管理中面向變異的看板（Ｋａｎｂａｎ）系統(tǒng)研究

〔摘要〕對面向變異的看板系統(tǒng)研究現(xiàn)狀進行了回顧。任何生產(chǎn)系統(tǒng)都會存在變異，對看板系統(tǒng)存在的變異源及其影響進行了分析。在此基礎(chǔ)上，提出了存在變異的看板系統(tǒng)設(shè)計與運行的程序。分析了看板系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮的因素，針對看板運行中變異的控制，改進了傳統(tǒng)看板參數(shù)計算公式，提出了看板系統(tǒng)設(shè)計和運行中處理變異的控制策略。

〔關(guān)鍵詞〕看板系統(tǒng)；變異；控制策略

〔中圖分類號〕F270 〔文獻標(biāo)識碼〕 A〔文章編號〕1008-2689（2007）01-0022-05

一

企業(yè)根據(jù)顧客的需求、及時提供產(chǎn)品是當(dāng)今企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢的重要手段，看板管理是實現(xiàn)這一目的的重要管理技術(shù)。有關(guān)文獻指出，看板管理系統(tǒng)在穩(wěn)定的需求和生產(chǎn)提前期的條件下獲得了很大的成功，因此看板管理在穩(wěn)定生產(chǎn)環(huán)境中是有效的。但是現(xiàn)實中生產(chǎn)系統(tǒng)并不總是穩(wěn)定的，不穩(wěn)定環(huán)境下，看板參數(shù)如何選擇？[1]對需求服從泊松分布、加工時間服從指數(shù)分布的單階段生產(chǎn)看板系統(tǒng)進行了研究。[2]有關(guān)文獻提出了多階段、隨機變異條件下的分散適應(yīng)看板控制系統(tǒng)。當(dāng)顧客數(shù)量少時，顧客需求不穩(wěn)定隨機變化，需求分布的均值和均方差都可能發(fā)生變化。一般的看板系統(tǒng)中都有緩沖庫存，它對于穩(wěn)定隨機需求的控制有效，但對不穩(wěn)定隨機需求的控制無效。[3]基于此，提出了需求均值和方差變化的情況下看板參數(shù)選擇模型，但是該文獻對于加工時間的變異沒有考慮，另外，該文獻所用控制圖工具提供的信息具有滯后性，如果需求變化劇烈，將會對文獻中提出的方法產(chǎn)生重大影響。[4][5]對于看板數(shù)量為非整數(shù)的情況，提出了相應(yīng)的對策。[6]研究了在拉動生產(chǎn)環(huán)境中生產(chǎn)能力、提前期的變動對在制品庫存和生產(chǎn)系統(tǒng)的通過率的影響。[7]

大部分文獻研究看板時，僅研究了設(shè)計或運行的一個方面，現(xiàn)實中有變異時，看板系統(tǒng)設(shè)計與運作策略是相互影響的。有的文獻僅僅研究了看板系統(tǒng)運中看板移動順序規(guī)則對看板系統(tǒng)的影響。[8][9]文獻研究發(fā)現(xiàn)，考慮有質(zhì)量缺陷情況下，為了滿足顧客需求數(shù)量的產(chǎn)品，必須調(diào)整生產(chǎn)計劃或加工，從而調(diào)整看板系統(tǒng)的運行，彌補缺陷產(chǎn)品造成的產(chǎn)品數(shù)量損失。[10]文獻對生產(chǎn)設(shè)備故障對看板系統(tǒng)造成的影響進行了分析，提出了對策。[11]文獻只是對看板運行中出現(xiàn)的單一不穩(wěn)定因素的分析，實際生產(chǎn)中這些因素的影響是同時存在的，所以需要對多因素復(fù)雜系統(tǒng)做進一步分析。[8]~[11]

