賽汝（SERU）生產與經典生產方式的比較與仿真分析

○ 唐加福 任玉紅 于 洋 韓亞飛

引言

當今產品生命周期越來越短，客戶需求也越來越多樣化，制造企業必須采用多品種、小批量，甚至是變品種變批量的生產制造系統，即要求生產方式既具有高效率又具有高柔性，以應對多變的市場環境。[1]在激烈的市場競爭下，中國本土制造企業為提高應對快速變化市場需求的響應能力，逐漸將生產模式從“為生產而生產”轉向“為消費而生產”。[2]對制造企業的高要求，促進了管理科學、工業工程及企業管理等學科的發展，同時也推動了生產組織管理方式的革新。尤其是當前中國經濟發展正面臨結構轉型升級，制造業由制造大國向制造強國轉變的挑戰，更有必要學習國外先進的生產組織與管理方式。[3,4]

在國內外先進生產組織與管理方式的演化中，依次出現了以下幾種典型的管理方式：以泰勒科學管理原理為基礎的科學生產方式，福特汽車提出的大規模生產（MassProduction,MP），即流水裝配線生產模式（Line），以及日本豐田汽車提出的豐田生產模式（ToyotaProductionSystem,TPS）。然而，新興信息技術（如互聯網、物聯網、大數據、云計算）的快速發展更新了客戶需求特征，[5]需求不僅表現出多樣性，還呈現出不穩定、批量動態變化的特點。針對這些特征，特別是在面對產品附加值高，需求不穩定，生命周期短和多批次、小批量、變批量的市場環境，流水裝配線和TPS 方式均無能為力。在這種情況下，佳能、索尼等日本電子裝配企業探索性地提出了佳能式的日本單元生產方式，當時稱為佳能單元式生產（CanonCellularProduction）、[4,6]細胞式生產[6,7]或日本式單元生產。[8,9]為了區別于基于成組技術的單元制造（CellularManufacturing,CM），人們將這種生產方式稱為SeruProduction，[10-14]其中，Seru 是日語中單元（Cell）的發音，是指由一名或多名工人、簡單易移動的設備和工作臺共同完成一種或多種產品的組裝而構成的一個裝配單元。為便于統一，本文統稱為SERU 生產方式或賽汝生產方式，意為“賽過你”。

賽汝生產方式首先被佳能、索尼等日本的電子裝配企業廣泛采用并取得很好的實踐效果，并由此引發業界和學界的廣泛關注。[14-19]2003年日本《周刊東洋經濟》出版了一個專輯，專門介紹日本的賽汝生產，之后相繼有多本日文專著介紹了賽汝生產的產生、特點和實施流程。[10,15]但由于日本學術界不熱衷于撰寫日文以外的學術專著和論文，導致早期賽汝生產方式在日本以外的企業界和學術界不為人所知。2010年《北大商業評論》刊載日本式單元生產的文章。[6]在學術界，早期以華裔日籍管理學家Kaku（郭偉宏）、殷勇為代表的一批日本管理研究者于21世紀初開始就此主題進行訪談調研、案例與實證研究，并開始從數理分析的角度進行研究。[20-23]近五年來，國內外學者對賽汝生產的研究取得了一些重要進展，特別是在JOM 上的發表，[18]更是吸引了國際學術界對賽汝生產的密切關注，國內一些研究機構如西安理工大學、東北大學和東北財經大學等的學者也相繼研究賽汝生產方式，國家自然科學基金委員會資助了10 余項相關研究，取得了一些重要結果。

本文從比較與仿真分析的角度總結賽汝生產方式，闡述賽汝生產方式產生的背景，總結Seru 的表現形態與特征，從理論上多維度比較分析賽汝生產方式與經典生產方式（如MP、CM、TPS）的適用場景、生產組織過程特征、優勢與局限性。通過建立隨機環境下SERU系統性能的評價指標，基于ARENA 的仿真比較分析系統，從統計意義上定量地比較分析賽汝生產方式與流水生產方式的性能，包括效率指標、成本指標和穩定性指標，并分析兩種生產方式的適用場景。

