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单元生产方式取代流水线生产方式

  2011年10月14日 本站原创

单元生产方式取代流水线生产方式

从1998年开始,日本佳能集团在生产组织方面进行了一系列革新,其中最受关注的是采用了“单元生产方式”(Cell,或称为“细胞生产方式”),借助此生产方式的威力,佳能集团将原来设在海外的部分生产据点撤回日本国内,保持和提升了竞争力,引起企业界的震惊。佳能集团的业绩在过去三年里也持续大幅度上升,真正体现了企业竞争力的价值。有媒体称,佳能集团采用“单元生产方式”是一次革命,因为它抛弃了长久以来占统治地位的“流水线生产方式”,并使原来在流水线上工作的工人从“片面人”转变成为“完整人”。
  佳能革新的本质是什么?对迅速发展中的“中国制造”有何借鉴意义?本文力图从制造业生产方式演变的角度对此做一个全面的分析。 一、佳能革新与单元生产方式  引起人们热烈关注的佳能革新,主要是指御手洗冨士夫1995年9月担任佳能集团社长以来所采取的一系列重要改革,涉及到企业经营的方方面面,核心是突出强调企业经营必须赢利,为此佳能撤出了计算机、FLC液晶显示器等一些长期亏损的业务,对企业组织结构进行了调整,并且对制造、研究开发等都进行了改革,以达到降低成本、提高效率、提高赢利能力的目的。
  据统计,1991-1995年,佳能集团每年平均连结纯利润为388亿日元,1996-2000年,每年平均连结纯利润上升到了1054亿日元,到了2001年后,佳能集团的业绩更是有了长足的发展,2003年该集团的纯利润达到了2700亿日元,创造出历史新高。佳能已经超过SONY、NEC、富士胶卷等,成为日本新一代的高利润、高尖技术企业的代表。
  在改进企业经营业绩的同时,佳能社长御手洗冨士夫提出的“超日本型经营”理念也吸引了众人的关注。其中首先被提出的就是坚持“终身雇佣制”,质疑美国企业管理方式。而面对日本企业纷纷向中国转移生产的潮流,御手洗冨士夫又打出了“回国生产”的口号。这些“异端邪说”正通过佳能的实践得到越来越多人的认可。
  佳能革新取得了显著的成效,而作为社长的御手洗冨士夫也声名远播。在日本《经济产业新闻》2003年10月进行的一次有137名候选者的调查中,御手洗冨士夫被选为“自己最尊敬的经营者”第一名。
  采用单元生产方式是佳能集团在生产制造方面革新的主要内容。佳能能够实现“回国生产”,与它采用新兴的单元生产方式有很大关系。那么什么是单元生产方式呢? 单元生产方式是对目前在制造业企业流行的流水装配线生产方式的一种革新,如下图:

