基于工业工程集成方法的生产系统优化

摘 要：约束理论（Theory of Constraint，TOC）通过以整体观聚焦约束、分析约束、解决约束提高限制系统总体性能；精益生产（Lean Production，LP）关注价值流，减少浪费、降低成本；而六西格玛（Six Sigma，SS）旨在消除变异、减少波动，稳定流程、获得顾客满意度。三者本质上都是为了实现持续改进的管理模式，存在优势互补。文章结合约束理论、精益生产、六西格玛建立（TOC-Lean Production-Six Sigma，TLS）集成模型，并利用该模型对A公司手机组装生产线进行改善，验证该模型的实际成效。

关键词：约束理论；精益生产；六西格玛；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

S着市场多样化的加深，顾客不断变化的要求，对产品质量、交货期、定制化提出了巨大的挑战，企业只有改进管理方式，提高产品质量，缩短响应时间，加快生产流程才能提高顾客满意度。为了减少浪费、降低成本，提高质量、缩短交期，越来越多的企业家和管理者开始关注精益生产、约束理论、六西格玛管理三种极具影响力的先进管理理论。三种方法有着不同的改善方法和侧重点，但是在实现持续改进的目标上存在知识的互补，如果从各自改善要素入手，并进行有机结合，找到最佳的结合点―从目标、聚焦对象、方法工具等角度进行集成、耦合以实现持续改进的管理模式，对瓶颈工序循环改善，从而在减少浪费、降低成本，提高质量、缩短交期方面取得单一方法无法比拟的竞争优势。本文选择具有典型性的组装线结合企业生产实际，运用工业工程集成方法分析与改善技术，探讨改善手机组装生产线生产组织管理方法，对解决企业实际问题，提高生产效率，降低成本起到一定的借鉴作用。

1 三种管理理论的优缺点对比

1.1 TOC理论的优缺点。TOC理论是在以色列物理学家、企业管理学家高德拉特博士开创的最优生产技术（Optimized Production Technology，OPT）基础上发展而来的一种聚焦于通过提高限制系统总体性能的约束的管理方法，也被称为“99%-1%聚焦”。

约束理论的优点主要体现在：整体观，TOC非常关注企业经营的整体性并聚焦所有的精力对此进行改善，改善所付出的努力才能反映到企业整体财务边际利润上；逻辑观，TOC强调在做决策的时候有逻辑思维做支撑，而不是凭经验做决策；TOC强调效益产出，而不是强调成本节约。而约束理论的不足有：TOC的导入时，对人的观念转变要求极高；TOC对企业经营的一些微观改善细节的关注度不够，比如如何降低产品不良率、如何减少过程变异、如何实现哪些有形成本的节约等。

1.2 精益生产的优缺点。精益方法是在丰田生产方式基础上发展起来的，综合批量生产与单件生产的优点，是能够最大限度消除浪费和降低库存以及缩短生产周期，力求实现低成本准时生产的技术，其最终目的是通过流程整体优化、均衡物流、高效利用资源、消灭一切库存和浪费，达到用最少的投入向顾客提供最完美价值的目的。

精益生产的优势主要有：以顾客角度定义价值，防止过度加工等的额外花销转嫁给顾客，能实现客户需求的最大满足；强调以人为中心，精益生产将人视为企业重要的资源，强调人的因素，重视员工的培养；拉式系统的应用，建立客户需求信息机制，通过这样的方式让价值流动起来；消除浪费、优化流程、降低成本；缩短生产周期，提高响应速度，精益方法以最终客户需求为起点，采用看板管理，以后道工序准时拉动前道工序，通过生产单元之间的均衡与协调，快速而可靠地减少流程周期和前置时间，提高效率，加速资金流转，最终大大提高企业对市场变化的响应度。

与此同时，精益生产也有很多不足：精益对企业的要求比较高。导入的条件含：需要产品品种比较稳定，产品市场需求不能变化太大，产品生命周期比较长；缺乏严谨的定量分析；对波动处理不力，波动是客观存在的，企业实施精益方法失败绝大多数都是因为波动造成的；实施精益生产要得到真正的成果需要很长时间的不断投入，进行持续不断的详细优化。

1.3 六西格玛的优缺点。六西格玛是一种以顾客驱动的追求卓越绩效和持续改进的管理哲学。六西格玛管理法是一种统计评估法，核心是追求零缺陷生产，防范产品责任风险，降低成本，提高生产率和市场占有率，提高顾客满意度和忠诚度。六西格玛管理既着眼于产品、服务质量，又关注过程的改进。给顾客创造经济价值和达到顾客完全满意，从而提高企业的综合竞争能力和盈利水平。