一、SERU 生產的產生背景

SERU 生產源自于20世紀90年代日本制造企業的生產現場，與當時日本的生產技術積累、產業經濟環境、企業文化、生產和市場環境息息相關。[8,10,15,17]在1970年之前，日本制造企業主要以流水線大規模生產方式為主。隨著顧客需求的快速變化，產品多樣性日益增加，企業逐漸從大規模生產轉型到多品種小批量生產，而且企業間的競爭也越來越激烈，由此日本孕育出了豐田生產方式（TPS）。雖然TPS 能夠處理多品種，但前提是品種要相對穩定，并且批量不應太少。對于一些高端數碼和高技術含量的電子產品，如相機、手機等，市場需求表現為生命周期短，需求變化快，特別是訂單具有變品種、變批量特征。需求品種和需求量的快速變化且不確定導致企業難以對市場需求提前做出科學的生產計劃。因而，以生產計劃為前提的流水線模式和TPS 在日本已經不能適用，必須尋找新的生產方式，即如何將原來的流水線拆分成新型裝配線（稱為裝配單元），以應對不斷變化的多品種少批量，特別是變品種變批量、生命周期短的產品需求特征；SERU 生產方式在此背景下應運而生。目前，這種新的生產方式已廣泛地應用于亞洲的電子工業和汽車制造業，如佳能、松下、夏普、三菱、富士等，包括中國大連、珠三角和長三角的中小型企業，[24]以及日企在越南、泰國、印度等的生產廠商。

SERU 生產在日本產生、實施和發展的主要原因可以總結為其所處的產業和經濟環境、獨特的日本企業文化、市場需求環境三個方面。[10,15,17]

1.產業和經濟環境。20世紀90年代以后，日本進入了經濟低迷期，經濟泡沫破滅；日元大幅升值導致日本的人工成本急劇上升，許多日本工廠將流水線轉移到中國和東南亞等勞動力成本低的國家和地區，很少一部分高品質要求的產品留在日本國內繼續使用流水線生產，但數量很低；同時，日本員工老齡化使青年勞動力減少越來越顯著。

2.日本獨特的企業人力資源文化。日本實行職員終生制，員工不辭職的情況下，公司不裁員。而流水線的廢除導致工人數量的大大富余，企業不得不想辦法養活他們，從而推動了生產模式的革新。另外，日本企業這種以人為本、以人為中心、多能工的企業文化使員工的積極性和技能都得到了提高，從而帶動了生產效率的提升。也正是由于員工的多技能為SERU 生產方式的推進創造了條件。

3.市場需求環境發生重大變化。市場需求表現出一些新的特征：市場需求越來越多樣化、個性化，產品更新速度越來越快，產品品種、生產批量越來越不穩定。在這種環境下采用流水線、CM 和TPS 均無法有效應對，這就推動企業尋找新的生產方式來適應新的市場需求環境。

二、賽汝生產方式的分類與特征分析

Seru 是賽汝生產方式中最基本的組織單位，是cell（單元）在日語中的發音，既為了區別單元制造（CellularManufacturing,MC）中單元（Cell）的含義，也源于日語中單元的特定含義。Seru 與Cell（單元）的本質區別是：（1）Seru 特指裝配單元而非加工單元；（2）人員要求具備多能工而非單一技能的工人；（3）簡單機器或輔助設備而非復雜且昂貴的加工中心；（4）面向產品（Productoriented）而非功能單元（FunctionLayout）組織。

賽汝生產方式是指以Seru 為基本單位的生產線組織形態，由流水線生產方式分割、轉化為多個Seru 的生產組織形式。賽汝生產方式的本質特征是：（1）克服流水線生產的剛性以適應多品種小批量市場需求，單個Seru 承擔產品的大部分或全部生產工序；（2）Seru 是以人為中心的制造組織單位，具有高度自治且不斷學習的能力。SERU 生產系統（簡稱SERU 系統）是指包含一個或多個Seru 的生產組織管理系統，充分利用Seru的柔性特征，通過對人員、設備和產品的合理組織來提高生產效率的一種生產組織與管理系統。SERU 系統組成要素主要包括多能工、簡單的組裝工具或設備組成的單元（SERU）的設計及其運營管理系統。如沒有特別說明，本文將賽汝生產方式等同于賽汝生產系統，主要指純Seru 系統。為便于區分，小寫Seru 是指組織單元（形態），大寫SERU 特指生產方式或生產系統。