单元生产方式与流水线生产方式有一些显著不同:
  第一,单元生产方式比流水线式生产方式每个生产单位的作业者人数大为减少。电子产品的流水线一般作业者人数为几十人,视产品复杂程度及装配工序多少有差异。而采用单元生产方式时,每个生产小组的作业者人数通常只有10人以下,极端化的单元生产方式甚至由1人完成全部工作。
  第二,单元生产方式比流水线生产方式每个生产单位的工作台面积小得多。作业者围在较小的工作台(通常为圆形)周围工作,每个工作台面积通常为几平方米,常用的为2平方米左右。而流水线生产方式的工作台面积通常都要几十平方米(面积=工作台宽度×传送带长度)。
  第三,流水线生产方式下需要的传送带在单元生产方式下不再被需要。
  但是,在上述不同背后,单元生产方式与流水线生产方式仍然有一个最大的相同,那就是它们都采用工作分工和流水作业方式。也就是说,单元生产方式并没有抛弃流水线生产方式所基于专业化分工获得效率提高的原理。所谓“极端化的单元生产方式可以由1个人完成全部作业”的说法,在实际生产中是概率极小的。单元生产方式只是把原来较细致的分工变为较粗的分工,原来数十个工位流水作业完成的工作,在单元生产方式通常由3-5人完成。
佳能集团宣称,通过采用单元生产方式,生产效率被大大提高。
  最显著的效果是所需作业者人数不断减少,节约下来的人员可以调到其他需要人的部门,因此被称为“机动人员”。佳能集团内部最早进行单元生产方式革新试验的是长浜佳能,这个工厂主要为美国惠普等客户OEM生产激光打印机等产品。长浜佳能的机动人员数量在1998年为212人,1999年为280人,2000年上升到720人。考虑长浜佳能的总人数1998年共2600人,2001年更减少为2000人,“机动人员”的价值是非常明显的,如果把人员的价值用金额来表示的话,1998年为5.3亿日元,1999年为6.1亿日元,2000年为7.2亿日元。
  同时,正如上面图所显示的那样,单元生产方式还带来了面积的节省。2000年长浜佳能节省出来的面积达到10000平方米。
  由于人员和面积的节约,佳能的生产成本大幅节约。从数据看,虽然长浜佳能的销售额从1998年的1300亿日元减少到2000年的1020亿日元,但是此期间除去税金后的纯利润却上升了两倍。
  单元生产方式还使得佳能的生产速度大为提高,从未完成品到完成品所需的组装时间大为缩短,未组装的零件的库存数量也大量减少。这两者其实是相关的,因为生产周期短了,那么零部件的订货周期也就缩短了,所需要的常规库存量也下降了。但组装时间缩短可以提高给客户的交货速度,压缩了库存数量也意味着资金占用的减少和成本降低。
  “单元生产方式”在佳能集团激发出了效率和效益,使得御手洗冨士夫对在日本生产的竞争力充满了信心。并且,由于单元生产方式带来的人员和面积的节约,在“终身雇佣制”思想的指导下,减少在国外的生产而转为“回国生产”成为一种自然的选择。所以,与其他日本企业不断向中国等劳动力低廉国家转移生产相反的是,佳能集团撤掉了一些在海外的厂作,把工作机会挪回了日本。
  正是由于单元生产方式的成功,才使得御手洗冨士夫的“回国生产”成为有竞争力依据的选择,并进一步支持了超日本型经营的“终身雇佣制”理念。那么单元生产方式为什么会有如此威力?这必须从生产方式演变的角度加以深入剖析,尤其是需要对目前占主导地位的流水线生产方式和日本企业流水线生产的特点有深刻认识。 二、流水线生产方式的革命  流水线生产方式是20世纪初亨利·福特在他的福特汽车公司中创造和试验成功的。1886年德国人卡尔·本茨制造出了世界第一辆汽车,但在福特采用流水线生产方式生产汽车之前,由于汽车的生产成本和价格特高,只有少数非常富有的人才负担得起。詹姆斯·沃麦克等著的《改变世界的机器》一书这样总结流水线生产方式诞生之前的单件生产方式的特征:

劳动者在设计、机械加工和装配方面都有高度的技艺。大多数工人都是从学徒开始,最后达到掌握单件生产的全套技艺,其中很多人都希望成为老板,经营自己的作坊,向装配汽车的公司分包。

组织结构极为分散。尽管还没有超出一个城市的范围,但汽车的大部分设计和大多数零件都来自小的机械作坊。整个系统由一个企业主和所有的有关各方,包括顾客、雇员和协作者直接联系。

采用通用的机床对金属和木材进行钻、磨等各项加工作业。

产量极低,每年不超过1000辆。只有极少数汽车(最多不超过50辆)是按同一设计制作的。然而即使在按同一设计制作的50辆汽车中,也没有两辆是完全相同的,因为单件生产的技术必然导致各种差异。