總之，雖然已有大量文獻對存在變異的看板系統(tǒng)進行研究，但是這些研究大部分是變一個影響因素或系統(tǒng)的單一方面對看板系統(tǒng)進行的探討，實際上，影響看板系統(tǒng)實施效果的因素較多，需要從整個系統(tǒng)的角度對看板運行中出現(xiàn)的各種變異進行控制，才能達到更好的效果?；诖?，本文將對存在變異的看板系統(tǒng)從總體上做探討。

二

我們可以從需求、質(zhì)量、設(shè)備、人員變動作一分析。

（一）需求：需求變動包括需求的產(chǎn)品特征的變化（個性化需求變動）和需求數(shù)量的變化。由于人們的需求越來越多樣化，對產(chǎn)品的交貨期也有更苛刻的要求，所以市場的變化也更加劇烈。需求特征的變化將影響生產(chǎn)工藝的變化，因此需要對系統(tǒng)整體設(shè)計加以調(diào)整。需求數(shù)量的變動直接影響看板系統(tǒng)的參數(shù)，如果需求發(fā)生變化，而看板系統(tǒng)不做調(diào)整，必然導(dǎo)致在制品庫存增大或不能滿足顧客需求，對生產(chǎn)商都會造成損失。通過研究發(fā)現(xiàn)看板數(shù)下降到一定限度時，需求延遲方差迅速增大，當(dāng)看板數(shù)足夠大時，需求延遲方差保持穩(wěn)定，幾乎不變。并且發(fā)現(xiàn)主要由下游工序單元吸收尾部需求到達過程的變動性，減少下游工序單元的看板數(shù) 就相當(dāng)于減少系統(tǒng)對需求變動的反應(yīng)能力[12]。所以不能過分強調(diào)減少看板數(shù)量。

（二）質(zhì)量：在以前的看板系統(tǒng)研究中，許多文獻都假設(shè)系統(tǒng)的質(zhì)量百分之百合格，這樣不用考慮質(zhì)量的影響，實際生產(chǎn)中，每個工序，都可能產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，對于有質(zhì)量問題的產(chǎn)品有兩種處理方法，一是一旦發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品，把它直接淘汰到系統(tǒng)之外，另外一個是發(fā)現(xiàn)有缺陷后重新加工，第一種情況下，需要增加看板數(shù)量，從最后一道工序追加生產(chǎn)命令信息，不然產(chǎn)品達不到顧客需求數(shù)量:第二種會改變物流的運行方向，從而影響看板運行方向和產(chǎn)品加工進程。不論哪種情況，都會影響看板系統(tǒng)的正常運行。

（三）設(shè)備：設(shè)備的影響主要包括設(shè)備調(diào)整準(zhǔn)備時間（set-up time）的變動和設(shè)備運行不穩(wěn)定兩部分。設(shè)備調(diào)整準(zhǔn)備時間長短的變化影響生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)多品種小批量生產(chǎn)的能力，在產(chǎn)品品種較多的情況下，如果調(diào)整準(zhǔn)備時間變化大，就需要增加在制品庫存，所以看板數(shù)量也要增加；對于機器可靠性研究發(fā)現(xiàn)，機器不穩(wěn)定，影響看板傳遞速度和產(chǎn)品完工周期，從而影響系統(tǒng)的通過率和交貨期，為完成同樣的產(chǎn)品就必須需要更長的生產(chǎn)時間，為了保持不同工序之間生產(chǎn)的連續(xù)性，就需要更多的在制品庫存；另外，設(shè)備故障還會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，設(shè)備不穩(wěn)定的系統(tǒng)會生產(chǎn)更多有缺陷的產(chǎn)品，從而需要更多的看板數(shù)量。

（四）人員的變動:在生產(chǎn)系統(tǒng)中，人員的變動是經(jīng)常發(fā)生的，因為員工技術(shù)和熟練程度不同，人員變動會造成系統(tǒng)生產(chǎn)能力的變化，各工序生產(chǎn)能力的變化會影響到該工序看板參數(shù)的變化，在多階段生產(chǎn)系統(tǒng)中，它會影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的均衡，人員生產(chǎn)能力降低將會降低生產(chǎn)系統(tǒng)的通過率，從而降低看板運行速度，生產(chǎn)提前期增加。

