均衡生产的方法与意义分析

摘要:均衡生产在精益生产系统内占有很重要的位置。其目的在于通过从种类和数量上对将要生产的产品进行平均,实现小批量生产和小批量搬运,进而降低中间在制品数量(包含原材料、工序内在制品、工序间在制品和产成品)和产品的批量生产周期时间,达到降低成本和缩短生产周期的目的。文章在阐述均衡化生产内涵、组成因素的基础上,剖析了均衡生产的制约因素,分析了均衡生产的实施对企业带来的好处,对当前提高中国企业的效益有所裨益。

关键词:均衡生产;降低在制品;缩短交货期

自从20世纪70年代世界石油危机以后,世界经济受到严重的影响,而日本得企业却在世界经济舞台上异军突起。尤其在汽车行业,由于受到石油危机的影响,各大汽车公司的销售收入和利润均呈现大幅下滑趋势。反观此时的日本,凭借其不同于欧美高效自动化流水生产线的生产组织方式,不但维持了销售收入和利润水平,还在原来的基础上稳步增长。日本的汽车工业凭借其性价比和低能耗优势逐渐抢占了大量的欧美市场。由于这个原因,欧美汽车工业的高层管理者们认为:如果这种状况持续下去,欧美的汽车工业将无法阻挡日本汽车工业的冲击。

为了了解日本的汽车工业在经济萧条时期持续发展的真正原因,一些政府、企业、学校等联合出资500万美元,在世界范围内进行一次广泛的调查。这次调查后来被称为“国际汽车计划(IMVP)”。调查结果显示,日本的汽车工业正在以一种全新的生产方式组织生产,这种生产方式能够在保证质量的基础上,最大限度的降低成本,缩短交货期,提高顾客的满意度。这种生产方式后来被称为“精益生产方式(Lean Production)”。

精益生产方式以低经济增长中增加利润为核心指导思想,通过“拉动式”准时化生产管理组织模式,实现对质量、成本、交货期等的有效控制。

下图是精益生产方式的基数支撑体系图(下页图1)。

从图1中,我们可以看出,精益生产方式谋求的是在低增长的经济发展中为企业谋求更大的利润,也就是在低增长的经济增长中如何增加企业获利能力和提高自身核心竞争力的管理方法。在这个体系中,为了实现企业利润的增加主要有三条途径:1)消减库存,2)消减作业人员,3)保证质量。消减库存是通过减少流动资金,加快资金周转来实现,即通过缩短资金周转时间,提高资本周转率,使有限的流动资金增强获利能力,为企业创造更大的价值。有两个企业同为齿轮生产企业,产值均为4个亿,但其中A企业的流动资金为3000万元RMB,利润为7000万元,B企业的流动资金为12000万元RMB,利润为3500万元,我们可以试想一下,在不考虑固定投资的情况下,两个企业的流动资金获利能力相差多少。

A企业资金获利能力指数=7000/3000

B企业资金获利能力指数=3500/12000

A/B=70/30/(35/120)=8

由上面的计算可以看出,A、B两个企业的资金获利能力相差有8倍之多。换句话说,A企业用1倍的资金就可以赚得B企业8倍资金得利润。可见库存流动资金占用对于企业增强核心竞争力的重要性。

消减作业人员主要通过制定标准作业来实现的,也就是通过把人和设备的动作区分开来保证人的满负荷作业来提高人的作业效率,进而减少作业人员来实现,在此我们不作详细的分析和说明。

保证质量主要通过降低质量损失成本来实现,质量损失成本主要由原材料采购成本、加工制造过程中的设备和刀具磨损、人工损失以及返修成本等构成。以制造业平均利润水平7%计算的话,一个产品加工称为废品,就需要大约100/7也就是14个合格产品才能弥补废品损失,合起来相当于15个产品是没有利润的作业,如果考虑人工成本的话,可能还需要更多才能弥补这一个工件的损失。可见保证质量对企业利润水平影响之重,在此不详细阐述。

