四大有限資源如圖1.3所示。四大有限資源指的是人力資源、能源、時(shí)間及原材料。

  科技發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最佳出路就是盡可能少地利用資源來(lái)達(dá)到盡可能大的產(chǎn)出。低能耗、低污染、低成本和高效率是制造業(yè)追求的目標(biāo)，甚至是發(fā)展愿景。企業(yè)管理、研發(fā)、生產(chǎn)的全過(guò)程都要進(jìn)行全局化考量和精細(xì)化規(guī)劃，這是優(yōu)化資源的必由之路。那么，四大有限資源的優(yōu)化對(duì)于制造業(yè)意味著什么?

圖 1.3 四大有限資源

  (1)人力資源

  首先，工程技術(shù)人員后備力量的匱乏已經(jīng)成為一個(gè)全球性的問(wèn)題。其次，越來(lái)越復(fù)雜的工藝和技術(shù)往往需要更多的人力投入，同時(shí)解決問(wèn)題所花費(fèi)的時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)。隨著技術(shù)更新速度的加快，操縱機(jī)械設(shè)備對(duì)操作員的知識(shí)結(jié)構(gòu)要求也越來(lái)越高，操作人員的實(shí)踐和培訓(xùn)成為了一個(gè)很重要的課題。一個(gè)突出的問(wèn)題是，在我國(guó)這樣一個(gè)新興經(jīng)濟(jì)區(qū)域，人力資源的成本，包括培訓(xùn)、薪酬以及人員流失所帶來(lái)的產(chǎn)品成本在以比歐美更快的速度增長(zhǎng)著。這就為制造業(yè)提出了一個(gè)矛盾性課題是招聘更多的低薪酬、低素質(zhì)的員工，還是采用相反的策略，加強(qiáng)現(xiàn)有員工培訓(xùn)、提高工作的效能?

  (2)能源

  縱觀(guān)我國(guó)的裝備制造業(yè)在過(guò)去20年的發(fā)展，基本上可以總結(jié)為高速發(fā)展的同時(shí)伴隨著高能耗。設(shè)備生產(chǎn)的廠(chǎng)商只關(guān)注產(chǎn)品本身的成本，不太關(guān)注產(chǎn)品的能耗以及給下游供應(yīng)鏈帶來(lái)的未來(lái)成本，然而這種發(fā)展模式卻是不可持續(xù)的。裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型就是要擺脫傳統(tǒng)的粗放式發(fā)展模式，擺脫僅僅靠?jī)r(jià)格取勝的競(jìng)爭(zhēng)方式，因此，技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能才是戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的唯一出路。

  節(jié)能首先要從能源的生產(chǎn)和輸配做起。提高能源的生產(chǎn)效率，更多地利用可再生能源。例如，太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能以及潮汐能等。這些都是在能源的生產(chǎn)源頭進(jìn)行的開(kāi)發(fā)和努力。在能源的輸配方面，不僅要消除和避免能耗的峰值，同時(shí)還要進(jìn)行有效的能源生產(chǎn)管理，電網(wǎng)負(fù)載的均勻分布也是能源輸送與分配的重要課題。

  高效低耗地使用能源是在用戶(hù)端的追求。在生產(chǎn)流程中，設(shè)備保持熱備狀態(tài)而不是停機(jī)，整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)上盡量地減少電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)和起動(dòng)頻度，以保持其迅速運(yùn)轉(zhuǎn)的能力，這是節(jié)省能源的基本規(guī)則。而為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就要從設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的軟、硬件配置入手。另外，運(yùn)動(dòng)中電能的回饋電網(wǎng)以及智能的電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)仿型也都是使能耗最小化的精細(xì)化手段。

  此外，節(jié)能還意味著盡量降低產(chǎn)品的能耗。在選配元器件中，使用能耗更低的產(chǎn)品，以降低系統(tǒng)的總能耗。電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的減少能源足跡(Energy foot print)就是這個(gè)意思。不僅如此，一個(gè)有效的冷卻系統(tǒng)也是至關(guān)重要的。在電氣控制柜中，人們往往意主動(dòng)冷卻系統(tǒng)，例如，愿意進(jìn)行風(fēng)冷系統(tǒng)或水冷系統(tǒng)的投入，但卻不首先考慮如何有效針對(duì)導(dǎo)熱問(wèn)題進(jìn)行研發(fā)與設(shè)計(jì)。因?yàn)槿绻粋€(gè)系統(tǒng)的導(dǎo)熱設(shè)計(jì)合理，則主動(dòng)冷卻系統(tǒng)就可以省卻或減少投入。

  (3)原材料

  減少原材料在產(chǎn)品中的用量，盡量避免使用貴重金屬是“輕裝設(shè)計(jì)”理念的基本原則。個(gè)典型的例子就是并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和構(gòu)造方式。輕裝設(shè)計(jì)的并聯(lián)機(jī)器人如圖1.4所示。減少了產(chǎn)品的原材料用量，隨之就減少了物流中的運(yùn)輸重量，降低了原材料制造中的能耗分?jǐn)偂?

