看板系統(tǒng)導(dǎo)入與仿真設(shè)計(jì)研究

羅宜美，楊連娜，羅宏偉

(天津大學(xué)管理學(xué)院，天津 300072)

看板系統(tǒng)導(dǎo)入與仿真設(shè)計(jì)研究

羅宜美，楊連娜，羅宏偉

(天津大學(xué)管理學(xué)院，天津 300072)

在制造業(yè)的全球競爭越來越激烈和殘酷的大環(huán)境下，精益生產(chǎn)的推行在我國的制造型企業(yè)中成為了一種潮流和趨勢。雖然精益生產(chǎn)理論和實(shí)踐的產(chǎn)生、發(fā)展和成熟為日本的制造業(yè)企業(yè)帶來了巨大的利潤和空前的成功，但對于我國許多企業(yè)來說，如何更好地學(xué)習(xí)和推行精益生產(chǎn)方式在應(yīng)用層面還存在著許多值得研究的問題。針對看板系統(tǒng)導(dǎo)入與仿真設(shè)計(jì)，主要做了三個(gè)方面工作:一是對看板系統(tǒng)導(dǎo)入流程的分析和歸納，為企業(yè)導(dǎo)入和實(shí)施看板系統(tǒng)提供了理論支持;二是對看板數(shù)量計(jì)算模型的分析和對模型參數(shù)的修正，提高了模型的現(xiàn)實(shí)性和準(zhǔn)確性;三是應(yīng)用軟件仿真技術(shù)對看板系統(tǒng)進(jìn)行的參數(shù)仿真設(shè)計(jì)，有利于提高看板系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，并降低看板系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試運(yùn)行的時(shí)間和成本。

準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn);看板系統(tǒng);導(dǎo)入流程;仿真設(shè)計(jì)

一、看板系統(tǒng)導(dǎo)入流程的操作步驟

對于一個(gè)決心導(dǎo)入準(zhǔn)時(shí)制看板系統(tǒng)的企業(yè)來說，看板系統(tǒng)的導(dǎo)入流程是非常重要的，因?yàn)閷?dǎo)入是否能取得成功直接關(guān)系著日后看板系統(tǒng)的運(yùn)作是否能夠帶來企業(yè)預(yù)期的收益。

看板系統(tǒng)的導(dǎo)入流程一般可以分為以下10個(gè)步驟(見圖1)。

圖1 看板系統(tǒng)導(dǎo)入流程的操作步驟

由圖1可知，步驟1為看板導(dǎo)入的組織準(zhǔn)備，即成立看板項(xiàng)目小組，這個(gè)項(xiàng)目小組是跨越職能部門的組織;步驟2為工程分析，其目的是從精益生產(chǎn)的角度和思想出發(fā)，以準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)和零庫存為愿景目標(biāo)，對各個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行全面的調(diào)查和檢討;步驟3為整理制品種類和物料清單，這一步驟是對工程分析的梳理和歸納;步驟4為設(shè)定儲存?zhèn)}庫(包括成品庫存和在制品緩沖庫存);步驟5為對前工程的生產(chǎn)節(jié)拍和提前期(TAKT和LT)的調(diào)查和設(shè)定;步驟6為設(shè)定儲存?zhèn)}庫的庫存量;步驟7為設(shè)定包裝容器的形態(tài)和容量;步驟8為看板設(shè)計(jì);步驟9為看板系統(tǒng)的試運(yùn)行;步驟10為啟動看板系統(tǒng)。

二、看板數(shù)量計(jì)算模型的應(yīng)用

所謂看板數(shù)量，是在生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施拉動生產(chǎn)所需要的物料數(shù)量?？窗鍞?shù)量是看板系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)管理和技術(shù)水平的高低程度，并影響著生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對異常狀態(tài)的反應(yīng)處理能力以及看板對生產(chǎn)系統(tǒng)的控制與調(diào)整能力，同時(shí)還關(guān)系到看板對于提升生產(chǎn)系統(tǒng)自身競爭力的促進(jìn)程度。在實(shí)際應(yīng)用中，看板數(shù)量以實(shí)際的看板來表示，每一張看板代表一個(gè)集裝箱容量，那么看板數(shù)量=箱容量×看板枚數(shù)。

