TOC限制理论-国立中山大学企业管理学系

同步生產與限制理論(SynchronousProductionandTheoryofConstraints),指導教授：盧淵源博士小組：第五組小組成員：陳榮貴李文彬呂豐洲王順恩,生產與作業管理,EliyahuGoldratt高徳拉特TOC-限制理論的著作,同步生產與限制理論,EliyahuGoldratt高徳拉特,EliyahuGoldratt高徳拉特,以色列物理學家EliyahuGoldratt於1980年代所提出TOC（1984）。由OPT的邏輯思考開始，結合DBR部份，最後再演繹為限制理論。其過渡性的名詞演進，從結合OPT的軟體與生產理念（Philosophy）的最佳化生產時間表（OptimalProductionTimetable）、最佳化生產技術（OptimalProductionTechnology,OPT）（Spencer,1991），而成為限制理論,TOC-限制理論的著作,THEGOAL-目標,EliyahuGoldratt在1992年於其所著的目標（TheGoal）一書中指出，任何作業皆有其各項資源的限制存在，這些限制可能出現在原物料、生產工具、機器設備、人員、研發、配銷或是存貨等等，如果能夠設法去消除這些限制的條件，就能達到持續改善的目的，這就是所謂的限制理論,TOC-限制理論,限制理論所致力的課題在於系統應發揮其最大效能的前提下，發覺系統中妨礙目標的最大限制因素（最大瓶頸），去設法克服，以提昇整體產出而當克服最大限制因素後，原居於次一位的限制因素即成為新的最大限制因素，再以同樣的手法依次解決，從而建構出系統持續改善的機制。因此限制理論是可以解決系統上的限制，有效的運用限制資源，來達到利潤最大。,THEGOAL-目標,書中主角羅哥是個廠長，雖然工廠營運條件不差，但由於市場競爭激烈加上公司高層施以財務壓力，工廠正面臨三個月限期改善的困境。另一方面，羅哥的婚姻也瀕臨瓦解。作者塑造鐘納一角為自身代言人，運用蘇格拉底法激發異於傳統的思索方向與改革的勇氣，一步步引導羅哥與其部屬找出工廠困境的解決方案：同時，使羅哥反思人生與婚姻的目標，在家庭與工作之間取得平衡。,ItsNotLock,ItsNotLock,絕不是靠運氣中，主角羅哥因為經營績效卓著，已經晉升為多角化集團的執行副總裁，但是公司高層突然決定要把他旗下的幾家公司都賣掉，以專注於核心事業，同時，羅哥的兩個小孩又正值青春期經常和他意見相左。這一回，羅哥不再倚賴鐘納，獨力運用TOC制約法剖析局勢，突破困境，再度扭轉傳統與改革兩者對立的印象，證明近乎常識的邏輯推演正不僅是直覺與運氣。,ItsNotLock,由於目標是以工廠為首景，令部分讀者誤以為TOC制約法適用於工廠，事實上，TOC制約法不僅適用於告行各業，而且在面對，主困境時，也一樣有效,CriticalChain,關鍵鏈,關鍵鏈可說是目標和絕不是靠運氣這兩本書的續篇，雖然兩書的主角羅哥不再出現，但屢創奇蹟的優尼公司仍在。書中的主要人物來自各行各業，包括大學校長、公司總裁、負責物料、專案等職務的管理人員等，鑒於現行的專案管理知識不足以應付他們日常工作所需，這群人不約而同參加一個在職企管碩士課程，希望得到答案。在李查德教授的帶領下，他們對專案管理所發生的各種問題抽絲剝繭，然後一步步找到解決方案。,NecessaryButNotNecessary,NecessaryButNotNecessary,霸軟公司是世上最成功的電腦軟體公司之一，目前正處於高峰期每年的成長率高達四十。然而，執行長吏高泰卻發現這樣的高成長將成明日黃花，接下來公司的業績不僅會衰退，甚至可能要裁員。