某企业生产部门看板系统推行方案.doc

企业概述DS3是隶属于某科技集团电脑接插件厂的一个生产部门，其生产的主要产品为用于桌上计算机（Desktop）的DDR、DDRII、PCI、PCI-E系列产品。其产品主要包括接插件主体（铸塑）、端子（金属）两个部分，有的系列还包括卡锁（铸塑）。这些产品单件价值较低，产品结构简单，但生产批量很大。市场特征该生产部门所生产的产品属于电子产品的零件，它靠近供应链的上游，根据牛鞭效应的理论，它在需求上的波动将会远大于下游直接供应整机的厂商。目前，下游厂商的订单主要采取以下几种方式给出：1)合约订单：两阶段转拨，未定交期，直到客户提调才算完成交易2)一般订单：是正式订单，只能由交易管理部门录入，临时性较强3)Email订单：由生产管理人员录入成为合约订单，需无条件满足生产特征企业当前采取按计划生产的方式，由企业生产管理部门按月指定生产计划，下发各部门，再由各工序的生产管理人员制定周生产计划，下发各产线，各产线根据生产计划完成生产。当前企业在生产调控方面面临很大的难题，主要原因在于合约订单。合约订单由于是按预测进行生产，如果预测与实际的需求有较大的出入，则客户有权延迟提货时间，甚至在市场波动过大时直接取消订单。这样，就有可能造成完成生产的产品在库房中呆滞数月甚至数年，情况严重时还可能成为找不到买家的废品。由于上述问题的存在，该企业目前致力于推行丰田生产方式，希望采用拉动的生产方式替代现有的按计划生产的方式，降低在制品库存，缩短生产提前期，以求更好的应对市场需求变化，减少生产中的浪费和不必要的损失。生产结构该生产部门包括冲压、电镀、成型和装配四道加工工序。其生产流程如下。冲压工序冲压工序将盘装的金属带（一般是铜材）冲压出接插件端子的管脚。机床连续生产，较稳定，生产率很高。电镀工序在一条较长的生产线上一次性完成前处理、镀镍、选镀金、选镀锡、后处理五个步骤。只有生产线起点和终点的位置需要工人维护。生产较稳定，生产率较高。成型工序将塑料颗粒通过成型机制成装配部门所需要的铸塑部分。成型部门的存在着换模时间较长、初启动后需要预热等问题。同时，其产能略显紧张，是整个生产流程的瓶颈。装配工序将从成型部门取来的塑料和卡锁与从电镀部门取来的端子进行装配，制成最后的电子接插件成品。装配部门的产能与需求相比有一定的富余。所谓拉式生产，简单的说就是当后工序没有需求的时候前工序休息，当后工序有需求时前工序再生产，并且必须保证满足后工序的需求。这样，就要求整个生产过程中每一步骤的前工序产能不小于后工序产能。因此，在本生产部门中，由于成型工序的产能限制，成型-装配段就成了整个系统推行JIT模式的重点与难点。我们的方案主要就是针对这一部分展开讨论。项目过程看板系统推行总体计划首先，我们将提案的主要范围界定为运作模式的改善，同时兼顾一些与之相配套的尽量简单的硬件设施的变更。结合生产系统的实际状况，我们将看板系统的推行分为以下的三个阶段：第一阶段结合当前生产特征选取示范料号；制定合适的看板运行方式；通过模拟决定具体的控制策略；确定看板系统内的相关参数。第二阶段对看板系统相关人员进行培训；在示范料号上进行看板系统试运行；根据试运行的结果进行系统改善。第三阶段将看板系统进行水平展开，根据不同生产部门的实际情况对看板的具体运作进行调整；建立起持续改善的观念，在动态改善制度的框架下，不断提高生产运行水平。第四阶段引进EDI技术，使用Barcode或RFID将看板系统电子化，实现整个公司的生产信息整合。系统主要问题 难点1：实际情况对看板系统的特殊要求由于成型工序存在着换模时间较长、初启动后需要预热、以及产能略显紧张等问题，需要尽量减少成型停机以及换模现象的发生。对于这种前工序大批量生产的模式，一般通过布置超市店面，使用三角看板作为生产指示看板。实际生产中经常出现装配工序多条产线同时使用一个料号的情况，而前工序不能做到一个机台为多条产线供料。实际上，单台成型机台的生产率仅仅略大于装配产线。在这种“边用变做”的生产模式下，一般采用标准的领料看板-生产指示看板的双板系统。由于成型-装配段同时体现出这两方面的特征，这就对具体看板系统的构建提出了一个较大的挑战。如果直接引用现有方法，无论哪一种都有其致命的缺陷。那么真正适应该生产部门的看板系统是什么？这是我们面临的第一个难点。 