影響看板枚數(shù)的主要有:制品每天的日平均需求量、生產(chǎn)過程時(shí)間、安全系數(shù)或者安全庫存和集裝箱的箱容量。當(dāng)需求發(fā)生突然的變化時(shí)，通常的做法是通過對生產(chǎn)線上的作業(yè)員的重新調(diào)配來改變(根據(jù)需求的增減而增減)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)組合中的循環(huán)時(shí)間進(jìn)而縮短生產(chǎn)過程時(shí)間。當(dāng)需求增加時(shí)，如果是改善能力不充足的生產(chǎn)現(xiàn)場可能就無法實(shí)施上述的方法，而可能采取增加安全庫存或者直接增加看板總枚數(shù)的方法來應(yīng)對需求的增加。當(dāng)前的安全庫存量不足以對生產(chǎn)系統(tǒng)的變異性做出及時(shí)有效的反應(yīng)時(shí)，就要把精力花在生產(chǎn)現(xiàn)場的改善上，通過改善逐步減少生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部存在的不足，解決生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題。當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)自身的水平得到提高后，就可以適當(dāng)降低安全庫存量，減少看板總枚數(shù)。當(dāng)較低的安全庫存量再次無法適應(yīng)環(huán)境和內(nèi)部的變數(shù)時(shí)，就要再一次進(jìn)行改善，甚至進(jìn)行流程的重組。如此往復(fù)，看板對改善生產(chǎn)系統(tǒng)的促進(jìn)作用就會顯現(xiàn)出來［1］。

由于實(shí)際中的生產(chǎn)系統(tǒng)幾乎是不可能達(dá)到百分之百的質(zhì)量合格率的，那么此時(shí)可以采用一種調(diào)整了的每日平均需求量D'來表示

式中:D為實(shí)際的客戶需求量;I為系統(tǒng)合格率。

式中:Ii為i流程合格率;Im為流程i的下一道流程m的合格率［2］。

安全系數(shù)(這里用s表示)是為企業(yè)為了應(yīng)對各種不正常因素而設(shè)定的。有學(xué)者將安全系數(shù)項(xiàng)分離為安全系數(shù)s'和變異系數(shù)CV，且s=s'+CV。這個(gè)分離出的安全系數(shù)s'是企業(yè)根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)以及自身的系統(tǒng)應(yīng)變能力狀況而設(shè)定的，它與各種不正常因素發(fā)生的概率有關(guān)。變異系數(shù)是統(tǒng)計(jì)學(xué)中的概念，變異系數(shù)CV=樣本標(biāo)準(zhǔn)差SD÷樣本均值mean。變異系數(shù)反映的是需求的變異性，即此處的樣本值應(yīng)該是每日制品實(shí)際的需求數(shù)量。要確定變異系數(shù)的數(shù)值，就要對需求量所服從的統(tǒng)計(jì)分布進(jìn)行分析和推斷［3］。

集裝箱容量會影響到看板的總枚數(shù)。集裝箱的容量越大，看板對于生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)控作用就會降低。集裝箱的容量在技術(shù)和管理水平允許的情況下越小，生產(chǎn)系統(tǒng)就會越接近準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)的理想狀態(tài)。

至于生產(chǎn)過程時(shí)間這個(gè)參數(shù)，有的學(xué)者將其用看板的循環(huán)時(shí)間來代替，有的學(xué)者則用補(bǔ)充周期來代替。

需要注意的是，以上幾個(gè)影響看板總枚數(shù)的變量之間并不是相互獨(dú)立的。制品每天的平均需求量可用下式表示，即

式中:D為制品每天的平均需求量;m為循環(huán)次數(shù);p為循環(huán)周期;c為集裝箱箱容量;k為看板總枚數(shù)。

由式(3)可得

系統(tǒng)合格率可用下式表示，即

由此可見，式(4)就將看板系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對于參數(shù)s和CV的設(shè)定轉(zhuǎn)化為對于m和p的設(shè)定。由于看板循環(huán)次數(shù)和循環(huán)周期比安全系數(shù)和變異系數(shù)的含義更直觀一些，可能在設(shè)定此參數(shù)時(shí)會更容易一些。

