解析精益产品开发—— 看板开发方法

看板(Kanban)开发方法是近年来最热门的敏捷和精益开发方法。越来越多的案例表明,它能够改善协作、优化管理,显著提高交付速度、质量和灵活 性。看板开发方法的规则简单,但其有效实施依赖于对原理的理解、对原则的坚持和实践的应变。本文将整体介绍看板的原理、原则和基本实践。

1. 看板的原始含义

看板源自精益制造。尽管具体实践不同,看板开发方法和精益制造中的看板原理是一致的。从精益制造出发,可以帮助我们更好地理解看板的本质。

1.1 看板源自精益制造

精益制造是上世纪50年代起,从丰田公司实践中演化出来的,又被称为“丰田生产方式”。1990年麻省理工的James P. Womack等几位教授提炼总结了丰田的实践,出版《精益生产方式——改变世界的机器》一书,精益制造的概念开始为世人所认识和效仿,直至今日,它仍然是 最先进的制造方式,是制造业共同追求的目标。

丰田生产方式之父,大野耐一说:“丰田生产方式的两大支柱是‘准时化’和‘自働化’,看板是运营这一系统的工具看板是丰田生产方式的核心工具(如图 ㈠)。

图 ㈠ 丰田屋——丰田生产方式

看板(Kanban)一词来自日文,本义是可视化卡片。如 图 ㈡,看板工具的实质是:后道工序在需要时,通过看板向前道工序发出信号——请给我需要数量的输入,前道工序只有得到看板后,才按需生产。看板信号由下游向 上游传递,拉动上游的生产活动,使产品向下游流动。拉动的源头是最下游的客户价值,也就是客户订单或需求。

图 ㈡ 看板拉动制造过程

图 ㈢ 是一个典型的看板——装在塑料套里的一枚卡片,包含的信息是“什么地方,需要什么产品,多少数量”

图 ㈢ 生产中的看板

1.2 基于看板的拉动系统实现准时化

准时化又叫即时生产(Just in time – JIT)是丰田生产方式的一个支柱。看板形成拉动系统,各环节根据看板信息,仅在在需要的时间,生产需要数量的必要产品。这将带来生产库存的降低,甚至实 现生产过程零库存。库存又被称为“在制品(WIP ——work in progress)”,是已经开始但没有完成的工作,它们堆积在工序间或临时仓库中。库存降低带来的直接收益是:

1) 降低成本:库存减少增加了运营现金的使用率,同时降低管理和仓储开销。

2) 缩短交付周期:消除或缩短产品在工序间的库存等待时间,缩短了从开始制造到交付的周期时间。

3) 提高制造过程的灵活性:在低库存水平下,调整生产的计划更加容易。

降低库存更重要的作用是暴露制造系统中的问题。图 ㈣中的湖水岩石是一个经典隐喻,水位代表库存多少,岩石代表问题。水位高,岩石就会被隐藏。生产系统中库存多时,设备不良、停工等待、质量不佳、瓶颈过载 等问题都会被掩盖。库存降低后,这些问题都会显现出来。没有了临时库存的缓冲,设备运转不良或停工等待立即会凸显出来;没有了库存等待时间,上一环节输出 的质量问题也能即时得到反馈。这就是所谓“水落石出”,暴露问题是解决问题先决条件,不断暴露和解决问题,带来生产率、质量以及灵活性的提高。

图 ㈣ 湖水岩石效应

1.3 自働化

自働化是丰田生产方式的另一支柱,它的准确含义是自动停机(Auto-No-Mation),指出现问题时(如某个环节有次品),机 器能够自动感知异常,并立刻停机或停下整个生产线。丰田认为,这相当于把人的智慧赋予了机器,称其为“人字旁的自动化”,所以用“働”而非 “动”字。图(三)比较了自动化与自働化在概念和实践上的不同。

图 ㈤ 自动化和自働化

自働化把质量内建于每一个制造环节,出现异常时,杜绝继续产出不合格产品,并且不把不合格产品输入到下一环节。这就是 “内建质量”(build quality in),而不是让质量依赖于最后的检测环节。

其次,自働化带来“停止并修正”(Stop and Fix)的文化,发生异常时,立刻停止生产,分析根本原因,并加以解决,防止问题的再次发生。“停止并修正”是持续改善的基础。

