基于TOC和精益六西格瑪的生產系統優化

裴小兵　胡偉

摘要：TOC以發現約束、分析約束、解決約束從而提高系統績效。精益方法關注于減少浪費、優化流程和降低成本。而六西格瑪旨在消除變異、穩定流程、獲得顧客滿意和最終顯著提高績效。三者本質上都是旨在實現持續改進的管理模式，存在互補優勢。為此，本文在精益六西格瑪一般模型的基礎上提出了結合TOC的改善模型，然后利用該模型對產品SN的生產系統優化為例，以驗證該模型的有效性。

Abstract： TOC improves system performance by discovering、 analyzing and solving constraints. Lean Production focuses on reducing wastes， optimizing the process and reducing cost. And the Six Sigma aims at eliminating variations， stabilizing process， gaining customer satisfaction and ultimately boosting performance significantly. All the above three are essentially aim to achieve continuous improvement of the management pattern， there are also complementary advantages. Therefore， on the basis of the general model of Lean Six Sigma， the paper proposes the improvement model combined with TOC， and then makes use of the model to analyze and improve the production system of SN to verify the validity of the model.

關鍵詞：TOC；精益生產；六西格瑪理論；整合模型；優化

Key words： TOC；Lean Production；Six Sigma；model of Integration；optimization

中圖分類號：F252 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）05-0235-03

0 引言

科技的迅速發展和激烈的市場競爭，制造業進入了新的發展階段?？s短交貨期、提高產品質量并不斷降低成本是企業特別是制造型企業需要面對的永恒課題。20世紀80年代以來，誕生了精益生產、六西格瑪管理和TOC三種具有廣泛影響的管理理論，它們在眾多企業管理實踐中被證明是提高經營管理水平的有效工具。從理論上分析，雖然三種理論具有不同的管理哲學和方法論，但是都是旨在實現持續改進的管理模式，且在知識上存在交叉和互補，如果能夠將它們集合成為一個有機整體，充分發揮各自的優勢，將能顯著地提高企業的競爭力，增加企業效益。

1 精益六西格瑪

精益生產的指導原則是，從顧客需求出發，精確地確定顧客價值，識別和優化產品價值流，并通過顧客需求拉動生產，追求盡善盡美[1]。它關注的焦點在于如何減少浪費、優化流程和降低成本[2]。價值流是指產品通過其生產過程的全部活動，它包括從概念設計、產品設計、過程設計直到投產的設計流和從原材料、制造過程直到產品交到顧客手中的生產流[3]。而價值流圖析則是用一組特定的代表圖形畫出物流、信息流和增值流，通過對生產活動相關的物料和信息流地描述，發現生產過程中的浪費，找到需要改進的環節。6σ的σ表示標準差，是用來表征任意一組數據或過程輸出結果的離散程度的指標，是一種評估產品和生產過程特性波動大小的參數。西格瑪水平越高，過程滿足質量要求的能力就越強。六西格瑪旨在消除變異、穩定流程、獲得顧客滿意和最終顯著推高績效[4]。Michael L. George在Lean Six Sigma中認為“精益六西格瑪是一種將精益思想和六西格瑪管理有機融合起來的新方法，它通過提高顧客滿意度、降低生產與經營成本，提高產品與服務質量、加快流程速度和改善資本投入效率”[5]。薛躍等提出了兩者的整合的理論基礎及整合途徑[6]。何幀等認為精益方法與六西格瑪管理的結合，將能創造出超越對手的競爭優勢[7]。周延虎等提出了精益與六西格瑪整合后的組織形式，提出了DMAICⅡ的流程管理方法，并給出了不同階段的處理工具[8]。

雖然學術界和企業實踐層面對六西格瑪和精益生產的整合方式有不同的觀點和做法，但是本質上是基本一致的，比較普遍的做法是將精益的工具融入到六西格瑪成熟的技術路線中去，圖1給出了精益六西格瑪整合的DMAIC技術路線[5]。

