約束理論和精益生產相結合的應用

呂春芳

一、約束理論和精益生產簡介和比較

約束理論是由以色列物理學家戈德拉特博士提出的，該理論認為企業內部存在各種不確定的因素，至少都會有一個約束因素，企業要找出和改進約束瓶頸，才能使效能最大化。

精益生產最早起源于日本豐田生產體系（TPS），以消滅浪費和不斷改善為核心， 根據客戶需求投入最少的成本，生產出符合客戶需求的產品。

約束理論強調增加產銷量，精益生產則強調減少浪費。約束理論做著加法的工作，而精益生產則在做著減法的努力。當生產環節存在約束因素的時候，實施精益生產，很難取得預期效果;而使用約束理論時，缺乏針對生產改善的工具和方法，效果同樣不盡如人意，這兩種方法可以綜合運用，既解決了生產瓶頸問題，也減少浪費，提高了生產效率，減少了企業成本。

二、約束理論在C公司的應用研究

C公司成立于2014年，2015年10月開始正式生產，是一家主要從事洗滌用芳香粒的研發及生產的外資企業，所處行業為居民生活快消品制造業。C公司有兩類自動化程度較高的生產流水線，一類為生產出半成品粒子的造粒線，另一類為把粒子罐裝進瓶或袋的包裝線。

公司存在部分生產能力過剩，生產出的產品不一定有客戶買單，外部約束因素就是市場。客戶是公司實現從產品到利潤過程中不可缺少的重要環節，也是最重要的環節，所以公司堅決以市場為導向，嚴格按照客戶的訂貨量來衡量生產環節所需的資源。

造粒線的生產流程為通過電子集成系統將原料按BOM比例按順序投入到混料罐，邊投料邊攪拌，然后在造粒機上加工成顆粒狀粒子，再經過冷卻，裝入噸袋，最后運送到倉庫。混料罐內投料加攪拌共需140分鐘，而將之全部加工成粒子、冷卻、裝袋共需190分鐘，投料攪拌與生產不能同時進行，形成約一半的無效等待時間，造成人力和設備資源的浪費，故造粒線的約束工序在投料和攪拌，為了減少無效等待時間，增加產線有效運行時間，提高約束工序的產能，項目工程部在布局流水線時，在第一個混料罐后面多加了一個同樣大小的混料罐作為緩沖罐。這樣的話，全天的產量提高約57%。

瓶型包裝線的生產流程為擺瓶、罐裝、蓋內外蓋、貼膜、膜上打日期碼、紙箱成型、產品裝箱、紙箱封箱打碼、產品碼垛、產品入倉庫貨架。單件流的節拍為每分鐘產出120瓶成品，瓶頸工位為貼膜和紙箱成型。由于瓶頸決定著單件流的速度，影響了整條流水線的速度和產出，幫助瓶頸工位提高速度和產能就能提高整條流水線的速度和產能。C公司的應對措施為設置合適的緩沖庫存：卷膜投料機中另配備了一卷作為緩沖卷膜，這樣使用新卷膜時不影響整條流水線的正常運行速度，不造成工序擁堵;加長了紙箱成型的支線流水線與主流水線之間的距離來存放部分庫存作為緩沖，并且為了防止突發的機器故障，產線工作人員還在支線流水線旁邊放置了一些已成型好了的紙箱以備不時之需。同時為了提高瓶頸工位的設備利用率，瓶頸工位前設置有剔除不合格的裝置，如罐裝工位后設有稱重剔除裝置，剔除掉多罐或少罐的瓶子;蓋內外蓋工位后也設有高度檢測和光眼檢測裝置檢測少蓋的、蓋歪的瓶子;貼膜工位后設有光眼檢測儀器裝置，剔除掉套膜有缺陷的瓶子;這些自動剔除出來的不合格的產品需工位上的員工及時修正錯誤后放回到流水線上繼續往下生產直至完工。

C公司從2017年9月起，將流水線速度提高到每分鐘136瓶，每分鐘產出提高了16瓶，全天2個班次提高產量13%。在提速過程中，瓶頸工位也發生了改變，由之前的貼膜和紙箱成型工位變成了罐裝工位。生產工程師通過深入調查和研究，花費少許投入，將管道吸入的投料方式改成通過重力作用直接投料。

三、精益生產在C公司的應用研究

1.減少產品切換的時間。由于篇幅受限，此處僅研究提高生產率的精益思想。上述產量的增加率均假設C公司不換產只生產一種粒子或只包裝一種型號的產品的情況，而現實的情況非常復雜， 2018年公司造粒線共有15種香型的粒子，2019年隨著越來越多的競爭者加入，市場競爭越來越激烈，為了爭取更多的客戶，公司更新了配方并增加了新的香型產品，2019年增至18種香型，2020年增至25種，瓶型包裝線增至30種罐裝規格，客戶訂單越來越趨向于小批量多品種多型號，產品切換的頻率增多了，停線切換的時間變長了。這樣的話全天產量的提升就沒有上述分析的多。當造粒線切換時，停線清理時間為每次150分鐘，平均1天要切換1.25次，意味著全天要停線188分鐘，而且在放假前夕、特殊香型粒子切換前、以及特殊客戶訂單前要水洗混料罐和緩沖罐，日平均停線時間也將延長至216分鐘。流水線的使用效率下降，那么如何減少切換時的等待時間呢？

