豐田生產方式和水庫模型的類比分析

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內容提要：本節(jié)使用物理學中的水庫模型來分析豐田生產方式。每一個生產單元都包含2個水庫，分別是原料庫和成品庫。生產人員控制原料閥門和生產閥門。打開原料閥門，原料庫庫存增加；打開生產閥門，成品庫庫存增加。生產人員通過控制原料閥門和生產閥門，使得實際庫存與目標庫存相同。

1）初始狀態(tài)實際庫存等于目標庫存，原料閥門和生產閥門關閉。生產閥門關閉表示此工序停止生產，而原料閥門關閉表示此工序不需要原料配送。原料經過生產閥門之后便成了此工序的成品，生產閥門相當于加工過程。此工序的生產人員有2個目標需要完成，一個是原料庫目標庫存，一個是成品庫目標庫存。當實際庫存等于目標庫存時，目標完成，停止生產以防過量生產而產生不必要的庫存，進而造成浪費。當成品庫實際庫存小于目標庫存時，生產人員打開生產閥門開始加工，原料庫庫存降低，生產庫庫存升高。打開生產閥門的同時，生產人員也打開原料閥門，使得原料庫實際庫存升高，直到和目標庫存相等為止（如圖6-64所示）。

圖6-64 TPS的水庫模型狀態(tài)一

2）成品庫實際庫存小于目標庫存，原料閥門和生產閥門關閉。此狀態(tài)相當于下游工序取走此工序的部分成品，從而使得此工序成品庫實際庫存小于目標庫存。在豐田生產方式中，本工序成品庫存的減少是因為下游工序通過領取看板將本工序成品庫的部分庫存領走，領走的數(shù)量就是目標庫存與實際庫存之差（如圖6-65所示）。

圖6-65 TPS的水庫模型狀態(tài)二

3）生產閥門打開，成品庫實際庫存增加，原料庫實際庫存減少。當生產人員發(fā)現(xiàn)自己的成品庫實際庫存小于目標庫存時，他就要打開生產閥門，對原材料進行加工，增加成品庫庫存，直到成品庫實際庫存等于目標庫存為止。在豐田生產方式中，下游工序在取走本工序一定數(shù)量的成品時，會給本工序下一個同樣數(shù)量的生產看板命令。本工序生產人員在接到生產看板時開始生產，在完成生產看板要求的數(shù)量時停止生產。生產的數(shù)量是下游工序領走的數(shù)量，也是目標庫存與實際庫存之差（如圖6-66所示）。

圖6-66 TPS的水庫模型狀態(tài)三

4）原料閥門打開，原料庫庫存增加。由于上一步中生產閥門打開對原材料進行加工，所以原材料庫存開始下降。這時原料實際庫存小于目標庫存，生產人員就需要打開原料閥門，使得原材料從上游工序的成品庫流入本工序的原料庫，從而使得本工序原料庫庫存增加，直到實際庫存等于目標庫存。生產閥門可以和原料閥門同時打開，只要原料庫實際庫存不大于目標庫存就可以。在豐田生產方式中，本工序開始使用自己的原料庫原料進行生產，會導致原料庫庫存減少，所以此時豐田生產方式會產生一個和成品庫生產數(shù)量相同的原料庫領料看板，促使原料配送員去上游工序領取原料以補充自己的原料庫庫存，領取的數(shù)量和自己下游取走的數(shù)量相同，進而將下游需求傳到上游，產生拉動的效果（如圖6-67所示）。

圖6-67 TPS的水庫模型狀態(tài)四

5）原料閥門和生產閥門關閉，實際庫存等于目標庫存。當成品庫的實際庫存等于目標庫存時，生產目標完成，關閉生產閥門以防過量生產；當原料庫實際庫存等于目標庫存時，關閉原料閥門。進而恢復到了初始狀態(tài)。在豐田生產方式中，當生產人員完成了下游下達的看板生產命令時，本工序停止生產。當原料配送員領取回本工序下達的領取看板命令時，本工序停止領取。此時實際庫存均等于目標庫存（如圖6-68所示）。

圖6-68 TPS的水庫模型狀態(tài)五

在豐田生產方式中，生產看板是生產開始的命令，完成生產看板規(guī)定的數(shù)量時是停止生產的命令。領取看板是領取原料開始的命令，完成領取看板規(guī)定領取的數(shù)量是停止領取的命令。在水庫管理的模型中，實際庫存小于成品庫目標庫存是生產開始的命令，實際庫存等于目標庫存是生產停止的命令。原料庫中實際庫存小于目標庫存是開始領取的命令，而實際庫存等于目標庫存是停止領取的命令。這其中可以看到生產看板或者領取看板的數(shù)量等于目標庫存減實際庫存，這其中看板起到了計算目標庫存和實際庫存偏差的作用，即看板規(guī)定數(shù)量=目標庫存-實際庫存。從完成這個功能的角度來說，看板不是必需的，比如流水線生產和TOC制約理論中就沒有看板的存在。另外，紙質看板的方式是可以進行優(yōu)化的。