當他正不知如何解決此問題的時候，公司的大客戶皮亞高公司找上門來，要他幫忙解答來自董事會的質疑:實施ERP，真的有幫助公司獲利嗎?,NecessaryButNotNecessary,這個問題，讓霸軟公司高階主管傷透了腦筋，他們不斷從各個層面重新檢視資訊科技的價值究竟何在，到底有沒有幫助客戶增加利潤呢？最後，他們發現，原來他們先前並未了解到資訊科技的其正威力是什麼，資訊科技是必要的，但是，光只有資訊科技絕對不夠。要徹底發揮資訊科技的威力，必須要能從全新的視野來看公司的運作，改變衡量績效的標準克服各部門之間的矛盾，減輕公司運作上的限制。於是，他們將TOC制約法和ERP等軟體結合在一起，讓公司運作的每一個環節能發揮整體功效，不再只看到局部效益謂資訊科技真正為客戶帶來驚人的成長。,TOC限制理論(TheoryOfConstraints),任何系統至少存在著一個限制，否則它就可能有無限的產出。因此要提高一個系統(任何企業或組織均可視為一個系統)的產出，必須要打破系統的限制。任何系統可以想像成由一連串的環所構成，環與環相扣，這個系統的強度就取決於其最弱的一環，而不是其最強的一環。相同的道理，我們也可以將我們的企業或機構視為一條鏈條，每一個部門是這個鏈條其中的一環。如果我們想達成預期的目標，我們必須要從最弱的一環；也就是從瓶頸(或限制)的一環下手，才可得到顯著的改善。換句話說，如果這個限制決定一個企業或組織達成目標的速率，我們必須從克服限制著手，才可以更快速的步伐在短時間內顯著地提昇系統,三種基本限制ThreeFundamentalConstraints,內部資源限制(internalresourceconstraints)：可為瓶頸或產能限制資源；它決定了整個工廠所有可用資源的的步調(pace)。市場限制(marketconstraints)：當市場需求小於所有設備的最小可用產能時；市場決定了生產的的步調。政策上的限制(policyconstraints)：例如各站間WIP的上限。,TOC的五個循環步驟(FiveStepsofTOC),找出系統的限制(Identifytheconstraint)決定如何最恰當的使用限制(Decidehowtoexploittheconstraint)全力配合步驟(2)所採取的措施(SubordinateeverythingelsetotheactiontakeninStep2)突破、提昇或化解限制(Elevatetheconstraint)若限制已於步驟(4)化解，則回到步驟(1)，不要讓系統中原有其他資源的“惰性”變成新的限制,同步生產(Synchronousproduction,何謂同步生產(Synchronousproduction)即協調整個生產過程和諧地工作,以達成公司的財務目標,同步生產理論試著諧調所有資源,在一和諧或是同步的情況,強調全面系統的績效,而非個別績效的衡量,限制驅導式排程(DBR),Goldratt與Fox博士（1986）提出一套解決生產排程的方法稱之限制驅導式排程方法（Drum-Buffer-Rope;DBR），其理念認為瓶頸資源決定了系統的產出。限制驅導式排程方法係根據限制理論五個循環步驟所發展出來的一種排程技術。,Goldratt的生產排程法則,1.不要平衡產能-平衡流程。2.非瓶頸資源的利用率水準，並非決定於自身的潛力，而是系統中的其他限制。3.資源的利用(Utilization)與使用(Activation)是不同的。4.瓶頸一小時的損失是整個系統一小時的損失。5.節省非瓶頸一小時僅得到一個幻覺。6.瓶頸決定系統中的產出量與存貨。7.移轉批量可能不會也不應與製程批量相同。8.製程批量在路徑與時間上均是可變的。9.