根據人員的任務分工，賽汝生產方式中的Seru 有三種表現形態：[10,15,17]分割式Seru（DivisionalSeru），巡回式Seru（RotatingSeru）和單人式Seru（日語為Yatai）。這些Seru 類型稱為基本Seru，它們有不同的組織形態特征。

1.分割式Seru 的組織形態特征。分割式Seru 是SERU 生產所必須經歷的初始階段，常采用U 形布局。從組織形態來看，一個裝配Seru 按照工序的流動方向被分割成多個工作區塊，每個區塊負責一道或多道工序的裝配任務，由一個工人負責，一個區塊的作業完成之后交給下一個區塊。此時要求工人是多能工，但無需是全能工。在單元構建決策時不僅要確定構建單元的數量、產品（任務）在單元間的分配、每個單元的人員數量、人員在單元間的分配，還需要確定各人員對加工工序的分工，以確保單元內區塊的平衡。在這些決策中，既有策略層的決策內容，包括構建單元的數量、產品在單元間的分配、單元的人數（或者技能組合）；也有運作層面的決策，即根據每個計劃期（如每天/每周）的生產任務，確定任務在單元間的分配以及各單元工序的劃分（人員與工序的分配組合）。在構建分割式Seru 時，決策的重點是動態調整單元間的任務分配以及單元內的平衡性，也就是確定各加工工序的分配，通過運作層的決策實現。當然，對于不同的加工任務（產品），可以有不同的工序分配方案，隨產品變化和調整；也可以在單元設計決策時進行工序的劃分，一旦確定，不再調整，即對于任何加工的任務（產品），每個工人的加工工序是確定的。

2.巡回式Seru 的組織形態特征。也稱為逐兔式Seru，由多個工人共同組成一個Seru；但與分割式Seru不同，每個工人能獨立完成產品的所有裝配工序，工人按照一定方向隨著產品裝配工序的位置移動，采用U 形布局形態。與分割式Seru 比較，巡回式Seru 中的工人都是全能工，可同時裝配一種或多種產品，其優點是容易應對市場需求量的增加或減少，但有時也會因工人的效率差異而產生窩工現象，導致效率降低。所以，在構建巡回式Seru 時，盡量將效率相同或相近的工人安排在一起。由于工人是全能工，單元構建決策相對分割式Seru 要簡單一些，策略層面僅需確定構建單元的數量、各單元中人員的數量及人員的簡單分配（效率相近原則）；在運作層面決策任務在單元間的分配，不必考慮工序的分配。因此，目前多數的單元構建研究主要是針對巡回式Seru 開展。[23]

3.單人式Seru 的組織形態特征。也稱為屋臺式Seru，有時稱為Yatai，由一個全能型工人獨自負責一個Seru，獨立完成一種或多種產品的所有裝配工序。與巡回式Seru 相比，單人式Seru 中只有1 個工人，不受其他工人作業速度的影響，所以平衡率能夠達到100%。單人式Seru 既是最簡單的單元形態，也是Seru 追求的最高境界。在構建單人式Seru 時，由于單元數量即人員數量，單元構建決策主要確定構建單元的數量（策略層面）以及考慮工人效率異質性情境下的任務分配（運作層面），無人員的組合及人員數量的決策；其決策重點是工人效率與加工任務（產品）的組合分配。因此，相對分割式Seru 和巡回式Seru 的單元構建決策要簡單很多。

由流水線轉化為Seru 的過程中，三種基本Seru 類型的進化過程如圖1所示。各類型Seru 具有其存在的場景和優缺點，三種基本Seru 類型的比較如見表1所示。