2 約束理論

約束理論是以色列物理學家、企業管理顧問高德拉特博士（Dr Eliyahu M.Goldratt）在他開創的最優化生產技術（Optimized Production Technology，OPT）基礎上發展起來的管理思想。 TOC強調必須把企業看成是一個系統，應當有一個明確的目標，一切妨礙企業整體目標的因素都是約束，按照意大利經濟學家柏拉圖的原理，對系統有重大影響的往往是少數幾個約束，為數不多，但至少有一個，否則它就可能有無限的產出。因此，要提高一個系統的產出，必須要打破系統的約束。高德拉特博士在《目標》一書中將TOC管理思想概括為：①找出系統中存在的約束；②尋找突破這些約束的方法；③使企業所有其他活動服從于第二步中提出的措施；④實施這些措施，直至這些約束環節不再是約束；⑤回到步驟①，別讓惰性成為約束，持續不斷改善。

3 精益六西格瑪與TOC整合模型

綜上，給出兩者整合的思路：以生產過程為中心，運用TOC找出系統的約束，松綁和突破約束來提高系統的產出，借助于精益六西格瑪的DMAIC流程管理技術來消除系統中的浪費，降低生產成本。最后，調動其他資源服從于以上的改進措施。整合模型如圖2所示。

下文將以SN生產系統作為研究對象，利用以上模型對該生產系統進行分析優化，以驗證該模型的有效性。

4 A公司面臨的發展瓶頸

A公司是一家大型電子電器產品代工企業，制造各類電子電器產品，近幾年更因代工了某前沿設計公司的系列產品使得企業實現了跨越式發展，該系列產品市場反響熱烈，產品供不應求。但是，在產品需求旺盛的同時，該廠特別是制造部門面臨著越來越多的發展瓶頸，如何突破這些瓶頸的制約，成為公司決策層面臨的現實問題。第一產能無法滿足需求。該公司SN產品目前的產能是470臺/d，而客戶的需求是620臺/d，遠遠滿足不了客戶的需求。第二是產品質量不穩定。該廠在迅速發展過程中，部分工位上出現了不良品，這嚴重影響了產出。第三生產用地緊張。隨著公司的快速發展，新客戶的不斷增加，特別是生產用的原材料、在制品和成品庫存的大量增加，導致生產用地越來越緊張。

5 精益六西格瑪DMAIC優化

5.1 界定階段

①提高產能以滿足客戶需求，以單位時間產量衡量；②降低過程的變異，以系統的流通率衡量；③提高單位面積的產值，以單位面積的日產量衡量。

5.2 測量階段

本次收集數據前，對測量工具的準確性進行評估，由于使用了精度較高的測量工具，本次測量工具的準確性均滿足要求。SN產品的流程如表1所示。

5.3 分析階段

由Y=f（X1，X2，......Xn），RTY=FTY1XFTY2X...XFTYn，RTY值取決于每個過程的良率FTY，得出關鍵輸入變量為FTY1。根據帕累托原理進一步篩選出有可能影響該活動良率的關鍵因素。發現影響FTY1的不良類型主要是劃痕和變形，按照5M1E分析方法團隊成員進行頭腦風暴，得出：①環境因素：劃區域、溫度、酸堿性；②材料：供應商、成分配比；③人員：作業員、培訓、管理人員；④方法：移動、搬運、存放方式；⑤機器：作業工具、夾具、墊套等。通過現場觀察，發現殼體的劃痕和變形主要出現在殼體的底部，可見，“存放方式”是影響FTY1的主要原因。

團隊對SN產品的價值流圖析技術及生產線現場、作業方法分析，發現以下問題。①增值時間占比很低。由精益生產對價值的定義知，增值比η=0.0756，增值時間占生產周期時間很低，存在較多浪費。②Burning和掃頻測試工位處存在在制品。前者由于使用的是轉運貨架，等到裝滿貨架（每架24臺）后一次性轉運，后者滿6臺后一次性測試，都不同程度上造成等待的浪費，二者的平均等待時間經實際測量分別為2280s和570s。③SN產線的瓶頸工位在Burning工位和插高低喇叭線工位。④物流與信息流控制不合理。每周各零部件來料一次，造成材料倉庫和生產線入口處存在大量零部件等待加工，外購件到貨后要經過倉儲后轉到生產線上，平均等待3天時間。

