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    基于约束理论的草籽娃娃案例分析

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    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 , 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*61.51680 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*600.22100 个/班次 塑形、制作眼睛转移时间 0.80.41.2 分钟,3 个工人,生产能力为 填充填充 1680 构造眼镜构造眼镜 塑形塑形, 制作眼睛制作眼睛 涂染涂染晾干晾干包装包装 7*60*31.21050 个/班次 涂染转移时间 0.25 分钟,1 个工人,生产能力为 7*600.251680 个/班次 晾干转移时间 5*60300 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 *20.332545 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*33150 个。一周按七天计算,则产量为 3150*722050 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 *0.2210 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*0.42210 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*0.332173.25 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 4060,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 40003≈1334 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*51.51400 个/班次 塑性、制造眼睛7*60*41.21400 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*34200 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].中国优秀硕士学位论文全文数据 库,2008,11 [4]王玉荣.瓶颈管理[M].北京机械工业出版社,2002 33-106. [5]邹律龙,侯东亮.面向订单的瓶颈资源识别与单机成组作业调度[J].现代机械, 20092 91-93. [6]韩平,杨清立,陈凌凌.基于 DBR 的生产控制方法研究[J].佳木斯大学学报, 2009, 272 259- 261. [7]徐汉川,徐晓飞,战德臣等.瓶颈能力均衡优化利用的主生产计划方法[J].哈尔滨工业大学学报, 2009, 411 80-84.

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