圖1 由流水線轉化為三種基本Seru類型的進化過程

根據SERU 生產系統中是否含有流水裝配線，可將其分為純賽汝生產系統和混合流水線賽汝生產系統。純SERU 系統，是指SERU 系統中僅含Seru 而不含有流水線的SERU 系統，即所有裝配單元都是Seru。根據純SERU 系統含有的基本Seru 類型，可進一步將其分為：純分割式SERU 系統、純巡回式SERU 系統、純單人式SERU 系統和混合SERU 系統（指SERU 系統中至少存在兩種基本Seru 的生產系統）。混合流水線SERU 系統是指既含有Seru（可以是一種或多種基本Seru 類型）又包含一部分流水裝配線的SERU 系統。其中，被保留的流水線工序多數是有共性、需要大型設備的工序，如檢測工序，包裝工序等，保留的原因主要表現在兩個方面：一是設備價值昂貴，在多個Seru 配置的成本較高；二是工人技能水平低，僅掌握流水線上的一道或少數幾道工序的操作。混合流水線SERU 系統既保留了流水線的高效率又具有SERU 生產的高柔性特點，更加貼近實際需求，但同時也更復雜，[17,22]所以自然也增加了構建混合式SERU 系統決策的難度。以混合式分割SERU 系統為例，需要決策哪些工序留在流水線上，哪些工序構建Seru，以及如何構建這些Seru，即確定構建Seru 的數量、產品在Seru 間的分配、每個Seru 的人員數量、人員在Seru 中的分配及各人員對加工工序的分工。

表1 三種基本Seru類型的比較[17]

從系統的角度看，賽汝生產系統具有如下特點：[17]（1）完結性高，單個或少數幾個工人獨自或共同完成產品從開始到結束的大部分或全部組裝操作；（2）自主性強，工人負責的操作范圍大大延伸，工人自主決定生產效率，自主管理能力得以提升；（3）持續改進，不僅包含工人能力的持續提升，還包括Seru 性能的持續改進；（4）生產并行化，多個Seru 單元同時進行生產，是一種并行化的生產方式，所以當一個設備或工人異常時，只會影響單個Seru 單元，其他單元不受影響；（5）靈活重組（柔性高），因為SERU 系統中設備是可靈活移動的簡易設備，工人是多能工，賽汝生產可以根據顧客需求進行靈活的重組。因此，SERU 系統不僅是工廠的生產革新，而且已經發展成全公司的結構性改革和風氣改革。[4,19]

現有實施企業的案例報告認為，賽汝生產具有以下優點：（1）適應多品種小批量、變品種、變批量的生產，能夠根據變動的顧客需求靈活重組生產系統；（2）提高生產效率，節省生產空間；（3）降低產品不良率；（4）提高工人的責任感和生產積極性。例如，采用賽汝生產后：佳能和索尼分別減少了72000 和710000 平方米的工作空間；索尼減少了35976 個工人，大約為總勞力的25%；佳能在2003年節約了550 億日元的成本；索尼Kohda 子公司Make-span（產品流通時間）縮減了53%，使得平均生產效率高于豐田公司。[4,8,17]

盡管如此，賽汝生產方式也有不足之處，[4]如生產效率容易不穩定，特別是在流水線轉化為SERU 系統的初期，工人的技能有限，達不到全能工或多能工的要求，技能水平不穩定，也可能導致不良率較高。所以，并不是所有情況實施賽汝生產方式都能提高生產效率，例如在大規模生產情形下，賽汝生產的效率就遠差于流水裝配線生產模式。也就是說，SERU 生產方式有其適應場景和實施條件，Johnson等以鈑金產品生產為例，研究了流水線生產模式向單元裝配系統轉化的前提條件，并提出在提前期短、產品高度定制時實施轉化更有利于生產系統性能的提高。[25]事實上，在佳能電子酒卷久擔任總裁實施單元生產方式的10年中，也經歷過多次反復，流水線—賽汝生產—流水線—賽汝生產……不斷總結經驗，才取得利潤增長10 倍的成效。

三、賽汝生產與MP、CM、TPS 的比較分析

自20世紀初泰勒提出科學管理用于生產管理以來，先后出現了多種先進的生產組織與管理模式，促進了工業工程、運籌與管理科學的發展。[3]國際上比較公認的先進生產管理模式有：以泰勒科學管理為代表的科學生產、大規模生產（即流水裝配線生產模式）、豐田生產模式（TPS）和基于成組技術的歐洲式單元制造（CellManufacturing,CM）。福特公司利用科學管理原理和勞動分工論，實現了大規模生產（MassProduction,MP），大大提高了生產效率，極大降低了生產成本。但其僅適用于單品種大批量的需求環境，無法滿足多品種、小批量的市場環境。為此，日本豐田公司利用混流生產線解決了需求相對穩定、中小批量的生產問題。[15,19]單元制造（CM），也稱歐洲式單元生產，它是基于成組技術（GroupTechnology,GT），將結構、工藝相似的零部件組成加工單元放在一起生產，以此提高系統柔性。[26,28]