下面我们从消减库存来分析,消减库存是整个精益生产方式体系中最为核心的部分,它主要通过“拉动式”的准时化生产体系来实现。均衡化生产就是整个“拉动式”准时化生产体系的前提条件。下面我们首先来了解什么是均衡生产。

一、 什么是均衡化生产

均衡化生产这个词源于日本汽车行业,是指对生产线上的所有产品在种类和数量上进行平均化。生产均衡化包含几个方面的含义:

(一)所有产品

生产均衡化是将要生产的所有产品进行种类上的均衡,而不是其中的一种或几种。这个原则看似简单,却是最难实现的一个原则。均衡的生产生产线上的所有产品,不但要求生产线具有很高的柔性化程度,同时对操作者的操作技能及其他很多方面提出了很高的要求。

(二)种类的平均化

种类的平均化是指按照一定的顺序生产市场所需要的产品。这种生产的顺序是由市场对生产的产品的需求速度,即单位时间内市场上可以销售的数量来决定的。

(三)数量的平均化

数量的平均化就是将要生产的产品从数量上进行均衡化。生产线上生产的几种产品从数量上进行平均。数量均衡化的详细内容请参见均衡生产投入计划的编制方法。

二、如何理解均衡化生产

均衡化生产是一个相对的概念。下面我们举个例子来说明为什么均衡生产是一个相对的概念。

假设某公司某条机加工生产线MA01生产线,其中该生产线生产三种产品ABC,假设这三种产品的日均需求一致,均为1000件/日。假设每月20个工作日。该公司原来的生产组织模式为第一个月平均每天生产A产品3000件,生产6万件,以满足三个月内对A产品的需求;第二个月生产B产品6万件,第三个月生产C产品6万件,第四个月再回过来生产A产品。而在第二个月和第三个月市场对A产品的需求则通过库存来对应。详细情况通过下图可以看出。

图3:在制品数量轨迹折线图

第一个月生产了A成品6万件,同时消耗掉2万件,所以A产品的存量只有4万件,第二、三个月每月消耗量为2万件,但生产量为零,所以第四个月时A产品的存量完全消耗完,需重新组织生产。B和C与A重复相同的循环,只是在时间上有一定的间隔期。从这种意义上说,该生产线这种生产模式可不可以称为均衡生产呢?我个人认为应该是肯定的,也就是说这样的生产模式可以称为均衡生产。

从均衡生产的定义可以看出,将要生产的产品从种类和数量上进行平均,就是均衡生产,那么本例中该生产线生产的三种产品ABC分别在三个月内组织生产,从数量上也是各生产6万件后换产,这就是符合定义要求的,那么它就是均衡生产。

但是,我们为什么不提倡这样的均衡呢?

首先我们从均衡生产的目的说起,均衡生产的主要目的有三个方面:一是降低中间在制品,二是缩短生产周期,三是杜绝批量不良品的产生。这样的均衡生产无法保证均衡生产根本目的的实现,说明这样的均衡生产只是低水平的均衡生产。这样的均衡生产是一个月换一次产的均衡,每种产品的库存量必须能够满足在不生产该产品时市场的需求,所以必须以很大的库存量来对应市场需求;在大库存的同时,如果生产系统出现质量问题而不能够尽早发现的话,就有可能产生大批量的残次品,或者这些残次品经过返修后还可以再利用,但这样不但耽误了产品的交货时期,也增加了产品的制造成本。产品质量损失成本的构成以及产品质量损失对生产的影响在此不作详述。

如果均衡化生产达到一种较高的水平,那么可以实现一天换一次产,也就是每种产品每三天生产一次,每次生产一天的时间,则每种产品的最大库存量就是一天的量(在此不考虑安全库存)。如果出现产品质量不良,最大的损失也就是一天的生产量,同时生产周期时间也为一天。这样就可以以少量的库存及时对应市场的需求变化。如果均衡化水平继续提高的话,可以实现1小时换产一次,那么每种产品的库存就降低为2小时的市场需求量;如果出现质量不良的话,最大的损失就是1个小时的生产量。