2. 精益产品开发的发展

以上我们简要介绍了精益制造(丰田生产方式)的框架和其中的看板实践,它既带来直接经济结果,又带来深层次的文化和思想变革。精益是制造业的革命, 是既大规模生产之后的全新范式。精益思想的影响早已超越制造领域,精益服务、精益医疗,甚至精益行政都被广泛实践,产品开发也不例外。然而,开发和制造特 点不同,决定无法照搬精益制造的实践。产品开发需要从自身特点出发,发展完备的实践体系。

  产品制造 产品开发 影响
工作对象 具体、可见的物理产品 抽象、不可见的信息 产品开发的价值、价值流动不可见,管理价值流更加困难。有必要采取适当的措施,可视化价值和价值流动。
完成单个任务的时长 固定——完成前后两个加工任务的时间相同,且可以精确预测。 不固定——每一个开发任务都是全新的,完成的时长不同,且不能完全预测。 在生产中可以追求或逼近零库存。产品开发中,由于任务时长的不确定性,零库存可能会导致开发步骤间的等待。
不同任务的延期成本 相同 差别很大 在生产中一般采取先入先出(FIFO)的队列管理方式;开发中用需要应用比先入先出更灵活的队列管理方式,以优化经济结果。
对可变性和错误的态度 制造是重复的过程,消除可变性能够提高质量。 不确定性(可变性)是产品开发价值的一部分,完全消除差异是不可能的 产品开发必须接受不确定性,并通过必要的试错来验证它们,以增加价值。可变性不能完全消除,需要在考虑开发过程的可变性。

精益产品开发概念出现于上世纪90年代,2000年后逐步成熟。这中间起到推动作用的代表人物有Mary Poppendieck,Don Reinertsen 和 David J. Anderson等。他们促进了精益思想和产品开发特征的结合。

Mary Poppendieck是精益软件开发的早期推动者,她的思想在敏捷软件开发社区被广泛引用,2003年到2010年,Mary和他的丈夫 Tom Poppendieck先后在三本书中总结了这些思想,并提出了操作建议。Don Reinertsen致力揭示产品开发流的本质,并提出相匹配的原则方法。在2010年出版的“The Principle of Product Development Flow”一书中,Don提炼了精益产品开发的175条原则,这可能是迄今为止对产品开发最本质和深入全面的阐述。但面对175条原则,从哪里开始是一个 问题。

2006年在Don Reinertsen的启发和鼓励下,David J. Anderson 最早在软件开发中应用看板实践,其后不断完善,形成了看板开发方法,这是精益产品开发走向适用和普及的重要里程碑。看板的推广速度超过任何其它敏捷开发方 法,Version one的调查报告显示看板是增长最快的敏捷实践,2011年使用了看板的敏捷团队占24%,2010年这个数据是18%。

2010年David在他的著作”kanban – Successful Evolutionary Change for Your Technology Business”一书中,详细介绍了看板的价值、原则和实践。书中总结了看板开发方法的五个核心实践,它们是:可视化工作流、过程规则显式化、限制在制 品数量、度量和管理流动、以及协同改进。接下来,我们将以这五个实践为线索,介绍看板开发方法的概貌。

3. 看板的五个核心实践

3.1 核心实践1:可视化工作(价值)流

产品开发的加工对象——信息——是抽象和不可见的,这提高了价值流的管理难度。看板开发方法把可视化工作流作为基础实践,先让价值和价值流动具体可见,然后才是管理和优化。图 ㈥是看板开发方法中的一个典型可视化案例,被称为看板墙(Kanban wall)。

图 ㈥ 可视化工作流

图中的每个卡片代表一个价值项,如:功能需求、缺陷、技术概念验证等。它们所在的列,表示其所处的阶段。这些价值项,每经过一个阶段(图中的列)都 会产生新信息,价值得以增加。例如,需求经过分析阶段,注入了新信息,价值更高。价值流是价值项从左至右的流动过程,是信息的产出过程,也是价值增加的过 程。

价值流动可能会被阻碍。比如,编码因对第三方接口错误而无法进展;测试因没有设备而停滞。图中,红色卡片是对问题和阻碍因素的可视化。标识阻碍因素并推动其解决,促进价值流动。

最终限制系统端到端流量的是系统瓶颈处的流量,改善端到端的价值流,必须从解决瓶颈问题开始。发现看板墙上的瓶颈并不困难,找到最长的队列就可以了,这就和交通系统的瓶颈处,总是出现长长的等待车队是一个道理。上图中的队列出现在测试处,不难看出,测试是价值流动的瓶颈。

