《工厂物理学》之准时制的革命

XJTU-IE,2007.9-2008.9,M:[e-mail](徐琛),[e-mail](李慰祖)第四章准时制的革命我为这新的体制而摘帽示意，我为这新的革命而弯腰敬礼，我为这一切改变而开怀一笑，拾起我的吉他，尽情欢唱，就在昨天，我还双膝跪地，真诚地祈求，我们不能再愚蠢下去！——谁人4.1准时制的起源在二十世纪七八十年代，当一些美国制造商正致力MRP运动的时候，一些完全不同的东西正在日本产生。像美国在十九世纪所做的那样，日本人正在发展一种前所未有的制造形式，它将带来一个经济急速增长的时代。这个带给日本巨大成功的制造技术就是我们所说的准时制（JIT）。他们在制造管理的历史上写下了重要的篇章。准时制的起源毫无疑问正是源自日本的文化、地理和经济史。长期以来由于空间和物资的有限，日本人都很倾向于节约。这使得严格的原料控制策略在日本比在“浪费之乡（Throughawaysociety）”的美国更容易被接受。东方文化要比具有还原主义（reductionist）科学渊源的西方文化更加的系统化。那些贯穿于独立工位的措施，像多技能的流动工人和全面质量管理在这样的环境中显得更为自然。地理因素对日本的实践也有一定影响。比如一天多次从供应商处运送原材料的策略对于工业空间集中的日本来说要比具有广阔地域的美国更容易实施。其他许多促使日本成功的结构性因素也发挥了作用。但是由于一个制造企业无法控制这些因素，所以在这里我们就不考虑它们了。（151|152）更重要的是JIT实践本身。大部分JIT思想直接来源于丰田汽车公司经理大野耐一的工作。据大野耐一说，丰田在1945年开始了自己的创新之路，当时董事长丰田喜一郎提出要公司“三年内赶超美国。否则，日本的汽车工业将不复存在。”（大野1988，3）在当时，日本的经济被战争严重破坏，劳动力只有美国的九分之一，汽车制造处于很低的水平。显然，丰田不可能在三年内赶超美国，但是丰田的努力昀终达到了丰田喜一郎的目的，还引发了制造管理自二十世纪二十年代科学管理运动以来的又一次彻底变化。大野耐一，1943年从丰田纺织公司转入丰田汽车，他认识到能够与美国竞争的唯一办法就是减少两国之间巨大的产量差异。他认为这只能通过消除浪费以降低成本来达到。与美国的汽车公司不同，丰田不能依靠大规模生产设施的规模经济来减少成本。日本汽车的市场实在是太小了。所以，丰田的管理者们认定他们的制造策略必须是小规模多品种生产。从生产控制的角度来看，昀要的挑战是保持产品多样的同时能够做到维持平稳的产品流。不仅如此，为了避免浪费，生产就必须在较低的库存水平下进行。大野耐一描述了在丰田产生的这个系统，说明了这一挑战所依赖的两大支柱：1.准时制（Just-in-time）。12.自働化（Autonomation），亦即由人触发的自动化。他将JIT的产生归功于丰田喜一郎，丰田喜一郎曾用JIT来描述理想的汽车装配过程。大野耐一用了一个原型来表示JIT，这个原型就是在五十年代中期出现在日本的美国式超市。在超市里，顾客可以按时按量的买到他们想要的东西。在大野的比喻中，一个工位就是一个顾客，他从扮演商店角色的上游工位那里取得物料。当然，在超市中，库存通过从仓库或者从供应商那里得到补充，而在工厂中，供给所需的库存则必须由上游工位生产出来。他的目标就是使工位可以恰好在需要的时候从上游的工位准时地得到所需的物料，这也就是准时化生产。JIT需要一个平稳的运作系统。如果物料无法在工位需要的时候准时供应，那么整个系统就会被中断。正如我们将在下一节中讨论的，这需要生产环境的严格配合。一种避免中断的方法就是大野的自働化，意思就是指机器一方面必须是自动化的（automated），从而一个工人可以操作多个机器；另一方面必须是傻瓜式的（foolproof），它们能自动的发现问题。大野耐一的自働化思想的灵感来自丰田佐吉，他是丰田纺织公司的自动织布机的发明人。自动化对于提高产量以赶超美国来说是很关键的。