难点2：看板系统的仿真建模生产方式的改变很难在实际生产过程中进行探索性的实验，这时仿真建模就成为一个很好的工具。评价仿真模型好坏的指标有很多，可能是美观与否，也可能是复杂与否。但是，最根本、最具决定性的指标是与实际系统的一致性，否则，由仿真模型得出的一切结论都将失去意义。在看板系统中，采取拉式生产方式，不是按计划一步步地执行，而是由后工序在缺货时向前工序发出需求，前工序接到需求再进行生产。这样，如何在不同工序间传递消息、如何模拟“看板”就成了仿真建模的关键。因此，在确保仿真模型与实际系统的一致性方面我们遇到了第二个难点。难点3：看板系统的运行参数在整体运行逻辑构建完成之后，我们探讨了系统的具体运行参数设定。可以人为调整的参数（或策略）主要有以下四个： 有看板被取下时是否优先发给正在生产相同料号的机床； 装配产线前的缓存区容量； 成型段一块三角看板指示生产的批量； 料号在成型店面的下水位。从什么渠道获取这些系统参数的值，是凭借一线生产人员丰富的生产经验，还是通过严格规范的实验设计与科学计算？限于经验的匮乏，我们的策略是在参考前者的基础上，以后者为主。那么，如何平衡两者之间的关系，以哪些指标评价系统的好坏，如何设计实验获得数值？这是我们面临的第三个难点。难点攻克与系统构建 看板系统的运作方式的构建根据DS3的实际情况，我们认为采取双板系统(Dual Card System)是比较合适的，这也是被应用得最广泛的一种看板运行模式。而且，由于其批量生产的特点，我们初步选定了当装配向零件单位元领料时，使用每一箱对应一块的领料看板；在零件生产单位元，用生产指示看板中的三角看板配合店面的下水位来控制生产的看板运行模式。采用这种方式的优点是： 操作相对简单； 系统内不会有太多的看板，由于采用下水位的控制方法，可以使对生产的指示一目了然，符合看板系统设计的基本思想； 这种方式可以很好的适应批量生产的方式，不会造成过多的不必要停机。而对于多条装配线同时生产同一种料号的情况，我们开创性地提出了多块三角看板的系统，将前后工序的生产状态关联起来，根据后段使用某一料号的产线数量来决定该料号在店面中可以发出的三角看板数量。我们的模拟结果也表明，将看板数目与前后生产状态关联起来，比单纯提高下水位的策略更为合适。看板设置方式如图所示。上图表示某一料号的货架。其中左边的红色卡片容器用来盛放已发出三角看板对应的机台的标识牌和可供分配的三角看板，右边的紫色卡片容器用来盛放使用该料号的产线的标识牌。当物流人员取料时，将进行如下的判断和操作：当机台完成生产时，将进行如下的操作：当后工序使用料号发生变更时（一般情况下在取料时通知前工序，突发事件时通过电话通知前工序），将进行如下的操作：将料号可以发出的三角看板数量与后工序使用该料号的产线数量挂钩，即有几条装配产线使用这一料号，就可以发出几块三角看板。这种系统模型解决了我们的第一个难点，而且使当前的生产状态一目了然，便于管理和控制。建立系统仿真模型我们通过两个方面的努力确保了仿真模型与现实系统的一致性：系统逻辑和输入分析。系统逻辑下图中左边的是实际系统运作流程，右边是仿真模型中计算机执行的流程。可以看到，仿真模型与实际系统在作业流程上有一些不同之处。需要强调的是，这种不同恰恰是计算机对现实的模仿，看似有所区别，但是系统的本质以及运行得出的各项数据是完全一致的。输入数据分析由于篇幅限制，这里仅以装配部门的MTTR(Mean Time To Repair)为例说明。我们基于装配部门七月份的维修记录对维修时间的分布进行统计，得到如下的柱形图。我们对MTTR进行曲线拟合，拟合的分布为指数分布。指数分布的参数和K-S检验如下。我们看到指数分布通过了K-S检验。MTTR对于指数分布的P-P图和Q-Q图如下。虽然在Q-Q图的尾部稍有偏差，但综合考虑还是在可以接受的范围之内，因此我们认为对MTTR的指数分布假设可以成立。类似的，我们收集了仿真模型中需要用到的各项数据，对其进行了严格的数据分析，得到了以下数据表格：基于前面获得的系统逻辑和运行参数，我们建立了如下页图所示的仿真模型。设计实验确定系统参数为了确定难点2提出的4个系统运行参数，我们首先提出了以下7个评价指标：（1）、成型看板投出后的平均等待时间 （2）、成型看板投出后的最大等待时间 （3）、成型机台换线次数 （4）、成型店面平均库存 （5）、装配产线前缓存区的平均库存 （6）、装配产线停线待料的总次数 （7）、装配产线停线待料的总时间使用这些指标，在前面建立的仿真基础上，我们应用实验设计的方法分三个阶段最终解决了第二个难点看板系统运行参数的确定。