客车生产中的价值流图分析及其改善

张国辉，张凌杰

（1.郑州航空工业管理学院 管理科学与工程学院，河南 郑州 450015；2.河南水利与环境职业学院 机电与信息工程系，河南 郑州 450008）

1 引言

价值流图析技术（Value Stream Mapping，VSM）自上世纪末由迈克·鲁斯和约翰·舒克首次提出以来[1]，被众多专家学者应用到不同领域，并取得了良好的效果。精益生产被越来越多的国内企业所接受，而价值流图是其中一种非常重要的方法[2]。谢庆红等[3]基于价值流图对复杂产品装配线进行优化；张宇等[4]利用价值流图对齿轮生产线进行改善研究；张国辉[5]利用价值流图技术对床垫生产系统进行优化，取得很好的效果；杨青等[6]基于价值流图对研发项目绩效评价进行了研究；随着生产链的不断细化和延伸，价值流在企业生产管理过程中的应用和研究也日趋广泛和深入。

本文针对客车企业生产管理中存在的由于高库存带来的各种浪费，以及生产系统柔性不足而难以对市场变化做出迅速响应等一系列问题，运用价值流图析技术，从价值流的角度对企业现状做出探究分析，寻找问题根源，围绕精益思想，对系统进行改善，绘制出价值流未来状态图，将企业传统的推式生产方式转变为由市场需求拉动的生产方式，不仅消除了不必要的浪费，且实现了生产系统的柔性化改造，提高了企业自身竞争力。

2 Y企业价值流现状分析

Y企业是国内知名的客车生产企业，其2008年新建底盘生产项目的投产，标志着公司底盘已全部实现自制。该生产线年产能力达30 000台，涵盖公司所有底盘产品类型，可用于自用和外销。目前需求量较大且稳定的主要有A、B、C三种型号的产品，其生产工艺基本相同，包括零部件制作、车架焊接、车架电泳、成品底盘装配等四个主要部分。运用价值流图绘制当前状态图需要以下数据。

2.1 客户需求

客户对A、B、C三种型号底盘的需求量见表1，其中总需求量中的约80%为自用，20%为外销。自用客户分属于不同的车间，运输距离约为1 000m；外销客户，距离不定，采用公路货车运输，具体客户需求信息见表2。

2.2 供应商信息

公司为保证原材料供应质量和周期，与宝钢建立长期合作。由于距离原因且考虑到库存，公司每月提交一次采购申请，采用铁路运输，周期为7天，见表3。

表1 不同产品客户需求量

表2 客户需求信息

表3 原材料采购信息

2.3 企业内部生产信息

由于近期市场需求较为稳定，公司按照每月26天，每天2班安排生产计划，见表4。

表4 工作时间信息

对以上信息转换为计算数据：

（1）客户每班需求量=平均每月需求件数/每月工作天数/班数=2000/26/2=39；

（2）最佳生产节拍=（每班时间-休息时间）/每班客户需求量=（8-1）×3 600/39=646s；

（3）库存天数=现有库存量/日顾客需求量；

（4）生产线平衡率=各工序时间总和/（工序位数×瓶颈工序时间）。

基于以上信息数据，利用一系列价值流图符号，客观反映生产系统各工序流程，绘制价值流图当前状态图，如图1所示。

通过对价值流图当前状态图进行分析，发现在长达10天的生产周期中，增值活动所占用的时间仅为1 980s，增值率仅为0.2%，其余时间都属于非增值活动，不难发现过量生产、搬运、等待、库存等占用了巨大的生产成本，造成了不必要的浪费。

（1）生产过量的浪费。由于企业采用需求预测的方式安排生产计划，然而预测往往存在偏差再加上顾客需求的不确定性，所以经常会出现无法按计划生产的现象，导致生产中存在大量的在制品积压和成品库存。同时在制品库存往往会造成不良品的持续产生，使得生产过程控制相当困难。

（2）生产系统缺乏柔性，不能实现均衡混流生产。由于该生产线同时生产A、B、C三种型号的产品，而客户对三种产品的需求并不相同。由于缺乏合理的安排，生产系统缺乏柔性，容易出现需要的产品供应不及时，暂时没有需求的产品却存在大量的库存这一尴尬的局面。