先檢視系統的限制才訂排程優先順序。前置時間將是排程的結果。,限制驅導式排程(DBR),DBR的基本概念十分簡單:瓶頸資源（Drum）是製造系統中產出速率最慢的資源，因此瓶頸資源的產出就是現場作業的產出；而為了保護瓶頸資源能依排程計劃進行作業，有必要設立一緩衝區（Buffer），以降低異常狀況對瓶頸資源的干擾;物料開立的控制和非瓶頸資源的派工（Rope）則依瓶頸資源的生產節奏同步化地運作，以降低現場的在製品水準。,DBR藉由下列的運作方式:,1.根據系統的產能決定一MPS，同時排定瓶頸資源的排程計劃:首先辨識出系統的瓶頸資源，依照系統所要達成的績效準則，排定瓶頸資源作業的排程。2.設定各個時間緩衝區的大小:時間緩衝區的設置目的在於防止現場的異常狀況對系統產出造成影響，因此須依據現場發生中斷的情形，來決定時間緩衝區的大小和位置。,DBR藉由下列的運作方式:,3.Rope之決定:Rope的目的在於協助設定各訂單的物料開立時間與出貨時間。而Rope之決定會影響工件在製造系統中的停留時間;因此Rope的長度至少必須使物料的開立時間能滿足瓶頸資源排程的要求及出貨時間要求。各訂單的物料開立時間可依照瓶頸資源的排程，前推一個限制Rope時間長度來加以決定;至於出貨時間則從瓶頸資源的排程採後推一個出貨Rope來加以決定。,公司的目標,談公司的目標到底是什麼?Goldratt的看法公司的目標在於賺錢一個組織可能有許多的目的-包括提供工作消費原物料增加銷售等等都只是達成目標的工具，無法保證公司的長期生存公司必須要有賺錢才能強調其它的目標,績效衡量,財務績效1.淨利-金錢的絕對衡量標準銷售的淨利率=淨收入/淨銷售額2.投資報酬率-於投資基礎上的相對衡量標準投資報酬率=報酬/投資額3.現金流量-生存的衡量指標營運投資理財活動三者之現金流量此三種衡量需一起使用,績效衡量,用來充分表達企業是否賺錢的目標及作為發展工廠基本營運原則的三個衡量指標：有效產出(throughput)整個系統透過銷售（不是生產）而獲得金錢的速率。存貨(inventory)整個系統投資在採購上的金錢，而採購是為了我們打算賣出去的東西。營運費用(operationalexpense)整個系統為了將存貨轉換為有效產出而花的錢。企業的目標增加有效產出，但同時降低存貨和減少營運費用。,績效衡量,產出指的是售出的產品庫存的製成品不是產出而是存貨錯誤的產出認知會導致成本的浪費作業費用包括生產成本(如直接人工、間接人工、存貨持有成本、設備折舊、及使用於產品的原物料與供應品)及行政成本公司的目標在於同時且連續地處理三個衡量法達成賺錢的目的從作業的觀點公司的目標是增加產出同時降低存貨與作業費用,不平衡的產能,傳統觀念盡量使市場需求與產能配合然而不平衡的產能才是比較好的使不平衡的產能成為優勢從不平衡的產能狀態中發覺問題進而改善它使產能平衡再周而復始的持續改善檢討產能狀態生產力是使公司更接近目標的所有活動系統中嘗試平衡產品的流量而不是去平衡產能,相依事件與統計變動,相依事件-是指作業流程的順序統計變動-是指平均值的正常變異某製程加工五個項目，每個項目有A、B兩個流程。A：兩個標準差(2小時)，作業時間614小時。B：作業時間固定10小時。,瓶頸與產能受限的資源,瓶頸(bottleneck)指產能低於特定需求的任何資源，就是系統產出的限制。即是在生產流程中流量變窄的一點。瓶頸不應持續地工作，會因而使生產超過需求。非瓶頸產能大於特定需求的資源。產能受限的資源(capacity-constrainedresource,CCR)指使用率幾近產能時，假若未仔細安排，將成為瓶頸。