在以上這幾個因素中，質(zhì)量、設(shè)備、人員屬于可控因素，需求的變動屬于不可控因素，對于可控因素我們可以分析問題發(fā)生的原因，消除變異，采取積極的措施優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)。對于不可控因素，不能消除變動，只能采取針對性應(yīng)對策略減少這種不穩(wěn)定對生產(chǎn)的影響。

三

（一）面向變異的看板系統(tǒng)設(shè)計與運行程序

看板是一種可視化的控制工具，它直觀地反映了生產(chǎn)系統(tǒng)的運行狀況。準(zhǔn)時制生產(chǎn)追求的是在需要的時間、按需要數(shù)量，給顧客提供需要的產(chǎn)品[13]，看板管理必須符合這一管理哲理。流動是豐田生產(chǎn)方式的一個原則，它把庫存看作萬惡之源，看板的目的是控制在制品車存，暴露看板系統(tǒng)存在的問題，庫存的多少反映了企業(yè)對生產(chǎn)系統(tǒng)的管理水平，反映了企 業(yè)對變異的應(yīng)變能力。因此看板系統(tǒng)的評價系統(tǒng)應(yīng)該是多指標(biāo)的，應(yīng)該包括在制品（work-in-process，WIP）、生產(chǎn)提前期（lead time，LT）、通過率（throughput，TH）、成本（cost，C）。在制品庫存、生產(chǎn)提前期、通過率可以通過看板參數(shù)的設(shè)置直接控制；同時，看板系統(tǒng)的變異也對以上四個指標(biāo)產(chǎn)生影響，這樣，這些指標(biāo)就把看板參數(shù)與變異狀況直接聯(lián)系起來。

看板系統(tǒng)支撐條件分為一次性建立的設(shè)計性條件和逐步建立的改善性條件。設(shè)計性條件主要包括生產(chǎn)均衡化和設(shè)備的合理布置，改善性條件主要包括設(shè)備的快速調(diào)整準(zhǔn)備和全員預(yù)防性維修、多能工、自動化和良好的外部協(xié)作等[14]。設(shè)計條件和改善條件相互影響，企業(yè)應(yīng)該從改善條件入手引入看板系統(tǒng)，在改善性條件達到不影響看板生產(chǎn)系統(tǒng)建立的程度時即可對設(shè)計性條件進行設(shè)計和實施，同時可繼續(xù)對改善性條件進行改善?？窗逶O(shè)計和運行時要考慮變異對看板實施的影響，提高系統(tǒng)對變異的應(yīng)變能力?；谧儺惖目窗逑到y(tǒng)設(shè)計與運行程序如圖1所示。從圖1中看出，看板系統(tǒng)要實現(xiàn)其目標(biāo)，需要從兩個方面進行考慮，一是看板系統(tǒng)的設(shè)計，二是看板系統(tǒng)的運行，兩部分之間的交叉線表示這兩者是相互影響的，具體設(shè)計與運行策略要聯(lián)系在一起考慮。

（二）面向變異看板系統(tǒng)的設(shè)計與運行策略

面向變異的看板系統(tǒng)設(shè)計與運行中需考慮以下內(nèi)容:生產(chǎn)工藝設(shè)計、物流設(shè)計、設(shè)施布置、同步化生產(chǎn)設(shè)計、均衡化設(shè)計、看板系統(tǒng)能力、看板系統(tǒng)類型與參數(shù)的選擇。其中工藝設(shè)計、物流設(shè)計、設(shè)施布置、生產(chǎn)均衡化等在其他文獻中論述較多[l4]，這里不再討論。

