基于约束理论的草籽娃娃案例分析

基于约束理论的草籽娃娃案例分析摘要：本文在约束理论(TOC) 的基础上，对草籽娃娃制造流程进行分析，找出瓶颈工序，计算出当前条件下的产量，并寻找可行的改进措施以消除瓶颈，实现生产能力的提升，达到生产线的相对平衡。关键词：约束理论 瓶颈工序 相对平衡1 引言生产过程的相对平衡是指生产系统处于一定的能力等级时，其各个环节恰好均能满足当前生产运营的需要。目的是消除作业间不平衡的效率损失以及生产过剩。它是大多数企业都想达到的目标，不仅能够提高各部门的工作效率，加速产品流转，降低库存，提高企业应变能力，而且利于实现柔性生产。生产线平衡是一门很大的学问，直接关系到生产线的正常使用。如何在资金和人力资源不足的情况下，提高资源投入的准确性和及时性，减少资源浪费，逐步实现企业生产规模有步骤的扩大成为了企业发展过程中最为关键的问题。2 案例简述草籽娃娃通过一个混合批量流水生产过程加工出来。6个填充机操作员同时工作，把锯末和草籽装进尼龙装子里，这样就制成了基本的球体。操作员把球形体放入塑料的装载盒里，每盒可装25只。在另一个批量作业地，一个操作工人把带有塑料外衣的电线在一个简单的模具上缠绕一下就制成了草籽娃娃的眼镜。接下来的作业过程是一个由人工组成的流水线。三个塑形工把球形体从装载盒拿出来，通过加工使球形体看起来更象人头，这包括为它们塑造出鼻子和耳朵，并把两只塑料的小眼睛用胶水粘在镜框里。经过塑形和组装的草籽娃娃都转交给一个工人，他负责用织物染料给它画上一个红红的嘴巴，画完后把它们放在一个晾架上，经过5个小时的晾干以后，两个包装工人把草籽娃娃放进盒子，然后再把它们装入便于运输的箱子里。草籽娃娃估计的时间如下：填充1.5分钟；塑形0.8分钟；制作眼睛0.4分钟；构造眼镜0.2分钟；涂染0.25分钟；包装0.33分钟。除去不可避免的拖延和休息时间，本得出他可以对一个8小时班次按7小时计算实际工作时间。3 相关理论3.1 约束理论20世纪80年代，Goldratt博士提出的约束理论(Theory of Constraints, TOC)掀起了学界对瓶颈管理研究的热潮，与此同时，瓶颈管理作为车间排产、生产控制的中心越来越为生产管理者接受和重视。TOC指出,任何一个由多个相关环节构成的系统,其中产出率最低的环节决定了整个系统的产出水平,该环节就是系统的“瓶颈”。瓶颈管理主要考虑2个方面:(1)生产系统中瓶颈工序的损失意味着整个系统的损失,因此,准确地识别瓶颈,最大限度地利用瓶颈资源成了瓶颈管理的首要内容；（2）瓶颈环节会随着系统的变化产生转移,瓶颈的这种动态性使得原本根据瓶颈资源所做的排产受到或大或小的影响,大大增加了生产管理的难度。TOC 管理的实施步骤可以概括为：（1）构建生产流程图；（2）定义绩效指标和确定瓶颈指标；（3）确认产出目标和识别瓶颈；（4）明确如何最大限度地使用瓶颈资源；（5）调动系统中的其他资源配合上述决策；（6）采取必要的措施改善瓶颈；（7）在消除了瓶颈之后，如果系统已经平衡了就此结束，否则返回第 3 步，继续识别系统中的瓶颈。3.2 瓶颈工序3.2.1 瓶颈的概念通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”。流程中存在的瓶颈不仅限制了一个流程的产出速度，而且影响了其它环节生产能力的发挥。更广义地讲，所谓瓶颈是指整个流程中制约产出的各种因素。例如，在有些情况下，可能利用的人力不足、原材料不能及时到位、某环节设备发生故障、信息流阻滞等，都有可能成为瓶颈。