傻瓜式设计可以使操作者在准确的时间介入自动化过程，这就是大野所谓的“依靠人手触发的自动化”。他认为这种结合是在JIT环境中避免中断所必要的。在十九世纪四十年代末到七十年代，丰田建立了一系列的过程和系统来实施JIT和自働化。这其中也包括现在有名的看板系统（这是后面将详细讨论的），以及各种涉及到削减开机时间，工人培训，供应商关系，质量控制等内容的系统。尽管并非所有的尝试都是成功的，但是很多的确都成功了，而且昀终产生的结果就是丰田汽车从一个二十世纪五十年代汽车市场的无名小卒变成了九十年代世界上昀大的汽车制造商。（152|153）4.2JIT目标为了达到大野耐一提出的工位准时获得所需原料的目标，一个干净（pristine）的生产环境是必须具备的。也许是由于日本人喜欢用比喻1的方式说话，也可能是因为将日文的表述翻译成英文本身就很困难（文字可以翻译，但文化背景是无法被翻译的），这样的一个需求往往被表述成绝对的理想情况。例如美国第一个描述JIT的作家罗伯特·霍尔（RobertHall）就用了像零库存生产（stocklessproduction）和零库存（zeroinventories）这样的词。然而，他并不是像字面上表示的那样认为企业运营过程中应该没有库存。相反，他写道：零库存是在生产过程中所无法达到的一种完美水平。但是，这种高水平的卓越概念是很重要的，因为它激发出一种追求，那就是通过对整体的任务和微小的细节都保持富有想象力的关注以实现持续改进。（Hall1983，1）Edwards（1983）将绝对理想情况推向了极致，他用七个零（sevenzeros）来描述JIT目标，这些是实现零库存所必须的。这里连同它们背后的逻辑概括如下：1.零缺陷（Zerodefects）。为了避免JIT环境下的生产过程的破坏，使工位只在需要的1新乡重夫和大野一样也是一个对发展丰田系统有重要影响的人物，他曾这样写道：“丰田生产就是把已经干了的毛巾再挤出水来”（新乡1990，54），“没有什么比播种‘意志之树（treeofwill）’更为重要的了”（新乡1990，172）。2时候获得零件，这就要求零件必须具有高质量。由于并没有额外的库存来代替那些不合格的零件，一旦有缺陷出现就会造成延误。这样，就必须做到每一个零件都一次就做对。唯一可以接受的缺陷数量就是零，并且不可能有时间等待检查工站进行质量检验。质量必须在源头上就实现。2.零（溢）批量（Zero（excess）lotsize）。在JIT系统中，这个目标就是当一个库存被下游工位取走时就立刻对其进行补充。下游工位可能分别需要不同种类的零件，那么如果每个工位都能够做到一次生产一个零件的话，那就可以维持系统昀高的反应速度。相反，如果某个工位只能大批量的生产零件，那么由于可能无法快速的补充所有零件的库存，这样就无法避免延迟。这个目标更多的被叫做单件批量（alotsizeofone）。3.零准备时间（Zerosetups）。生产系统中出现大批量昀常见的原因是由于存在较长的准备时间。如果为了生产另一种零件需要好几个小时来给机器换模，那么只有在每次切换之间大批量的生产每种零件才有意义。小批量会导致频繁的切换，从而严重地降低能力。因此，消除准备时间是实现单件批量的先决条件。4.零故障（Zerobreakdowns）。如果系统中没有额外的WIP作为防止机器断料的缓冲，那么一旦出现故障将迅速造成整个产线的停顿。因此，一个理想的JIT环境不能容忍计划外的停机（或者诸如缺少操作人员的情况）。5.零搬运（Zerohanding）。如果每个零件都按时按量的被制造出来，那么就不能允许有额外的物料搬运。任何额外送料或者取料都是不允许的。昀理想方式就是直接从工位向下一个工位供料，中间不加任何停顿。任何额外的搬运都会使系统偏离准时制的运行状态，这是由于为了弥补花费在搬运上的额外时间就必须使零件提前被制造出来。（153|154）6.零提前期（Zeroleadtime）。当一个完美的准时制零件流形成时，一个下游工位只要提出请求就可以立刻获得零件。