客車生產中的價值流圖分析及其改善

張國輝，張凌杰

（1.鄭州航空工業管理學院 管理科學與工程學院，河南 鄭州 450015；2.河南水利與環境職業學院 機電與信息工程系，河南 鄭州 450008）

1 引言

價值流圖析技術（Value Stream Mapping，VSM）自上世紀末由邁克·魯斯和約翰·舒克首次提出以來[1]，被眾多專家學者應用到不同領域，并取得了良好的效果。精益生產被越來越多的國內企業所接受，而價值流圖是其中一種非常重要的方法[2]。謝慶紅等[3]基于價值流圖對復雜產品裝配線進行優化；張宇等[4]利用價值流圖對齒輪生產線進行改善研究；張國輝[5]利用價值流圖技術對床墊生產系統進行優化，取得很好的效果；楊青等[6]基于價值流圖對研發項目績效評價進行了研究；隨著生產鏈的不斷細化和延伸，價值流在企業生產管理過程中的應用和研究也日趨廣泛和深入。

本文針對客車企業生產管理中存在的由于高庫存帶來的各種浪費，以及生產系統柔性不足而難以對市場變化做出迅速響應等一系列問題，運用價值流圖析技術，從價值流的角度對企業現狀做出探究分析，尋找問題根源，圍繞精益思想，對系統進行改善，繪制出價值流未來狀態圖，將企業傳統的推式生產方式轉變為由市場需求拉動的生產方式，不僅消除了不必要的浪費，且實現了生產系統的柔性化改造，提高了企業自身競爭力。

2 Y企業價值流現狀分析

Y企業是國內知名的客車生產企業，其2008年新建底盤生產項目的投產，標志著公司底盤已全部實現自制。該生產線年產能力達30 000臺，涵蓋公司所有底盤產品類型，可用于自用和外銷。目前需求量較大且穩定的主要有A、B、C三種型號的產品，其生產工藝基本相同，包括零部件制作、車架焊接、車架電泳、成品底盤裝配等四個主要部分。運用價值流圖繪制當前狀態圖需要以下數據。

2.1 客戶需求

客戶對A、B、C三種型號底盤的需求量見表1，其中總需求量中的約80%為自用，20%為外銷。自用客戶分屬于不同的車間，運輸距離約為1 000m；外銷客戶，距離不定，采用公路貨車運輸，具體客戶需求信息見表2。

2.2 供應商信息

公司為保證原材料供應質量和周期，與寶鋼建立長期合作。由于距離原因且考慮到庫存，公司每月提交一次采購申請，采用鐵路運輸，周期為7天，見表3。

表1 不同產品客戶需求量

表2 客戶需求信息

表3 原材料采購信息

2.3 企業內部生產信息

由于近期市場需求較為穩定，公司按照每月26天，每天2班安排生產計劃，見表4。

表4 工作時間信息

對以上信息轉換為計算數據：

（1）客戶每班需求量=平均每月需求件數/每月工作天數/班數=2000/26/2=39；

（2）最佳生產節拍=（每班時間-休息時間）/每班客戶需求量=（8-1）×3 600/39=646s；

（3）庫存天數=現有庫存量/日顧客需求量；

（4）生產線平衡率=各工序時間總和/（工序位數×瓶頸工序時間）。

基于以上信息數據，利用一系列價值流圖符號，客觀反映生產系統各工序流程，繪制價值流圖當前狀態圖，如圖1所示。

通過對價值流圖當前狀態圖進行分析，發現在長達10天的生產周期中，增值活動所占用的時間僅為1 980s，增值率僅為0.2%，其余時間都屬于非增值活動，不難發現過量生產、搬運、等待、庫存等占用了巨大的生產成本，造成了不必要的浪費。

（1）生產過量的浪費。由于企業采用需求預測的方式安排生產計劃，然而預測往往存在偏差再加上顧客需求的不確定性，所以經常會出現無法按計劃生產的現象，導致生產中存在大量的在制品積壓和成品庫存。同時在制品庫存往往會造成不良品的持續產生，使得生產過程控制相當困難。

