1.4 製造技術的科學化 (Science of Manufacturing) ：公元 1980 年代迄今

1. 1.4製造技術的科學化 (Science of Manufacturing)：公元1980年代迄今

2. 1.4.1　概述：工程科學與組織科學

3. 1.4.1　概述：工程科學與組織科學 • 「處在順境的時候，反應會比較遲鈍 ( 正如同順順的開車的時候容易睡著 “fall asleep at the wheel” 一樣 )，這或許是我們人類的天性吧！ • 1970年代的時候，美國在商業方面具有超凡的成就，也儘管早期的電腦輔助製造 (Computer Aided Manufacturing, CAM) 這種新的想法曾經帶給了我們無限的希望，許多美國的製造營運卻敵不過新的日本式效率與品質保證 (quality assurance, QA) 方法。

4. 1.4.1　概述：工程科學與組織科學 • 1970年代中期 • 消費性電子產品，例如VCR、微波爐、電視以及照相機，首度被日本的製造商 ( 譬如Matsushita和Sony) 取代，而且隨後更被其他太平洋沿岸 (Pacific Rim) 國家所取代。 • 美國三大 (Big Three) 汽車製造商無意更改設計以反應1970年代飆漲的汽油價格，而且也不顧消費者對於車子可靠度越來越多的要求，過了沒有多久，日本的豐田 (Toyota)、本田 (Honda) 以及日產 (Nissan) 汽車等公司就奪走了汽車市場相當大的部分。

5. 1.4.1　概述：工程科學與組織科學 • 1980年代的初期 • 美國聲稱歐洲與日本這些越來越狡猾 (ever-cunning) 的競爭對手，充其量只是以低於實際的市場價格傾銷一些鋼品、汽車與記憶晶片，目的只是在打入美國市場而已。 • 美國針對這種情形的第一個反應是，大量投資機器人 (robotics) 以及無人化彈性製造系統 (Flexible Manufacturing System, FMS) 藉以降低現場的勞力成本！ • 機器人以及無人化彈性製造系統兩者合起來，可以被定義成電腦整合製造 (Computer Integrated Manufacturing, CIM)。

7. 1.4.1　概述：工程科學與組織科學 • 1980年代的中期 • CIM的投資的確展現了相當的預期效益。要在製造中競爭，只有驚人的技術是無法獲勝的。 • 徹頭徹尾達到卓越製造 (manufacturing excellence)，那麼在機器人與FMS的投資就需要考慮全面品質管理 (Total Quality Management, TQM)。

8. 1.4.1　概述：工程科學與組織科學 • 回顧上述的議題 • 工程科學：在本書的定義為CIM的硬體與軟體 • 組織科學：在本書的定義為管理與TQM議題

9. 1.4.2　工程科學

10. 1.4.2　工程科學 • Harrington (1973)、Merchant (1980) 和Bjorke (1979)。他們創造了電腦整合製造 (CIM) 這種構想，做為自動化、最佳化 ( 優化 ) 以及整合整個製造系統運作的方法。 • 在1980年代的時候，CIM就很自然的被擴充成包括使用機器人與人工智慧 (Artificial Intelligence, AI) 。

11. 1.4 製造技術的科學化 (Science of Manufacturing)：公元1980 年代迄今

12. 1.4 製造技術的科學化 (Science of Manufacturing)：公元1980 年代迄今

13. 1.4 製造技術的科學化 (Science of Manufacturing)：公元1980 年代迄今 • 電腦整合製造 (CIM) • 第一、在內部的圓圈中，列有材料處理與半導體等基本製程的物性。如果針對這些製程追根究底的話，那麼就會發現有差排(dislocation) 理論可以用來瞭解塑性力學(plasticity)，也有晶格物理可以用來瞭解電晶體 (transistors) 作用的方式。 • 第二、緊接著的圓圈中，現在已經有了發展得相當完整的控制理論，可以用來描述製造設備的穩定性、設定時間以及準確性。 連桿、傳動機構、凸輪、摩擦

16. 塑性變形 鍛造有二種目的： • 鍛鍊─細粒化、纖維化。 • 成形─鍛成具有連續鍛流線的各種製品形狀。

17. Flyball governor (飛球式調速器)

19. 1.4 製造技術的科學化 (Science of Manufacturing)：公元1980 年代迄今 • 第三、最外面的圓圈中顯示的是彈性製造系統的排程，這包括了離散事件模擬 (discrete event simulation)、統計模型、最佳化、以及排隊理論 (queuing theory)。這些是許多工業工程 (Industrial Engineering) 以及作業研究 (Operational Research) 部門的基石。最近這些年來，人工智慧 (AI) 在這個領域也增添了許多科學基礎，被稱為拘束推論 (constraint based reasoning)。