下面從定性和理論分析的角度，將賽汝生產方式與流水線生產方式（MP）、單元制造（CM）和豐田生產方式（TPS）進行比較分析。

1.賽汝生產方式與流水線生產方式的比較

流水線（FlowLine）生產方式，也稱為福特生產方式、大規模生產方式（MassProduction,MP）或傳送帶生產方式。流水線生產方式采用了勞動分工和泰勒的科學管理原理，工序沿著傳送帶形成一條長線。由于MP采用大規模生產，極大地提高了生產效率，標志著現代工業的開端。賽汝生產方式是從MP 轉化而來，是某種程度上的一種進化。因此，相對于賽汝生產方式，流水線方式等待時間長，作業不平衡（特別是瓶頸工序），易造成等待和資源浪費。但兩種生產方式因面對的生產與市場環境不同，在生產組織方式、作業形式、組織管理模式、自動化程度、設備投資等各有其優缺點，SERU 生產方式與流水線生產方式的比較如表2所示。[17]

表2 SERU生產方式與流水線生產方式的比較

2.SERU 生產方式與單元制造的比較

塞汝生產方式與傳統的單元制造（CM）的本質區別是：（1）Seru 特指裝配單元、針對裝配過程，而非加工過程；（2）人員需是多能工，簡單易移動的機器設備和可移動的工作臺；（3）采用面向產品而非功能單元的布局形式；（4）以人為中心的制造組織，具有高度自治且不斷學習的能力。賽汝生產方式是充分利用單元的柔性特征，通過對人員、設備和產品的合理組織來提高生產效率的一種生產模式；[29]關注于通過工人搭配（即單元系統的優化設計）和批次分配（即批調度）來提高生產效率。因此，是以人為中心（Worker-oriented），通過快速轉化實現系統的敏捷性，本質上是精益生產的延伸。賽汝生產與單元制造（CM）在市場環境、布局形態和工人技能方面有相似之處，但兩者在產生背景、關鍵技術、追求目標、過程類型、重構性、構建方式、構建成本、構建依據等方面表現出獨特性，有很大的區別（如表3所示）。[17,30]

表3 SERU生產方式與歐洲式單元制造（CM）的比較[30]

3.SERU 生產方式與豐田生產方式的比較

豐田生產方式（TPS）是日本豐田公司提出的一種生產模式，[7,15,19]歐美學者稱之為精益生產（LeanProduction,LP）。[3,7]TPS 的核心思想是降低浪費，通過JIT 思想、全面質量管理（TQM）、看板生產等，消除工廠內各種各樣的浪費。當面對品種相對穩定的中小批量生產需求時，TPS 采用對混裝線的快速換線來應對；生產相近產品的流水線稱為混裝線，利用對混裝線的快速換線來實現不同品種產品的生產。但在面對品種類型不穩定，產品生命周期短和變品種變批量的生產需求時，TPS 的快速換線也無能為力。例如，上世紀90年代，索尼和佳能采用TPS 的混裝線生產電子產品就失敗了，而賽汝生產正由此而生。由于賽汝生產方式是精益生產的延續和發展，因而既具有TPS 生產方式的優勢，包括應對市場環境不確定性的變化以及減少浪費、一個流生產等；同時在組織方式、多能工要求、交貨時間、適用范圍等有其自身的特征和要求。[17]兩種生產方式的比較如表4所示。

