基于工業工程集成方法的生產系統優化

周云青+秦江濤+陳巖

摘 要：約束理論（Theory of Constraint，TOC）通過以整體觀聚焦約束、分析約束、解決約束提高限制系統總體性能；精益生產（Lean Production，LP）關注價值流，減少浪費、降低成本；而六西格瑪（Six Sigma，SS）旨在消除變異、減少波動，穩定流程、獲得顧客滿意度。三者本質上都是為了實現持續改進的管理模式，存在優勢互補。文章結合約束理論、精益生產、六西格瑪建立（TOC-Lean Production-Six Sigma，TLS）集成模型，并利用該模型對A公司手機組裝生產線進行改善，驗證該模型的實際成效。

關鍵詞：約束理論；精益生產；六西格瑪；集成模型

Abstract： Theory of Constraint（TOC）improves system performance by focusing，analysing and solving the constrait in a overall view. Lean Production focuses on the value stream to reduce waste and costs and Six Sigma aims at achieving customer's satisfaction through eliminating variability， reducing volatility and stabilizing processes. The three are essentially in order to achieve continuous improvement of the management model， there are complementary advantages. This paper combines TOC， Lean Production and Six Sigma to build the（TOC-Lean Production-Six Sigma， TLS）integration model， in the meanwhile uses it to improve the assembly production line of A company to validate the model.

Key words： TOC； lean production； Six Sigma； integration model

引 言

隨著市場多樣化的加深，顧客不斷變化的要求，對產品質量、交貨期、定制化提出了巨大的挑戰，企業只有改進管理方式，提高產品質量，縮短響應時間，加快生產流程才能提高顧客滿意度。為了減少浪費、降低成本，提高質量、縮短交期，越來越多的企業家和管理者開始關注精益生產、約束理論、六西格瑪管理三種極具影響力的先進管理理論。三種方法有著不同的改善方法和側重點，但是在實現持續改進的目標上存在知識的互補，如果從各自改善要素入手，并進行有機結合，找到最佳的結合點—從目標、聚焦對象、方法工具等角度進行集成、耦合以實現持續改進的管理模式，對瓶頸工序循環改善，從而在減少浪費、降低成本，提高質量、縮短交期方面取得單一方法無法比擬的競爭優勢。本文選擇具有典型性的組裝線結合企業生產實際，運用工業工程集成方法分析與改善技術，探討改善手機組裝生產線生產組織管理方法，對解決企業實際問題，提高生產效率，降低成本起到一定的借鑒作用。

1 三種管理理論的優缺點對比

1.1 TOC理論的優缺點。TOC理論是在以色列物理學家、企業管理學家高德拉特博士開創的最優生產技術（Optimized Production Technology，OPT）基礎上發展而來的一種聚焦于通過提高限制系統總體性能的約束的管理方法，也被稱為“99%-1%聚焦”。

約束理論的優點主要體現在：整體觀，TOC非常關注企業經營的整體性并聚焦所有的精力對此進行改善，改善所付出的努力才能反映到企業整體財務邊際利潤上；邏輯觀，TOC強調在做決策的時候有邏輯思維做支撐，而不是憑經驗做決策；TOC強調效益產出，而不是強調成本節約。而約束理論的不足有：TOC的導入時，對人的觀念轉變要求極高；TOC對企業經營的一些微觀改善細節的關注度不夠，比如如何降低產品不良率、如何減少過程變異、如何實現哪些有形成本的節約等。

1.2 精益生產的優缺點。精益方法是在豐田生產方式基礎上發展起來的，綜合批量生產與單件生產的優點，是能夠最大限度消除浪費和降低庫存以及縮短生產周期，力求實現低成本準時生產的技術，其最終目的是通過流程整體優化、均衡物流、高效利用資源、消滅一切庫存和浪費，達到用最少的投入向顧客提供最完美價值的目的。

精益生產的優勢主要有：以顧客角度定義價值，防止過度加工等的額外花銷轉嫁給顧客，能實現客戶需求的最大滿足；強調以人為中心，精益生產將人視為企業重要的資源，強調人的因素，重視員工的培養；拉式系統的應用，建立客戶需求信息機制，通過這樣的方式讓價值流動起來；消除浪費、優化流程、降低成本；縮短生產周期，提高響應速度，精益方法以最終客戶需求為起點，采用看板管理，以后道工序準時拉動前道工序，通過生產單元之間的均衡與協調，快速而可靠地減少流程周期和前置時間，提高效率，加速資金流轉，最終大大提高企業對市場變化的響應度。

與此同時，精益生產也有很多不足：精益對企業的要求比較高。導入的條件含：需要產品品種比較穩定，產品市場需求不能變化太大，產品生命周期比較長；缺乏嚴謹的定量分析；對波動處理不力，波動是客觀存在的，企業實施精益方法失敗絕大多數都是因為波動造成的；實施精益生產要得到真正的成果需要很長時間的不斷投入，進行持續不斷的詳細優化。

1.3 六西格瑪的優缺點。六西格瑪是一種以顧客驅動的追求卓越績效和持續改進的管理哲學。六西格瑪管理法是一種統計評估法，核心是追求零缺陷生產，防范產品責任風險，降低成本，提高生產率和市場占有率，提高顧客滿意度和忠誠度。六西格瑪管理既著眼于產品、服務質量，又關注過程的改進。給顧客創造經濟價值和達到顧客完全滿意，從而提高企業的綜合競爭能力和盈利水平。

