企业制造瓶颈的识别与缓解方法研究

目录0.引言…………11.公司制造“瓶颈”的特性分析……………11.1公司制造“瓶颈”的定义………………11.2公司制造“瓶颈”的表现特性…………22.公司制造“瓶颈”的辨认…………………22.1瓶颈资源与非瓶颈资源………………32.2瓶颈的辨认……………42.2.1瓶颈辨认的重要方法……………42.2.2瓶颈辨认简例……………………63.公司制造“瓶颈”的缓解…………………113.1瓶颈缓解的思维过程…………………113.1.1TP技术工具………113.1.2TP六个环节………113.2DBR管理方法……………123.2.1DBR管理原理………123.2.2DBR实行原则………143.3DBR实行案例……………14结论…………20致谢…………21参考文献……………………22公司制造“瓶颈”的辨认与缓解方法研究0引言制造系统是公司系统的一个重要组成部分，是产品的实现及价值发明的直接过程，其瓶颈直接减少公司生产系统的运营效率，影响并制约着公司的赚钱水平，阻碍着公司的进一步发展。同时，由于生产过程中的随机性因素，瓶颈的存在又是必然的。因此，公司制造瓶颈的辨认及其缓解对于一个公司的发展有着极其重要的现实意义。本文列举了瓶颈辨认的几种重要方法，着重阐述瓶颈理论在瓶颈缓解上的应用。1公司制造“瓶颈”的特性分析要解决瓶颈问题，一方面应了解什么是瓶颈，瓶颈的表现特性有哪些，以便我们按图索骥，对症下药。1.1公司制造“瓶颈”的定义一提到瓶颈，我们就会想起木桶原理。瓶颈就是那块最短的木板，决定了木桶的容积。作为专门解决瓶颈问题而提出的瓶颈理论，对“约束”的定义是：阻碍系统实现整体目的的任何因素[1]。而瓶颈就是众多约束中对公司运营影响最大的约束。瓶颈理论又称约束理论（TheoryofConstraints，TOC），是EliyahuM.Goldratt博士开发的一套管理理念与管理工具的集合，它把公司在实现目的的过程中存在的或潜伏的制约因素称为“约束”，使得公司的改善方向与改善策略明确化，从而达成帮助公司更有效地实现其目的的目的。它指出公司的目的是“在现在，也在将来赚取更多的利润”，公司的一切活动都要以赚钱为出发点。其运作测量指标是：产销率(throughout，TH)、库存（inventory，I）、运营费用（operatingexpense，OE）。公司的制造过程就是通过运营费用将库存转化为有效产出的过程，实现公司赚钱的目的。而瓶颈就是生产过程中产出率最低的那一环，制约着公司整个生产系统的产出水平。所以，公司制造“瓶颈”就是：阻碍制造系统实现公司目的影响最大的制约因素。1.2公司制造“瓶颈”的表现特性根据公司制造瓶颈的概念，可以归纳出如下几个特性[2]：(l)效能低下且事关重要。公司制造瓶颈是公司生产活动过程中存在的制约环节，找到了它就是抓到了公司生产系统改善的突破口。(2)改善潜力巨大。一般过程的改善对生产系统整体效能影响不大，而其瓶颈的消除对公司生产系统综合改善幅度则较大。(3)连环性。有的瓶颈互相关联、交织，只有进行系统分析和综合考虑才干彻底解决。(4)普遍性。瓶颈事事时时存在。因此，对公司的改善就成为无止境的连续活动。(5)动态性。瓶颈具有随时间推移而发生变化的性质。随着市场需求的改变以及改善活动的进行，本来重要的瓶颈也许变为次要的瓶颈或是相反，有的就逐步消失。(6)消除难度大。公司的瓶颈受制于公司环境，涉及因素多，影响范围大，解决难度大。另一方面需要大量资源投入，公司承担较重。2公司制造“瓶颈”的辨认瓶颈重要有三种类型：资源（Resources）、市场（Markets）和法规（Policies）。公司制造瓶颈存在于公司的生产系统中，它更多的就是资源的约束，即瓶颈资源，简朴的说，就是关键的材料、设备、员工、工艺等等。对其进行的改造也就更多地关注于对资源的优化和配置。