正如“瓶颈”的字面含义，一个瓶子瓶口大小决定着液体从中流出的速度，生产运作流程中的瓶颈则制约着整个流程的产出速度。瓶颈还有可能“漂移”，取决于在特定时间段内生产的产品或使用的人力和设备。因此在流程设计中和日后的日常生产运作中都需要引起足够的重视。3.2.2 识别瓶颈TOC的主要处理逻辑就在于找出“瓶颈”因素，使非瓶颈资源的利用从属于瓶颈资源，充分发挥“瓶颈”工序的生产能力，以保证物流的顺畅，将在制品积压减少到最低程度。瓶颈识别是瓶颈管理面临的首要问题。生产系统中常见的瓶颈资源通常为某个工作中心或某台生产设备,其中生产负荷超过其生产能力,使用率最高的工作中心或设备即为瓶颈资源。TOC就是通过计算各生产设备的产能负荷比进行瓶颈的识别。3.2.3 瓶颈工序的危害“瓶颈工序决定最大产能”。均衡是生产进度的重要保证，在100个环节中，只要存在一个环节效率低下，那么99个环节的努力都可能解决不了进度落后的问题。当一个工序成为瓶颈工序后，其它工序就会产生空闲时间。 3.2.4 解除瓶颈工序的步骤1.找出系统的瓶颈； 2.决定如何挖尽瓶颈的潜能； 3.给予瓶颈最优质的资源支持； 4.给瓶颈松绑(绕过、替代、外包)； 5.假如步骤四打破了原有的瓶颈，那么就回到步骤一，持续改进，重新寻找新瓶颈。 旧的瓶颈解决，新的瓶颈又产生，不断消除瓶颈，实现生产效率大提升。4 案例分析4.1 产量计算对于任何一个由多个相关环节构成的系统而言，产出率最低的环节决定着整个系统的产出水平。换句话说:一个链条的强度是由它最薄弱的环节来决定。根据案例，画出如下工艺流程图：塑形,制作眼睛晾干包装涂染填充 1680 ,构造眼镜 计算一个班次中每个工序的产能：填充：转移时间1.5分钟，6个工人，生产能力为7*60*61.5=1680个/班次构造眼镜：转移时间0.2分钟，1个工人，生产能力为7*600.2=2100个/班次塑形、制作眼睛：转移时间0.8+0.4=1.2分钟，3个工人，生产能力为7*60*31.2=1050个/班次涂染：转移时间0.25分钟，1个工人，生产能力为7*600.25=1680个/班次晾干：转移时间5*60=300分钟，不需要工人包装：转移时间0.33分钟，2个工人，生产能力为7*60 *20.33=2545个/班次通过计算可知，在“塑形、制作眼睛”这道工序中的产能最低，只有1050个，因此一个班次最多能产出1050个，其余工序中多余的生产能力转化为在制品库存。这样一天三班一共可以生产：1050*3=3150个。一周按七天计算，则产量为3150*7=22050个。4.2 瓶颈识别根据计算可知，主要瓶颈在于“塑形和制作眼睛”环节里。当一个工序成为瓶颈工序后，其它工序就会产生空闲时间。如果按照瓶颈作业量，一个班次内每个工序只需生产1050个。则：（1）填充作业时间1050*1.5 6 =262.5分钟，每个工人赋闲时间为157.5分钟，工人的时间利用率为62.5%。（2）构造眼镜作业时间1050 *0.2=210分钟，每个工人赋闲时间为210分钟，工人的时间利用率为50%。（3）塑形作业时间为420分钟，工人无赋闲时间。（4）制作眼睛作业时间1050*0.42=210分钟，每个工人赋闲时间210分钟，工人的时间利用率为50%。（5）涂染作业时间1050*0.25= 262.5分钟，每个工人赋闲时间为157.5分钟，工人的时间利用率为62.5%。（6）包装作业时间1050*0.332=173.25分钟，每个工人赋闲时间160分钟，工人的时间利用率为41.25%。