约束理论和精益生产相结合的应用

吕春芳

一、约束理论和精益生产简介和比较

约束理论是由以色列物理学家戈德拉特博士提出的，该理论认为企业内部存在各种不确定的因素，至少都会有一个约束因素，企业要找出和改进约束瓶颈，才能使效能最大化。

精益生产最早起源于日本丰田生产体系（TPS），以消灭浪费和不断改善为核心， 根据客户需求投入最少的成本，生产出符合客户需求的产品。

约束理论强调增加产销量，精益生产则强调减少浪费。约束理论做着加法的工作，而精益生产则在做着减法的努力。当生产环节存在约束因素的时候，实施精益生产，很难取得预期效果;而使用约束理论时，缺乏针对生产改善的工具和方法，效果同样不尽如人意，这两种方法可以综合运用，既解决了生产瓶颈问题，也减少浪费，提高了生产效率，减少了企业成本。

二、约束理论在C公司的应用研究

C公司成立于2014年，2015年10月开始正式生产，是一家主要从事洗涤用芳香粒的研发及生产的外资企业，所处行业为居民生活快消品制造业。C公司有两类自动化程度较高的生产流水线，一类为生产出半成品粒子的造粒线，另一类为把粒子罐装进瓶或袋的包装线。

公司存在部分生产能力过剩，生产出的产品不一定有客户买单，外部约束因素就是市场。客户是公司实现从产品到利润过程中不可缺少的重要环节，也是最重要的环节，所以公司坚决以市场为导向，严格按照客户的订货量来衡量生产环节所需的资源。

造粒线的生产流程为通过电子集成系统将原料按BOM比例按顺序投入到混料罐，边投料边搅拌，然后在造粒机上加工成颗粒状粒子，再经过冷却，装入吨袋，最后运送到仓库。混料罐内投料加搅拌共需140分钟，而将之全部加工成粒子、冷却、装袋共需190分钟，投料搅拌与生产不能同时进行，形成约一半的无效等待时间，造成人力和设备资源的浪费，故造粒线的约束工序在投料和搅拌，为了减少无效等待时间，增加产线有效运行時间，提高约束工序的产能，项目工程部在布局流水线时，在第一个混料罐后面多加了一个同样大小的混料罐作为缓冲罐。这样的话，全天的产量提高约57%。

瓶型包装线的生产流程为摆瓶、罐装、盖内外盖、贴膜、膜上打日期码、纸箱成型、产品装箱、纸箱封箱打码、产品码垛、产品入仓库货架。单件流的节拍为每分钟产出120瓶成品，瓶颈工位为贴膜和纸箱成型。由于瓶颈决定着单件流的速度，影响了整条流水线的速度和产出，帮助瓶颈工位提高速度和产能就能提高整条流水线的速度和产能。C公司的应对措施为设置合适的缓冲库存：卷膜投料机中另配备了一卷作为缓冲卷膜，这样使用新卷膜时不影响整条流水线的正常运行速度，不造成工序拥堵;加长了纸箱成型的支线流水线与主流水线之间的距离来存放部分库存作为缓冲，并且为了防止突发的机器故障，产线工作人员还在支线流水线旁边放置了一些已成型好了的纸箱以备不时之需。同时为了提高瓶颈工位的设备利用率，瓶颈工位前设置有剔除不合格的装置，如罐装工位后设有称重剔除装置，剔除掉多罐或少罐的瓶子;盖内外盖工位后也设有高度检测和光眼检测装置检测少盖的、盖歪的瓶子;贴膜工位后设有光眼检测仪器装置，剔除掉套膜有缺陷的瓶子;这些自动剔除出来的不合格的产品需工位上的员工及时修正错误后放回到流水线上继续往下生产直至完工。

C公司从2017年9月起，将流水线速度提高到每分钟136瓶，每分钟产出提高了16瓶，全天2个班次提高产量13%。在提速过程中，瓶颈工位也发生了改变，由之前的贴膜和纸箱成型工位变成了罐装工位。生产工程师通过深入调查和研究，花费少许投入，将管道吸入的投料方式改成通过重力作用直接投料。