20. 1.4.3　組織科學

21. 1.4.3　組織科學 • 日本卻最先有了最為熱衷的使用者 (Engelberger, 1980)。這些來自於日本以及其他太平洋沿岸國家的新競爭對手，僅僅是擷取了「已經存在了的最佳構想 (best ideas that were out there)」 • 許多有關全面品質管理 (TQM) 的新哲理卻是美國產業的工程師所創的，這些人包括戴明博士 (W. E. Deming)。而且，歷史學家也指出，雖然早在1961年美國就有了第一個工業機器人專利

22. 1.4.3　組織科學 • Taichii Ono乃是豐田生產系統 (Toyota Production System) 出類拔萃的佼佼者，曾經在彈性製造系統上採用pulling產品的方式降低了許多在製品 (work in progress)，而不是採用pushing的方式，去增加已經是被塞爆了的系統。 • 即時 (Just in time, JIT) 的製造也常常被用來描述這個作業方法。精瘦製造 (lean manufacturing) 是另一個相關的用語，強調的重點在於降低「在製品 (Work-in-progress, WIP)」與庫存 (inventory)。

23. 1.4.3　組織科學 • 「新」式豐田法 • 品質管制 (Quality Control, QC) 的「舊式」定義是『零件的量測乃是在該產品被生產了之後才開始進行』，以便確認該製程的作業能創造出設計者設定的尺寸；然後，如果該零件的尺寸不合乎要求，就會被剔除。 • 這種「新」式豐田法，則是將重點放在生產線上的量測，也就是說，不再只是針對成品的量測與剔退，而是全面進行量測。此外，也要過調整生產設備，以避免產生瑕疵品。總結而言，這種方式被稱為「製程中的品質管制 (in process quality control)」──也被稱為全面品質管理 (TQM)

24. 1.4 製造技術的科學化 (Science of Manufacturing)：公元1980 年代迄今

25. 1.4.3　組織科學 • 圖1.4也蘊含著所謂的同步工程 (Concurrent Engineering, CE)，或者稱為同步設計 (concurrent design)；同步工程與全面品質管理 (TQM) 有著非常密切關係 • 太多美國公司的製造欠缺溝通 (over-the-wall manufacturing)；其實這是一個警語，因為證據顯示，存在於許多公司普遍的情形是，設計人員執行工作時，幾乎是與外界隔絕的。設計人員通常會使用具備圖形加速的高階電腦終端機，做出有著彩色陰影塗層的漂亮幾何圖形 (CAD images) • 當現場的機器人以及工具機要使用到這些圖形資料時，必須再經過詮釋與轉換，在轉換過程中常常會有模稜兩可與錯誤的情形產生，造成設計與製造中間的時程延誤。

26. 1.4.3　組織科學 • 泰勒 (F.W. Taylor)認為只有設計工程師才夠聰明，可以下生產決策；他堅持製造工程師不能參與決策，只能作被告知的工作。 • 泰勒主義 (Taylorism) 已經有許多人不贊同了，它造成了設計與製造工程師之間的巨大分歧、使得溝通無門、並且造成製造系統的時間延誤。 • 設計人員大多受過大學的訓練，製造人員則是受過職業學校 (trade school) 的訓練。到了1980年，這種分隔就不太有利了。 • 美國在1980年代的經濟而言，並不全都是壞消息。電腦工業的興起造就了軟硬體龐大的成長；就算是有些像雲霄飛車 (roller-coaster) 般的起起落落，美國的半導體製造業仍能維持持續的成長 (Macher et al., 1998)。 • 有創造力與冒險犯難精神的資本家以及位於美國加州矽谷的電腦文化。在此同時，生物技術 (biotechnology) 以及醫藥工業 (pharmaceutical industry) 在1980年代也是欣欣向榮。

27. 問題 8： • 何謂FMS？ • 何謂全面品質管制？ • 何謂同步工程？

28. 1.5　製造業

29. 1.5　製造業 • Ayres和Miller (1983) 為製造下了一個簡潔的定義：「供應元素 ( 例如新的電腦技術 ) 與需求元素 ( 例如消費者對於交期、品質與多樣性的需求 ) 的匯合」。 • 新技術對一般市場產生的自然推力 (push)，例如，現在幾乎每天都有新晶片、更快速的電腦、與更快的數據機產品發表。 • 市場也有渴望新技術的拉力 (pull)，例如，使用者希望能以更快的速度從網際網路下載程式並且希望他們電玩程式的影像能栩栩如生。