2.1瓶颈资源与非瓶颈资源瓶颈资源，指的是资源的供应小于或等于所需要的需求量（不只是指市场需求，也也许是相关后续需求），这一类资源限制了整个公司生产产品的数量。其重要体现为：(1)市场需求大于公司生产能力生产能力不能满足市场的需求是最容易发现的制约因素，也是最容易解决的制约因素，解决资源瓶颈需注意要准确找出制约因素。制约因素是影响系统产出最大的环节，在一个生产系统中一般只存在一个瓶颈。(2)劳动力资源供应发生短缺公司经营过程中市场经常出现各种变化，这种变化体现为市场需求的波动、产品规定的变化等。公司应根据市场的需求不断调节劳动力资源组织生产，公司在适应上述变化的过程中经常出现劳动力资源的瓶颈，重要体现为缺少具有相应技能的劳动力资源。由人力资源所产生的制约因素重要是指缺少具有相应技能的劳动力，并不是劳动力的绝对数量。(3)原材料供应导致出现的瓶颈原材料供应产生的问题重要是原材料短缺、原材料供应不及时。原材料短缺重要是由市场供应状态决定。在市场机制比较发达的今天，这个问题并不是一个突出的问题，但是原材料供应不及时或供应的材料不符合规定是目前存在的重要问题。这些瓶颈需要对的的把握出现的问题，以及产生的主线因素，并提出相应的解决方案。解决原材料供应所产生的制约因素需要公司与供应商的共同努力，特别对产品形成过程起重要作用的材料采购制定合理的采购标准和供货模式，保证公司生产过程可以平顺推动。综上所述，资源瓶颈是公司经营过程中经常面临的一种制约因素，公司的资源瓶颈由于公司经营过程中所发生的内外因素的变化和波动经常发生转移。只有当某种资源对公司的产出产生负面影响时才构成系统的瓶颈。次瓶颈资源，即能力瓶颈资源（CapacityConstrainedResource，CCR），该资源运用率已接近需求，若未能适当调度或管理则有也许成为瓶颈资源。非瓶颈资源，就是除了瓶颈资源和次瓶颈资源以外的一切资源。它不影响生产系统的产出。2.2瓶颈的辨认2.2.1瓶颈辨认的重要方法对于生产制造过程中的瓶颈资源的拟定，一般是根据订单将产品进行分解，针对每道工序，进行能力和负荷的比较，最不能满足需求的即为瓶颈工序；或者通过观测生产过程每道工序前在制品堆积量的大小来拟定。具体的拟定方法重要有：（1）依据产品生产的类型（V型、A型、T型）来辨识瓶颈资源[3]对于V型公司，审查各工序前的在制品以确认瓶颈资源；对于A型公司，检查延迟的物料单后，将其加工工序进行比较，由此确认瓶颈资源；对于T型公司，与A型公司相类似，由于有多种类型的产成品，通过考察延迟订单与非延迟订单的生产工艺程序并进行比较，即可确认。（2）运用线形规划理论运用线性规划方法，对生产系统进行模拟分析，计算出给定期期内系统各资源的任务量，与它们的能力进行比较后得出短缺资源和非短缺资源，分别相应于瓶颈资源和非瓶颈资源。（3）根据TOC理论，建立以下数学模型[4]当Ci≤min{MRi，min{Cj，j∈S}}，S={j|j≠iR(Xi,Xj)}时，资源Xi为瓶颈，i=1，2，…，n；式中，Xi——系统中的资源；Ci——资源Xi的实际产出能力；R——资源之间互为输入和输出的关联关系；S——与资源Xi相关联的资源的标号组成的集合。（4）运用Q-GERT仿真技术[5]文献[5]中运用带有排队功能的图示评审技术（Q-GERT），通过仿真，解决了上下道工序能力十分接近的情况下瓶颈资源的拟定问题。（5）运用IE手法辨识瓶颈在品种、数量、工序错综复杂的工厂中，有时难以对负荷和能力进行比较，我们可以运用IE分析手法来特别指定瓶颈。先运用专家诊断法和鱼刺图（因果图）列举出影响生产的各种因素，结合核检表和德尔菲法，应用帕累托图（排列图）按重要限度排列各种因素，按99/1规则（指在任何一个事件中也许只有一个最薄弱的环节），其影响最大的因素就是瓶颈。方法（1）完全根据生产控制和调度，采用的控制措施往往是在事后，在实际生产过程中已经发生了在制品大量堆积或物料延迟的情况下，才干拟定瓶颈资源。