前，製造業很多是小作坊，汽車都是在小作坊裡裝配的。流水線帶給汽車工業的是“規模化”，更是“流程革命”。福特把T型車的裝配過程拆成了84個不同的步驟，每一個人都只做專門的一個環節，汽車在一條流水線上就可以完成組裝，這個革命性的創造使汽車的裝配時間從原先12小時減少至90分鐘，而且一年一年各個環節操作時間都會在技術升級中不斷縮短，20世紀20年代，福特工廠每24秒流水線就能製造一輛汽車。這當中有三個關鍵詞：流程、效率、成本。
“流水線”生產方式就是設計一個非常完整的產品流程，將其分解成為很多連貫的步驟予以“標準化”，然後去找一堆沒有受過太多訓練的人，你只要把一個動作學好，與前後工序連線、連貫起來，那就是好的產出方式了。亨利·福特有一句頗具爭議的話：“我僱的明明是兩隻手，怎麼來了一個人？”
造車，已經是亨利·福特的第三次創業了。投資人給他錢，是希望能製造世界上最新、最酷、最好的汽車。成本倒不是最重要的，那時汽車還是貴族產品。可是，福特反而更加關注生產過程，更加在乎各個環節的成本效率。在所有人都看不清未來的時候，他賭了一條道路，而且賭對了。回報令人吃驚，福特T型車的零售價格在短期內從850美元降到了300美元，從1914年的經濟蕭條期到1920年代的大復甦，短短六年時間，福特汽車公司的產品已經佔據美國60%的市場份額，企業資產淨值的利潤率達到了300%，到1927年，福特已經賣出了1500萬輛T型車。
不久，流水線模式開始向製造業的廣闊領域擴散，甚至成為一種啟動規模製造的思維方式。這被美國工程師弗雷德裡克·泰勒寫進了《科學管理原理》，泰勒管理體系中很著名的措施就是標準化、工作流程，藉助標準化和規範的工作流程，工人的手藝和經驗被融入工作流程中被顯性化了，可供其他人學習和仿效。
20世紀初的美國，到處閃動著偉大發明與偉大企業，福特的T型車和凱迪拉克的電子啟動裝置開啟了人類的汽車時代，尤其是流水線生產方式的大範圍推廣，大規模批量生產，除了能攤薄固定成本，也使大量工程師聚集在一起搞技術研發，極大推動了科技創新。
那麼，流水線模式何以能帶來快速的成本降低、效率提升？ 其中的關鍵是“學習曲線”。
1914年，亨利·福特幹了一件當時足以驚世駭俗的事情——大幅提高工人工資和降低產品價格，這引起股東普遍不滿，遭到外界普遍質疑，沒有哪一條經濟學原理會教企業家這麼幹。然而，福特發現“把低價格（產品）作為目標，就需要不斷釋放產能，產能的釋放又需要工人的熱情和學習能力，這是一個互為因果的聯動關係。”經驗非常重要，因為生產成本不僅僅是來自於工人的現場勞動，同時還包括研發、原材料、設計等諸多因素。充分釋放“流水線各個環節的學習能力”，形成一條螺旋上升的學習曲線，是生產線效能增長的催化劑。亨利·福特曾多次向管理層和股東表示：“如果你們把這些（工資上漲、產品降價、釋放產能、完善學習曲線）都做到了，金錢將滾滾而來，都能把你們埋起來。”
歲月流逝，任何領先時代的產品設計、生產方式都會暴露瑕疵。流水線生產的弊端逐漸顯現出來——工人只要把一個簡單的動作做好就夠了，每個人只是一個螺絲釘，重點是效率和熟練度，而不是產品本身，工人任何的技藝提升都對產品品質沒有決定性影響。日本豐田最早發現了這一弊端，而且做出了重大改進和創新。
從“桶裝水模式”到“自來水模式”
1924年，福特公司開始啟動日本工廠專案，同時將流水線生產方式引入日本，次年，日本工廠已經可以年產10000輛福特T型車。豐田公司高層去看了福特汽車生產線，起初他們驚呆了，這是當時豐田望塵莫及的規模效率。豐田自知要將這類生產線買回來是不可能的，只能用豐田自己的方式，因陋就簡來生產自己的汽車。1933年，豐田自動紡織機械公司設立了汽車製造部，兩年以後，第一輛A1型轎車和第一輛G1型卡車試製成功，豐田公司採用了福特的流水線生產方式。
後來，豐田發現福特的生產線是有問題的，可能是因為它太有錢了，它的一切都是用自動化和機器來生產，這就忽略了人的因素。就是生產線上的每一個產品，它都是由不同的人來進行生產，一人做一小塊。但是，上一道工序出了錯，下一道工序是沒法發現的，他只負責他那一塊，所以這個產品一直到最後檢測出來才發現有質量問題，然後再來返工。表面上追求了快，實際上最後可能反而很慢。效率和效果有些時候是矛盾的，有效率未必有好的效果。
