基于TOC和精益六西格玛的生产系统优化

裴小兵　胡伟

摘要：TOC以发现约束、分析约束、解决约束从而提高系统绩效。精益方法关注于减少浪费、优化流程和降低成本。而六西格玛旨在消除变异、稳定流程、获得顾客满意和最终显著提高绩效。三者本质上都是旨在实现持续改进的管理模式，存在互补优势。为此，本文在精益六西格玛一般模型的基础上提出了结合TOC的改善模型，然后利用该模型对产品SN的生产系统优化为例，以验证该模型的有效性。

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.

关键词：TOC；精益生产；六西格玛理论；整合模型；优化

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

中图分类号：F252 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）05-0235-03

0 引言

科技的迅速发展和激烈的市场竞争，制造业进入了新的发展阶段。缩短交货期、提高产品质量并不断降低成本是企业特别是制造型企业需要面对的永恒课题。20世纪80年代以来，诞生了精益生产、六西格玛管理和TOC三种具有广泛影响的管理理论，它们在众多企业管理实践中被证明是提高经营管理水平的有效工具。从理论上分析，虽然三种理论具有不同的管理哲学和方法论，但是都是旨在实现持续改进的管理模式，且在知识上存在交叉和互补，如果能够将它们集合成为一个有机整体，充分发挥各自的优势，将能显著地提高企业的竞争力，增加企业效益。

1 精益六西格玛

精益生产的指导原则是，从顾客需求出发，精确地确定顾客价值，识别和优化产品价值流，并通过顾客需求拉动生产，追求尽善尽美[1]。它关注的焦点在于如何减少浪费、优化流程和降低成本[2]。价值流是指产品通过其生产过程的全部活动，它包括从概念设计、产品设计、过程设计直到投产的设计流和从原材料、制造过程直到产品交到顾客手中的生产流[3]。而价值流图析则是用一组特定的代表图形画出物流、信息流和增值流，通过对生产活动相关的物料和信息流地描述，发现生产过程中的浪费，找到需要改进的环节。6σ的σ表示标准差，是用来表征任意一组数据或过程输出结果的离散程度的指标，是一种评估产品和生产过程特性波动大小的参数。西格玛水平越高，过程满足质量要求的能力就越强。六西格玛旨在消除变异、稳定流程、获得顾客满意和最终显著推高绩效[4]。Michael L. George在Lean Six Sigma中认为“精益六西格玛是一种将精益思想和六西格玛管理有机融合起来的新方法，它通过提高顾客满意度、降低生产与经营成本，提高产品与服务质量、加快流程速度和改善资本投入效率”[5]。薛跃等提出了两者的整合的理论基础及整合途径[6]。何帧等认为精益方法与六西格玛管理的结合，将能创造出超越对手的竞争优势[7]。周延虎等提出了精益与六西格玛整合后的组织形式，提出了DMAICⅡ的流程管理方法，并给出了不同阶段的处理工具[8]。

虽然学术界和企业实践层面对六西格玛和精益生产的整合方式有不同的观点和做法，但是本质上是基本一致的，比较普遍的做法是将精益的工具融入到六西格玛成熟的技术路线中去，图1给出了精益六西格玛整合的DMAIC技术路线[5]。

2 约束理论

约束理论是以色列物理学家、企业管理顾问高德拉特博士（Dr Eliyahu M.Goldratt）在他开创的最优化生产技术（Optimized Production Technology，OPT）基础上发展起来的管理思想。 TOC强调必须把企业看成是一个系统，应当有一个明确的目标，一切妨碍企业整体目标的因素都是约束，按照意大利经济学家柏拉图的原理，对系统有重大影响的往往是少数几个约束，为数不多，但至少有一个，否则它就可能有无限的产出。因此，要提高一个系统的产出，必须要打破系统的约束。高德拉特博士在《目标》一书中将TOC管理思想概括为：①找出系统中存在的約束；②寻找突破这些约束的方法；③使企业所有其他活动服从于第二步中提出的措施；④实施这些措施，直至这些约束环节不再是约束；⑤回到步骤①，别让惰性成为约束，持续不断改善。

3 精益六西格玛与TOC整合模型

综上，给出两者整合的思路：以生产过程为中心，运用TOC找出系统的约束，松绑和突破约束来提高系统的产出，借助于精益六西格玛的DMAIC流程管理技术来消除系统中的浪费，降低生产成本。最后，调动其他资源服从于以上的改进措施。整合模型如图2所示。

下文将以SN生产系统作为研究对象，利用以上模型对该生产系统进行分析优化，以验证该模型的有效性。

4 A公司面临的发展瓶颈

A公司是一家大型电子电器产品代工企业，制造各类电子电器产品，近几年更因代工了某前沿设计公司的系列产品使得企业实现了跨越式发展，该系列产品市场反响热烈，产品供不应求。但是，在产品需求旺盛的同时，该厂特别是制造部门面临着越来越多的发展瓶颈，如何突破这些瓶颈的制约，成为公司决策层面临的现实问题。第一产能无法满足需求。该公司SN产品目前的产能是470台/d，而客户的需求是620台/d，远远满足不了客户的需求。第二是产品质量不稳定。该厂在迅速发展过程中，部分工位上出现了不良品，这严重影响了产出。第三生产用地紧张。随着公司的快速发展，新客户的不断增加，特别是生产用的原材料、在制品和成品库存的大量增加，导致生产用地越来越紧张。