  这种单件式生产方式是最自然、淳朴的生产方式了,它以手艺人的方式生产很个性化的产品,但是效率之低也是也是显而易见的。最突出的问题就是生产量很低、生产成本极高,而且对生产者的技术要求很高。
  亨利·福特是一个伟大的企业家。他热衷于研究、改进汽车设计,更热衷于降低汽车的生产成本,以使得这样一个伟大的发明能够对社会产生应有的影响。福特首先采取的就是生产标准型号的小汽车,直至1909年的一天上午,他宣布以后福特汽车公司将只生产一种车型,这种车型就是T型。
  同时,福特还一直在想着如何更合理地安排企业的生产。为了生产出尽可能多的汽车,刚开始时,福特汽车公司尽力寻找机械师,但是随着生产需求的增加,很显然不但不可能找到足够多的机械师,连生产中的熟练工人也无法得到满足。
  福特汽车公司重新对人员的使用进行了安排:虽然有很多技术高超的机械师,但是他们并不生产汽车,而是使别人更快地生产汽车;技术人员是工具的制造者、实验人员、机械师和造型设计和制造者,他们不应该被浪费在操作那些他们设计出来的机器之上;而到福特汽车公司的大批人员都是没有技术的,他们能在几个小时或几天之内学会怎么做他们的工作。
  这些大批没有技术的人员该如何使用?这就是流水线生产方式的伟大之处。福特认定流水线生产方式的原则主要是以下这些:
按照操作程序安排工人和工具,这样在整个生产成品的过程中每个零部件都将走尽可能最短的距离;

运用传送带或别的传送工具,这样当一个工人完成他的操作后,他可以把零部件放在同样的地方,这个地方是他放起来最方便的地方。如果有可能,可以运用重力把零部件送到下一个工人工作之处,供他操作。