直到戰後恢復時期，豐田汽車才真正做好“改造流水線”的措施。當時美國與日本經濟實力的差距是9:1，要追趕美國，豐田更加強調“精益效率”，豐田公司上下盡一切努力杜絕浪費、降低生產成本。
具體而言，豐田生產線上開始落實 “適時生產”（just-in-time，即在必要的時候生產必要的東西）理念 。第一步是改變機器位置，原來只能操作一臺機器的工人能同時操作三臺機器，生產效率提高了三倍，確保必要時候隨時產能放量。
接下來是“ 實時監控生產品質 ”，比如，傳送帶一啟動，整個流水線就以一定的速度開始移動，工人們在裝配途中即便出現差錯也不能控制，只能在完成最後一道工序以後從流水線上撤下來時再返工。由於發現問題也不能及時解決，而等到最後再返工時，就更花時間，成本更高。於是，豐田就在流水線的每一個工序上安裝了一個停止開關，一旦發現問題，工人就拉一下開關，流水線停止，警燈自動開啟，技術人員和管理人員馬上趕到現場幫助解決問題。這個辦法非常有效，問題及時得到解決以後，產品質量明顯提高，大大降低了成本。
任何時候，人的因素始終是第一位的。豐田公司有很多聰明的技術工人，但是比聰明的技術工人還要聰明的東西，是流程。好的流程是很多聰明人智慧沉澱的結果。企業的人員總是在流動，只有流程可以保證企業的長治久安。流程可以幫助制定好的遊戲規則，引導公司上下共同的原則心和目標感。
豐田汽車基於“精益製造”理念，改造流水線的最大成果是將“桶裝水模式”改進到“自來水模式”。“桶裝水模式”描述的是早期流水線生產的“大規模僵化”，產能一開，很多品質環節就失控了。“自來水模式”則更加適合多品種、小批量的精益產出，豐田內部用語是“連續單件流生產”。
豐田尤其在研發上費很大勁，設計“連續並行的開發流程”。什麼叫“連續並行”？即不同款式產品，共用核心零部件，打造共享零部件平臺，使其模組化、標準化，將開發週期縮短一半時間。這樣做有兩個好處：
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加快產品定型上市，積木（底層核心技術、關鍵零部件）是現成的，在成本和需求的約束下，更快搭建最好形狀；
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推進產品快速迭代，小步快跑，新產品層出不窮，根據市場反饋適時調配產能，有效降低試錯成本。
流水線生產方式在豐田的精益改造下，在零部件層面已經非常適合快消品的標準化、大規模的自動生產。諸如礦泉水、啤酒、食品飲料等快消品，因為標準化程度高，普遍形成規模化、自動化生產，生產線每秒鐘移動1米以上，每分鐘產量可高達上千件。物資快速不間斷地在不同的工序間移動、加工，像自來水管道一樣流暢自如。
“剛性自動化”的瓶頸
在2011年的漢諾威工業博覽會上，開始興起工業4.0的浪潮。而福特、豐田當初歷經多年考驗和進化的大規模流水線生產，被視作工業2.0的產物。工業3.0是資訊科技的大發展帶來了機器的高度自動化，比如可口可樂的全自動化生產，人類無論是在體力上還是在腦力上，都得到極大解放。工業4.0則引入“資訊物理融合系統（Cyber-Physical System）”，利用資料將車間、生產線和生產裝置連線起來，利用物聯網技術來實現智慧製造。
工業3.0、4.0時代，流水線生產面臨的主要問題已經不是成本、效率，而是“剛性自動化”與“柔性自動化”的衝突。“剛性自動化”不全是壞處，十分適合標準化程度特別高的產品和零部件（比如啤酒、飲料、螺母等）。尤其是1969年開始在汽車生產線中使用莫迪康（Modicon）可程式設計邏輯控制器，開啟了自動化和資訊化的產業升級。工業3.0解決的問題，是把自動化和資訊化技術融入大規模工業生產中，原來大規模流水線當中可能出現的質量問題得以極大避免、極大減少，同時實現了成本的精準可控。