表4 SERU生產方式與TPS生產方式的比較

四、SERU 生產與流水線方式的仿真比較分析

由于賽汝生產方式源于大規模流水線的轉化，因此，實現SERU 生產方式的關鍵環節是將流水裝配線轉化為具有多個獨立裝配單元的SERU 生產系統，該轉化過程也稱為LINE-SERU 轉化，[31,32]或者SERU 系統構建。[33,34]前文從理論和定性的角度比較分析了SERU 系統與流水線方式，但如何通過大量的隨機計算仿真，從統計意義上比較分析SERU 系統與流水線方式的效率，以及分析兩種生產方式的適用場景就顯得更有意義。也有學者以中國本土醫療制造企業為例，研究了LINE-SERU 轉化生產系統性能的改善情況，[24]但是由于以企業實際數據為依據，難以保證兩種生產方式在相同的市場環境下進行比較。事實上，也有學者利用仿真軟件SIMUL8 計算實驗，比較三種形態的Seru 單元與流水裝配線的效果。[35]以一個工廠為例，原來是流水裝配線，包含6 個連續的裝配工序，每周工作5日，每天工作8 小時，工人操作工序的效率不變，也不能額外增加成本。在6 個工人的流水裝配線轉變為SERU 生產方式中，包括形態A（2 個3-Seru）、形態B（3 個2-Seru）和形態C（6 個1-Seru）三種形態，其中3-Seru 是指有3 個人的Seru，2-Seru是指有2 個人的Seru，依此類推。在仿真計算實驗中，假定SERU 生產方式下工人是全能工，按照巡回式的方式操作。比較的性能指標包括生產量、生產成本、系統平均逗留時間、平均等待時間、工人利用率、在制品庫存。通過計算實驗發現，這些性能指標在無論哪種形態的SERU 生產方式下都比流水線方式有較大改善，其中形態C 表現最好，形態B 其次。但該文不是真正意義上的仿真，因為假設產品的輸入是給定的產品類型、數量和批次，只是將生產過程的性能指標和參數計算通過SIMUL8 軟件計算，既沒有考慮訂單需求及到達的隨機性，也沒有反映不同需求場景，更沒有分析這些指標隨生產場景的變化。為此，本節從仿真分析的角度，建立一個SERU 生產方式和流水線方式的生產過程仿真模型，對隨機產生訂單及生產現實場景進行模擬和統計計算，從統計意義上比較分析SERU 生產系統與流水線方式的效率，說明賽汝生產系統的優勢及其適用場景。

1.LINE-SERU 仿真比較分析的框架

圖2 基于仿真的比較分析框架

基于仿真的SERU 生產方式與MP 的比較分析框架如圖2所示，其中調度規則是指在給定的生產方式下隨機到達訂單在流水線或Seru 中的生產順序，采用FCFS規則。考慮的隨機因素包括產品種類、數量、批次大小、到達時間、工人技能水平等；優化的目標考慮生產效率、生產成本和生產穩定性三個指標，包括均值和變異系數（穩定性）。其中加黑加粗的非確定因素為本研究考慮的場景因素，加黑加粗的優化目標為評價兩個生產系統考慮的指標。在SERU 系統構建中，通過建立考慮隨機因素的基于NSGA-II 算法的SERU 系統構建方法獲得Pareto前沿解作為SERU 生產方式下的Seru 構建方案。[36]此外，需要構建隨機場景下評價SERU 系統構建的指標、建立LINE-SERU 仿真分析系統、進行仿真實驗并統計分析。

2.隨機場景下評價SERU 系統構建的指標

目前關于評價SERU 生產系統構建性能的指標主要包括時間、成本和人力資源三個維度，具體側重于總產出時間（TTPT）、工人總加工時間（TLH）、總產出時間方差、工人數量、培訓成本等。[23,30]這些均是針對確定性任務（訂單）環境下評價SERU 系統構建的指標。對于兩個生產系統的性能比較，不應該僅從某個給定的生產任務環境對應的產出指標，而更應該考慮更長一段時間、各種可能的不同組合的任務場景下系統表現的產出指標，也就是說對于隨機產生的訂單按隨機到達方式，從統計學意義上的產出指標。對于隨機場景下的SERU生產方式，應更多地體現效率指標、成本指標和系統穩定性指標。