运用滑动装配线,把需要装配的零部件放在最方便取到的地方。

运用这些原则的结果是,减少了工人思考和步行的必要,把他的动作减少到最低程度。在工作时,他几乎只用一个动作即可。福特汽车公司后来所有的工作还贯彻两条原则——如果没有必要,一个人就决不多走一步,也没有人需要一直弯着腰工作。
  1913年4月1日,福特第一次试验了一条装配线,用来装配飞轮磁石电机,这应该是安装在生产上的第一条流水线。以前用常规的方法装配飞轮磁石电机时,一个工人干完全部工序,一天9个小时能装35-40台,平均每20分钟组装一台。后来,他所做的全部工作被分解成29道工序,在流水线上分工流水作业,这样装配时间被减少道13份10秒。然后在1914年,流水线的高度被提高了8英寸,装配时间又降到了7分钟。后来对流水线的移动速度进一步提高,又使时间降低到了5分钟。总而言之,试验的结果是,在科学研究的帮助下,一个人能做几年前4倍之多的工作。
  由于原来一个人做的工作被分解为了29道工序,原来一个人完成时需要这个人有很高的技术,正如单件式生产方式时对人的技能要求一样,因此培养一个人的时间需要很长,但是,当工序被分解后,每个人只需要掌握其中一个或几个工序的操作,所需要的技术就极大地简单了,甚至很多工作不过是拧螺丝一样,培养符合这样操作要求的合格人员就容易得多了,即使有少数技术要求略高的工序工作,也可以由技术略高一些的人去做。所以,福特对流水线上工人的要求从技术变成了体力,甚至这也不意味着力气。福特说,“他们并不一定非要体格强壮不可,我们有需要强壮的体力的工作,虽然这种工作正在迅速减少;我们也有根本不需要力气的其他工作,这种工作就它所需要的力气来说,就连3岁的孩子都能胜任。”
  流水线被证明确实是一种高效的方法,福特要把他用到所有需要的地方。而亨利·福特关于流水线生产方式的试验,恰好得到此前不久产生、并且当时迅速发展出来的科学管理的支持。19世纪末,美国人弗里德里克·泰勒进行了关于提高生产效率的一系列研究。在最著名的试验是“伯利恒钢铁公司生铁实验”中,泰勒及其助手们卡着秒表,运用时间研究、动作研究的原理,结合计件工资制、刺激性工资率、工具改进等,使伯利恒钢铁公司的工作效率提高了约4倍。科学管理后来发展成了一种很重要的工程专业——工业工程(IE, Industrial Engineering)。
福特的工厂那些高技能的人相当一部分正从事着泰勒式的研究。为了提高效率,他们进行了无数细致的工作,以解决流水线装配工作究竟应该如何进行工序分解、顺序安排和适当组合更合理,分解后的工序工人应该如何操作才更有效率等。福特在谈到流水线生产方式带来的巨大成功说:“绝不要以为所有的一切做起来会象听起来那么快,流水线传动的速度是通过细致的试验而得出来的。”
  流水线生产方式之所以能成功,除了技术上的原因,很重要的是两个原因:第一,通过分工使得工人的工作专业化了,正如亚当·斯密早在18世纪就已经在《国冨论》中指出的那样,专业化分工可以提高熟练程度进而导致效率的提高;第二,流水线生产方式对操作工人的技术要求很低,恰恰符合当时的社会劳动力供给状况。第一点原因是流水线方式能提高效率的基本原因,但我认为,对于第二点原因更值得强调。
  福特汽车试验流水线生产方式的时候是20世纪初,此时的社会教育水平还很低,绝大多数劳动者都想福特所说的那样,只有体力,而缺少技术。这些人需要工作、需要吃饭,而当时的工厂需要的是技术好的人,例如高水平的机械师,这是显著的矛盾。就福特汽车公司而言,当时面临的劳动力供给一部分是教育程度低的美国人,还有相当部分是外国人(移民),不仅教育程度低,而且连英语都讲不好,在福特的工厂里,大约讲着50种左右不同的语言。高度分工的流水线生产方式恰恰不介意这些人的教育、技术等方面的弱势,甚至工作中也不怎么需要沟通,最合适这些体力上正常的人。所以,流水线生产方式一下子解决了工厂对人的需要和人对工作的需要,非常适合时代和社会的需要。
  福特汽车公司的成功很快引起世界的关注,流水线生产方式迅速流行,亨利·福特本人及福特汽车公司也并不想隐藏什么秘密,反而公开接受来自世界各地的工厂管理者们到福特的工厂里参观。当时全世界都面临着福特汽车公司在美国面临的难题,那就是旧式教育制度和人才培养方式造成的高素质人才供给不足。很多国家的工业也是刚刚起步,在人才和管理方面都毫无经验,福特刚好提供了一个成功的范本。所以,流水线生方式开始在全世界大行其道,直至今日仍然如此。
  流水线生产具体如何运作?这是一个典型的工业工程问题。
  实际运作中首先要将一个工作充分分解,并按照先后次序分形一个个小的工序,对这些小的工序的作业通过作业改善等方式使操作时间压缩到尽可能短。当然由于分工本身就能导致工人操作的熟练程度提高、效率提高,因而时间也能缩短。举一个例子,分工效率加上作业改善的效果,可能使原来需要30分钟的工作分解成为6个工序,时间分别为2、2、4、3、5、3,合计19分钟。