对于一个复杂的生产系统，采用这种方法需要大量的生产控制人员，并且这种“救火式”的方法，不仅不能有效地解决生产系统中的问题，反倒有也许会引起生产系统的混乱。方法（2）只合用于简朴的生产系统，当系统较复杂时，需考虑的资源数量会很大，导致计算公式的庞大和计算过程的冗长。同时，计算所依据的定额数据是固定的，不能反映生产过程中的实时信息，会导致计划与实际的较大偏差。方法（3）同方法（2）同样，是一种基于记录数据或定额标准的方法。对于工序能力有较大差距的生产系统来说，应用方法（2）和（3）通常都能准确地辨识出瓶颈资源。但对于上下道工序能力十分接近的情况，方法（2）、（3）作为两种完全静态的确认方法，没有针对实际的生产过程，就不能很好的辨识瓶颈。方法（4）可以良好的填补上面三种方法的缺陷，既可体现生产的实际情况，又不会引起生产系统混乱，同时能较为准确地辨识出生产系统中的瓶颈资源。方法（5）随时随地都可以应用，特别在难以对生产负荷和能力进行对比的时候能发挥比较大的作用。但是由于存在较大的人的作用，其结果也许会有误差。任何一种方法，一方面都要对生产制造的流程进行分析，即要绘制生产流程网络图，理清生产过程的各个环节，为对的辨识出瓶颈做好铺垫。同时，面对不同的生产情况，应采用不同的方法，做到省时省力，适时合用。要注意各种方法的综合运用，以便更加准确地辨认瓶颈。2.2.2瓶颈辨认简例由于瓶颈的动态性，随着环境的变化，瓶颈资源会不断地改变。引起瓶颈动态性的因素重要涉及生产负荷的变化和生产能力的改变。下面针对这两种情况分别举例，对瓶颈的辨识加以说明。（1）生产负荷变化对瓶颈的影响由于负荷总是随着生产计划的不同而不断改变，因此负荷的动态性是导致瓶颈动态性的最重要因素。下面我们以一个示例来说明负荷变化对瓶颈的影响。现在有三个零件要在工序A,B,C上进行加工，零件对三道工序的负荷规定见表1：加工项目工序A工序B工序C第1天第2天第1天第2天第1天第2天零件1252零件2554零件3422表1零件加工安排表表1零件加工安排表我们假设这三道工序天天的工序能力都是8个单位，且在这两天只加工零件1，2，3。根据表1，记录出这两天在工序A,B,C上产生的总负荷见表2：表2工序负荷/能力表表2工序负荷/能力表加工项目工序A工序B工序C第1天第2天第1天第2天第1天第2天总负荷7410262总能力888888从表2可以看到，工序B第一天的负荷(10个单位)超过了总能力(8个单位)，根据瓶颈定义“生产能力小于或等于负荷”，第一天工序B就是我们所说的瓶颈工序。现在假设由于某种因素，零件2需要推迟一天加工，那么零件对各道工序的负荷规定见表3：表3变动后的零件加工安排表表3变动后的零件加工安排表加工项目工序A工序B工序C第1天第2天第1天第2天第1天第2天零件1252零件2554零件3422根据表3，我们记录出零件2推后一天加工后各零件在工序A,B,C上产生的总负荷见表4：表4变动后的工序负荷/能力表表4变动后的工序负荷/能力表加工项目工序A工序B工序C第1天第2天第1天第2天第1天第2天总负荷295726总能力888888根据表4，可以看到工序A第二天的负荷(9个单位)超过了总能力(8个单位)，属于瓶颈工序。通过以上的分析可以看到，虽然加工的任务总量没变，只是加工时间做了一些调整，就带来了瓶颈工序的变动。生产任务具有的不均衡性，带来了瓶颈资源的频繁改换。这也正好说明了生产计划制定的合理性对于公司组织生产活动的重要性。（2）生产能力改变对瓶颈的影响面向瓶颈资源的生产计划与控制方式的重点是解决好瓶颈资源问题，以此来保证整个生产系统的稳定生产。在生产的过程中，公司总是不断的改善和提高瓶颈资源的生产能力，当某个瓶颈资源的生产能力有了提高以后，除了带来整个生产系统生产能力的提高之外，还也许会导致瓶颈资源的转移。