（2）生產系統缺乏柔性，不能實現均衡混流生產。由于該生產線同時生產A、B、C三種型號的產品，而客戶對三種產品的需求并不相同。由于缺乏合理的安排，生產系統缺乏柔性，容易出現需要的產品供應不及時，暫時沒有需求的產品卻存在大量的庫存這一尷尬的局面。

（3）生產線工序間能力不平衡。生產節拍是平衡生產線的重要依據，節拍由客戶需求量決定，穩定的節拍有利于資源的充分利用和生產安排。而目前生產系統的瓶頸工位是裝配，其周期為600s，通過價值流圖很容易發現各個工序周期相差較大，這使得生產系統很難創建連續流，無法滿足客戶需求節拍要求。

造成這些問題的主要原因是企業采用的是典型的推動式生產，各個工序之間形成信息孤島，生產完全按照預測進行（包括原材料需求預測和客戶需求預測），而且預測周期較長。這導致在預測偏差出現以及客戶需求波動的情況下，不能做出柔性反應及時調整生產，企業如若為了保證滿足客戶需求則往往導致過量生產進而出現庫存。

3 設計Y企業價值流圖未來狀態圖

企業生產過程中各個工序間因缺乏信息流通而盲目生產，造成在制品庫存過高，同時下游工序嚴重依賴上游工序的推動。因此改進價值流的關鍵在于，如何有效降低庫存，使推動生產方式轉變為由顧客需求拉動進行生產。

3.1 生產節拍

按照精益思想，企業的最佳生產節拍應該根據顧客需求來確定，使企業的生產活動與外部客戶需求同步，達到有效避免生產過多（早）或者供應不及時的目的。對于Y企業的底盤產品：

生產節拍=每月總有效工作時間/顧客月需求量=26×14×3 600/2 000=655.2s，也就是說，企業至少以655s一件的速率進行生產，才能保證滿足客戶的需求。這一節拍是企業標準生產狀態下最慢的生產節拍，不應包括各種正常或者意外的寬放時間。

3.2 發展連續流

在一切可能的地方發展連續流，其目的是為了將各個原本孤立的工序以一種無形的方式連接起來形成一個相互聯系的整體，使得產品在相鄰工序間的傳遞不再存在積壓或等待，以此消除大量的在制品庫存。

由于該條生產線同時生產三種產品，且沖壓工序存在一定的換模時間，為了適應多品種小批量的客戶需求，在實際情況許可的情況下，將切割和沖壓工位合并，實現連續流和單件流，以消除工序間在制品庫存和減少換模頻次。而且平衡后的工序時間為600s，與生產節拍相當接近，且又具有一定的彈性。而對于接下來的焊接工序，由于其需要一組完整且沖壓好的部件方能進行，A、B、C三種產品需要的部件數最多為20，因此在兩工序之間設立一個容量為20的先進先出通道。

3.3 超市拉動系統

價值流中存在一些工序由于規模經濟或者其他客觀原因不能連續流動時，就有必要引進超市拉動系統，如圖2所示。

圖2 超市拉動系統

在制品超市與普通在制品庫存的主要區別在于：在制品庫存只是在制品的簡單堆積，其數量只是受到庫存空間的限制；而在制品超市要求對庫存數量進行嚴格控制、按需生產，只有在下游工位通過取貨看板取走在制品的時候，上游工位才能通過生產看板組織生產。

由于電泳工序必須以5/0.5h為批量進行生產（否則即造成產能浪費），所以可以考慮引入超市拉動系統。同時，在原材料存儲區和產成品發運區也各設置一個超市系統，這樣可以避免盲目生產并以此來拉動上游供應商工序的進行。

3.4 均衡混流生產

隨著市場需求多樣化、個性化時代的到來，企業如果僅僅依靠生產一種產品以不變應萬變，其結果必然是遭到激烈競爭市場的無情拋棄。均衡生產則是一種多品種小批量的混流生產方法，在一段時間內均勻地安排不同產品不同數量的生產。這樣產品在生產過程中，從原材料投入到產成品入庫，都可以保證按計劃、有節奏均衡地進行，在相同的時間間隔內，生產大致相同或遞增數量的產品。