綜上所述，根據(jù)參數(shù)是否可以通過生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)直接確定，影響看板發(fā)行枚數(shù)的系統(tǒng)參數(shù)可以分為兩大類:顯性參數(shù)和隱性參數(shù)。顯性參數(shù)主要包括制品的平均日需求量、產(chǎn)品系統(tǒng)合格率、加工時(shí)間、等待時(shí)間、搬運(yùn)時(shí)間、看板回收時(shí)間、集裝箱容量等;隱性參數(shù)主要包括安全系數(shù)和需求變異系數(shù)等。

三、Witness物流仿真平臺看板系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)

本模型的仿真對象是一個(gè)實(shí)施拉動看板的生產(chǎn)系統(tǒng)。原材料經(jīng)順?biāo)凸ば蚣庸こ砂氤善稟和半成品B，經(jīng)過單發(fā)、鉚接工序的A與經(jīng)過鉚接工序的B進(jìn)行組裝，得到最終成品F。生產(chǎn)過程采用單看板控制，即沒有運(yùn)送看板，只有生產(chǎn)指示看板，上一道工序的成品緩沖區(qū)同時(shí)也是組裝下一道的原材料緩沖區(qū)。

產(chǎn)品需求訂單到達(dá)的時(shí)間間隔、訂單的提前期、機(jī)器出故障的時(shí)間間隔均服從對數(shù)正態(tài)分布，排除機(jī)器故障所需要的時(shí)間服從整數(shù)均勻分布，且以需求的變異性作為系統(tǒng)其他隨機(jī)變量變異性的選取標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中變異系數(shù)的定義，CV=SD/mean，其中SD是樣本標(biāo)準(zhǔn)差，mean是樣本均值。因此，SD=mean/CV。Witness中產(chǎn)生對數(shù)正態(tài)分布樣本值的函數(shù)為LOGNORML，故正態(tài)分布函數(shù)(即LOGNORML函數(shù))的形式可轉(zhuǎn)變?yōu)?LOGNORML［4］。

系統(tǒng)績效指標(biāo)取在制品價(jià)值量、平均設(shè)備利用率、總產(chǎn)出量和訂單平均等待時(shí)間。系統(tǒng)約束為生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量、維修人員人數(shù)和庫存容量。原材料及時(shí)供應(yīng)，且不考慮在庫存成本之內(nèi)，工序間的運(yùn)輸時(shí)間忽略不計(jì)。

通過SPSS軟件對需求數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，成品F的需求數(shù)量可以假設(shè)其服從均值為1 707，方差為4642的正態(tài)分布，且CV=0.27。由于在系統(tǒng)仿真時(shí)，Witness的正態(tài)分布函數(shù)會返回負(fù)值的樣本值，故將需求數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分布設(shè)定為截?cái)嗾龖B(tài)分布TNORMAL。

由于看板枚數(shù)計(jì)算公式的選擇直接影響到模型的設(shè)計(jì)和復(fù)雜度，為簡化模型，本文選取如公式(5)所示的看板計(jì)算公式，當(dāng)箱容量C=1，搬運(yùn)時(shí)間Td=0時(shí)，表示應(yīng)用公式計(jì)算看板數(shù)量的生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)的理想狀態(tài)，即“一個(gè)流的生產(chǎn)和搬運(yùn)”。

根據(jù)系統(tǒng)合格率的概念，將式(5)進(jìn)行修正，得到如式(6)的生產(chǎn)看板計(jì)算公式，即:

式中:k為生產(chǎn)看板枚數(shù);R為組件利用速度;B為下道工序?qū)υ摬考呐幚砹?Tp為單件生產(chǎn)時(shí)間，Td為集裝箱的運(yùn)輸和傳送時(shí)間;C為集裝箱的箱容量;α為安全系數(shù);CV為需求的變異系數(shù)。

在仿真設(shè)計(jì)時(shí)，由于本模型主要研究的是如何確定看板系統(tǒng)的安全系數(shù)α，為簡化模型，假定C=1。本仿真對象中的部件加工批處理量B均為1。