假设某产品P的生产流程如下图所示：PPABC原材料SHAPE图1某产品P的生产流程图1某产品P的生产流程当前市场需求和生产能力状态如表5所示：表5市场需求和生产能力状态表表5市场需求和生产能力状态表情形12市场需求3028生产能力A3515B4025C2520情形1：对P的市场需求为每周30个单位；机器A的生产能力为每周生产35个单位；机器B的生产能力为每周生产40个单位，机器C的生产能力为每周生产25个单位。显然，这时A,B产出的中间品会在C资源前积压，C资源哪怕是满负荷每周生产25个单位的产品，产品P也将不能满足市场每周30单位的需求。情形2：对P的市场需求为每周28个单位：机器A的生产能力为每周生产15个单位：机器B的生产能力为每周生产25个单位，机器C的生产能力为每周生产20个单位。这时，假如相对市场需求来说机器A，B，C都应当为瓶颈。但根据TOC对瓶颈资源的定义，当前只有机器A为瓶颈，由于机器C其生产能力虽然每周生产20个单位，但每周只能接到机器A所能生产的15个单位的最大生产负荷，即其生产能力超过了对其的需求量，为非瓶颈。机器B其生产能力每周生产25个单位，达不到市场的规定，但它产出的中间品己经在机器C前积压了，即其生产能力超过了后续环节对其的需求量，也是非瓶颈。这时，只有将机器A的生产能力提高，才干更好地满足市场需求，否则假如盲目地改善机器B、机器C的话，对最终产出于事无补，并且会产出更多的积压在制品。值得注意的是，假如公司又购买了一台机器A，则机器C成为新的瓶颈，它将整个生产流程的能力限制在每周20个单位。若通过转包加工的方法将C的产出提高50%，即达成30，那么瓶颈将转移到机器B。瓶颈的一系列变化如图2所示，方框中的数字表达资源的生产能力，阴影表达瓶颈。（a）初始情况（a）初始情况原材料PA15B25C20市场需求28SHAPE（b）又购进一台机器A（b）又购进一台机器A原材料PA30B25C20市场需求28（（c）通过转包加工，使工序C的生产能力提高50%原材料PA30B25C30市场需求28图2瓶颈资源辨识实例图2瓶颈资源辨识实例通过例子，可以说明生产能力小于市场需求的资源，不一定为瓶颈。瓶颈辨识是一方面抓“重中之重”，使最严重的制约因素凸现出来。3公司制造“瓶颈”的缓解3.1瓶颈缓解的思维过程TOC独特的解决问题的思绪，被称之为思维过程（thinkingprocess，TP），是站在公司利润最大化的视角看待公司运作系统中存在的瓶颈，使问题真正得到解决。TP严格按照因果逻辑，来回答以下三个问题：1、改善什么？(Whattochange？)2、改成什么样子？(Whattochangeto？)3、如何使改善得以实现？(Howtocausethechange？)3.1.1TP技术工具（1）分析因果关系（充足条件）技术工具：*当前现实树（CurrentRealityTree，CRT）*未来现实树（FutureRealityTree，FRT）*负效应枝条（NegativeBranches）*转换树（TransitionTree）（2）分析必然性（必要条件）技术工具：*消雾法（EvaporatingCloud，EC）*必备树（PrerequisiteTree）3.1.2TP六个环节[6]1、列出不良结果（UndesirableEffects，UDE），建立当前现实树。2、应用消雾法，找出制约不良结果的核心问题的因素，以及解决问题的突破点——“注入”。3、建立未来现实树，检查“注入”是否为令人满意的解决方案。4、剪去负效应枝条，保证“注入”的实行。5、建立必备树，找出“注入”的实行途径。6、建立转换树，找出配合最初“注入”的其他“注入”，并集中所有有效活动，理清关系，弄清顺序，保证实行成功。