在每一个实验中，我们纪录了每一块看板的发出时间、排队时间、完成加工时间；每一个产品进行成型加工的机台号、开始成型加工的时间、进入成型店面的时间、进行装配的产线编号、开始装配的时间、完成生产的时间；成型店面库存情况；以及装配产线在制品库存情况。全部实验数据超过40万条。第一阶段实验本阶段实验使用24-1 fractional factorial design的方式，主要目的是初步分析四个因素以及它们两两间的interaction对评价指标的影响。实验基本情况如下。我们使用minitab对输出数据进行了分析，找出对各评价指标产生显著影响的因素，还对数据进行了合理性检验。（受篇幅限制，略）对分析结果汇总后可以得到以下的表格。其中，上箭头表示正相关，下箭头表示负相关。综合起来可以得到以下四个方面的结论。1）降低成型店面的下水位以及成型单次生产的批量可以降低成型店面的平均库存；2）减小装配线前缓存区容量可以有效降低装配线前库存；3）分配看板时优先分给正在生产相同料号的机台可以有效降低成型机台的换线次数；4）当成型批量和店面下水位取大小相反的值时，可以降低店面的平均库存。这四点中，前三点从直观上是可以理解的，也是和实际经验相符的。第四点则给我们带来了一定的困惑。对此，我们又设计了第二阶段的实验。第二阶段实验除了进一步研究第一阶段实验结果中令人疑惑的部分外，本阶段实验还分析了成型批量以及店面下水位的具体取值。在本阶段实验中，我们首先选取了3，4，5三个下水位的值，以及16，19，22，25四个成型批量的值。每组实验重复2次。（受篇幅所限略去实验表格）使用minitab得到成型店面平均库存的ANOVA表格： SourceDFSeq SSAdj SSAdj MSFP下水位2.038.138.119.05.540.020批量3.011623.611623.63874.51126.340.000下水位*批量6.052.752.78.82.560.079Error12.041.341.33.4Total23.011755.8可以看出，下水位与批量的interaction的P值虽然很小，但仍大于0.05，并不足以表明其造成显著的影响。第一阶段实验之所以会得出相反的结论，可能是由于样本空间不够大或者其他因素干扰的缘故。进一步分析实验二的数据之后，我们可以清楚地发现，当单次生产批量取19时，成型换线和装配断线的发生都取到最小值，因此单次批量的理想值为19。类似的，为了减少装配断线的发生，同时也不增加平均店面库存，我们得到了成型店面下水位的理想值：4。考虑到料号下水位的理想值刚好等于其在装配产线一个零料间隔的消耗量，为了进一步探讨两者间的联系，我们将每条装配产线生产率改为原来的1.5倍，同时减少一条装配产线（保持总产能不变），重复第二阶段实验，发现成型单词批量还是19，而店面下水位的理想值变为6。这样，我们有理由相信，成型店面下水位的理想值即为该料号在装配工序一个零料间隔的消耗量。第三阶段实验通过第一阶段实验的结果，我们还发现，没有任何一个因素对装配的断线情况构成足够显著的影响。究其原因主要有两个方面：（1）、可能是因为实验选取的因素本身不能对此构成影响，但这显然与常识不符；（2）、因此，更有可能的，是因为实验中选取的两个值较为接近，致使影响不够显著。为了进一步探讨装配的断线情况，并确定装配线前缓存区容量的值，我们设计了第三阶段的实验。我们选取了3，4两个下水位的值，以及4，5两个缓存区容量的值。每组实验重复4次。经过分析，我们发现，当店面下水位与缓存区容量之和不变时，断线的发生状况也基本不变。同时，两者之和应大于装配两次取料间隔的用量。如下页图所示。再结合前面下水位的数据，我们确定了装配线前缓存区的理想容量是4。我们发现，装配线前缓存区的理想容量也刚好等于产线一个零料间隔的消耗量，与前面类似的，我们再次将产线生产率改为原来的1.5倍，减少一条产线，重复该阶段实验。这时，装配线前缓存区的理想容量也变为6。因此，我们同样有理由相信，装配线前缓存区的理想容量为该产线一个零料间隔的产量。成果与奖励该企业在同期招收了来自清华大学、上海交通大学、浙江大学的50名实习生，在为期七周的实习结束后，该企业举办了一个成果展示与评比大会，每所学校选取三项较为优秀的提案进行展示，并由来自各部门的高管们做出评比。