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一种实现小批量准时化生产的可视化电子看板系统

[日期:2014-06-17] 来源:万方数据  作者:沸腾网整理 [字体: ]


  在竞争日益激烈的市场环境下,准时化生产(Just In Time,JIT)的理念已为国内外众多企业普遍接受和倡导。然而,传统的JIT方式是从丰田汽车公司规模生产的实践中总结出来的,其理想的生产环境是大 批量、重复性生产,与目前多品种、小批量的市场环境大不相同,直接套用显然不适宜,也不可能取得成功。

  要使先进的管理理念成功运用于新的市场环境,必须进行“创新的应用”。将看板技术与信息系统相结合,是目前国内研究和应用的新热点,国外研究者也对JIT 生产方式中的看板技术进行了大量研究;丰田生产方式不适合于多品种小批量生产。但在这些文献研究中鲜有对多品种、小批量看板方式的深入研究。

  本文提出了一种基于可视化看板技术的解决方案,用于解决JIT方式在多品种、小批量生产中的适用性问题。

  1.传统看板用于多品种、小批量生产的弊端

  传统JIT生产方式是从丰田汽车公司规模生产的实践中总结出来的,以纸质看板为手段、以需求为驱动的“拉动”式生产方式,用于多品种、小批量产品的生产,存在诸多弊端。

  1)传统看板手段的落后,不利于信息管理。传统看板采用纸质看板,其数据无法直接传递给计算机信息系统,不利于信息的处理,导致计划与预测能力不足。

  2)对小批量生产,难以实现传统的拉动方式。由于批量小、工序周期短,末道工序尚未开始生产,首道工序已完成整个批量的生产,因此现场若无同品种的上批次在制品保留,则无法形成“需求拉动”式的生产。

  若要用传统看板方式实现小批量的“连续的”拉动生产,就必须在生产现场保留各个品种产品的物料和在制品,这样就造成了大量堆积。故大多数企业的小批量订单式生产,仍主要采用推式生产方式,即生产指令下达到每道工序,但如此又无法实现及时的按需生产。

  3)多品种频繁交替生产时,传统看板频繁切换容易出错,并且看板的保管也是个问题。对于有些产品,生产一次后间隔很长时间才会再次生产,看板的保管和使用比较麻烦。

  4)缺乏对全局看板信息的掌握,无法提供全面的、实时的生产现场看板流程和各工序看板状态的整体描述,在品种、批次频繁切换的生产环境下容易出现混乱。

  2.实现多品种、小批量JIT生产的解决方案

  2.1 可视化看板系统的应用场景

  可视化看板系统由信息系统、电子看板和条形码扫描输入终端组成。其中的信息系统是融合了精益生产方式的ERP系统,在此基础上新增了可视化看板模块。

  以电子产品为例,图1为可视化看板系统在生产现场的应用场景。

图1 以电子产品生产为例的可视化看板系统应用场景图

  2.2 可视化看板系统运行流程

  适用于多品种、小批量订单生产的可视化看板系统的运行流程如图2所示,图中阴影部分为ERP系统中的MRPⅡ投产顺序计划模块。

  以图1中SMT工序的电子看板为例,其运行流程如下。

  1)由MRP-Ⅱ生成自制件(PWBA板)的“投产顺序计划”,安排1周的多品种投产顺序和数量。

  2)采用可视化看板技术,进行该工序的看板排程,安排工序作业顺序。

  3)生成新的“空”生产看板(Production Kanban,PK),通过电子看板下达到工序现场;扫描主件PCB条形码,开始生产,此时看板状态为“在制”。

  4)当规定数量的制品生产完成,扫描条形码,则该枚看板的状态变为“满”。

  5)当“满”看板枚数达到规定数量时,该看板的生产暂停,直到有新的、补充“空”看板下达才再次起动该看板的生产。与传统看板不同的是,此时系统可以根据看板排程的顺序,接着下达另一订单的“空”看板,起动其生产。

图2 可视化电子看板运行流程图

  6)当后道工序“取走”物料,此时若该订单的总量尚未完成,则自动发行补充数量的新“空”看板;若已完成,则该生产看板的循环全部“结束”,接下来按照排程下达另一订单的新“空”看板。

  7)若后道工序出现异常情况导致对物料的消耗暂停时,看板状态始终为“满”,则不会有该物料的新“空”生产看板下达,生产暂停,从而避免了现场在制品的堆积。

  工序间取料看板(Withdrawing Kanban,WK)的主要作用是领用补充物料时指示取货的地点和数量。它通常可以被反复使用,并且取料过程可以不占用工序内时间,因此,可视化看板系统中取料看板的形式仍可以采用打印的、带条形码的纸质看板,按照传统方式运行流转。当然也可以采用基于RFID的电子看板。

  2.3 可视化看板系统的关键技术

  所谓可视化看板,是采用可视化技术,能实现电子看板的可视化排程管理和看板状态管理的“信息化”看板,并可以通过看板的状态直观地看到零部件和产品的库存量。可视化看板将精益生产管理与ERP信息系统融合起来,利用图形技术实现“可视的”看板流转过程。