SN產線每班有效工作時間：從每班時間8h減去兩次休息時間共0.5h，每班維持5S時間0.1h，計劃內外停工時間共0.25h，得到可生產時間7.15h，進一步減掉每班等待時間，得到產能P=229臺，產量遠不能滿足客戶的要求。

5.4 改進階段

依照約束理論，瓶頸處資源的能力直接決定了系統的產出能力。對于SN生產線，影響產出的首要制約因素是箱體檢驗過程的穩定性差，導致操作時間長。從上文可知，影響FTY1的關鍵因素是“存放方式”。針對此種情況，確定如下改進措施：①箱體加包裝；②箱體底部貼保護膜；③改堆積為分層放置；④取放帶保護手套；⑤作業面鋪橡膠層；⑥存放通風干燥。改進措施實施后，該工位操作時間由100s大幅縮短為27s。此約束對系統的制約作用退居到次要位置，為進一步提高產能，提高生產用地的使用效率，對生產線的優化如下。

①依照精益生產思想，盡可能使得生產過程流動起來。Burning工位設置帶有控制功能的先入先出通道。當通道占滿時控制裝置即發出中止信號，停止上游的工作，直到通道里的在制品數量低于設定數量后再作業。而掃頻測試工位處采用多接頭輪流測試，前臺機器進行測試時，操作員做下臺機器測試前的準備工作。經改進后消除了在制品等待引起的浪費；分解插線工位。增加一套治具，將插高音喇叭線與低音喇叭線分解，插低音喇叭線的動作合并到裝面板工位，測得為78s，而此工位只插高音喇叭線，時間為67s。②改變內外部物流規劃。協商建立準時采購系統，由各外協件供應商各自送貨的方式改為“牛奶車”形式，降低來料批量，提高來料頻率，將來料頻率由每周一次變為每日一次。同時，線上采用“水蜘蛛”上料，根據物料特性制定上料頻次。③將直線型流水線改成Cell型布局。針對SN生產線，將直型皮帶線布局變為Cell型布局，合并箱體檢驗工位與鐳雕工位、貼SCI/B，裝擋板工位與掃頻測試工位，改變后布局如圖3所示。

基于該模型改善前后對比如表2所示。

5.5 控制階段

各工位按照所示布局進行“5S”活動。各作業重新制定標準作業文件，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，制定應變預案。

6 總結

本文在將精益的工具融入到六西格瑪成熟的技術路線中，并提出了結合約束理論的改善模型。利用該模型，對A公司SN產品的生產流程，物流規劃和產線布置進行優化，不斷突破制約企業進一步發展的瓶頸因素，進而提高流程的產能和單位面積的產出，降低流程的變異。通過對改進前后的數據對比，證明了該模型的有效性，從而帶來了客戶滿意度和企業進一步發展的能力。

參考文獻：

[1]JAMES P WOMACK， DANIEL T JONES. Lean Thinking： Banish Waste and Create Wealth in Your Corporation[M]. New York： Simon & Schuster，2003.

[2]大野耐一.豐田生產方式[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[3]魯斯·邁克，舒克·約翰.學習觀察[M].美國麻?。壕嫫髽I研究所，2003.

[4]馬林，何楨.六西格瑪管理[M].北京：中國人民大學出版社，2007.

[5]Michael L George. Lean Six Sigma： Combining Six Sigma Quality With Lean Speed [M].New York：The McGraw Hill Companies Inc，2002：15-34.

[6]薛躍，盛黨紅.6σ管理法與精益生產整合研究[J].科學學與科學技術管理，2003（1）：103-106.

[7]何幀，車建國.精益六西格瑪：新競爭優勢的來源[J].天津大學學報（社會科學版），2005，7（5）：321-325.

[8]周延虎，何楨，高雪峰.精益生產與六西格瑪管理的對比與整合[J].工業工程，2006，9（6）：1-4.