TOC的集批與豐田生產(chǎn)方式的單件流分析

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在工序總用時的分析中，工序總用時=總數(shù)×瓶頸時間+轉(zhuǎn)移批量×非瓶頸時間，如果不考慮換模影響，轉(zhuǎn)移批量為1時，總工序用時最小，即單件流時，總工序用時最小。當存在換模時，轉(zhuǎn)移批量為多大，總工序用時才最小呢？

客戶需求決定生產(chǎn)總數(shù)大小以及換模的次數(shù)。

假設一瓶頸設備需要生產(chǎn)A產(chǎn)品和B產(chǎn)品中的一道工序。設A產(chǎn)品的需求總數(shù)為a，B產(chǎn)品的需求總數(shù)為b，生產(chǎn)A產(chǎn)品時的此道工序用時為c，生產(chǎn)B產(chǎn)品時此道工序的用時為d，且c和d分別為A和B的瓶頸用時。而A產(chǎn)品的非瓶頸時間為e，B產(chǎn)品的非瓶頸時間為f。設工序從產(chǎn)品A到B的轉(zhuǎn)換時間為t，A的生產(chǎn)批量為x，轉(zhuǎn)換次數(shù)為n，A的轉(zhuǎn)換次數(shù)n為2a/x-1（如圖6-168所示）。

圖6-168 換模問題

所以總工序時間y=總數(shù)a×瓶頸用時c+轉(zhuǎn)移批量×非瓶頸用時e+總數(shù)b×瓶頸用時d+轉(zhuǎn)移批量×非瓶頸用時f+轉(zhuǎn)換時間t×轉(zhuǎn)換次數(shù)（2a/x-1）

1）如果轉(zhuǎn)移批量等于生產(chǎn)批量，則工序總用時為

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此函數(shù)是有一個因變量的函數(shù)，對y進行求導，并令其為0。

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求得極值點

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當生產(chǎn)批量為此極值點時，總工序用時最少。

2）如果轉(zhuǎn)移批量不等于生產(chǎn)批量

通過上節(jié)的結(jié)論，當轉(zhuǎn)移批量為1時，總工序用時最少，所以，總工序用時y=ac+e+bd+f+t(2a/x-1)。由上式可以看出，當A產(chǎn)品和B產(chǎn)品的總數(shù)確定后，生產(chǎn)批量為a時，轉(zhuǎn)換次數(shù)為最少的1次，兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)總用時最少。

3)生產(chǎn)批量的確定

既然轉(zhuǎn)換次數(shù)越少，總的生產(chǎn)用時越少，為什么TPS還要增加轉(zhuǎn)換次數(shù)來增加批次而不是批量生產(chǎn)呢？

這是由于客戶的需求的決定的。

生產(chǎn)理論的主要目標是追求縮短生產(chǎn)所需時間，當生產(chǎn)完A產(chǎn)品后，通過換模再生產(chǎn)B產(chǎn)品，兩種產(chǎn)品的總用時最少，A產(chǎn)品的交貨時間最短，但B產(chǎn)品需要等待是所有的A產(chǎn)品生產(chǎn)時間與換模時間之和，即B產(chǎn)品的交貨期變長。由于TPS是因為產(chǎn)品需求種類多，需求量少的環(huán)境發(fā)展的生產(chǎn)理論，需求量少導致不值得為一件產(chǎn)品專設一條產(chǎn)線；需求種類多導致此產(chǎn)線必須經(jīng)常換模以應對不同種類的要求?？梢詫?/span>A產(chǎn)品和B產(chǎn)品的購買者看做A產(chǎn)品和B產(chǎn)品的下游工序，如果A產(chǎn)品和B產(chǎn)品的客戶不是批量購買的，那么購買批量越少（轉(zhuǎn)移批量），總工序用時越少。由于需求不是批量的，而是按時間先后進行分布的，批量生產(chǎn)完A產(chǎn)品不能馬上賣出而導致庫存的產(chǎn)生；而B則由于等待時間較長，導致B的客戶不能買到產(chǎn)品。這就是為什么TPS強調(diào)的準確的時間，生產(chǎn)客戶需要數(shù)量的產(chǎn)品，即戰(zhàn)爭理論中的精確打擊，這時成本最小，利益最大。豐田生產(chǎn)方式通過均衡生產(chǎn)來平衡生產(chǎn)，如果大批量生產(chǎn)A產(chǎn)品，那么B產(chǎn)品的工序均需要等待，而大批量生產(chǎn)B時，A產(chǎn)品的工序也需要等待。大野耐一在《豐田生產(chǎn)方式》中說：“如果后一道工序在時間和數(shù)量上都不均衡地索取零部件，前一道工序就必須在人員和設備上都準備好不均衡供應的最大能力。顯然，這會提高成本，是一種浪費。徹底杜絕無效勞動和浪費，是豐田生產(chǎn)方式的宗旨。因此，要嚴格地實行生產(chǎn)的‘均衡化’，消除生產(chǎn)上的波動。這樣做的結(jié)果是：要使批量減小，同時的產(chǎn)品不大量流動?！?/span>