价值、价值流,以及问题和瓶颈的可视化,是改善价值的起始,也是其它看板实践的基础。

3.2 核心实践2:显式化流程规则

显式化流程规则,是指明确定义和沟通团队所遵循的流程规则。价值项的“流转规则”是看板开发方法中最典型流程规则,它定义了一个价值项从一个阶段进 入下一阶段所必须达到的标准。图 ㈦中,给出了某团队其中一项流转规则的实例,定义了从分析阶段进入开发阶段所必须达到的条件。

“流转规则”的显式化,让质量内建于各个阶段——这与精益制造中内建质量的思想是一致的。除各个“流转规则”外,其它重要的流程规则也可以或者需要被显式化,如,团队的协作规则、优先级的定义规则等。

图 ㈦ 显程化流程规则

流程规则显式化更重要的意义在于,它是“持续改进”的出发点和结果的载体。没有显式化的规则作为依据,讨论改进就没有基础,而变得主观和随意。改进 的结果通常也需要落实到显式的流程规则当中,让改进稳步进行,避免低效的反复。显式化规则不是为了限定团队的工作方式,而是为了帮助团队更好的改进。这就 像,丰田的生产现场必须有明确操作规程,但如果这个操作过程长时间没有变化也同样是一个问题,因为,持续改进是精益思想的核心之一。

3.3 核心实践3:限制在制品数量

限制在制品数量是看板开发方法的核心机制。如 图 ㈧所示,列标题右面的数字标识了该阶段允许的在制品的最大数目(进行中和完成的价值项的和)。在制品数目小于这个数字时,才可以从前一阶段拉入新的工作。 图中,分析阶段的在制品限制数目是3,而实际在制品数目是2,可以拉入新的工作。测试阶段的在制品数是3,达到了上限,就不允许拉入新工作。

图 ㈧ 限制在制品数目

限制在制品数量形成一个与精益制造类似的拉动机制。一个环节有空余的能力(在制品数目未达上限)时,从上游拉入新的工作,拉动的源头是最下游的交付或客户需求。与产品制造类似,通过拉动系统可以:

1) 加速价值流动:限制在制品数量,减少了价值项在阶段间的排队等待,缩短了价值从进入系统到交付的时间,加速了端到端的价值流动。

2) 暴露问题:限制在制品数量,让湖水岩石效应产生作用。它让过去被隐藏的问题,如团队协作不良、需求定义错误、开发环境低效、资源分配不均衡等得以显现。

许多号称使用“看板”的团队,并没有限制在制品数量,他们当然也不会得到上述收益。精益制造通过看板向上游传信号,拉动生产。而看板开发方法通过限制在制品数量形成拉动系统,缺乏这一核心机制就不成其为看板,对此,Corey Ladas 这样描述 “复印的美元不再具备货币的内涵,因此不再是钱;同样,缺少在制品数量限制的看板墙,也不能叫看板”。在制品数量的限制值及其演化,将在以后的文章中讨论。

3.4 核心实践4:度量和管理流动

快速、顺畅的价值流动是看板开发方法的目标。快速流动带来快速的价值产出和快速反馈,它对业务成功至关重要;顺畅流动,意味着稳定和可预测的价值交付能力,这与流动的绝对速度同等重要。

度量为改善价值流动提供方向参考,同时为改善的结果提供反馈。看板开发方法没有定义特定的度量方法,累积流量图是实际应用较为普遍的一种。图 ㈨是一个典型的累积流量图,左面的斜线是累积已经开始的价值项(如用户需求)数目,右面斜线是累积完成价值项的数目。两条斜线的垂直距离表示某个时刻已经 开始但还没有完成的价值项数目,也就是在制品的总计数量。两条斜线的水平间距表示价值项从开始到完成的周期时间,也就是从概念到交付的响应时间,它是价值 流动效率的一个重要衡量。斜线的斜率反应的是价值交付的速率,也就是每周可以交付的价值项数量。

图 ㈨ 流量累积图

累积流量是一个综合的价值流度量方法,可以通过它得到不同维度的信息。例如,我们设想限制在制品的数目,可以缩短周期时间、而对交付速率影响有限。 但实际效果如何还要通过事实来检验,通过实验和度量,图中的数据基本验证了这一假设,让改进更有方向,结果更可衡量。同样的数据有不同的呈现方式,图 ㈩基于相同的数据,它突出了在制品数目和周期时间的变化趋势,以及两者的关系。从图中可以看出,周期时间的降低略滞后于在制品数量的降低,这符合精益理 论,因为只有在积累的队列被处理完后,对交付周期的改进才能够显现出来。而图 11反应的是系统流量(每周交付价值的数量)的变化趋势,为改进提供了信心。