20世紀80年代，美國汽車產業正擔心會被日本競爭者擊垮。在底特律，很多人展望以“熄燈式生產”打敗對手。“熄燈式生產”就是工廠高度自動化，燈關著，機器人自己在製造汽車。當時，這種想法是不切實際的，日本車企當年的競爭優勢也不在於自動化生產，而在於“精益生產”技術，而精益生產在大多數情況下要依賴人力。現今，自動化技術的進步已經使“熄燈式生產”逐漸變成現實。日本機器人制造商發那科（FANUC）已能將其部分生產流水線置於無人值守的環境中，自動執行數週不出狀況。
與此形成巨大反差的，是那些標準化程度不高的離散型行業，比如船舶、飛機、大型裝備等，“剛性自動化”很難完全施展開。這類產品往往要根據客戶需求個性化定製，規格種類多、批量小，每個訂單的產品都不一樣，非重複生產，生產週期通常長達幾個月甚至幾年以上，車間塞滿了在製品，裝置空閒時間比加工時間還多，產品價格昂貴且效率低下。1990年，ERP（企業資源計劃）系統開始與流水線結合，匯合了離散型生產和流程型生產的特點，全面優化資源運用方式，快速響應客戶需求，也使高度自動化的剛性流水線獲得一定調整力。
流水線當中“剛性固化與柔性調整”的反覆磨合，貫穿了整個工業3.0時代，六西格瑪（6 Sigma）就是這個時代的偉大成就。6 Sigma策略主要強調製定極高目標、收集資料以及分析結果，通過這些來減少產品和服務的缺陷。6 Sigma背後的原理就是“如果你檢測到你的專案中有多少缺陷，你就可以找出如何系統地減少缺陷，使你的專案儘量完美的方法。”一個企業要想達到6 Sigma標準，那麼它的出錯率不能超過百萬分之3.4。6 Sigma在20世紀90年代中期開始被GE（通用電氣）從一種全面質量管理方法演變成為一個高度有效的企業流程設計、改善和優化的技術，並提供了一系列同等適用於設計、生產和服務的新產品開發工具。不過，GE的龐大體系中幾乎沒有類似智慧手機這樣迭代速度極快的電子產品，GE生產方式也沒有機會真正突破剛性自動化的瓶頸。
流水線生產的畢竟只是標準產品，當一條生產線實現全自動化以後，柔性也隨之喪失，哪怕ERP或者6 Sigma也不是最終解決方案。在大型企業工作過的人，多少都接觸過ERP系統，它的好處是節省資源，缺點是靈活度非常差。要是想修改一個已經通過的事情，那太麻煩了，要通知各個部門、說明情況、再審批，特別費時費勁。流水線要依靠大量機器裝置來完成生產（即硬體投資加大），一旦市場需求、產品種類發生變化，硬體的更換成本非常高。一條生產線一個月可以生產1萬輛汽車或者100萬部手機，但是嚴重缺乏靈活性，就像一個人很健壯，但是胳膊腿不靈活。在當今這個創新加速的時代，這種“剛性自動化”越來越難以適應不斷縮短的產品生命週期。因為生產什麼已經比如何生產重要很多。
“人機角力”貫穿流水線百年進化史
在流水線生產的百年進化史中，最大的改變是什麼，或者進化的焦點集中在哪裡？答案是“人機角力”。人機角力的上半場核心是“將人當機器用，還是將機器當人用”，下半場核心是“人機融合”。
將人當機器用，還是將機器當人用？
多年以來，中國製造業持續推進產業升級以尋求競爭力提升，而具體做法就是不斷進行生產線的自動化升級改造。但這也使中國製造商逐漸面臨“剛性自動化的窘境”，即生產線缺乏柔性、調整力不足，以致影響到市場適應性。“如何向流水線注入彈性”，這是一個現實問題，但辦法很多。可以將人當機器用，這在中國工業崛起的前期並不少見。舉兩個例子：
比亞迪是生產鋰電池起家的，技術源於日本，但很難獲得日本前沿的流水線自動化技術。要是拼生產技術，很長時間比亞迪是輸給日本對手的，但成本優勢始終十分明顯。自動化流水線的最大優勢不就是效率、成本嗎？為什麼比亞迪輸了技術，反而贏得成本優勢？只要看幾個資料：同樣是生產鋰電池，日本公司一條生產線上僱200名工人，投資1億美元，相當於6億多元人民幣。而比亞迪是僱2000名工人，投資5000萬元。流水線上那些昂貴的自動化裝置，比亞迪大多用人工替代，因為當時中國人工成本遠遠低於日本，將廉價勞動力和流水線整合起來，用靈活、便宜的半自動化方式，打敗全自動化。所以，工業流水線不論怎麼規模化、自動化，流程設計也仍有很大操作空間，成本、效率以及靈活度，源於整體設計和綜合成本上的考慮。