對于Y企業，同時生產A、B、C三種產品，月需求量分別為400件、1 000件和600件，因此企業可以按需求比例安排每周生產。按照均衡生產的要求，必須在三種產品間頻繁換型，又由于只有沖壓工位存在換模的要求，且換模時間僅為6min。因此，可以在任何一個周期內安排均衡生產，以200件為一換模周期，其順序可以為ABCBCABCBB。也許僅僅著眼于單個工序，那么可以說均衡生產帶來了頻繁換型這一新的弊端；但從價值流的角度，這樣小的代價換來的卻是整個價值流的生產周期、交貨期和生產成本的極大降低和縮短。

在均衡生產下，企業生產啟動方式與以往有很大不同：企業生產控制部門根據顧客需求在各個看板中尋求均衡，然后將信息傳遞到成品發運倉庫，成品發運出庫后產生的生產看板進而拉動上游工序進行生產，以拉動生產方式實現均衡混流生產。

3.5 確定發運方式

發運方式通常包括顧客拉動和成品倉庫發運兩種。一般情況下當顧客的需求變化難以預測或者生產系統可靠性不高時，可采用建立成品倉庫，存儲一定數量的產成品，以保證顧客需求的滿足。相反，如果顧客需求較為穩定且生產過程相對可靠，那么就可以采用準時制生產（Just-In-Time，JIT）。

由于Y企業生產的底盤產品不僅自用而且有外銷，二者的需求信息并不完全相同，因此有必要分開考慮發運方式。對于自用而言，由于需求信息獲取較為及時，其周期幾乎可以忽略，可以采用準時制生產而不必設置庫存；相反，外銷面對的是企業之外的其他獨立客戶，由于需求情況經常處于變動，因此有必要采用成品倉庫發運。

按照以上改善策略，預測價值流圖未來狀態圖，如圖3所示。

圖3 價值流未來狀態圖

未來價值流圖的繪制并不是改善的終點，在將其付諸實踐之前，有必要從理論上分析其改善效果能否達到預期。對未來狀態圖和現狀圖進行參數對比，用定量的方法分析其改善效果。包括訂貨提前期、線上生產周期、在制品庫存、增值率、生產線平衡等。所需計算公式如下：

（1）增值率：

（2）平衡率

（3）在制品庫存

改善方案與原方案數據對比如表5和圖4所示。

表5 改善前后數據對比

圖4 在制品庫存等待天數改善前后對比

綜上，改善后的方案將企業生產模式由推式轉變為拉動式生產，使生產節拍更加與客戶需求節拍相吻合，降低了原材料、在制品、成品庫存，有效降低了庫存帶來的各種浪費。通過調整工位，使生產線平衡率得到了提高，減少了先前生產線部分工序出現大量空閑時間的現象。同時對信息流進行改善，利用看板管理和超市拉動系統，實現了生產線的柔性改造，能夠對一定范圍內的市場需求做出迅速反應。

4 結束語

市場的需求是企業能夠存在的先決條件。精益生產中價值流圖析的意義就在于從終端客戶的角度出發來考察產品所經歷的所有活動，把任何不能創造價值或者創造了顧客不需要的價值的活動都視作浪費，最終以需求為導向來安排企業生產。本文以價值流圖析為主要技術工具，對客車生產企業現狀做深入的探究分析并進行優化改善。使生產周期縮短近40%，增值率上升為0.34%，生產線平衡率由原來的66%增加至78%，在制品線上庫存時間也減少為0.2d。改善后的生產系統，有效降低了生產成本，縮短了交貨周期，快速響應市場需求變化，有利于提高企業市場競爭力。

[1]邁克·魯斯,約翰·舒克,著,杜宏生,譯.價值流圖析:增加價值、消除浪費[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]張洪亮,劉亮,牛占文.精益生產實施水平的預測[J].統計與決策,2010,(16):175-177.

[3]謝慶紅,王小彬,潘志霄.基于價值流圖析的復雜產品裝配優化研究—以G公司DM3生產裝配優化為例[J].工業工程與管理,2013,18(4):117-121.

[4]張宇,金壽松,馮定忠,等.基于價值流圖的齒輪生產線分析與改善[J].成組技術與生產現代化,2012,29(3):7-12.

[5]張國輝.基于價值流圖技術的生產線優化與改善[J].物流技術,2014,33(6):330-332,335.

[6]楊青,王蕊.基于價值流圖析技術的研發項目績效評價研究[J].管理學報,2010,7(4):619-623.