30. 1.5　製造業 • 那麼這些在二十一世紀中要求越來越高的消費者要的是什麼呢？ • Ayres和Miller的定義說了，他們要的是交期、品質與多樣性。 • 在1990年代的時候，最好的公司都擴展同步工程和全面品質管理到了極致。

31. 1.5　製造業 • 1990年代 • 開放式架構製造 (open-architecture manufacturing) 與敏捷製造 (agile manufacturing) 已然是瀰漫在1990年代的新範疇了。 • 強調的是企業必須具備快速調適 (rapid configurable) 的能力，以回應顧客在交期、品質與多樣性等方面新的要求 (Greenfeld et al., 1989; Goldman et al., 1995; Anderson, 1997)。 • 到了1990年代中期，基於網際網路的製造 (Internet-based manufacturing) 乃是上述範疇的自然延伸，強調的是透過網際網路分享設計與製造維修 (Smith and Wright, 1996)。

32. 1.5　製造業 • 二十一世紀 • 由於文化的差異以及經濟上的原因，產業的成長總是仰賴於「大型商業被分散化」的情形。 • 在1970年 ( 就在網際網路被創造出來以前 ) 時也是一樣的：在美國本土進行產品設計，然後利用較為便宜的「海外製造 (offshore manufacturing)」，乃是標準的作法。 • 到了二十一世紀，有了全球資訊網以及視訊會議，就有潛力以更快速的方式利用位在某一地區具有先進設計能力的工作室以及位在另一地區的廉價勞力。 • 清楚的溝通仍然是瞭解這個潛力並獲得快速上市時間極其重要的。 • 第一，是顧客和設計者之間 • 第二，是設計者和製造者之間

33. 1.5　製造業 • 企業整合 (Enterprise Integration) 也因此出現在圖1.4的第五圈中。這個項目其實就是同步工程發揮到更大的規模並且涵蓋了整個公司，而其中的關鍵就在於一個大規模的製造 (manufacturing-in-the-large) 企業所有部門的整合。 • 二十一世紀的方法更應該是要打破一個機構中各個部門以及人員之間的藩籬，以使得整個企業可以很開放的分享問題、邁向共同的目標、定義共享生產力的方法、然後公平的分享股利。 • 除了公司內的彼此信賴之外，就是與其他公司之間的協議了。這些協議應該至少要暫時存在以配合即將到手的商機；而這個舊式龐大商務的短暫版本，就被稱為虛擬公司 (Virtual Corporation)。 • Nishimura (1999) 則有另一種主張，他認為一個二十一世紀成功的虛擬公司必然依舊要仰賴於每一個成員的核心競爭技術，但在此同時，每一個參與的成員對於合作的技巧，必須要更有經驗才行。

34. 1.5　製造業 • 梭羅 (Thurow) (1999) 更進一步的主張「重整是舊式公司的挑戰 (Cannibalization is the challenge for old business firms)」 • 意思是，舊式具有良好制度的公司現在必須打散成較小的商業部門。對於新的商機而言，這些部門之間會產生更緊密的互動；當沒有使用價值時，這些部門也會被解散。

35. 1.5　製造業 • 組織科學一定要建構在全面品質管理上。 • 新的工程科學技術，例如網頁，提供著創造產品與服務的新方法，但是對於基本的製造，效率以及製程中的品質管制將永遠是必要的。

36. 1.6　摘　要 • 藉由回顧製造的藝術、技術、科學以及商業等觀點，我們可以總結說，製造活動絕對不只是金屬加工與晶圓蝕刻而已：製造是社會企業的延伸。 做什麼？如何做？ • 有天賦的哲學家，例如像馬克斯 (Marx) 和馬斯洛 (Maslow) 注意到了人類實際上比較喜歡工作勝於無所事事，但是他們除了薪水之外，也要所付出的勞力受到肯定。

37. 1.6　摘　要 • 未來學家奈斯比 (Naisbitt) 所言，人們要的是「高科技、高思維 (high-tech high-touch)」，意思是說，以更輕鬆的方式取得所有現代生活上的便利。 • 一旦人們有了足夠的錢，他們就會努力另謀更有趣的工作，或者是接受再教育以獲取更能在智力上受到肯定與獲得報酬的工作。 • 一個人的再教育可能會導致獲得機器診斷與維修或者是生產部門的職位；隨著時間的經過，這樣的職缺可能會變成一般性的管理工作、人力資源工作以及商業導向的決策工作。