,控制的方法,控制的方法：時間成份尋找瓶頸節省時間避免將非瓶頸變成瓶頸鼓、緩衝、繩品質的重要性批量大小如何處理存貨,如何管理瓶頸與非瓶頸資源(模式A,B,C,D)在A中，產品的流動是由作業X流到作業Y模式A：瓶頸流向非瓶頸X為瓶頸，Y為非瓶頸XY市場Y必須等待X，系統中不會有在製品，Y的部分產能利用率被浪費,控制的方法,如何管理瓶頸與非瓶頸資源(模式A,B,C,D)模式B：非瓶頸流向瓶頸X為瓶頸，Y為非瓶頸YX市場Y的產出應避免大於X，否則製程中將產生存貨,控制的方法,如何管理瓶頸與非瓶頸資源(模式A,B,C,D)模式C：瓶頸和非瓶頸的產出共組一個產品X為瓶頸，Y為非瓶頸X最終裝配市場YY的產出大於X，必須僅利用Y的部分產能，否則製程中將累積Y的備用零件,控制的方法,如何管理瓶頸與非瓶頸資源(模式A,B,C,D)模式D：瓶頸和非瓶頸的產出各有其獨立的市場X為瓶頸，Y為非瓶頸(相對於市場需求)X市場Y市場Y的產出大於市場需求，必須僅利用Y的部分產能，否則將累積Y的成品存貨,控制的方法,種類與定義整備時間(Setuptime)：零件於等候一資源進行準備工作的時間作業時間(Processtime)：零件投入作業的時間排隊時間(Queuetime)：當資源忙於其他作業時，花費等候該資源的時間等候時間(Waittime)：零件花費在等候另一零件(非資源)的時間閒置時間(Idletime)：乃設備沒有實質使用的時間，即週期時間減去整備時間、製程時間、排隊時間、等候時間的總和,控制的方法-時間成份(TimeComponents),時間成份(TimeComponents)：瓶頸作業零件等待進入瓶頸作業而言，排隊時間是最長的對非瓶頸作業而言，等候時間是最長的錯誤的規劃：為了節省整備時間而提高批量，結果卻增加了其他時間(製程時間、排隊時間、等候時間)，在製品也增加，導致浪費資源在存貨上,控制的方法,尋找瓶頸計算資源的產能負荷圖：產能負荷圖透過追蹤、修正及重複計算，針對產能不足的資源中篩選出最嚴重者即為瓶頸使用製造的知識，觀察運轉中的系統，並與現場主管和員工交談，了解瓶頸之所在,控制的方法-尋找瓶頸,瓶頸與產能受限資源(CCR)：計算資源的負載量由以上產品路徑(route)與產能負荷圖，M1與M2是超載的，即為瓶頸(bottleneck)，其中以M2最為嚴重由以上產品路徑與產能負荷圖，每一個資源皆未超過產能負荷，其中M2最接近產能負荷，即為產能受限資源(capacity-constrainedresources,CCR)，若沒有仔細安排，將可能變為瓶頸,控制的方法-尋找瓶頸,M1,M2,M3,M4,成品,105%,95%,75%,120%,M1,M2,M3,M4,成品,80%,90%,95%,85%,計算瓶頸,計算瓶頸,節省瓶頸時間：較好的工具、較高水準勞工、較大批量數、降低整備時間等節省瓶頸時間一小時，可使整個生產系統增加一小時額外時間，相對的增加產能若節省非瓶頸時間一小時，僅能增加一小時的閒置時間,控制的方法-節省時間,避免將非瓶頸變成瓶頸若為了節省零件A的整備時間，而提高其批量大小，將增加Y2及Y3的等待時間，Y2及Y3將變成暫時性的瓶頸，並造成系統產出的損失，所節省下來的整備時間也失去意義,控制的方法,Y2,Y3,Y1,零件B,零件A,利用率80%,利用率70%,整備時間：150分鐘批量大小：200個批量時間：400分鐘,整備時間：200分鐘批量大小：500個批量時間：500分鐘,找出生產系統的控制點來控制產品流程，此控制點稱為鼓控制點的選擇順序瓶頸處產能受限資源處(CCR)任何位置，最好設在供很多下游作業的分歧點上的資源處理瓶頸的原則在瓶頸前保持一個緩衝(buffer)存貨，以確保瓶頸處總是持續在工作，因為瓶頸的產出決定了系