由于客戶的需求是單件的，所以生產(chǎn)也是單件的。大野耐一在《豐田生產(chǎn)方式》的小批量和快速調(diào)整中寫道：“福特生產(chǎn)方式的想法是集中生產(chǎn)同一工件，而豐田生產(chǎn)方式的做法是‘因為最后在市場上的每一個顧客都要買一輛與別人不同的汽車，所以在生產(chǎn)方面也要一輛一輛地制造，在生產(chǎn)零部件的階段也要一件一件地生產(chǎn)，也就是貫徹了一件一件地同步生產(chǎn)’的精神”。批量越小，轉(zhuǎn)換次數(shù)越多，換模時間的影響就越大，所以TPS必須解決縮短換模時間，否則它的產(chǎn)出將大幅下降。批量的大小是由客戶的需求，生產(chǎn)的實際情況等因素決定的，豐田生產(chǎn)也不是強調(diào)絕對的單件流，因為如果客戶的需求并沒有很急切，減少換模次數(shù)可以增加產(chǎn)出。

諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者赫爾伯特·西蒙在《一般經(jīng)濟理論》中對于企業(yè)生產(chǎn)也有相當深刻的論述。工廠如何應對訂單上的波動呢？西蒙給出了三種方法，1）通過和訂單波動完全一致的雇傭和解雇來調(diào)整雇傭勞動力規(guī)模；2）通過不變雇傭勞動力的加班和“閑置”來與訂單一致的調(diào)整生產(chǎn)速度；3）維持不變的雇傭勞動力和不變的生產(chǎn)速度，允許存貨和延遲訂單交貨。第三種方法就是提前生產(chǎn)和延后生產(chǎn)來平衡訂單波動。西蒙通過為每一種方式建立一個二次型（拋物線）的函數(shù)，最終構(gòu)成一個由三個向上的拋物線相加組成的成本函數(shù)，通過求得此函數(shù)的最小值而得到如何分配使用三種方法。即使西蒙建立的函數(shù)完全正確，他得到的解是最優(yōu)解嗎？作者的回答：不是。西蒙的給出的解決方案是建立在批量訂單，批量生產(chǎn)和批量交貨的基礎上的。除了西蒙給出的三種方法，還有第四種方法來平衡訂單的波動，TPS，精益和TOC都給出了解決方案，就是減小批量從而增加產(chǎn)出速度。這包括訂單從大批量減為小批量，甚至單件；生產(chǎn)從集批改為切批甚至單件流生產(chǎn)，交貨從大批量減為小批量。這樣可以有效的平衡訂單的波動。比如客戶每天能賣出100件的A產(chǎn)品，但是客戶是按月來下訂單的，即下了一個3000件A產(chǎn)品的訂單。交貨期要求為30天，否則罰款。而企業(yè)每天只能生產(chǎn)90件，一個月最多能生產(chǎn)2700件。那么按照西蒙的方法，要么多雇傭一些人來生產(chǎn)超企業(yè)可以從產(chǎn)出的那300件，這需要增加雇傭成本；要么通過員工加工來生產(chǎn)這300件，這需要增加加班費；要么通過提前生產(chǎn)300件或者延后3天交貨，提前生產(chǎn)會產(chǎn)生庫存，庫存是負債，延后交貨要受到罰款。從廣義動量定理Fαt=nmV的角度說，西蒙的三種方法是基于力量F和時間t的。第一種是增加人力F，不增加總的工作天數(shù)t，可以比以前增加產(chǎn)出，從而滿足訂單的波動。第二種是增加每一天的工作時間t，不增加人力F和總的天數(shù)，也可以增加產(chǎn)出而滿足訂單的波動。第三種是不增加人力F和每天工作的時間t，增加總的天數(shù)t來滿足訂單的波動，總工作時間t=每天工作時間×工作天數(shù)。除了西蒙提出的基于力量F和時間t的三種方法，從廣義動量定理Fαt=nmV的角度說，改變方法α也可以增加產(chǎn)出，從而滿足訂單的波動。無論是精益生產(chǎn)的價值流梳理還是TOC制約理論，將一條產(chǎn)線提升10%的產(chǎn)生能力很正常，這樣就可以在不增加人力F和工作時間t的情況下增加產(chǎn)出，增加的成本是使用這兩種方法的成本。TPS、精益生產(chǎn)和TOC制約理論不僅優(yōu)化內(nèi)部的生產(chǎn)流程，也會優(yōu)化外部流程。比如一次性交貨3000件對生產(chǎn)企業(yè)和客戶都是一個很大的波動，都需要很大的庫存和成本來安放和管理這些貨物，庫存是負債。并且市場變化多端，預留越多的庫存，未來不能完全賣出去的可能性越大，資金的占用也就越多。TPS、精益生產(chǎn)和TOC制約理論會和客戶商量縮短供貨期和每次的供貨數(shù)量來均衡需求，比如每天供貨100件，這樣客戶從訂單到賣出去的60天（30天生產(chǎn)+30天銷售）縮短為30天。

摘自《可以量化的管理學》

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