  然后,要在流水线上安排这6个工序的流水作业,为了保证流水线的顺畅,减少阻塞和等待的情况,必须要确定一个合适的“节拍”,使每个工序的操作时间不能超过该节拍规定的时间。在这个例子里,假设取了3分钟作为“节拍”时间,那么第五个工序需要5分钟时间,超过了“节拍”,可以由2个人同时在这个位置上工作,第三个工序的时间也超过了“节拍”,但是考虑可以将第二和第三个工序合并起来,由2个人同时作业,其他工序上都有1个人作业,这样整个流水线上就有7人同时工作,总的作业时间是7×3=21分钟,而工作本身需要的时间是19分钟,比21分钟要多2分钟,多在了第一个工序和第五个工序上的浪费。19/21=90.5%,这个指标被称为流水线的“平衡率”,一般平衡率大于85%就被认为是较好的,但仍然有浪费。当然21分钟比较前原先所需要的30分钟已经是大大缩短了。
福特关于流水线生产的原则之一就是运用“传送带”,作业者每次都从传送带上几乎同样的、也很方便的地方取需要装配的在制品,也将装配过的在制品放到传送带上同样的地方,流到下一个工序。由于有了传送带,原来由人花时间和力气进行的搬运被简化了,作业者可以专业做有价值的装配工作。
  彼得·德鲁克对福特汽车的流水线生产革命这样高度评价:“这一革命对社会基础带来的变革,其发展速度、普遍和影响都是人类历史上前所未有的。”《财富》杂志评选亨利·福特为“20世纪企业家”,肯定他在那个世纪所有企业家(包括鼎鼎大名的萨姆·沃顿、托马斯·沃森、松下幸之助、盛田昭夫、杰克·韦尔奇和比尔·盖茨等)中最高的地位。
  弗里德里克·泰勒是一个终身追求更高效率、有机械工程师背景的人,这一点和亨利·福特完全一致,这大概也是他们能够分别作为工业工程的开创者和早期最伟大的实践者而推动工业企业管理效率迅速提高的原因。 三、流水线生产方式的局限性和改进  流水线生产方式取得了极大的成功,并且被世界各地的企业管理者学习和模仿。但是流水线生产方式并不完美,丰田公司的创始人丰田喜一郎和他的侄子丰田英二曾先后到福特汽车公司“朝觐”,他们的收获很大,但是丰田英二在考察结束完写给总部的报告里有一句广为流传的话:“那里的生产体制还有进一步改进的空间。”
  流水线生产方式的确不完美,它至少存在以下不完美的地方:
  第一,为了追求分工专业化的效率,它往往被分解成很多的工序,相应地需要较多的作业者,而且这些作业者从事的是较枯燥的、简单的、重复性的工作。有人指责亨利·福特的流水线式生产侮辱了原先生产者作为“手艺人”的荣誉。人是有思维能力的,流水线上的作业者也会有自己的想法,并经常把这些想法带到工作中,以至于亨利·福特本人为此曾感慨:“我只需要每个人的一双手,可是他们却把脑袋也带来了。”
  第二,为了实现流水线的顺畅运转,需要进行生产线平衡,也就是生产线流动要保持一定的“节拍”,这个节拍由传送带的移动速度控制。而为了达到总体的协调和效率,在局部必须有效率的损失,也就是“平衡率”几乎不可能得到1,流水线平衡率与1的差距就是流水线的效率损失。
  第三,为了使作业者能够在传送带边上的作业台排开以实现流水作业,流水线生产通常要求较大的面积。
  而最大的问题是,为了得到最高的生产效率,流水线必须尽可能地保持一直运转。可以极端化地想象一下,还是上面那个例子,一个不分工时需要30分钟的工作,通过流水线生产可以缩短到21分钟完成,但是需要7个人同时作业。如果只生产1件产品的话,那么需要的工作量就是21×7=147人·分钟,远远超出原来30人·分钟。对于流水线式生产来说,生产的批量越大,流水线越是正常运转,效率的优势就越明显,反过来,如果生产的批量较小,则效率优势不明显,乃至丧失。因为每一次产品的变更,都需要重新的工作研究以及生产的重新安排,并需要相应的培训。尽管培训可能比较简单,但是要得到好的生产线安排,工作研究工作要细致,才能使得生产线的平衡率较高。所以,流水线生产方式最适合的大规模生产的情况,福特将它的这种优势发挥到了极致,而决定只生产一种车型——T型车,流水线的效率就可以达到最高。
  而为了保持流水线的效率,它不能轻易停工,即使在生产中发现了诸如质量方面的一些问题。有了质量问题,就标记出来等待产品到了流水线的末端进行返修。因此,福特流水线的末端有很大的场地供返修车停放。而很多时候,质量问题不是个别的,而是系统性的,因此,到生产线末端再返修可能会遇到很多同样原因造成的质量问题,导致巨大的浪费,这是效率的巨大损失。
  丰田英二当年就看到了这一点。这对亨利·福特来说是一个痛苦,他极端地追求效率,但是他的流水线生产方式却带来了很多没有效率的问题。这一点正如布鲁斯·A·帕斯特纳克为《管理百年》一书作的序中残酷指出的那样:“实际上,每一个对现有管理实践中存在的过激或缺陷进行修正的新概念,都再出现伊始就种下了破坏自己的种子。……克雷纳的关键思想是简单的,但是也是让人难以接受的事实:成功总是要遭遇失败。”