  1)可视化看板子系统的结构组成。

  可视化看板系统的功能结构如图3所示。由基础数据设置、看板计算和生成、生产看板排程和看板状态图等主要模块组成,并且与ERP系统中的MRP-Ⅱ投产顺序计划模块相连接获取数据。

图3 可视化看板系统功能结构

  2)可视化看板的排程。

  可视化看板的排程,主要是以图形展示生产单元的生产看板排队顺序和日程安排等情况,并能实现人机交互,方便管理人员根据生产现场的实际情况手动进行排程。例如,图4中所示某生产单元WD02工作日的生产看板排程图,该单元轮番生产2个看板环路的产品,上午安排了订单S001的4个看板的生产(其中已完成3 个看板,1个看板在制),下午安排了订单S002的4个看板的生产。

图4 可视化看板排程图

  当需要调整看板排程时,管理人员可以通过拖动图标方便地改变看板的顺序;也可以通过点击下方的图例按钮,改变当前位置处的看板状态。

  3)可视化看板的发行与状态管理。

  生产看板以电子看板的形式发布、传达到各工序,并且根据看板的执行情况,及时变更可视化看板系统中的看板状态。

  如图5所示,可视化系统中的看板状态分为3种,分别是空、在制和满。其中“空”表示新需求的产生,“在制”表示生产单元已启动生产,“满”表示看板生产已完成,相当于传统看板已“挂”在了产品上。

图5 看板状态的变更

  看板状态的改变,是由生产现场的条形码扫描装置来触发。当制程开始,扫描条形码,数据反馈到排程模块,看板状态变为“在制”;制程结束,再次扫描,看板状态变成了“满”;产品被取走,扫描条码,看板1次循环结束,完成品数量相应增加。

  2.4 可视化看板系统的环境条件

  可视化看板系统不仅适用于重复性、稳定性的环境条件下的大批量生产,而且适用于以下环境条件下的多品种、小批量的订单生产。以电子产品为例,其适用的环境条件如下。

  1)产品系列化程度较高。例如某企业生产电话机、交换机、HuB和电脑终端等多种系列的通信类产品。

  2)同一系列的电子产品,其工艺路线大同小异。不同系列的电子产品,其工艺的主要差异体现在性能测试和整机的组装工序,电路板的装配(PWBA,Printed Wire Board Assembly)工序差异不太大。

  3)为缩短生产周期、保持生产的流畅性,生产系统主要采用制造单元的组织形式。对于结构形式差异较大的产品,设置专用的单元进行生产。

  4)以产品为导向的制造单元增多,会使设备的重复投入也增多。可以通过关键设备的快速移动和接入,来实现同一台设备在不同单元中的使用。

  5)通过增加正式订单前的“预订”环节加强需求管理,以应对波动较大的需求。对于极不规则的“插队”订单,可采用分批交货的方式,先视物料库存和采购情况生产“应急批量”,而后再有计划地分批交货,否则实施需求拉动式生产就存在潜在的困难。

  3.可视化看板系统的特点

  与传统看板方式相比较,可视化看板系统具有以下特点。

  1)能适应产品品种频繁更替的订单生产环境。

  可视化看板系统借助信息系统,能根据订单要求快速定义新的看板环路,计算出看板数量,发布电子看板,彻底改变了使用传统看板时因种类繁多、频繁变更而难以管理的现象。

  2)能实现小批量的拉动式轮番生产。

  可视化看板系统可通过排程,“提前”安排和下达物料的需求指令,实现批次交替时物料的连续供应,避免了在制品和物料的过度堆积;同时又可以通过看板的功能,根据需求调整生产的节奏,例如后工序出现异常,没有及时“取走”制品时,本工序看板始终为“满”,系统将不会下达新看板,生产暂停。

  3)与信息系统相结合,具备模拟和预测功能,提高了计划能力。

  可视化看板与信息系统紧密结合,采用电子看板发布、条码扫描反馈,数据直接与信息系统相关联,通过信息系统中的模型,能进行预测、计划、模拟、统计和全面的分析。

  4)看板流程和状态的透明化、直观化。

  可视化看板采用图形技术,可以全面、实时地显示各工序看板的实际状态;当现场发生变化时,可以通过良好的人机交互界面,调整看板排程,提高应对的有效性。

  4.结论

  通过上述分析,可以得出以下结论。

  1)可视化看板系统通过电子看板、信息系统、条形码扫描装置的支持,可以实现看板的快速变换、传递、状态的跟踪和物料的及时供应,改变了传统看板难以应对多品种小批量生产的弊病;

  2)可视化看板系统采用图形技术实现看板排程和看板状态的可视化,使得看板流转过程透明化、直观化,实现了对全局看板信息的掌控;

  3)可视化看板系统将看板管理技术与ERP信息系统相融合,实现了看板数据的信息化,因而能实现数据的统计、分析、预测、模拟等,克服了纸质看板无法与信息系统相结合的一大缺点。

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