統的產出與上游產出點保持溝通，稱之為繩(rope)，避免上游存貨不斷累積，溝通可以是正式的計劃，或是非正式的日常討論,控制的方法-鼓、緩衝、繩,時間緩衝(timebuffer)意指為因應計劃或非計劃的產出事故，在瓶頸作業或CCR處所設置的緩衝存貨時間緩衝大小的決定確保瓶頸處可持續工作,控制的方法-鼓、緩衝、繩,A,B,C,D,E,市場,瓶頸(鼓),設置緩衝存貨,溝通(繩),時間緩衝(timebuffer)時間緩衝大小的決定(續)若鼓為產能受限資源處，需在CCR之前(保護產出量)及成品之後(保護市場需求)設置兩個緩衝存貨,控制的方法-鼓、緩衝、繩,A,B,C,D,E,市場,製程品的緩衝,緩衝,產能受限資源,繩(調整上游入料量),繩(調整產品產出量),品質的重要物料需求計劃(MaterialRequirementsPlanning)因應退貨，須建立大於需求的批量及時生產系統(Just-In-Time)基於平衡的產能，要求高品質同步生產系統確保瓶頸作業的品質，因其代表系統的產出確保瓶頸作業下游的製程，不良品代表產出的損失,控制的方法,批量大小裝配線上有無限的製造批量與一個單位的移轉批量製造批量指規模的大小，足夠在特定時間內處理的量，包括整備時間與製造加工時間大的批量可以節省整備時間，適合瓶頸資源非瓶頸資源適合小的批量，可降低在製品存貨，並減少閒置時間移轉批量將製程批量分批完成，工作完成後移轉至緊鄰的下游工作站生產週期短，在製品數量少,控制的方法,如何決定製造批量與移轉批量的大小主生產計劃透過MRP與產能需求規劃(CRP)計算每一個工作中心的詳細負載製造資料庫的錯誤，將導致計算結果不可信Srikanth建議以控管瓶頸與CCR，達到產能要求較小批量的特性低在製品存貨、較快生產流程、縮短前置時間頻繁的物料處理決定移轉批量的大小生產前置時間、降低存貨的利益、物料處理成本間的權衡得失,控制的方法,如何決定製造批量與移轉批量的大小(續)控制瓶頸與CCR流量時，可能有四種狀況：轉換產品時，瓶頸不需整備時間無整備成本，僅有排程是重要的轉換產品時，瓶頸需整備時間以較大批量節省整備成本，或應用頻繁的小規模移轉批量來縮短前置時間轉換產品時，CCR不需整備時間轉換產品時，CCR需整備時間CCR有閒置時間，需縮小製造批量，藉著頻繁的產品線變換，以降低前置時間及更準時完成工作,控制的方法,如何處理存貨存貨對公司的負面影響：增加持有成本過長的前置時間增加工程變更的複雜性存貨如同貸款以金額天數來衡量貸款持有期的長短,控制的方法,金額天數衡量存貨價值及滯留某區域的時間存貨總價值乘上存貨放置的天數應用領域：用於績效衡量，減少高存貨率行銷時，鼓勵製成品的銷售，防止大量成品存貨購買時，鼓勵及時的採購，防止因有數量折扣優勢而大量(甚至過量)的下單買進製造上，促使工廠內物料快速流動，防止大量在製品與提前生產,控制的方法,同步生產,MRP及JIT的比較,同步生產,MRP及JIT的比較,表7三種模式生產績效綜合比較分析,與其他功能領域的關係性,生產系統與成本會計衡量成本會計可用來做績效衡量,成本分析,投資判斷的基礎及存貨價值的評量方法(1)整體的衡量:利用財務報表顯示淨利,投資報酬率及現金流量(2)個別成本會計衡量:可顯示效率(如同標準值的差異)或使用率(工作小時數/現有小時數),與其他功能領域的關係性,行銷與生產(1)行銷人員:銷售成長率,市場佔有率及新產品的引進(2)製造人員:成本與利用率資料行銷資料:軟性製造資料:硬性文化行銷人員:外向製造人員:內向,生產與作業管理,生產與作業管理,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工110分鐘/個,員工220分鐘/個,員工210分鐘/個,RM$3,RM$7,RM$3,RM$7,RM$5,RM$5,產品A$30,產品D$32,產品C$30,產品B$32,RM$10,產品A、B、C、D應生產多少數量?,1.