图 ㈩ 在制品数目和周期时间

图 11 周流量图

以上只是一个度量实例。度量不是目的,而是管理和优化价值流的手段。对于特定的组织,度量什么应该由目标和现状决定。

3.5 核心实践5:协同改进(Improve Collaboratively)

应用可视化、限制在制品数量、以及价值流度量,能够暴露产品开发中的问题和瓶颈。但发现问题还不够,重要的是如何去解决它们,对此看板开发方法给出 了两个建议——团队协作和应用科学方法和模型。限制在制品数目本身就能够激发协作,例如在前面图 ㈧的看板墙,可能会出现以下的顺序场景

1) 测试遇到问题(如输入质量太差)而被阻塞 ,在制品数量达到上限

2) 因在制品数量达到上限,根据规则,测试不能从上游(实现)拉入更多的工作

3) 实现阶段已完成的工作无法进入下游测试环节,实现阶段的在制品数量很快也达到上限

4) 实现要想开始更多的工作,就必须关注下游的问题,并做出反应,如提高本环节的输出质量,或者是给予帮助

5) 实现和测试的协作使价值流动更加顺畅

图 12 协同改进

图 12是”kanban – Successful Evolutionary Change for Your Technology Business”一书的封面插图,它反映了发生在看板墙前面的协同改进。看板开发方法的基本假设是:产品开发的目标不是单个环节效率的最大化,而是端到 端价值流的提升。看板通过拉动机制暴露了限制价值流动的瓶颈,并激发团队协作,改善价值流动。

解决瓶颈问题的方案可能在瓶颈处,如临时加班、分配更多资源、或相邻环节的支持等。但很多时候解决瓶颈问题的方案在别处,例如提高瓶颈之前环节的输出质量,调整职责分配,甚至是重新设计工作流。

对于偶然出现的问题,只需要临时性解决方案。如突发性高负荷,可以通过暂时的相互支持解决。而对于系统性问题,如持续的负荷不均衡,则需要长期的方 案和更加系统和科学的模型指导,如系统思考、精益思想、排队理论等,这些模型本身不属于看板方法的一部分,但它们让长期的改进有章可循,以后的文章,我将 中深入地探讨其中的一些模型。

4. 总结:看板是变革方法

David J. Anderson这样定义看板开发方法

“看板定义了我增量、渐进地改变技术开发和组织运营的方法。它的核心机制是限制在制品数量的拉动系统,通过它暴露系统运作(或流程)的问题,并激发协作以改进系统。”

这当中的核心是,看板并不是一个开发框架或流程,而是引领变革的方法。每个组织有自己特点,所面对的市场,使用的技术不同,经历和所处的阶段不同,他们值得也应该拥有适合自身特点的方法流程。

看板的实施正是从组织流程现状出发,首先可视化实际工作流并显式化流程;在此基础上,限制在制品数量形成拉动系统以暴露系统问题和瓶颈,度量价值流动以发现改进机会;并通过团队的协作,不断改进和演化出合适的流程、方法,实现一个高效、顺畅的产品开发价值流。

适应组织的具体情况,和发现合适的变革路径,这两点是敏捷实施的最大困难,看板给出了被证明可行的方案。这可能是看板能够在国外社区迅速推广并成功 运用的原因,而在国内,看板这方面的价值还远未被认识和发掘。这篇文章之后,我们还会从不同的方面,更加深入地介绍精益产品开发。它们是:

– 价值篇:解析产品开发中的价值和价值发现过程

– 价值流篇:解析产品开发中流动的本质,和价值流的管理

– 可视化篇:探讨面向价值和价值流的整体可视化方案

– 看板实施篇:通过案例介绍看板的实施步骤和实践细节

– 变革篇:从组织变革的视角讨论精益的实施、看板应用和持续改进

– ……


感谢张凯峰对本文的审校。

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4 条 解析精益产品开发—— 看板开发方法 的回复

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  2. Rosario G. Gamble说道:

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  4. Kelley Ashley说道:

    限制在制品数量是看板开发方法的核心机制。如 图 ㈧所示,列标题右面的数字标识了该阶段允许的在制品的最大数目(进行中和完成的价值项的和)。在制品数目小于这个数字时,才可以从前一阶段拉入新的工作。图中,分析阶段的在制品限制数目是3,而实际在制品数目是2,可以拉入新的工作。测试阶段的在制品数是3,达到了上限,就不允许拉入新工作。

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