会上，本提案受到了一致好评，并引发了大范围的讨论，会议为此休会十分钟。休会期间，本提案主讲人与几位该企业高管就JIT模式、看板系统展开了更深层次的探讨，受到了很大肯定，也得到了许多启示。由于本提案工业工程专业背景过重，对看板系统有比较深刻认识的只有几位工业工程部门的负责人（评估组还包括了生产、采购、财务等诸多部门的负责人），同时，很难对生产方式的改变做出明确且量化的成本、收益评估，本提案只获得了第二名的成绩。实习结束两个月以后，由于提案在企业实际生产运作中展现出的优点，已经返校的提案小组成员再次受到了企业的认可，并获得了2000元现金，作为对实习期间工作成果的褒奖。感受与思考 关于建模仿真的使用来看下面两个仿真模型的截图： 可以明显地看到，两幅图中，前者对系统中各部分的3D效果精心雕琢，场景也很逼真。与之相比，后者只有简单的机台和队列，很难直观地看出其仿真对象，显得过于寒酸。如此说来，是否前者就一定比后者好呢？却并不尽然。在实际中，仿真模型的优点主要体现在以下几个方面：（1）、在计算机上进行，大幅节省了建立系统实际原型所需的各项资源（2）、很多系统根本没有可能构建真实的原型，测试只能通过仿真完成 （3）、仿真模型中的各项参数可以随意更改，这就给统计学实验提供了极大的方便这三点中，前两点固然重要，但是第三点更是仿真建模独有的优点。如果只是为了系统测试，通过大笔投入还是可以建立一个系统实际原型的，而且评估价值和可信度肯定比仿真模型高。然而，面对系统实验，仿真就体现出无可替代的优势。实际原型一旦建成就很难进行大幅改动，而仿真模型可以随意设定各项参数，出色地配合实验设计的进行。再回到上面的两个仿真模型。其中，前者的来源是演示资料，而后者则是笔者建立的模拟学生公寓应急疏散的仿真模型。虽然从视觉上很难理解，但内部逻辑与运算法则却是与现实相吻合的，并且，还包括了很多精心设计的实验与测试。那么如此说来，是否后者就一定比前者更为实用呢？也并不尽然。计算机仿真模型的应用主要集中在以下两个方面：（1）、逼真的场景展示（2）、严谨的系统分析对于前者，追求绚烂的动画效果，逼真的3D外观，宏大的场景和复杂的结构是恰当的，也是必要的。在很多时候，仿真模型完全可以使一个对某一系统一无所知的门外汉在短时间内了解该系统的设计思路以及各方面的主要特性。对于后者，则应该把注意力更多地放在模型内层的逻辑设定，输入参数的真实性检验，以及最为重要的，与之配合的测试、实验、计算、研究。只有这样，才能更好的发挥仿真建模在数据处理和统计学实验方面无可比拟的优势。因此，我们认为，在构建仿真模型时，首先要明确该模型的主要用途，在建立与之相匹配的工作策略。对于纯粹的演示模型，就不用再内层逻辑上耗费过多的时间与精力，只要其看起来没有差错就可以了；而对于系统分析的模型，也同样没有必要在3D外观上精雕细琢。同样，对于仿真模型的评价也应该考虑到其具体用途，而不是简单的“好看”与否，或者“复杂”与否。实际经验与理论计算的互相验证在确定系统运行参数的过程中，经过三个阶段实验后，通过对几十万组实验数据的分析，我们最终得出了连个一般性结论，即：成型店面下水位的理想值刚好为该料号在装配工序一个零料间隔的消耗量，而装配产线前缓存区的理想容量恰好为该产线一个零料间隔的产量。由于该生产部门这段时期的工作重点就是拉式生产方式的推行，因此，企业方面也在尝试着对看板系统的实验。进行实验的看板系统是最基本的超市店面法，前工序通过三角看板指导生产，后工序通过零料看板进行领料。值得注意的是，在该系统中也有成型店面下水位和装配产线前缓存区容量这两个参数，并且令人惊讶的，但这两个数值的选取刚好的我们通过复杂严格的实验计算获得的数值相同。虽然该方案推行的效果不佳，但其主要问题是运行逻辑没能解决后工序多线同时共用同一料号的情况，而这并不能掩盖其在系统参数的确定上表现出的特殊的优越性。生产一线的基层管理人员拥有丰富的经验，甚至对生产参数产生了异常灵敏的直觉，他们可能通过“拍脑袋法”就得到经复杂数学运算验证的最优解，但也具有一些不足，主要体现在以下四个方面：（1）、全局规划的合理性（2）、对新生事物的接受速度（3）、多维度知识的综合运用能力（4）、创新与二次突破的才能而科班出身的所谓才子们则普遍具备不错的知识基础与学习能力，以及较