自動化流水線在離散型工業中的實際運用，也面臨很大侷限，哪怕是最沒有技術含量的產品組裝，也會遭遇很多靈活性不足的情況。比如富士康組裝蘋果iPhone，除了考驗速度效率，更重要是靈活性、可調整性。
奧巴馬總統曾問喬布斯：“為什麼不能讓蘋果iPhone、iPad在美國製造？為什麼不能把這些工作機會帶回家？”喬布斯給出明確回答：“這些工作不會回來。”一個細節令人咂舌：一次，就在iPhone新款上架銷售前幾周，蘋果公司改進了產品設計，主要是涉及顯示屏的設計，這使得此前準備的組裝線要徹底重置。新的顯示屏到半夜才被送到中國工廠，當夜，工廠領班叫醒了8000名工人。這些工人在半夜12點換班，半小時即到位，將新的顯示屏裝入機器。僅僅96個小時，這家工廠完成了日產10萬臺iPhone的工作量。“高效率的人海戰術”在一段時期內可以彌補流水線生產的不足，帶來特殊的靈活性和可調整性。
人機融合
可能你曾想過一個問題：如果機器足夠擬人化，關節足夠靈活，是不是人工就要退出流水線？全自動流水線不就是“無人工廠”的前奏嗎？答案未必那麼樂觀。很多事情不論多麼符合邏輯想象，也一定會有很多你我未曾考慮過的現實約束。坦白說來，人機融合其實是“機器換人、無人工廠”逼近極限之後的明智妥協。在這一點上，最近幾年的最大教訓就是特斯拉。
2018年，通用汽車保守估計可以賣掉超過1000萬輛汽車，至少要到2020年，特斯拉電動車的實際產量才能接近通用汽車的1/10。儘管如此，特斯拉已經是美國市場價值最高的汽車公司。投資者之所以看好特斯拉的未來，不僅是特斯拉電動車顛覆了汽車產品形態，更重要是，特斯拉“用機器生產機器”的全自動化技術顛覆了汽車製造業。汽車工業給人的傳統印象就是車身在流水線上露出大量零散部件，戴著面罩的工人在那裡忙著焊接。而特斯拉工廠被CEO埃隆·馬斯克稱作“外星人戰艦”，裡面大量機器人組成的方陣就像有生命一樣在自行生產。馬斯克甚至說：“不必在流水線周圍安排工作人員，否則，這些工作人員會降低生產速度，也就是說生產過程本身就不會有人蔘與。工作人員只負責維護、升級機器和應對異常情況。”
特斯拉正在做的，就是將流水線的自動化程度推向極致。汽車行業的生產速度一般用每秒幾英寸來計量，現在汽車生產線的執行速度比人步行的速度慢多了。馬斯克想盡辦法要使流水線上的自動化機器人加速移動，要使流水線的執行速度達到傳統汽車生產速度的10~20倍，甚至要挑戰物理學極限，要快到人的感官根本反應不過來。可是，實際情況並不如人所願。特斯拉工廠的實際產能始終難以放量，以致客戶下了訂單，可能要等半年才能到貨。馬斯克將這種延誤稱作“生產地獄”。那些人工本來可以輕鬆做好的事，比如給電池貼上玻璃纖維聲音減震塊，機器人卻總是出錯。要不就沒辦法拿起，要不就放錯位置。馬斯克最後不得不承認：“過度自動化是一個錯誤，人類被低估了。”
看似有著諸多優勢的“無人化的全自動流水線”，在歐美日等先進製造業國家已經是非常過時的東西了。20世紀90年代，很多歐美工業企業已經實現（或者接近實現）無人化流水線，原材料投入進去之後產品很快被生產出來，而且是包裝好的，現場只有裝置維護人員，完全看不到人工操作的痕跡。
不過，這些企業很快就發現一系列致命風險：必須要有精通各個製造環節和整個工藝流程的生產線維護工程師，來進行全盤掌舵。怎麼能讓少數幾個工程師來掌控整個生產線的命運？如果裝置故障，高度自動化的系統會不會更難以修理，導致生產停滯？如果幾個熟練的核心工程師決定離職，是不是系統平穩執行就失去保障？如果產品設計出現較大變化，會不會導致這條生產線不能繼續使用？如果訂單不夠，生產線只能開工一半時間，如何處理昂貴的裝置折舊成本？更關鍵是，“生產什麼”遠比“如何生產”重要，“人機融合”才能保持彈性。
當今時代，工業流水線的進化已轉向“合作自動化”，利用最新技術也要兼顧平衡投入產出比。在需要做重複勞動的地方，或者對人工負荷比較大的地方用機器人代替。在精密製造的很多方面，人工的嫻熟程度和高超技術，才是最值得信賴的。 畢竟，流水線生產的本質是資源最佳配置，效率與彈性同等重要。
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