38. 1.6　摘　要 • 長期的趨勢乃是投資更複雜的資本設備，而這種設備的運轉完全不需要人；這也是電腦整合製造一直以來的目標 (Harrington, 1973; Merchant, 1980)。 • 圖1.1和圖1.2兩圖從左到右所顯示的趨勢，強調的是從泰勒的「雇用人手 (hired hands)」轉變成「知識工作者 (knowledge worker)」──這個用語是彼得杜拉克 (Peter Drucker) 在1940年代首先提出的。 • 這也有些是從資本密集設備 (capital-intensive machinery) 轉變成注重軟體與公司知識 (software and corporate knowledge) 的趨勢

39. 1.6　摘　要 • 　二十一世紀的時候，提供促進創造力與靈活彈性的環境，將會一直是時勢所趨──這種重點的強調與二十世紀早期的「時間與動作研究」相當不同。 • 「公元兩千年的時候，是否還會有製造，人們是否還會工作呢？」 • 屬於勞力的工作而言，這答案或許是「否定」的；但是，對於進行設計、規劃與安裝自動化設備用以製作消費性產品這種集合性的企業而言，則是「肯定」的。

40. 1.9　案例研究：「鄰座同事症候群 (Next Bench Syndrom)」

41. 關鍵要點 • 產品設計與原型製作應該儘可能包含多一點在工程上的創造力 ( 創意 )。但是，在整個過程中，應該要隨時問一些較為嚴苛而且以顧客為導向的問題。範例如下： • 哪一群消費者會買這個產品呢？ • 對該群消費者而言，價位是否適當？

42. 關鍵要點 • 如果和相同價位的產品一同擺在架上，該產品是否具有特殊吸引力？ • 消費者是否會樂於使用這個產品，並且會奔相走告其朋友呢？ • 消費者是否會因為該產品的美觀、高品質以及其優異的功能，而回頭購買下一代的產品呢？ • 二十一世紀的時候，這些「消費者的需求」將依然會是環繞所有項目的主題──如同圖1.4最外圈所示。

43. 內容 • 摘自於Glenn Gow於1995年所寫的「技術導向的產品會把顧客趕跑 (Tech-Driven Product Drive Buyers Away)」(Glenn Gow, San Francisco Chronicle, March 1995)。

44. 1.10　問題回顧

45. 問題回顧 1.在一張有四個欄位的空白表格中，依照設備、製程與人員等標題，列出從十八世紀到二十一世紀主要的製造屬性。 2.從詹姆氏瓦特 (James Watt) 在公元1769年為蒸汽引擎發明了一個分離式的壓縮機開始，列出歷史學家常常用來說明導致在公元1770年到1820年之間的第一個工業革命的六個因素。此外，對於每個因素都要寫一兩個句子，這些句子必須與今日的資訊革命相關 ( 從1947年的電晶體、1958年的第一個積體電路以及1971年的第一個為處理器開始 )，並顯示出相同的需求。 3.使用短句黑點以25到50個字定義 (a) 鄰座同事症候群；(b) 可交換零組件；(c) 設計製造化與組裝化 (DFM/A)。 4.請以表格的方式在第一欄中，列出五到六個理由，說明為什麼美國「在1970年代早期的時候，反應會比較遲鈍 (fall asleep at the wheel)」，接著，競爭力很快的輸給了本田 / 豐田 / 新力呢？然後在第二欄裡，在每一個理由的旁邊，列出一些特別是在豐田公司中，促成製造升級的組織科學 (organizational science) 的方法。 5.請以表格的方式列出六到七個在過去三十年中的「主要製造範疇 (major manufacturing paradigm)」

46. 影片：鋁合金產業 問題 2： • 鋁合金產業是否屬高科技範圍？適合台灣嗎？WHY? (提示：採礦、提煉、製造、回收等方向說明)

47. 影片：鋁合金產業 問題 3：（多採用圖解釋） • 何謂「合金(Alloy)」？用處在哪？ • 何謂「焊接(Welding)」？用處在哪？ • 何謂「鑄造(Casting)」？用處在哪？

48. 影片：鋁合金產業 問題 4：（多採用圖解釋） • 何謂「鍛造(Forging)」？用處在哪？ • 何謂「CNC (Computer numeric control)」？用處在哪？ • 何謂「切削刀具 (Cutting tools)」？用處在哪？

49. 影片：鋁合金產業 問題 5： • 何謂「熱處理(Heat treatment)」？用處在哪？ • 何謂「沖壓(Punching)」？用處在哪？ • 何謂「熱軋(Hot rolling)」？用處在哪？

50. 問題 6： • 何謂精密機械？ • 精密機械和「製造」的關係？ • 何謂精密製造？ 提示：先定義「精密」