（3）生产线工序间能力不平衡。生产节拍是平衡生产线的重要依据，节拍由客户需求量决定，稳定的节拍有利于资源的充分利用和生产安排。而目前生产系统的瓶颈工位是装配，其周期为600s，通过价值流图很容易发现各个工序周期相差较大，这使得生产系统很难创建连续流，无法满足客户需求节拍要求。

造成这些问题的主要原因是企业采用的是典型的推动式生产，各个工序之间形成信息孤岛，生产完全按照预测进行（包括原材料需求预测和客户需求预测），而且预测周期较长。这导致在预测偏差出现以及客户需求波动的情况下，不能做出柔性反应及时调整生产，企业如若为了保证满足客户需求则往往导致过量生产进而出现库存。

3 设计Y企业价值流图未来状态图

企业生产过程中各个工序间因缺乏信息流通而盲目生产，造成在制品库存过高，同时下游工序严重依赖上游工序的推动。因此改进价值流的关键在于，如何有效降低库存，使推动生产方式转变为由顾客需求拉动进行生产。

3.1 生产节拍

按照精益思想，企业的最佳生产节拍应该根据顾客需求来确定，使企业的生产活动与外部客户需求同步，达到有效避免生产过多（早）或者供应不及时的目的。对于Y企业的底盘产品：

生产节拍=每月总有效工作时间/顾客月需求量=26×14×3 600/2 000=655.2s，也就是说，企业至少以655s一件的速率进行生产，才能保证满足客户的需求。这一节拍是企业标准生产状态下最慢的生产节拍，不应包括各种正常或者意外的宽放时间。

3.2 发展连续流

在一切可能的地方发展连续流，其目的是为了将各个原本孤立的工序以一种无形的方式连接起来形成一个相互联系的整体，使得产品在相邻工序间的传递不再存在积压或等待，以此消除大量的在制品库存。

由于该条生产线同时生产三种产品，且冲压工序存在一定的换模时间，为了适应多品种小批量的客户需求，在实际情况许可的情况下，将切割和冲压工位合并，实现连续流和单件流，以消除工序间在制品库存和减少换模频次。而且平衡后的工序时间为600s，与生产节拍相当接近，且又具有一定的弹性。而对于接下来的焊接工序，由于其需要一组完整且冲压好的部件方能进行，A、B、C三种产品需要的部件数最多为20，因此在两工序之间设立一个容量为20的先进先出通道。

3.3 超市拉动系统

价值流中存在一些工序由于规模经济或者其他客观原因不能连续流动时，就有必要引进超市拉动系统，如图2所示。

图2 超市拉动系统

在制品超市与普通在制品库存的主要区别在于：在制品库存只是在制品的简单堆积，其数量只是受到库存空间的限制；而在制品超市要求对库存数量进行严格控制、按需生产，只有在下游工位通过取货看板取走在制品的时候，上游工位才能通过生产看板组织生产。

由于电泳工序必须以5/0.5h为批量进行生产（否则即造成产能浪费），所以可以考虑引入超市拉动系统。同时，在原材料存储区和产成品发运区也各设置一个超市系统，这样可以避免盲目生产并以此来拉动上游供应商工序的进行。

3.4 均衡混流生产

随着市场需求多样化、个性化时代的到来，企业如果仅仅依靠生产一种产品以不变应万变，其结果必然是遭到激烈竞争市场的无情抛弃。均衡生产则是一种多品种小批量的混流生产方法，在一段时间内均匀地安排不同产品不同数量的生产。这样产品在生产过程中，从原材料投入到产成品入库，都可以保证按计划、有节奏均衡地进行，在相同的时间间隔内，生产大致相同或递增数量的产品。