六西格玛的优势有：以顾客为中心。任何一个六西格玛项目或问题的解决，都要从顾客的需求出发，让顾客满意，追求顾客忠诚，是六西格玛核心特征之一；以问题为中心，追求持续改进。六西格玛管理法采用PDCA循环发展而来的DMAIC及SIPOC过程分析模式，通过对整个流程周而复始、反复不断地实施定义、测量、分析、改进和控制，使流程各个环节得到修正和补充，实现流程的螺旋式提升，进而使产品质量得到持续改进；六西格玛用大量统计工具，精确界定问题，强调以客观的数据和事实为依据，运用科学的分析方法对实际问题进行量化分析。不足之处主要有：六西格玛无法显著提高流程周转速度或者减少资本投入，不鼓励创新从而削弱了企业的市场响应能力；六西格玛需要很长的周期时间，忽视时间问题也是六西格玛管理的一大不足。

2 约束理论、精益生产、六西格玛集成模型

约束理论、精益生产、六西格玛都是工业工程中用于减少浪费、降低成本、提高质量、缩短交货期、提高产出的重要方法，但是单个方法目标单一，具有各自局限性，难以解决实际系统复杂的问题。通过对比三种管理理论理念和改善方法（如表1所示），整合出三者的集成思路：以生产过程为研究对象，运用TOC方法聚焦生产系统的约束，对约束进行第一层次的充分利用，然后利用精益方法消除浪费（用价值流图分析增值和非增值活动），提高瓶颈的生产能力，从而增加产出，对瓶颈进行流程方面的第二层充分利用，最后利用六西格聚焦该方法提高瓶颈的稳定性，防止变异，减少波动，进行品质改善方面的第三层次充分利用，TLS集成模式图见图2。通过三个层次充分利用后，瓶颈就会被打破，通过改善循环，将发现新的改善视野，实现持续改善，实现1+1+1>3的集成效应。

3 TLS模型的实例应用

3.1 现状分析。A公司手机组装流程见表2，生产线布局见图3。表中所测数据均采用精度较高的测量工具多次测量，取均值且进行测量数据的正确性进行验证，画出了控制图随机分布拟合，拟合的数据符合正态分布；正态性检验，获得P值为0.733

>α=0.01，判断结果为正态分布，故数据的准确性满足要求。

通过对各工序进行时间研究和动作研究得到山积表见图4，对山积表进行分析可以看出工序10为瓶颈工序，制约系统的总体产出并且影响系统的产出。此时生产线的主要指标有，瓶颈时间：11.24S；直接人力：32人；平衡率：66.4%；周期时间：234.98S。

通过对手机组装线的价值流图、生产现场、作业方法过程分析，发现以下问题：（1）增值时间占比低，非增值工序时间占比大，存在浪费；（2）生产线平衡率低，在制品量高，人均产量低；（3）物流与信息流控制不合理，每周批量来料，造成零件在仓库等待，库存浪费；（4）产能不足，组装生产线有效工作时间：每班8小时，减去2次休息时间共0.5小时，每班维持5S时间和机器维护时间0.2小时，计划外平均停工时间0.3小时，得到生产时间为7小时，产能P=2 240台，产量不能满足客户需求；（5）对布局图进行分析，现存布局存在以下问题：组装线采用直线式排列，对空间的利用率低，组装线各工位后有大量在制品，造成库存浪费，各工位间采取人人传递方式流动，造成动作浪费。

最后，从5M1E角度通过鱼骨图（见图5）分析产生不良的原因，并根据帕累托原理得出影响良率的关键因素为装、压过程。

3.2 生产线改善方案。首先根据约束理论，瓶颈处的生产能力决定系统的最终产出，对组装生产线，影响产出的最主要制约因素是前后盖组合工序时间过长。对前后盖组合工位进行动作分析，充分利用瓶颈工序。然后用精益方法改进该瓶颈工序并使其他工序与瓶颈工序协同，主要通过采用 5W1H 提问技术和 ECRS原则对工序进行改进和重组，与此同时对影响质量的工序进行改进。提出如表3改进措施，改善后流程见表4；并且改善现行布局，将直线型流水线改成“U”型布局，并且安装传送带取代人人传递方式。与供应商协商建立JIT采购系统，将送货方式改为“Milk Run”形式，提高来料频率，降低来料批量，同时，在生产线上采用“水蜘蛛（Water Spider）”上料方式，根据各工位用量和特性安排上料次数。改善后流水线如图6，改善山积表如图7。

最后，各工位制定相应的标准作业文件，对操作人员进行相关培训。各作业特别是瓶颈作业制定失效模式和后果分析文件，制定应急预案，防止变异的产生和改良生产线的维护。基于该模型改善前后对比如表5所示，同时U型线的使用使空间得到有效利用，便于员工之间、员工与管理者之间、员工与用户之间的信息沟通。

4 总 结

本文将约束理论、精益生产和六西格玛的集成模型应用于A公司手机组装生产，对流程、物流规划、车间布置和产品质量进行优化，使企业突破系统瓶颈，进而提高系统产能，提高产品的良率，证明了该模型对企业改善优化的可行性，充分发挥了TOC、Lean Production、Six Sigma特色的功效。现在企业管理走向精益化、集约化，将三者紧密连接，大幅提高了企业利润。

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