極大化銷售人員佣金,所以銷售人員偏好販售高單價B跟C($32),銷售單位比例為1A:10B:1C:10D,員工2的產出是瓶頸,所以由員工2決定產出量,每週工時=7200分鐘,產出A與B=20分鐘產出C與D=20+10分鐘,產出關係式=1X(20)+10X(20)+1X(30)+10X(30)=7200,X=13.09(單位);A=13,B=131,C=13,D=131,週毛利=售價-原料-作業費=13(30-18)+3000=$68,損失,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工110分鐘/個,員工220分鐘/個,員工210分鐘/個,RM$3,RM$7,RM$3,RM$7,RM$5,RM$5,產品A$30,產品D$32,產品C$30,產品B$32,RM$10,產品A、B、C、D應生產多少數量?,2.極大化每單位的毛利,所以A跟C為最大毛利=$30-$18=$12(B跟D=$32-$22=$10),銷售單位比例為10A:1B:10C:1D,員工2的產出是瓶頸,所以由員工2決定產出量,每週工時=7200分鐘,產出A與B=20分鐘產出C與D=20+10分鐘,產出關係式=10X(20)+1X(20)+10X(30)+1X(30)=7200,X=13.09(單位);A=131,B=13,C=131,D=13,週毛利=售價-原料-作業費=131(30-18)+3000=$404,利潤,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工15分鐘/個,員工110分鐘/個,員工220分鐘/個,員工210分鐘/個,RM$3,RM$7,RM$3,RM$7,RM$5,RM$5,產品A$30,產品D$32,產品C$30,產品B$32,RM$10,產品A、B、C、D應生產多少數量?,每小時A產量=60/20=3,B=3,C=2,D=2,銷售單位比例為10A:1B:1C:1D,員工2的產出是瓶頸,所以由員工2決定產出量,每週工時=7200分鐘,產出A與B=20分鐘產出C與D=20+10分鐘,產出關係式=10X(20)+1X(20)+1X(30)+1X(30)=7200,X=25.7(單位);A=257,B=25.7,C=25.7,D=25.7,週毛利=售價-原料-作業費=257(30-18)+3000=$906,利潤,3.極大化瓶頸資源使用,每小時A毛利=3*12=36,B=30,C=24,D=20,生產與作業管理,由上述的例子結果-可證行銷需利用有效產能作最具利潤的銷售計劃產能時生產必須從行銷處得之何種產品最容易賣生產與行銷必須互動,結論,1.需要分析生產系統流程控制產出、存貨與作業費用發現瓶頸與產能受限資源發現控制的鼓確定產出量的緩衝溝通正確資訊給繩,以縮小製程在製品2.運用Goldratt排程九法則與限制理論五步驟以發現阻礙因素,並發現方法排除之。3.利用同步系統來作業,以協調各部門互相支持，協調以達成公司共同目標。,個案研究(一),運用限制理論進行敏速製造系統之設計,運用限制理論進行敏速製造系統之設計,推式生產系統的優點主要是增加系統整體產出和製造資源利用率的提昇；拉式生產系統主要的優點是消除過量生產造成存貨的浪費。然而當選擇推式生產系統時，在極大化系統製造資源利用率之同時，亦將會導致在製品之增加；若選用拉式生產系統，則將導致系統