各棵树之间的关系如图3所示：消雾法消雾法目的规定必要条件必备树目的障碍中间目的未来现实树规定的效果中间效果措施转换树目的中间效果特殊行动当前现实树不良结果中间结果深层因素和核心问题图3树间关系图图3树间关系图3.2DBR管理方法3.2.1DBR管理概述DBR基本原理：Drum-Buffer-Rope，即鼓-缓冲器-绳子。DBR的重要特性就是去发现瓶颈并彻底地运用、发挥它，让其他工序从属于瓶颈的日程，并通过一致的形式来开展活动。产成品产成品总装配局部装配缓冲器绳子一般工序瓶颈工序加工路线原材料图4产品网络（DBR系统）图图4产品网络（DBR系统）图鼓：是瓶颈资源的产出速度决定整个系统的产出速度，即瓶颈控制着公司同步生产的节拍，所以称为“鼓”。在安排生产计划时，一方面把优先级计划安排在瓶颈资源上，“鼓”反映了系统对瓶颈资源的运用。“鼓”的目的是使产销率最大。缓冲器：分为时间缓冲、库存缓冲。库存缓冲事实上是一种安全库存；时间缓冲是指物料交付时间较之计划时间提前的时间长度。由于瓶颈资源决定了整个生产系统的产出，设立缓冲器的目的就是为了防止因瓶颈资源局限性而使整个生产系统的物流平衡和连续的中断。缓冲器设立的位置[7][8]：a、瓶颈制程前b、拆散途程：分歧点前c、装配生产途程：装配制程前d、交货点前绳子：绳子根据瓶颈资源的生产节拍，决定上游原材料的发放速度，类似于JIT中的看板，其目的是使在制品库存最小。DBR简化了管理，只需对生产过程中有限位置（初始制程、瓶颈制程前、分歧点前、装配制程前）的物料需求进行具体的计划与控制。DBR结合了MRP推动生产方式和JIT拉动式生产方式[9]，在瓶颈前的各工序执行拉动式生产控制，以保证它们按瓶颈工序的需求进行准时生产；在瓶颈之后的所有工序执行推动式生产控制，保证按按瓶颈工序的产出推动系统的产出。3.2.2DBR实行原则DBR实行的原则也就是瓶颈管理的原则，瓶颈管理从OPT发展而成，OPT的九大原则也就自然而然成为TOC的有机组成部分。DBR实行原则[10]：（1）平衡物流，而不是平衡能力。（2）瓶颈资源的运用限度不是由自生潜力所决定，而由系统中的瓶颈决定。（3）资源的运用与活力不是同义词。（4）瓶颈上损失一小时则是整个系统损失一小时。（5）非瓶颈上节约一小时毫无意义。（6）瓶颈制约了系统的产销率和库存。（7）转运批量可以不等于并且在大多数情况下不应当等于加工批量。（8）加工批量不是固定的，应随时间而变化。（9）作业计划的编制应同时兼顾所有的瓶颈，提前期是作业计划的结果，而不是预定值。3.3DBR实行案例昆山儒亿汽车配件有限公司是一家专门生产各类汽车门锁的外资公司。重要客户有通用、福特、大众等。公司通过了TS16949认证（汽车行业专门的质量认证体系）。由于业绩突出，被客户评为“优秀供货商”，使公司获得了良好的声誉和经济效益。在实行TOC活动前，公司是按订单生产，为了按期交货，不得不经常加班；生产线各工序之间存在较大的在制品堆积等情况。为了可以很好的解决问题，公司开始实行DBR管理。下面针对公司的W-CAR5484408生产线进行DBR实行：标准产能=有效工作时间/标准时间产能=标准产能*操作人数有效工作时间=28800s-20*60s-15*60s=26700s表6W-CAR5484408工序产能表工序作业名称标准时间标准产能操作人数产能1门锁面盖装配取锁仁一套（均分）55.4481.71482取传递盒KEY拆分晶片测试面盖铆压2DL方向片装配、后扣装配门锁外观、作动检查52.9504.71505方向片装配固定片装配面盖压缩弹簧装配后扣组合品装配3TL回位弹簧装配后箱锁大面盖装配54.1494.01494回位弹簧装配垫圈装配及作动4ES面盖装配ES和KEY外观检查51.8515.91516大面盖与Ｖ型顶块铆合品装配及打批号ES作动及外观检查5TL、GL检查后箱检查40.3663.41663KEY外观检查GL外观、作动检查包装后箱锁6门锁检查及成品包装DL外观、作动检查52.9504.71505检查及包装备注：以上为生产线在正常情况下所得；不涉及品质异常，机器异常解决时间。