由此可见,我们追求的是高水平的均衡生产,只有高水平的均衡生产才能够切实帮助企业实现降低成本、缩短生产周期的目标。

三、均衡化生产对企业的益处

均衡化生产是精益企业所必须具备的前提条件之一。实施均衡化可以为企业实现降低成本、提高利润的目标,提高及时供货的能力,稳定的占领已有市场,不断开拓新的市场,也是适应市场变化,提高应变能力和竞争能力的必要因素。

(一)降低成本、提高利润

企业之所以存在,就是要实现获得利润的目标。在生产力水平比较低下、供给小于需求的条件下,价格由商品的生产者决定,一般是以成本加成的方式制定的。如下图所示:

价格=成本(1+X)×销售量

或=成本+利润

X是成本加成系数

在市场份额一定的情况下,企业可以通过调整成本加成系数,实现预期的利润目标,也就是在成本不变的情况下,企业通过提高利润水平来实现利润的增加。

但是,随着科学技术的发展和生产力水平的提高,市场进入完全竞争时期,价格有市场决定,企业已经不能自主的制定价格。在这种条件下,企业为了实现获利目标的途径只有两条:一是提高市场份额,也就是提高销售数量;一是降低成本,也就是提高单件产品的利润水平。

利润=(价格-成本)×销售量

在完全竞争市场条件下,企业通过提高销售量来实现企业利润的增加,需要满足以下的前提条件。第一,市场开发成本大幅增加。在成熟市场。

在市场份额维持不变(即销售量不变)的情况下,生产成本的高低是制约企业利润的首要因素。完全竞争市场的条件下,企业若想通过提高销售数量来实现利润的增加,第一需要实现成本主要包括生产成本、销售成本、管理成本、研究开发成本、物料成本(主要是原材料成本)和设备折旧成本等。生产成本则由生产的组织方式决定。

均衡化生产通过在种类和数量上的平均化,有效的降低了在产品和产成品的库存,还可以排除生产过剩所带来的连锁浪费,从而大大降低生产成本。

而在非均衡化生产的企业,则为了满足需求,常常要保持大量的库存,从而增加大量管理人员、仓库、叉车等搬运工具,增加了成本,降低了利润。

(二)准时化生产的要求

准时化生产系统是以KANBAN为工具的拉动式生产系统。准时化生产是指在需要的时候、生产需要的种类和需要的数量的产品的体系。对于总装生产线来说,需求是指市场上顾客的需求;在企业内部,需求是指后工序的需要。也就是说,前工序应该在后工序需要的时候、按照后工序需要的种类和需要的数量生产相同种类和相同数量的产品。

为了实现生产的准时化,前工序必须按照后工序需要的速度均衡的生产所有种类的产品。例如:在前工序生产A、B、C三种产品,后工序对这三种产品的需求速度相同,即每需要一个A,同时也需要一个B和C。为此,前工序就必须以相同的速度生产A、B、C三种产品,每一次后工序每次领取的时候,以混合搬运的方式每次搬运相同数量的A、B、C三种产品。这样,前工序通过均衡化生产准时的保证了后工序的需求。如果生产线实现了单件流动生产,则以生产线为单位均衡生产。

总装生产线也是一样,根据顾客的需求种类和数量均衡的生产。

(三)提高企业适应市场变化的能力和企业核心竞争力

随着经济的发展和人民生活水平的提高,顾客需求结构特征也发生了根本性的转变。在生产力水平低下,人民生活水平不高的情况下,人们只要购买到能够实现自己要求的产品就可以了。现在,顾客已不在满足于实现自己的要求,而进入了一个新的时代――多元化、个性化的需求时代。