仿真運(yùn)行時(shí)間長度為30天加上預(yù)熱時(shí)間，即30×24×60+500-1=43 699分鐘。模型中各個(gè)元素的統(tǒng)計(jì)分析表明，訂單數(shù)量一共30個(gè)，其中有2個(gè)訂單未被滿足，訂單總等待時(shí)間為26分鐘，訂單平均等待時(shí)間為0.87分鐘。由于該系統(tǒng)所設(shè)置的安全系數(shù)尚無法滿足客戶訂單需求，故需要調(diào)整安全系數(shù)的設(shè)置。同時(shí)，安全系數(shù)過高會引起庫存浪費(fèi)的增加，并容易隱蔽生產(chǎn)系統(tǒng)的某些缺陷和不足，不利于改善的促進(jìn)。由此可見，過高或過低的安全系數(shù)都是不適宜的。此時(shí)，可以利用仿真模型的參數(shù)調(diào)整和運(yùn)行，找到一個(gè)既能滿足訂單需求，又能將安全庫存量維持在一個(gè)較低水平的安全系數(shù)數(shù)值。

按照上述思想和原則，將仿真模型中安全系數(shù)的數(shù)值依次初始化為 0.6、0.8、1，并分別重新運(yùn)行系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)只有安全系數(shù)=1時(shí)，訂單需求全部得到了滿足。此時(shí)將安全系數(shù)取值減少到0.9，并運(yùn)行系統(tǒng)，結(jié)果顯示訂單數(shù)量仍無法得到滿足。故1是安全系數(shù)的最優(yōu)選值。

四、看板導(dǎo)入流程實(shí)證分析

M電子有限公司成立于2002年，主要生產(chǎn)高密度數(shù)字光盤機(jī)用關(guān)鍵件和其他視聽產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、汽車和通信裝置用關(guān)鍵件及精沖模等產(chǎn)品。

在制造業(yè)全球競爭的日益激烈的大環(huán)境下，同時(shí)為配合客戶的看板生產(chǎn)控制系統(tǒng)，公司高層決定在天津工廠內(nèi)推行JIT準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)，利用看板來實(shí)現(xiàn)公司產(chǎn)品、部件物流管理的準(zhǔn)時(shí)化，從而改善效率，并將看板系統(tǒng)作為今后要導(dǎo)入的信息系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

M公司看板系統(tǒng)所用到的看板樣式主要有三種，包括要料看板(即領(lǐng)取看板)、采購看板和制造看板(即生產(chǎn)指示看板)。在看板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，看板運(yùn)行規(guī)則的制定是非常重要的一環(huán)，因?yàn)樗苯佑绊懙娇窗鍖τ谏a(chǎn)的組織和系統(tǒng)的控制。每種看板都要設(shè)定看板運(yùn)用的規(guī)則，并且這些規(guī)則要通過培訓(xùn)使相關(guān)作業(yè)者熟練掌握。

看板系統(tǒng)在導(dǎo)入階段須選擇若干制品和流程作為系統(tǒng)試運(yùn)行的樣板流程。各部門看板管理小組成員將本部門要實(shí)行看板管理的機(jī)種的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)步驟和使用部品的循環(huán)周期、供給頻率以及收容數(shù)等相關(guān)信息(即《物流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表》)提供給生產(chǎn)管理的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，并負(fù)責(zé)今后的所有數(shù)據(jù)更新(比如收容數(shù)的變化、配當(dāng)提前期的變化、部品名稱的變化、庫位的變化等等)，且將更新后的《物流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表》及時(shí)遞交給生產(chǎn)管理部門。生產(chǎn)管理責(zé)任擔(dān)當(dāng)根據(jù)各部門提供的信息進(jìn)行分析，預(yù)算出需要發(fā)行的看板的種類和數(shù)量。此時(shí)可應(yīng)用物流仿真軟件，如Witness、eM-Plant等，進(jìn)行看板系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)，這樣做可以方便快捷經(jīng)濟(jì)地預(yù)估出看板系統(tǒng)實(shí)施后的效果，同時(shí)又可以節(jié)省大量的時(shí)間和資金，避免不必要的損失。生產(chǎn)管理責(zé)任擔(dān)當(dāng)按照預(yù)算出的看板的種類和數(shù)量進(jìn)行印刷并發(fā)行看板。每月盤點(diǎn)時(shí)，各部門都要對現(xiàn)有看板進(jìn)行盤點(diǎn)并將數(shù)據(jù)報(bào)告給生產(chǎn)管理部門，生產(chǎn)管理責(zé)任擔(dān)當(dāng)將根據(jù)現(xiàn)存情況進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整結(jié)果以E-MAIL的形式通知各個(gè)部門以作對應(yīng)，然后認(rèn)真填寫調(diào)整履歷表。