  丰田英二和丰田汽车公司的总工艺师大野耐一等根据日本国情,并根据自己对福特的流水线生产方式缺陷的认识,对流水线生产方式进行了修正,创造了独具丰田特色的生产方式(TPS,Toyota Production System)。20世纪80年代,美国麻省理工学院的研究小组研究总结后,称丰田生产方式为“精益生产”(LP, Lean Production),在世界引起轰动。
  丰田生产方式以“看板控制”、“及时生产”(JIT,Just in Time)、“自动化”(此自动化不同于一般理解的机器自动化,意为流水线生产过程中发现需要停止生产的质量问题,作业者有权停止整个流水线的运转)等为特征,解决了福特方式的一些问题,并创新性地开创了“拉式生产”。尽管丰田生产方式对福特式的流水线生产方式进行改进,但它还是一种流水线生产方式。
  流水线生产方式虽然有这样或那样的缺点,但是在没有能取代它的生产方式之前,对流水线生产方式的指责也只能算是“吹毛求疵”。
  除了丰田的精益生产方式以外,针对流水线生产方式的弱点而进行的各种改进还有很多。最主要的有两种:
  第一,由于发达国家的劳动力价格越来越高,导致生产成本越来越高,流水线生产方式中原来由人进行的许多作业改用效率很高的专用机器替代,以此方式节约人工。这在发达国家很普遍,日本又几乎是其中最热衷于机器自动化的国家,日本人不仅发明各种专用机器,更制造了大量机器人应用到流水线生产中。
  第二,针对流水线生产方式适合大规模生产而不适合批量较小的生产的弱点,对流水线进行柔性化的改造,建立柔性制造系统(FMS, Flexible manufacturing System),使得一条生产线上可以同时生产几种不同的产品,而不致损失效率。
  上述第一点和第二点既统一,又有一定的矛盾。应用机器进行生产的同时,固然可以替代人,并且很多时候提高了生产的效率,但是机器的功能是有限的,为一种功能而设计的机器往往不能被用来进行其他操作。机器人是相对灵活性高的机器,但其功能也是很有限的,大多数被用在焊接等环节。而从根本上来说,由人进行生产是最有柔性的。但是,在技术的限制下,流水线式生产虽然有各种弱点,但是仍然是主导性的生产方式。
  为了应付流水线上越来越高的人员生产成本,日本、美国等发达国家在采取机器自动化的同时,在经济全球化的背景下,大规模地把生产往以中国为代表的劳动力成本低的国家转移,尤其是劳动密集型的环节和相对低端的产品生产。至目前为止,中国流水线上工人的收入大约只是日本的1/30。在劳动力价格的驱动下,日本企业向中国转移生产成为潮流,佳能集团也早在20世纪80年代就开始在中国生产。 四、佳能的“三棱镜式单元生产方式”  1995年,御手洗冨士夫开始担任佳能集团的社长,并主导了一系列革新,但是关于生产的革新并不容易。最早给佳能集团带来“单元生产方式”想法的是一家到长浜佳能参观的一家电子零部件工厂。这个电子零部件工厂根据长浜佳能的管理者的“要求”,不客气地指出,长浜佳能的最先进的自动仓库、传送带、无人帮运系统等耗费巨资的设备贬得一文不值。“佳能是有钱的大公司,这些长长的传送带根本就没必要”,“把‘无人帮运’这种无聊的东西都合理化了,象这样蠢的事再也找不到第二件了。”受到了这样的刺激,长浜佳能感到“一定要做点什么进行改革了。”
  两个月后,佳能社长御手洗冨士夫以及各位董事一起考察了讽刺过佳能的那家电子零部件工厂以及一家大型电机制造工厂的子公司,发现它们已经停止了传送带流水作业方式,采取了一种新的被称为“单元生产”的生产方式——由几个人组成的生产小组从事全部复杂工程,生产出完整产品。在这里,传送带已全被单元生产方式所代替。在参观完工厂后,御手洗冨士夫决定从长浜佳能开始进行生产革新。1998年初,革新运动正式开始。
  长浜佳能关于单元生产方式的革新努力,首先在相对简单的激光扫描仪生产上试验。试验的负责人武藤和山田将6条生产线中的一条一条依次进行变更。他们将生产线改成10个人组成一个小组进行作业。试验开始得并不顺利,从各种数据看,生产效率不仅没有明显地提高,反而降低了。但是“救命女神”最终出现了。生产现场的女工组成了一个10人女性生产小组,她们在每次作业结束后,自主地召开一个小型的讨论会,摸索改善的方法。与此同时,现场生产的工人们尽管有所不满,但也渐渐地熟悉了这种作业方式,生产现场开始出现工人积极工作的氛围。在连续召开三天的讨论会后,女性生产小组终于提前完成了生产任务,受到她们的激励,其他现场的工人也开始积极地投入工作。 

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