对于Y企业，同时生产A、B、C三种产品，月需求量分别为400件、1 000件和600件，因此企业可以按需求比例安排每周生产。按照均衡生产的要求，必须在三种产品间频繁换型，又由于只有冲压工位存在换模的要求，且换模时间仅为6min。因此，可以在任何一个周期内安排均衡生产，以200件为一换模周期，其顺序可以为ABCBCABCBB。也许仅仅着眼于单个工序，那么可以说均衡生产带来了频繁换型这一新的弊端；但从价值流的角度，这样小的代价换来的却是整个价值流的生产周期、交货期和生产成本的极大降低和缩短。

在均衡生产下，企业生产启动方式与以往有很大不同：企业生产控制部门根据顾客需求在各个看板中寻求均衡，然后将信息传递到成品发运仓库，成品发运出库后产生的生产看板进而拉动上游工序进行生产，以拉动生产方式实现均衡混流生产。

3.5 确定发运方式

发运方式通常包括顾客拉动和成品仓库发运两种。一般情况下当顾客的需求变化难以预测或者生产系统可靠性不高时，可采用建立成品仓库，存储一定数量的产成品，以保证顾客需求的满足。相反，如果顾客需求较为稳定且生产过程相对可靠，那么就可以采用准时制生产（Just-In-Time，JIT）。

由于Y企业生产的底盘产品不仅自用而且有外销，二者的需求信息并不完全相同，因此有必要分开考虑发运方式。对于自用而言，由于需求信息获取较为及时，其周期几乎可以忽略，可以采用准时制生产而不必设置库存；相反，外销面对的是企业之外的其他独立客户，由于需求情况经常处于变动，因此有必要采用成品仓库发运。

按照以上改善策略，预测价值流图未来状态图，如图3所示。

图3 价值流未来状态图

未来价值流图的绘制并不是改善的终点，在将其付诸实践之前，有必要从理论上分析其改善效果能否达到预期。对未来状态图和现状图进行参数对比，用定量的方法分析其改善效果。包括订货提前期、线上生产周期、在制品库存、增值率、生产线平衡等。所需计算公式如下：

（1）增值率：

（2）平衡率

（3）在制品库存

改善方案与原方案数据对比如表5和图4所示。

表5 改善前后数据对比

图4 在制品库存等待天数改善前后对比

综上，改善后的方案将企业生产模式由推式转变为拉动式生产，使生产节拍更加与客户需求节拍相吻合，降低了原材料、在制品、成品库存，有效降低了库存带来的各种浪费。通过调整工位，使生产线平衡率得到了提高，减少了先前生产线部分工序出现大量空闲时间的现象。同时对信息流进行改善，利用看板管理和超市拉动系统，实现了生产线的柔性改造，能够对一定范围内的市场需求做出迅速反应。

4 结束语

市场的需求是企业能够存在的先决条件。精益生产中价值流图析的意义就在于从终端客户的角度出发来考察产品所经历的所有活动，把任何不能创造价值或者创造了顾客不需要的价值的活动都视作浪费，最终以需求为导向来安排企业生产。本文以价值流图析为主要技术工具，对客车生产企业现状做深入的探究分析并进行优化改善。使生产周期缩短近40%，增值率上升为0.34%，生产线平衡率由原来的66%增加至78%，在制品线上库存时间也减少为0.2d。改善后的生产系统，有效降低了生产成本，缩短了交货周期，快速响应市场需求变化，有利于提高企业市场竞争力。

[1]迈克·鲁斯,约翰·舒克,著,杜宏生,译.价值流图析:增加价值、消除浪费[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]张洪亮,刘亮,牛占文.精益生产实施水平的预测[J].统计与决策,2010,(16):175-177.

[3]谢庆红,王小彬,潘志霄.基于价值流图析的复杂产品装配优化研究—以G公司DM3生产装配优化为例[J].工业工程与管理,2013,18(4):117-121.

[4]张宇,金寿松,冯定忠,等.基于价值流图的齿轮生产线分析与改善[J].成组技术与生产现代化,2012,29(3):7-12.

[5]张国辉.基于价值流图技术的生产线优化与改善[J].物流技术,2014,33(6):330-332,335.

[6]杨青,王蕊.基于价值流图析技术的研发项目绩效评价研究[J].管理学报,2010,7(4):619-623.