这种多元化、个性化的需求特征大大缩短了产品的生命周期,加快了产品的更新换代。在拉动方式下,均衡化生产可以根据市场的需求变化,迅速的调整生产产品的种类,及时把握市场变动带来的有利时机,迅速占领市场。虽然企业的开发能力也是制约企业把握新市场能力的一个重要的因素,但在开发能力相当的竞争企业之间,均衡化生产无疑会带给更强的适应市场变化的能力,提高企业的市场竞争力。

在没有实施均衡化生产的企业,为了满足市场波动引起的需求量的变化,常常要保持能够满足需求高峰时期的数量,一旦市场发生变化,这些安全库存就成为降价销售的产品,甚至可能成为废品。

(四)平衡生产节拍

在一条生产线生产多种产品的情况下,各种产品的生产周期时间是不同的。为了使生产能够按照一定的节拍有序的进行,必须实行均衡化生产,调节生产节拍时间。例如:某生产线生产A、B、C三种产品,三种产品的日需要量分别为100个。则生产节拍时间为:

480分/300个=1.6分/个

又知道A、B、C产品的生产周期时间为2、1.3、1.5分钟/个。

由上图可以看出,均衡生产可以有效的平衡生产的节拍时间,实现全品种按节拍生产,保证标准作业的正常运行。

四、均衡化生产的制约要素

要实现生产的均衡化,有很多制约因素是必须解决的问题。现主要从以下几个方面进行阐述。

(一)换产时间

换产时间分为内部换产时间、调整时间和外部换产时间,而内部换产时间是换产水平的决定性因素。

外部换产时间是指不需要生产线停下来就可以进行的换产准备活动时间。内部换产时间是指生产线必须停下来才能进行的换产活动时间。调整时间是指换产结束后需要对工装、夹具等进行调整所需要的时间。改善换产时间需要按照一定的步骤进行,如右图所示:

1、 准备工作

根据换产的特征,将换产时间明确的区分为内部换产时间、调整时间和外部换产时间。

2、 将内部换产时间转换为外部换产时间

将尽可能多的内部换产时间转换为外部换产时间,这样,就可以在生产线不用停下来的情况下进行换产活动,从而缩短换产时间,提高生产线的效率。

3、 缩短内部换产时间

内部换产时间是决定换产水平的首要因素,所以在改善换产时间过程中,首先要改善的就是内部换产时间。最理想的情况是将内部换产时间缩短为零换产时间,我们应该为了这个理想目标而进行持续不断的改善,逐渐缩短现状与理想目标之间的差距。

4、 缩短调整时间

调整时间也是制约换产水平的一个重要因素,因此,在降低内部换产时间的同时,也不能忽略对缩短调整时间的持续不断的改善活动。

5、 缩短外部换产时间

外部换产时间虽然对换产水平的影响不是很重要,但外部换产时间很长的话,就需要增加过多的换产人员,增加了生产成本,将外部换产时间缩短到足够短也是一个精益企业必须要做的工作。

换产水平将直接制约生产的均衡化水平。如果生产系统真正的实现零换产时间,那么企业就可以完全按照顾客的需求进行生产,顾客需求什么产品就生产什么产品,实现零库存生产。

(二)人员多能工化

均衡化生产要求生产线在一段时期内同时生产所有的产品,操作者不但要了解每种产品的加工技术,有能力操作几台加工设备,同时还要掌握设备的基本常识和常见问题的排除能力,这样才能保证生产线准时化为后工序提供合格的产品。

(三)对标准作业的要求

按照可销售的数量均衡的生产所有生产种类的品种的产品,同时又要保证产品质量和准时供货,这就对设备能力和作业方法提出了更高的要求。均衡化生产对设备能力的要求将在下面进行讨论,在此只针对作业方法做出阐述。

(四)设备的柔性

均衡化生产要求的是在一条生产线上生产多种不同的产品,在生产线进行设备选型时首先要考虑到,所选择的设备必须能够适应所有要在这条生产线生产的产品。同时,考虑到节拍时间的问题,所选择的设备应该拥有一定的专用性,通常在效率较高,同时产品比较稳定的生产线,柔性专机是一个不错的选择。