看板系統(tǒng)的樣板流程在經(jīng)過一段時(shí)間后，要積極地對看板系統(tǒng)的實(shí)施效果進(jìn)行評估和檢討，同時(shí)對于生產(chǎn)系統(tǒng)中暴露出的問題進(jìn)行討論分析并提出對策，由相關(guān)部門實(shí)施改善措施。當(dāng)看板系統(tǒng)順利通過試運(yùn)行階段，就可以在公司更大范圍內(nèi)實(shí)施看板管理了。在實(shí)施看板管理的過程中，要始終秉承不斷降低看板數(shù)量追求“零庫存”的管理目標(biāo)，在看板的輔助下，不斷發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)自身存在的缺陷和問題，將持續(xù)的現(xiàn)場改善與看板實(shí)施有機(jī)結(jié)合起來，只有這樣才能從根本上提高生產(chǎn)系統(tǒng)自身的管理水平和競爭力。

M公司通過看板系統(tǒng)的實(shí)施，初步達(dá)到了比較好的效果:一是看板系統(tǒng)的實(shí)施加深了公司對于生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)狀的認(rèn)識;二是看板系統(tǒng)的實(shí)施大大減少了生產(chǎn)現(xiàn)場安排計(jì)劃的工作量，提高了生產(chǎn)計(jì)劃的工作效率;三是看板系統(tǒng)的實(shí)施使基本庫存量減少了一半;四是看板系統(tǒng)的實(shí)施促進(jìn)了改善活動的進(jìn)行，使公司的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)入了良性循環(huán)，在減少各種浪費(fèi)的同時(shí)降低了公司生產(chǎn)和運(yùn)營的成本，提高了公司的管理水平和產(chǎn)品的競爭力。

［1］ 杜戰(zhàn)其.看板管理在JIT生產(chǎn)中的應(yīng)用分析［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005，15(20):210-212.

［2］ 孫亞彬.精益生產(chǎn)實(shí)戰(zhàn)手冊［M］.深圳:海天出版社，2006:186-200.

［3］ 門田安弘.新豐田生產(chǎn)方式［M］.王瑞珠，譯.保定:河北大學(xué)出版社，2006:314-352.

［4］ 王亞超.生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真:Witness系統(tǒng)及應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2006:234-270.

Introduction and Simulation Design of Kanban System

LUO Yi-mei，YANG Lian-na，LUO Hong-wei
(School of Management，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Under the fiercer and fiercer global competition environment of manufacturing industry，the practice of lean production becomes a trend in our manufacturing enterprises.Though the emerging of lean production theory and practice brings about enormous profits and great success in Japanese manufacturing enterprises，there still exist some issues worth being studied for our enterprises when it comes to how to study and practise the lean production in application level.Aiming at Kanban system introduction and simulation design，this paper does some work in three aspects:firstly，the analysis and generalization of the Kanban system introduction flow provide theory support for enterprises’introduction and implementation of the system;secondly，the analysis of Kanban amount-computing model and the revise of model parameters improve the reality and accuracy of the model;finally，the parameter simulation design of Kanban system by applying software simulation technology contributes to enhance the efficiency of Kanban system design and reduce the time and cost of Kanban system design and operation.

just in time;Kanban system;introduction flow;simulation design

C935

A

1008-4339(2011)02-0121-04

2010-01-20.

羅宜美(1957— )，女，副教授.

羅宜美，tjuluo@163.com.