圖 1.4 輕裝設(shè)計(jì)的并聯(lián)機(jī)器人

  輕裝設(shè)計(jì)的理念是在保證性能的前提下，盡可能減少材料的用量，盡可能用便宜的材料，即“as good as needed”。然而如何減少材料的成本而不影響性能呢? 這就需要一個(gè)理論基礎(chǔ)和多?乃至試驗(yàn)手段。但是樣機(jī)的試驗(yàn)如果過(guò)于頻繁就會(huì)又造成大量的人力，物力甚至?xí)r間的浪費(fèi)。要解決這些問(wèn)題，同時(shí)又達(dá)到輕裝設(shè)計(jì)的目的，主要有兩個(gè)途徑①采用基于精確建模的現(xiàn)代仿真手段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)并取代樣機(jī)試驗(yàn)，在這里，機(jī)械和軟件的緊密結(jié)合是至關(guān)重要的②依據(jù)仿生學(xué)從自然界獲得一些生物或自然現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)借鑒，進(jìn)行模仿和創(chuàng)新。當(dāng)然，產(chǎn)品整個(gè)生命周剪的管理也是延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命、節(jié)省原材料并縮短設(shè)備停機(jī)時(shí)間的有效策略。

  應(yīng)當(dāng)指出的是，原材料的節(jié)省在制造業(yè)中已經(jīng)在走“精細(xì)化”的道路。所謂的精細(xì)化是指表現(xiàn)在三個(gè)方面的趨勢(shì)①“批量一”。即一個(gè)制造的批次上，只有一件產(chǎn)品下線(xiàn)，而不是成百上千件，這是定制化產(chǎn)品和大批量的極端結(jié)合?！芭恳弧本鸵馕吨恳患a(chǎn)品和下一件之間都存在著制造工藝的變換，且這個(gè)變換的基本要求是無(wú)廢料產(chǎn)生。“批量一”典型例子的就是數(shù)學(xué)化膠印機(jī)，每一張的印刷都是不同的印刷板。②準(zhǔn)確及時(shí)。機(jī)械設(shè)備可以有100%的投入能力而無(wú)意外停機(jī)。連續(xù)的生產(chǎn)制造流程保證了能源和空間的節(jié)省，沒(méi)有因停機(jī)造成的苛刻產(chǎn)品(如藥品、化工產(chǎn)品等)的報(bào)廢，這些都屬于準(zhǔn)確、及時(shí)的范疇。③減少到極致。包裝材料的厚度(如礦泉水瓶的壁厚)、紙媒體的厚度在不影響其功能的前提下，盡可能減小到極致，以達(dá)到盡可能減少材料用量而降低成本的目的。

  (4)時(shí)間

  時(shí)間管理的第一要素就是規(guī)范和規(guī)劃。生產(chǎn)流程和產(chǎn)品研發(fā)都需要規(guī)劃每一個(gè)時(shí)間步驟。同時(shí)，避免意外停機(jī)、產(chǎn)品轉(zhuǎn)換之間無(wú)延遲也是優(yōu)化生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)。對(duì)于產(chǎn)品研發(fā)來(lái)講，盡可能縮短開(kāi)發(fā)周期是適應(yīng)制造業(yè)高動(dòng)態(tài)需求的必需之舉。然而，開(kāi)發(fā)周期的不斷縮短，意味著對(duì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷增強(qiáng)的壓力。在全球化的今天，無(wú)論客戶(hù)處在哪個(gè)地區(qū)，無(wú)論公司的研發(fā)和生產(chǎn)以及服務(wù)分布在何處，都不影響對(duì)客戶(hù)的服務(wù)以及公司的運(yùn)作，這也是全球化與全時(shí)域融合的概念。尤其是在產(chǎn)品的生命周期不斷縮短、商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇的當(dāng)今世界，誰(shuí)贏(yíng)得時(shí)間，誰(shuí)就贏(yíng)得未來(lái)。