一客户 订购2500套W-CAR5484408车门锁，5天内交货。公司生管人员将客户订单按交货期和交货数量制定工作计划，得出工序产能/负荷图：主线：负荷负荷图5工序产能/负荷图（1）辨认瓶颈工序。很明显，主线的工序1和工序3即门锁面盖装配和TL回位弹簧装配工序的产能不能满足负荷规定，考虑到工序3是工序1的后续工序，它的产能可以满足工序1的产出规定，故重要的瓶颈是工序1。（2）充足运用瓶颈工序。在指定了工序1和工序3为瓶颈工序之后，就进入对工序1和工序3彻底活用、发挥的阶段。下面就是采用的几个措施：1、设立时间缓冲。由于工序1是整个工作的第一道工序，所以这里的时间缓冲是指零部件的初始投入要提前一段时间，也就是相称于加班，需严格控制。对于工序3，它的缓冲时间要跟工序1相宜，比工序1的缓冲时间稍少一点，也就是说取决于工序1。2、设立在制品缓冲。在工序1和工序3的前面设立一定量的在制品安全库存。使得它们能一直工作，充足运用其生产能力。3、在瓶颈工序之前设立质检环节。特别是工序1，要严格控制初始投入的零部件的质量，保证各工序都在做对的的工作，即都对质量合格的在制品进行装配。4、结合公司推行的5S活动，全面整理生产线上的零部件、在制品和产成品的堆积。保证各部分都完好无损。总之，要充足运用瓶颈工序的生产能力，使得工序1和工序3的机器和工人都100%的投入工作。同时，注意其在制品库存一定要保持在满足瓶颈工序的前提下的最低水平。（3）让非瓶颈工序从属于瓶颈工序。在这里，对于非瓶颈工序最重要的就是材料投入的控制。生管人员针对前面粗排的工作计划，依据瓶颈工序的生产能力，对各工序进行具体的工作计划安排。采用有限能力计划法，先安排工序1和工序3的生产进度计划，以瓶颈工序为基准，把瓶颈工序之前、之间、之后的工序分别按拉动、工艺顺序、推动的方式排定，并进行一定优化。非瓶颈工序规定“有任务的话，用100%的能力迅速完毕；没有的话，也不做多余的工作”，严格执行“先入先出”管理。（4）提高工序的能力。针对工序1和工序3，由于公司不也许为了一笔订单而投资购买新的机器或是增长工人，同时由于加班不能解决一切问题，还会引起一些不必要的麻烦，所以公司一般都采用换人或是工作分享的做法。即在工序1和工序3上配备操作纯熟的工人或是之前之后工序上的工人帮助工序1、3上的工人，来提高生产能力。纯熟工人的工序1零件装配标准时间为53.6s，其产能为498套/日，已非常接近负荷规定。同时，公司为了可以更好地解决问题，采用工作研究等IE改善手法，对工人的操作进行改善和效率的提高，对工序间的各个作业进行新的取消、合并、重排、简化来进行装配工艺的改善，并对工作地位置进行了稍微的变动以利于工作分享。（5）瓶颈循环，警惕惰性。通过以上的几步，各工序的产能都已经非常接近负荷规定了。作业工序1和工序3也许不再是瓶颈工序了。这时，要注意其他产能跟负荷极其接近的工序，像工序2和工序6。牢记“今天的解决方案正是明天的问题所在！”，不断解决出现的新的问题。对缓冲的对缓冲的控制结束确认瓶颈工序的生产实绩对缓冲量进行确认根据第二天的瓶颈工序决定投产顺序决定第二天的先行工序投产顺序图6运用DBR流程图公司的生管人员须密切注意工序间的在制品库存及工序的物料需求，一旦出现大量的在制品库存以及产生延迟物料，就需要及时调整日工作计划，以保证产品能按期交货。TOC活动的开展，使得公司的生产现场得到了良好的改观。以前是各工序之间都存在大量的在制品库存，并且大部分工人经常要加班。现在，在制品库存只存在于瓶颈工序前，只需加强对瓶颈工序的管理就可以控制整个生产线的生产。同时，减少了加班的工人人数。开展TOC活动，一方面要明确目的，公司成立专门的实行小组，制定工作计划和方针。上述活动都是由公司的TQM活动小