5 精益六西格玛DMAIC优化

5.1 界定阶段

①提高产能以满足客户需求，以单位时间产量衡量；②降低过程的变异，以系统的流通率衡量；③提高单位面积的产值，以单位面积的日产量衡量。

5.2 测量阶段

本次收集数据前，对测量工具的准确性进行评估，由于使用了精度较高的测量工具，本次测量工具的准确性均满足要求。SN产品的流程如表1所示。

5.3 分析阶段

由Y=f（X1，X2，......Xn），RTY=FTY1XFTY2X...XFTYn，RTY值取决于每个过程的良率FTY，得出关键输入变量为FTY1。根据帕累托原理进一步筛选出有可能影响该活动良率的关键因素。发现影响FTY1的不良类型主要是划痕和变形，按照5M1E分析方法团队成员进行头脑风暴，得出：①环境因素：划区域、温度、酸碱性；②材料：供应商、成分配比；③人员：作业员、培训、管理人员；④方法：移动、搬运、存放方式；⑤机器：作业工具、夹具、垫套等。通过现场观察，发现壳体的划痕和变形主要出现在壳体的底部，可见，“存放方式”是影响FTY1的主要原因。

团队对SN产品的价值流图析技术及生产线现场、作业方法分析，发现以下问题。①增值时间占比很低。由精益生产对价值的定义知，增值比η=0.0756，增值时间占生产周期时间很低，存在较多浪费。②Burning和扫频测试工位处存在在制品。前者由于使用的是转运货架，等到装满货架（每架24台）后一次性转运，后者满6台后一次性测试，都不同程度上造成等待的浪费，二者的平均等待时间经实际测量分别为2280s和570s。③SN产线的瓶颈工位在Burning工位和插高低喇叭线工位。④物流与信息流控制不合理。每周各零部件来料一次，造成材料仓库和生产线入口处存在大量零部件等待加工，外购件到货后要经过仓储后转到生产线上，平均等待3天时间。

SN产线每班有效工作时间：从每班时间8h减去两次休息时间共0.5h，每班维持5S时间0.1h，计划内外停工时间共0.25h，得到可生产时间7.15h，进一步减掉每班等待时间，得到产能P=229台，产量远不能满足客户的要求。

5.4 改进阶段

依照约束理论，瓶颈处资源的能力直接决定了系统的产出能力。对于SN生产线，影响产出的首要制约因素是箱体检验过程的稳定性差，导致操作时间长。从上文可知，影响FTY1的关键因素是“存放方式”。针对此种情况，确定如下改进措施：①箱体加包装；②箱体底部贴保护膜；③改堆积为分层放置；④取放带保护手套；⑤作业面铺橡胶层；⑥存放通风干燥。改进措施实施后，该工位操作时间由100s大幅缩短为27s。此约束对系统的制约作用退居到次要位置，为进一步提高产能，提高生产用地的使用效率，对生产线的优化如下。

①依照精益生产思想，尽可能使得生产过程流动起来。Burning工位设置带有控制功能的先入先出通道。当通道占满时控制装置即发出中止信号，停止上游的工作，直到通道里的在制品数量低于设定数量后再作业。而扫频测试工位处采用多接头轮流测试，前台机器進行测试时，操作员做下台机器测试前的准备工作。经改进后消除了在制品等待引起的浪费；分解插线工位。增加一套治具，将插高音喇叭线与低音喇叭线分解，插低音喇叭线的动作合并到装面板工位，测得为78s，而此工位只插高音喇叭线，时间为67s。②改变内外部物流规划。协商建立准时采购系统，由各外协件供应商各自送货的方式改为“牛奶车”形式，降低来料批量，提高来料频率，将来料频率由每周一次变为每日一次。同时，线上采用“水蜘蛛”上料，根据物料特性制定上料频次。③将直线型流水线改成Cell型布局。针对SN生产线，将直型皮带线布局变为Cell型布局，合并箱体检验工位与镭雕工位、贴SCI/B，装挡板工位与扫频测试工位，改变后布局如图3所示。

基于该模型改善前后对比如表2所示。

5.5 控制阶段

各工位按照所示布局进行“5S”活动。各作业重新制定标准作业文件，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，制定应变预案。

6 总结

本文在将精益的工具融入到六西格玛成熟的技术路线中，并提出了结合约束理论的改善模型。利用该模型，对A公司SN产品的生产流程，物流规划和产线布置进行优化，不断突破制约企业进一步发展的瓶颈因素，进而提高流程的产能和单位面积的产出，降低流程的变异。通过对改进前后的数据对比，证明了该模型的有效性，从而带来了客户满意度和企业进一步发展的能力。

参考文献：

[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.丰田生产方式[M].北京：中国铁道出版社，2006.

[3]鲁斯·迈克，舒克·约翰.学习观察[M].美国麻省：精益企业研究所，2003.

[4]马林，何桢.六西格玛管理[M].北京：中国人民大学出版社，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]薛跃，盛党红.6σ管理法与精益生产整合研究[J].科学学与科学技术管理，2003（1）：103-106.

[7]何帧，车建国.精益六西格玛：新竞争优势的来源[J].天津大学学报（社会科学版），2005，7（5）：321-325.

[8]周延虎，何桢，高雪峰.精益生产与六西格玛管理的对比与整合[J].工业工程，2006，9（6）：1-4.