在豐田生產方式中，看板通常以紙質看板的方式存在，看板的更改相對比較費時費力。原料的配送是通過配送人員完成的，配送人員按照領取看板進行領料，并且在領料的同時為上游工序下達生產看板命令。因為我們知道了看板所起的作用，結合現(xiàn)代智能物流的分貨系統(tǒng)，可以對豐田生產方式進行優(yōu)化。每道工序還是有2個目標，分別是原料庫存目標和成品庫存目標。庫存的實際數(shù)量通過計算機，或者簡單的限位開關等進行實時測量。比如成品庫目標庫存是8個，每4個放在一個容器中，每放一個成品，容器中的限位開關被觸發(fā)或者光線被遮擋，自動記錄完成1個，這樣就實現(xiàn)了實時檢測實際庫存的目的，需要生產的數(shù)量=目標庫存-實際庫存，這樣就達到了使用生產看板的目的，也就是生產看板不需要使用了。當本工序進行生產時，會使用自己的原料庫存，這樣原料庫存就會減少，原料庫存也采取類似的檢測方式，從而需要領取的數(shù)量=原料庫目標庫存-實際庫存。這個領取命令通過有線網絡傳送給上游工序，上游工序的智能傳送帶按照這個數(shù)量進行原料傳送。這個領取命令也可以通過無線的方式傳送給智能配送機器人，類似與物流系統(tǒng)的分貨機器人，這些機器人自動進行配送。

每道工序包含自己的原料庫和成品庫，每道工序都有原料閥門和生產閥門，將各個工序連接起來就形成了多工序的豐田生產方式（如圖6-69所示）。

圖6-69 TPS的水庫模型的雙庫存

在工序之間距離較近或者配送及時的環(huán)境中，工序的原料庫可以取消，直接使用上道工序的成品庫作為自己的原料庫，比如工序D就取消了自己的原料庫（如圖6-70所示）。

圖6-70 TPS的水庫模型單庫存

水庫庫存和單件流

在豐田生產方式中，目標庫存越多，交貨期越長。因為庫存是成本，成本也就越高，為了縮短交貨期和減少成本，豐田生產方式不斷的減少庫存數(shù)量。在水庫的模型中，水庫的目標庫存越多，水從流入水庫到流出水庫所花費的時間越多，水流入水庫到流出水庫就相當于原料流入生產企業(yè)到流出生產企業(yè)。而水停留的時間越久，越容易腐敗，類似于大量庫存產生不能賣出的產品。將水庫的目標庫存從原目標庫存降低到現(xiàn)目標庫存，目標庫存的數(shù)量減少，水流入流出水庫的時間減少（如圖6-71所示）。

圖6-71 TPS的水庫模型降低目標庫存

不斷的減少庫存高度，直到庫存數(shù)量為1個時，就變成了單件流，單件流是極限庫存狀態(tài)。為什么很多企業(yè)在實行單件流時一拉就斷呢，即實行單件流時，工序經常挨餓。單件流一拉就斷的原因是在制品數(shù)量小于了極限在制品要求的數(shù)量。那么極限在制品數(shù)量如何如何計算呢？

從TOC制約理論的角度說，系統(tǒng)的速度由瓶頸速度決定。當實行單件流時，如果系統(tǒng)的產出速度小于了瓶頸速度，那么瓶頸工序肯定挨餓了，即出現(xiàn)了一拉就斷的情況。根據(jù)利特爾法則：存貨數(shù)量=交貨期/瓶頸時間，這個交貨期可以是一個產品從進入生產線到流出生產線所耗費的最小時間。如果一條生產線有4道工序，每道工序所需時間分別是3分鐘，3分鐘，5分鐘和4分鐘，那么這條產線的時間長度是15分鐘，瓶頸時間是5分鐘。在制品的極小值是15/5=3個。如果在制品的數(shù)量小于3個，那么系統(tǒng)不可能以5分鐘每個的穩(wěn)定速度輸出。因為如果是2個在制品，10分之后就沒有材料可以生產了，就不可能以5分鐘每個的速度輸出了。實際生產中，工序之間除了生產時間之外，還有等待和搬運的時間，加上這些時間之后，交貨期會加長，而存貨數(shù)量=交貨期/瓶頸時間，瓶頸生產時間不變，交貨期增加，那么只有在制品的數(shù)量增加才能保證系統(tǒng)按照瓶頸的速度輸出，不出現(xiàn)一拉就斷的情況。

《可以量化的管理學》全書結構

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《可以量化的管理學》封面正面

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《可以量化的管理學》封面背面

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