六西格瑪的優勢有：以顧客為中心。任何一個六西格瑪項目或問題的解決，都要從顧客的需求出發，讓顧客滿意，追求顧客忠誠，是六西格瑪核心特征之一；以問題為中心，追求持續改進。六西格瑪管理法采用PDCA循環發展而來的DMAIC及SIPOC過程分析模式，通過對整個流程周而復始、反復不斷地實施定義、測量、分析、改進和控制，使流程各個環節得到修正和補充，實現流程的螺旋式提升，進而使產品質量得到持續改進；六西格瑪用大量統計工具，精確界定問題，強調以客觀的數據和事實為依據，運用科學的分析方法對實際問題進行量化分析。不足之處主要有：六西格瑪無法顯著提高流程周轉速度或者減少資本投入，不鼓勵創新從而削弱了企業的市場響應能力；六西格瑪需要很長的周期時間，忽視時間問題也是六西格瑪管理的一大不足。

2 約束理論、精益生產、六西格瑪集成模型

約束理論、精益生產、六西格瑪都是工業工程中用于減少浪費、降低成本、提高質量、縮短交貨期、提高產出的重要方法，但是單個方法目標單一，具有各自局限性，難以解決實際系統復雜的問題。通過對比三種管理理論理念和改善方法（如表1所示），整合出三者的集成思路：以生產過程為研究對象，運用TOC方法聚焦生產系統的約束，對約束進行第一層次的充分利用，然后利用精益方法消除浪費（用價值流圖分析增值和非增值活動），提高瓶頸的生產能力，從而增加產出，對瓶頸進行流程方面的第二層充分利用，最后利用六西格聚焦該方法提高瓶頸的穩定性，防止變異，減少波動，進行品質改善方面的第三層次充分利用，TLS集成模式圖見圖2。通過三個層次充分利用后，瓶頸就會被打破，通過改善循環，將發現新的改善視野，實現持續改善，實現1+1+1>3的集成效應。

3 TLS模型的實例應用

3.1 現狀分析。A公司手機組裝流程見表2，生產線布局見圖3。表中所測數據均采用精度較高的測量工具多次測量，取均值且進行測量數據的正確性進行驗證，畫出了控制圖隨機分布擬合，擬合的數據符合正態分布；正態性檢驗，獲得P值為0.733

>α=0.01，判斷結果為正態分布，故數據的準確性滿足要求。

通過對各工序進行時間研究和動作研究得到山積表見圖4，對山積表進行分析可以看出工序10為瓶頸工序，制約系統的總體產出并且影響系統的產出。此時生產線的主要指標有，瓶頸時間：11.24S；直接人力：32人；平衡率：66.4%；周期時間：234.98S。

通過對手機組裝線的價值流圖、生產現場、作業方法過程分析，發現以下問題：（1）增值時間占比低，非增值工序時間占比大，存在浪費；（2）生產線平衡率低，在制品量高，人均產量低；（3）物流與信息流控制不合理，每周批量來料，造成零件在倉庫等待，庫存浪費；（4）產能不足，組裝生產線有效工作時間：每班8小時，減去2次休息時間共0.5小時，每班維持5S時間和機器維護時間0.2小時，計劃外平均停工時間0.3小時，得到生產時間為7小時，產能P=2 240臺，產量不能滿足客戶需求；（5）對布局圖進行分析，現存布局存在以下問題：組裝線采用直線式排列，對空間的利用率低，組裝線各工位后有大量在制品，造成庫存浪費，各工位間采取人人傳遞方式流動，造成動作浪費。

最后，從5M1E角度通過魚骨圖（見圖5）分析產生不良的原因，并根據帕累托原理得出影響良率的關鍵因素為裝、壓過程。

3.2 生產線改善方案。首先根據約束理論，瓶頸處的生產能力決定系統的最終產出，對組裝生產線，影響產出的最主要制約因素是前后蓋組合工序時間過長。對前后蓋組合工位進行動作分析，充分利用瓶頸工序。然后用精益方法改進該瓶頸工序并使其他工序與瓶頸工序協同，主要通過采用 5W1H 提問技術和 ECRS原則對工序進行改進和重組，與此同時對影響質量的工序進行改進。提出如表3改進措施，改善后流程見表4；并且改善現行布局，將直線型流水線改成“U”型布局，并且安裝傳送帶取代人人傳遞方式。與供應商協商建立JIT采購系統，將送貨方式改為“Milk Run”形式，提高來料頻率，降低來料批量，同時，在生產線上采用“水蜘蛛（Water Spider）”上料方式，根據各工位用量和特性安排上料次數。改善后流水線如圖6，改善山積表如圖7。

最后，各工位制定相應的標準作業文件，對操作人員進行相關培訓。各作業特別是瓶頸作業制定失效模式和后果分析文件，制定應急預案，防止變異的產生和改良生產線的維護。基于該模型改善前后對比如表5所示，同時U型線的使用使空間得到有效利用，便于員工之間、員工與管理者之間、員工與用戶之間的信息溝通。

4 總 結

本文將約束理論、精益生產和六西格瑪的集成模型應用于A公司手機組裝生產，對流程、物流規劃、車間布置和產品質量進行優化，使企業突破系統瓶頸，進而提高系統產能，提高產品的良率，證明了該模型對企業改善優化的可行性，充分發揮了TOC、Lean Production、Six Sigma特色的功效。現在企業管理走向精益化、集約化，將三者緊密連接，大幅提高了企業利潤。

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