研發部和生產部門歷經數月經過多次研究和測試，成功地在2019年完成了干洗切換項目，替代了之前的水洗切換，將生產切換的內作業變成外作業，每次減少停工100分鐘，不過上述放假、特殊切換情況下仍然要水洗混料罐和緩沖罐。由于目前日平均切換次數增至3次，停機時間增加87.5分鐘，抵減掉了部分干洗切換項目帶來的流水線有效運行時間的增加。

減少切換時間的其他途徑還有：不同產品的道具、模具組套化放置在定制小推車的不同層的工具箱內;切換時所必須使用到的道具、模具按照5S的要求整理歸類好，安放在線邊專門的位置，方便快速找到目標物也減少了以后切換前的準備工作;按照公司產品切換時的標準流程進行作業，減少后續調整花費的時間;造粒線和瓶型包裝線員工在停線切換時分工合作，各司其職，爭分奪秒;用插銷、定制夾具、壓桿等方式減少螺絲緊固，減少固定及卸下螺絲所花費的時間。

2.合理安排生產計劃。在安排造粒線生產計劃時先安排大切換的產品，再安排小切換的產品，減少水洗切換帶來的停線時間;同款香型的粒子盡量安排在一起生產;在安排瓶型包裝線生產計劃時盡量將同款香型的粒子安排在一起包裝，再安排僅需更換外包裝的產品，從而達到減少生產不同產品的切換次數，減少停機等待的目的。

3.全面預防性維護機器設備。由于C公司機械自動化程度較高，對機器的依賴程度較高，預防和日常維護機器顯得尤其重要。維護好了有助于緩解停機時間，提高整條流水線的生產效率，提高機器的安全性以及降低廢品率和降低速度損失。C公司的做法是流水線上指定專人作為機器管理員，開機前詳細記錄設備參數和狀態，生產時監視自己負責的機器的運行情況及在制品的不合格剔除的運行情況;生產維修部定期巡檢保養設備，記錄跟蹤易損件的運行時間，預估損壞時間，及時更換不良配件;生產維修部每月進行一次停線保養，做好預防性維護工作;員工如在生產過程中發現不安全行為和狀態，及時與生產線領班聯系，鼓勵員工在精益云軟件中的安全子模塊中提案，由專人負責跟蹤，直至消除隱患，提案的員工有積分獎勵，積分可兌換實物。

4.培養多技能員工。加強崗位培訓，培養一崗多能工：員工不光要會投原料，還要會切換時更換模具，調試設備參數，面對突發的機器小故障如卡料會正確處理。如此直接減少了產品切換時的時間。另外安排瓶型包裝線員工到幾條不同的袋裝包裝線輪崗學習，這樣員工不光學會了很多技能，增加了職場競爭力，企業也能更靈活的根據生產計劃安排人員，節約了人力成本。

通過這些精益改善，使得造粒線日平均停線時間從原來的216分鐘降至144分鐘，減少72分鐘停機時間，提高日產量2.28噸。瓶型包裝線日平均停線時間由原來的192分鐘減至現在的144分鐘，節約了48分鐘，日產量提高了1，088箱。

四、未來持續改善的思考

造粒線日平均停線144分鐘降低產量4.56噸，未來如何減少這144分鐘的停線時間呢？可以嘗試改造緩沖罐與造粒機之間的管道，這樣可以將30分鐘從內作業變成外作業，不需要額外停機，切換時只需要做些簡單的清潔工作，僅需要停線18分鐘，目前日平均切換3次，意味著可以節約90分鐘的停線時間，可以提高日產量2.85噸。由于管道改造需要另外投資，公司管理層需要評估改造后增加的產量是否能被市場訂單所吸收，改造成本與收益是否成正比。

如果未來瓶型包裝線需要進一步提高運行速度至每分鐘150瓶或更多，原先的瓶頸工位貼膜更加不能勝任，只能另外投資添置其他貼膜方式的機器。原先的人力工位可能需要添加人手或提高自動化程度。新的投資需事先衡量投入與產出是否成正比。而目前市場競爭越來越激烈，客戶需求也越來越多元化，袋裝產品訂單量正在奮起直追瓶裝產品訂單量，瓶線現有資源及現有運行速度可以滿足現在的訂單需求。投資需謹慎對待，不需另外投資卻能提高產能的方法目前更受青睞：比如及時與銷售確認銷售計劃，及時調整及合并生產計劃以減少切換;及時調整采購計劃讓供應商準時送貨到工廠，避免因原材料短缺導致臨時變更生產計劃、臨時增加產品切換;進一步優化減少切換時的停機時間。

五、結語

通過對C公司的研究，發現C公司運用約束理論提高了瓶頸工位的產能，并設置適當的庫存緩沖，瓶頸工位前設置質量不合格自動剔除裝置，提高整條生產線運行速度，從而有效地提高了產能。由于客戶訂單越來越趨向于小批量多品種多型號，產品切換頻率增加，停線時間變長，C公司通過運用精益思想，減少切換停機時間、合理安排生產計劃、全面維護生產設備、培養一崗多能工等手段來提高生產線運行效率，降低公司成本。未來企業還在存續，競爭還在持續，企業的持續改善之路仍在繼續。

（作者單位：科瑞茉（無錫）日用品有限公司）