由此可见，瓶颈工序严重制约了其他工序，工人的时间利用率只有40%60%，使整体的产能也受到影响，对企业造成巨大损失。想要提高生产系统的总体产能，应该着重提高瓶颈工序的产能4.3 提高产能的改进安顿从沃尔玛特接到一张大订单，预计还会有更多的订单，于是他要求本将产量提高到每天4000件。要使日产量达到4000件，则每个班次的产量至少为400031334件。填充工序的产量为1680件，因此在不增加员工、设备的基础上，考虑把填充的6个工人减少为5人，把其中一个人调到塑形、制作眼睛部分。经过调整后的产能：填充：7*60*51.5=1400个/班次塑性、制造眼睛：7*60*41.2=1400个/班次可提高一班次产量由1050到1400，一个班次产量增加350件，三个班次可把总产量提高到1400*3=4200件，可满足需求。4.4 废品的影响尽管不是一个严重的问题，但通常在一个公司的早期生产中会有15%的产品要丢掉。废品率的增加对生产是个严重打击，这证明一部分生产工作是无用功,是在降低产量。假定缺陷出在填充之前或填充的过程中，而直到包装时才被发现，表示在包装之前的所有投入都是没有意义。为了降低废品造成的损失，应该及时发现废品并将其舍弃，避免更多的不必要的资源浪费。如果在填充工序后增加检验环节，虽然增加了整体流程时间，但是对结果来说是很有帮助的，降低废品率，提高成品质量。4.5 改进建议在瓶颈工序中损失或浪费多少时间，整个生产系统就会损失或浪费多少时间。因此，应将约束资源作为整个生产系统的管理与控制的重点。应尽最大的努力，使约束资源满负荷工作，使其达到最大的有效产出。提出以下几点改进建议:（1）提高瓶颈作业效率可以帮助提高整体运作效率，考虑在“塑形以及制作眼睛”环节适当增加人手。（2）可以考虑对工人进行多工序、多技能的培训，使工人掌握多个工序工艺。一方面可在有必要的时候弥补个别工序人手不足的问题；另一方面可经常轮岗，以降低工人长期从事单一工序的枯燥感，提升工人的工作积极性。（3）采取有效措施，降低每个班次拖延的时间，提高每个班次的实际工作时间，亦可提高效率，增加产量。（4）加强对员工的培训，增强作业技能及作业经验，提高劳动者的积极性、技术水平和操作熟练程度，以减少效率浪费针对性培训。针对突出不良及特殊事项进行培训，同样的错误不重犯。持续培训有计划的培训，提高全体员工素质。（5）应用工业工程的理论和方法，从改进方法入手，对具体工序进行动作研究和工时测量，缩短工序的操作时间，提高工作效率。此外，为了适应基于瓶颈排产的需要，保证最终产品的按时交货，需要进行工序调度，对相关工序的生产时间进行压缩，对生产工序进行调整。缩短工序时间的方法主要有：工序重叠，通过使转运批量不等于加工批量，节约了工序间隔时间和机床准备时间，实现了总加工时间的缩短；工序分解，将生产任务分解到不同的设备上，降低工序时间和设备的负荷。5 结束语结合 TOC 理论，对草籽娃娃案例进行分析，为混合生产系统提供了识别瓶颈设备和解决瓶颈问题的一种方法。TOC 系统地考虑了要平衡生产线和解决瓶颈的步骤，为了满足市场需求和成本利润的要求，可以多次运用 TOC 的步骤来解决新瓶颈问题，从而增加生产系统的合格产出，直到生产线趋于平衡为止。参考文献：1陈荣秋,马士华.生产与运作管理(第二版)M.清华大学出版社,2005.2王丽亚,陈友玲,马汉武等.生产计划与控制M.中国科学技术出版社,2007.3王静.基于瓶颈分析的离散制造系统在制品库存控制研究侧J.中国