同步化設(shè)計需要計算顧客需求節(jié)拍（TAKT time）并制訂標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，然后合理安排資源，但是由于顧客需求節(jié)拍和系統(tǒng)生產(chǎn)能力的變異，同步化生產(chǎn)中需要適時對設(shè)計進行調(diào)整。對于實現(xiàn)小批量生產(chǎn)和縮短生產(chǎn)提前期，一個主要的技術(shù)是快速換模，但是問題的重點并不在于單純減少調(diào)整準(zhǔn)備時間，而是多種產(chǎn)品如何共享調(diào)整準(zhǔn)備時間，如何共享加工和裝配工藝路線。通過進一步提煉，歸納出新的生產(chǎn)過程組織原則[l5l。這樣便可減少設(shè)備調(diào)整次數(shù)、節(jié)約調(diào)整時間。

看板系統(tǒng)基本類型包括純看板系統(tǒng)（即典型的豐田式雙看板系統(tǒng)）和恒定在制品控制系統(tǒng)（CONWIP）兩類。由兩種基本看板控制系統(tǒng)，可以構(gòu)造出多種不同的拉式控制機制。CONWIP系統(tǒng)與純看板系統(tǒng)相比在某些方面有其獨具優(yōu)勢:一是CONWIP適用于更廣泛的應(yīng)用環(huán)境，特別是生產(chǎn)許多不同品種產(chǎn)品的生產(chǎn)線：二是在有顯著設(shè)備切換時間的情況下，純看板控制通常是不適合的，但在CONWIP系統(tǒng)中，允許明確對產(chǎn)品生產(chǎn)排序，將設(shè)備切換時間算在“標(biāo)準(zhǔn)件”的處理時間內(nèi)，從而解決了這一問題。二是通常情況，當(dāng)CONWIP系統(tǒng)和純看板系統(tǒng)具有相同的通過率時，CONWIP系統(tǒng)在制品量比純看板系統(tǒng)的在制品量要低[16]。相反，純看板系統(tǒng)對于恒定看板系統(tǒng)而言，對系統(tǒng)具有更強的控制能力，對系統(tǒng)的問題能更加明顯地暴露，有利于持續(xù)改善生產(chǎn)系統(tǒng)。因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)不穩(wěn)定狀況選用不同的看板類型。

由于在現(xiàn)實生產(chǎn)中存在多種不可避免的變動因素，在不能消除或者完全準(zhǔn)確、及時預(yù)知變動因素的情況下，規(guī)則的執(zhí)行常出現(xiàn)一定的偏差，客觀上不僅要求對執(zhí)行規(guī)則進行不斷改進，在必要時還需對控制規(guī)則進行修正。例如一般看板系統(tǒng)都采用先進先出法決定看板的發(fā)放順序，但是在一些情況下，最短加工時間法對縮短生產(chǎn)提前期有更大的優(yōu)勢[9]。

看板系統(tǒng)參數(shù)主要指看板循環(huán)時間，看板容量，看板數(shù)量。在靜態(tài)環(huán)境下，不考慮看板系統(tǒng)參數(shù)的變化，文獻[1]提出按照公式（1）確定看板數(shù)量：

n>DL（1+α）（1）

其中：n——看板數(shù)量；

D——單位時間內(nèi)，平均需求量（以標(biāo)準(zhǔn)看板容量為單位）；

L——提前期，加工時間加等待時間；

α——安全系數(shù)。它的大小與企業(yè)管理水平和影響生產(chǎn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性有關(guān)。

因為看板循環(huán)周期、循環(huán)次數(shù)、看板容量和看板數(shù)量是四個相互關(guān)聯(lián)的變量，所以本文建議在確定看板參數(shù)時，應(yīng)考慮如下約束：

d=m·p·c·n（2）

其中，d為單位時間內(nèi)需求量；m為循環(huán)次數(shù)：p為循環(huán)周期：C為看板容量；n為看板數(shù)量。

在利用此公式計算看板數(shù)量時，首先根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)組織和資源的狀況確定看板循環(huán)周期和次數(shù)，根據(jù)看板所附容器以及生產(chǎn)系統(tǒng)緩沖空間大小粗略確定標(biāo)準(zhǔn)容量，計算看板數(shù)量，看板容量和看板數(shù)量的確定要經(jīng)常用探試的方法加以調(diào)整，最終確定。