（1）生產效率指標：由于訂單大小的隨機性使得總產出時間隨訂單大小波動而產生明顯的波動，方差也相對較大，不利于評價生產系統的性能。總產出時間的均值在重復仿真多次后達到穩態，可以對生產系統的整體性能做出評價，但無法反映出訂單大小以及產品種類的雙重隨機性，因此本文提出單位產品生產用時的均值（TTPTR）作為替代總產出時間均值的評價指標，或可更加全面的評價生產系統在隨機場景下的產出性能。

（2）生產成本指標：本文考慮的生產成本是指在生產現場完成加工任務所需要的人力資本相關的成本，沒有考慮原材料、機器設備等消耗成本。人工成本基本分為培訓成本、人力成本兩類；為簡化問題，本文在不考慮培訓成本的前提下，假設工人均為全能工，只考慮人力成本。人力成本的計算方式應與工人的勞動時間（包括生產線準備時間）和工人價值相關；當員工技能水平差異較大時，在計算人力成本時需要為不同的員工賦不同的權值；同時為反映訂單大小以及產品種類的雙重隨機性，提出單位產品勞動成本的均值（TLCR）作為生產成本的評價指標。

（3）系統穩定性指標：為評價系統的穩定性表現，可以采用方差的形式，這里采用單位產品生產用時變異系數指標。[36]

為此，基于分析生產實踐中市場需求的多種不確定性，本文考慮需求品種、批次大小、批次分配次序及工人技能水平等不確定性，建立評價隨機生產場景下生產系統指標，包括：單位產品生產用時期望（TTPTR）、單位產品生產用時變異系數（TTPTRV）、單位產品勞動力成本期望（TLCR）。其中單位產品用時的變異系數TTPTRV 用仿真次數內單位產品用時的平均值與方差的比表示，反映了系統的穩定性。

基于以上的隨機場景效率指標，建立隨機需求環境下基于NSGA-II 算法的SERU 系統多目標方法，[36]作為模擬仿真系統中Seru 構建的依據。該構建方法考慮兩個優化目標即最小化單位產品生產用時期望（TTPTR）和單位產品勞動力成本期望（TLCR）。

3.LINE-SERU 仿真分析系統的邏輯模型

本文基于ARENA 建立LINE-SERU 仿真比較分析系統。ARENA 仿真軟件具有對復雜系統進行仿真并求解的能力，廣泛應用于制造與物流系統的流程仿真，通過模擬生產過程，用于能力分析、流程改善、性能比較和影響因素分析等。

基于ARENA 的LINE-SERU 仿真比較分析系統包括基于ARENA 的模擬仿真子系統和仿真管理與分析子系統。基于ARENA 的模擬仿真子系統的主要功能是建立一個仿真模型，模擬隨機訂單環境下兩種不同生產方式的制造過程（處理邏輯）并計算其產出指標，其邏輯模型如圖3所示，包括訂單產生模塊、流水線仿真模塊、SERU 系統仿真模塊和指標計算模塊。仿真管理與分析子系統主要是通過多次運行仿真系統，計算并比較兩種生產方式下的性能評價指標，分析其適用場景，包括設置仿真場景、初始化系統參數、SERU 系統優化構建、仿真運行管理、計算實驗管理、統計與比較分析模塊。在仿真場景設計中，考慮確定型生產場景（CERT）、批量波動型場景（LOT-VAR）、產品波動型場景（TYPEVAR）以及共同波動型場景（CO-VAR）4 種隨機場景。SERU 系統優化構建是基于NSGA-II 算法獲得多目標SERU 系統構建方法的Pareto 前沿解，將其作為SERU生產方式下的Seru 構建方案。仿真運行管理的作用是觸發并啟動模擬仿真子系統。計算實驗管理的功能是存儲、查詢和管理計算實驗數據，用于后續的統計分析。統計與比較分析模塊主要計算各實驗設計對應的兩種生產方式下的性能指標，并進行統計分析和比較分析；在此基礎上重點分析兩種生產方式的適用場景。

圖3 基于ARENA仿真系統的邏輯模型

4.計算實驗和結果分析

在實驗中，分別選取最小化單位產品生產用時期望（TTPTR）和單位產品勞動力成本期望（TLCR）對應的Seru 構建方案作為SERU 生產方式的基準方案構建單元。對于每次計算實驗，通過隨機產生訂單，在給定的系統參數，如工序數量、產品類型以及批次大小下運行仿真系統，并統計計算。考慮工序數量、產品類型以及批量（批次大小）的4 個水平和4 類波動場景，總共有計算實驗4×4×4×4=256 組，每組實驗仿真500 次。