(五)过程质量控制

均衡化生产是将所生产的产品一个一个的传递到后道工序,为此前道工序所生产的产品必须是合格的产品,这样才能保证产品在工序间顺畅的流动,为此必须在生产线内确定相应的质量控制点,并在工序内由工人自检,同时为了保证自检的正确性,需要设置成品的定期检测工具,由专职的检验人员对产品实行抽检。

(六)工序间小批量传递

均衡生产是将所要生产的产品从种类和数量上进行平均,为此在工序间必然设置在制品的存储。为了有效控制在制品的数量,对生产的产品实行先入先出式管理,同时实现工序间的小批量搬运。所谓的小批量就是生产的产品的存储单位和搬运单位的小批量化,在不影响质量的前提下,使产品的单位存储量适于工序间的快速周转和传递。

五、 如何组织实施均衡化生产

组织均衡生产就是计算不同产品的投产顺序,也就是制定均衡的生产作业计划。

均衡化生产产品投入计划的计算比较复杂,在这里,我们以一种简化的方法来计算产品的投入计划。

假设某一生产线生产N种产品,记为Ai,某天这N种产品的产量分别为Mi,i=1,2・・・・・・N,则我们可以计算:

当天的计划总产量=,

为了确定第n件产品的投入计划,首先我们确定当天的计划总产量与每种产品的计划投入量的比值Ki,比值Ki的含义是当有Ki件产品投入生产时,其中一件必然为产品Ai。

下面我们举例来说明这种均衡化产品投入顺序的计算方法。假设某企业的一条生产线,生产A1、A2、A3、A4四种产品,某一天的的产品计划投入量分别为M120件,M230件,M350件,M4100件。

首先计算当天的计划总产量==200

K1=200/20=10,

K2=200/30=6.7,

K3=200/50=4,

K4=200/100=2,

在安排投产顺序时,最好从Ki数值最小的开始安排,这样便于我们计算投产顺序。

K4=2,为四种产品中最小,K值为2说明每生产2件产品时,其中就有1件为A4。

我们现将A4的投入顺序安排出来,

A4,Ai,A4,Ai,A4,Ai,A4,Ai,A4,Ai,A4,Ai,A4,Ai,A4,Ai,A4,Ai,A4,Ai,・・・・・・

接下来是A3,K值为4,也就是说生产4件产品当中就有1件是A3,我们继续把A3排入投产顺序,

A4,A3,A4,Ai,A4,A3,A4,Ai,A4,A3,A4,Ai,A4,A3,A4,Ai,A4,A3,A4,Ai,・・・・・・

接下来是A2,K值为6.7,也就是说生产6.7件产品当中就有1件是A2,我们继续把A2排入投产顺序,

A4,A3,A4,A2,A4,A3,A4,Ai,A4,A3,A4,A2,A4,A3,A4,A2,A4,A3,A4,Ai,・・・・・・

最后剩余的就是A1,K值为10,也就是说生产10件产品当中就有1件是A1,我们继续把A1排入投产顺序,

A4,A3,A4,A2,A4,A3,A4,A1,A4,A3,A4,A2,A4,A3,A4,A2,A4,A3,A4,A1,・・・・・・

这样,我们就把生产顺序排出来了,也就是均衡的生产计划。这种计算方法可以适合于生产数量差别很大的多种产品的投入计划安排,对于生产数量比较稳定的产品投入计划安排,我们还有另外一种更为简便的计算产品投入计划的方法。

首先,我们先确定几种产品的计划投入量,并计算集中产品投入量的最简比。

我们仍然以上述例题为例,

A1:A2:A3:A4=20:30:50:100=2:3:5:10,

我们把最简比的几个比例数字相加之后的和最为一个生产组合单元,也就是说2+3+5+10=20,每20个产品为1个生产组合单元,这个生产组合单元中A1、A2、A3、A4的结构为2、3、5、10,由此排出生产组合单元的投产顺序即可,生产实际运行过程中即是生产组合单元的循环过程。

参考文献:

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