動態(tài)情況下研究生產(chǎn)系統(tǒng)，總會有變異存在，此時看板系統(tǒng)參數(shù)不變經(jīng)常會導(dǎo)致兩種結(jié)果：或者是在制品庫存高，或者是不能及時滿足需求。為了消除此弊端，學(xué)者們提出了可調(diào)整看板系統(tǒng)（Adaptive kanban System）[2]。但是本文認(rèn)為，過分強調(diào)看板系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整，會忽略看板系統(tǒng)暴露問題、優(yōu)化系統(tǒng)、提高管理水平的目的。因此處理看板系統(tǒng)變異的原則應(yīng)該是：一旦看板系統(tǒng)出現(xiàn)異常，可以考慮暫時調(diào)整看板系統(tǒng)的參數(shù)，同時還應(yīng)該迅速尋找問題的根源、解決問題，優(yōu)化系統(tǒng)。為此應(yīng)采用如圖2中的程序和策略處理變異。圖2所示的看板系統(tǒng)中，看板分為正?？窗搴透郊涌窗?，其中，正?？窗迨歉鶕?jù)公式（1）和（2）計算的設(shè)計看板，附加看板是為了應(yīng)對較大的異常而設(shè)計的看板，Ii是第i道工序工作站的庫存，Ei是第i道工序可用的附加看板數(shù)，Se是附加看板數(shù)最大值，根據(jù)企業(yè)歷史資料來確定。Tu、Tl是考慮了變異而設(shè)定的最大閾值和最小閾值，Tu=In+Ie，Tl=In-Ie，其中In是正?？窗逅艽淼膸齑?，Ie是所有附加看板所能代表的最大庫存量。

看板生產(chǎn)系統(tǒng)是一種基于訂單的生產(chǎn)系統(tǒng)，但是為了即時交貨，JIT也不排除預(yù)測，豐田生產(chǎn)方式要消除的是超過需求量的庫存，做到無需求不生產(chǎn)。JIT即時生產(chǎn)的“即時”是指恰當(dāng)?shù)臅r機，而不是受禁錮于訂單發(fā)出的時刻才生產(chǎn)，它把庫存分為策略性庫存和安全庫存，其中策略性庫存是指那些為了應(yīng)對那些需求有周期性變動特征的產(chǎn)品的庫存，它不同于傳統(tǒng)的安全庫存，豐田生產(chǎn)方式要消除的安全庫存。對于需求變異，還可以運用延遲策略處理問題。延遲是一種有效支持產(chǎn)品多樣化的戰(zhàn)略，它能夠使成本受控的同時實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，以滿足個性化需求。其核心內(nèi)容是：在不同產(chǎn)品的實現(xiàn)中，盡可能采用相同的制作過程，以便盡可能延遲那些滿足定制需求（體現(xiàn)個性化需求的部件）的差異化過程，從而提高企業(yè)的柔性和顧客價值。

看板系統(tǒng)中的變異是普遍存在的，針對變異如何把握看板系統(tǒng)的本質(zhì)目的、采取恰當(dāng)?shù)某绦蚝筒呗圆扇⌒袆?、實現(xiàn)準(zhǔn)時制生產(chǎn)的目的，顯示了企業(yè)的管理水平，提高了企業(yè)的競爭力。將多目標(biāo)復(fù)雜問題的看板系統(tǒng)進行定量化決策是以后需要繼續(xù)研究的課題。

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（責(zé)任編輯：高俊山谷風(fēng)）