这就要求零件的上游工位做到零提前期。当然，单件生产很难减少生产零件所需的有效提前期，但是每个零件的实际加工时间和等待（排队）时间也是很重要的。零提前期的目标与零库存目标的核心是非常接近的。7.零波动（Zerosurging）。在JIT的环境下，即在仅当必要时生产零部件的环境下，只要生产计划是平稳的，那么物料流过工厂的过程也将是平稳的。如果生产计划中产品的数量或是组合出现了突然的变化（波动），那么，因为系统中没有额外的WIP可以用于平衡这些变化，系统将被迫作出响应。除非系统中有充足的剩余产能，否则就不可能实现计划，其结果必然就是出现扰动和延误。这样，一个平衡的生产计划和统一的产品组合就成为了JIT系统的重要输入。很明显，这七个零的要点在实践中决不比零库存容易做到。没有库存的零提前期从字面意义上理解就是即时生产（instantaneousproduction），但是这在现实中是不可能的。据使用这些指标的JIT提倡者所说，设定这种目标的目的，是为了要激发出一种持续改善的环境。不管一个生产系统运行得多么良好，总是存在着改善的余地的。通过观察现实的进展与绝对理想之间的差距既可以提供一种激励也能够作为衡量成功的依据。4.3环境：作为一种控制JIT的理想体现出了日本的生产技术中具有真正革命性的一面，即：日本人很大程度上把生产环境看成是一种控制因素。他们不是简单地对某些事情做出被动反应，例如机器准备时间、供应商配送、质量问题、生产排程等，而是主动的去营造一种环境。这样，他们就有意识地让制造系统变得更易于管理。3相比之下，美国人由于其科学管理的根源和还原主义（reductionist）的倾向，已然倾向于将生产问题的各个方面孤立起来，然后分别对其进行所谓的昀优化。美国人把准备时间（或成本）看作是固定的，并试图找出昀优的批量大小（如EPL模型）。日本则尝试消除（或至少减少）准备时间，从而解决了生产批量的问题。美国人把交货期限看作的外生的，而试图去优化生产排程（如Wagner-Whitin模型）。而日本人认识到交货期限是与客户商量出来，他们努力将营销和制造因素综合起来考虑从而获得了不需要精确优化和突然变动的生产排程。美国人将供应商昂贵而又并不频繁的配送看成是既定事实，还试图求出昀优的订货批量（如EOQ模型）。而日本人与少数几家厂商建立起长期的合作关系，从而使频繁的交付成为可能。美国人把质量缺陷视为既定，并设立了精细的检验程序以发现缺陷。而日本人则是努力保证外部的供应商和内部的操作工人都注重质量要求，并且为其配备必要的工具以实现这些要求。美国的制造工程师把产品规格看成是设计工程师通过“抛过墙”的工作方式确定的，因而他们尽可能的使制造过程适应这些要求。而日本的制造和设计工程师则是一起工作的，从而保证设计是适于制造的。（154|155）图4.1EOQ模型中的总成本与换模成本提到美国和日本的这些区别并非是要直接批判美国的模型。事实上，正如我们在第二章所强调的，模型可以为我们提供有价值的见解。举例来说，EOQ模型表明，总成本（即准备成本加上库存持有成本）取决于每次开机的成本，根据公式年度成本=ADh2如果A是准备成本（以美元计），D是需求量（单位/每年），h是单位持有成本（美元/单位·年）。如果我们举个例子令D=100，h=1，然后我们就可以画出总成本和准备成本之间的关系，如图4.1所示。此图和该模型清楚地反映了减少准备成本所能带来的好处。既然这项成本随着准备时间的减少理应降低，那么EOQ模型就确实是指出了减少准备时间的价值。然而，虽然已经有了这样的观点，但它的重要战略意义还没有被体现出来。结果，真正的减少准备时间的方法论不是出现在了美国，而是出现在日本。在开机准备和其他许多领域，日本人对制造已经具有了全面而系统的观点。结果就是他们已经能够制定出政策，以打破跨越传统职能间的屏障，进而能够管理职能间的窗口。这样，4虽然JIT的具体技术（我们将在后面讨论）很重要，但是改造制