通過對256×500 次的仿真計算實驗，比較流水線和SERU 系統的性能。在設計的四種隨機場景下對LINE-SERU 轉化后生產效率（TTPTR）和生產成本（TLCR）的提升程度，即SERU 生產方式比流水線方式的性能提升程度如圖4所示，其中橫坐標是實驗編號，縱坐標為提升程度（100%），大于0 表示有提升，圓形表示效率指標，方形代表成本指標。四種場景下生產效率（TTPTR）提升的均值18%-21%，生產成本（TLCR）的提升均值21%-23%，相對而言生產成本提升較高一些，但并不明顯。另外，生產效率的變異系數比生產成本的變異系數相對較大。

另外，本文還分析了在兩種生產方式下產品類型、工序數量以及批次大小等因素對生產效率、生產成本的影響，以及在確定性場景、隨機場景下在系統穩定性方面的結果，結論如下：[36]（1）LINE-SERU 轉化總是會降低單位產品勞動力成本（TLCR），但在最小化單位產品勞動力成本的單元構建方案下，SERU 系統的單位產品用時高于流水裝配線；（2）工序數量對LINE-SERU轉化問題中TTPTR 和TLCR 性能提升都有正向影響，但當工序數量達到工人有效操作工序上限后，可能存在拐點；（3）產品類型對LINE-SERU 轉化的TTPTR 性能提升有正向影響，對TLCR 基本沒有影響；（4）批次大小對LINE-SERU 轉化的TTPTR 和TLCR 性能提升都有負向影響。

五、結論與討論

為應對市場需求結構的多樣化、個性化和小批量、變批量以及產品生命周期短、更新換代快的變化特征，越來越多的制造裝配企業采用賽汝（SERU）生產方式，以提高對快速變化市場需求的響應能力和生產效率。本文分析了賽汝生產方式的產生背景，概述了該生產方式的構成、特點、類型及其組織形態特征；多維度比較分析了賽汝生產方式與流水線生產方式（MP）、單元制造（CM）和豐田生產方式（TPS）的適用場景、優勢和局限性。無論是理論比較分析，還是仿真分析均表明，實施SERU 生產方式有利于裝配制造業提升應對快速變化市場需求的能力，既保持了MP 生產方式的高效率，相比MP 和TPS 方式又具有更好的柔性。特別地，本文首次建立了隨機需求場景下評價SERU 系統的效率指標、成本指標和穩定性指標。通過對確定型（CERT）、批量波動型（LOT-VAR）、產品波動型（TYPE-VAR）和共同波動型（CO-VAR）4 種生產場景的大量仿真計算表明，SERU 生產方式比流水生產方式在生產效率、生產成本和穩定性方面均有較大的提升，更適于變品種、變批量以及兩者同時變動的生產場景。

圖4 不同需求場景下SERU生產方式相比流水線方式的性能提升效果

盡管大量文獻引證及佳能、索尼、松下等日本裝配制造企業的成功實踐表明，SERU 生產方式在減少勞動力、提高生產效率、節約車間空間、降低在制品庫存、提高員工積極性，降低不良品率等方面均取得了很好的效果，且相比TPS 和MP 具有明顯的優勢，但SERU 生產方式的效率不穩定，特別是在實施SERU 生產方式的初期，由于員工技能水平低且不穩定，導致存在不良品率較高，生產效率不穩定等缺點。另外SERU 生產方式要求多能工，同時根據產品需求結構構建的單元類型和組織形態也會影響實施效率，并非所有企業均能適用并取得相同的實施效果。SERU 生產方式更適合需求品種多樣、小批量、變批量、生命周期短、更新換代快的高價值電子、汽車、醫療械器械類產品的手工和半自動化裝配生產過程。建議裝配型制造企業在實施SERU 生產中強化多能工的培訓和培養，根據歷史的產品需求結構信息，構建合適的賽汝單元類型和組織形態。