三、精益生产在C公司的应用研究

1.减少产品切换的时间。由于篇幅受限，此处仅研究提高生产率的精益思想。上述产量的增加率均假设C公司不换产只生产一种粒子或只包装一种型号的产品的情况，而现实的情况非常复杂， 2018年公司造粒线共有15种香型的粒子，2019年随着越来越多的竞争者加入，市场竞争越来越激烈，为了争取更多的客户，公司更新了配方并增加了新的香型产品，2019年增至18种香型，2020年增至25种，瓶型包装线增至30种罐装规格，客户订单越来越趋向于小批量多品种多型号，产品切换的频率增多了，停线切换的时间变长了。这样的话全天产量的提升就没有上述分析的多。当造粒线切换时，停线清理时间为每次150分钟，平均1天要切换1.25次，意味着全天要停线188分钟，而且在放假前夕、特殊香型粒子切换前、以及特殊客户订单前要水洗混料罐和缓冲罐，日平均停线时间也将延长至216分钟。流水线的使用效率下降，那么如何减少切换时的等待时间呢？

研发部和生产部门历经数月经过多次研究和测试，成功地在2019年完成了干洗切换项目，替代了之前的水洗切换，将生产切换的内作业变成外作业，每次减少停工100分钟，不过上述放假、特殊切换情况下仍然要水洗混料罐和缓冲罐。由于目前日平均切换次数增至3次，停机时间增加87.5分钟，抵减掉了部分干洗切换项目带来的流水线有效运行时间的增加。

减少切换时间的其他途径还有：不同产品的道具、模具组套化放置在定制小推车的不同层的工具箱内;切换时所必须使用到的道具、模具按照5S的要求整理归类好，安放在线边专门的位置，方便快速找到目标物也减少了以后切换前的准备工作;按照公司产品切换时的标准流程进行作业，减少后续调整花费的时间;造粒线和瓶型包装线员工在停线切换时分工合作，各司其职，争分夺秒;用插销、定制夹具、压杆等方式减少螺丝紧固，减少固定及卸下螺丝所花费的时间。

2.合理安排生产计划。在安排造粒线生产计划时先安排大切换的产品，再安排小切换的产品，减少水洗切换带来的停线时间;同款香型的粒子尽量安排在一起生产;在安排瓶型包装线生产计划时尽量将同款香型的粒子安排在一起包装，再安排仅需更换外包装的产品，从而达到减少生产不同产品的切换次数，减少停机等待的目的。

3.全面预防性维护机器设备。由于C公司机械自动化程度较高，对机器的依赖程度较高，预防和日常维护机器显得尤其重要。维护好了有助于缓解停机时间，提高整条流水线的生产效率，提高机器的安全性以及降低废品率和降低速度损失。C公司的做法是流水线上指定专人作为机器管理员，开机前详细记录设备参数和状态，生产时监视自己负责的机器的运行情况及在制品的不合格剔除的运行情况;生产维修部定期巡检保养设备，记录跟踪易损件的运行时间，预估损坏时间，及时更换不良配件;生产维修部每月进行一次停线保养，做好预防性维护工作;员工如在生产过程中发现不安全行为和状态，及时与生产线领班联系，鼓励员工在精益云软件中的安全子模块中提案，由专人负责跟踪，直至消除隐患，提案的员工有积分奖励，积分可兑换实物。

4.培养多技能员工。加强岗位培训，培养一岗多能工：员工不光要会投原料，还要会切换时更换模具，调试设备参数，面对突发的机器小故障如卡料会正确处理。如此直接减少了产品切换时的时间。另外安排瓶型包装线员工到几条不同的袋装包装线轮岗学习，这样员工不光学会了很多技能，增加了职场竞争力，企业也能更灵活的根据生产计划安排人员，节约了人力成本。

通过这些精益改善，使得造粒线日平均停线时间从原来的216分钟降至144分钟，减少72分钟停机时间，提高日产量2.28吨。瓶型包装线日平均停线时间由原来的192分钟减至现在的144分钟，节约了48分钟，日产量提高了1，088箱。

四、未来持续改善的思考

造粒线日平均停线144分钟降低产量4.56吨，未来如何减少这144分钟的停线时间呢？可以尝试改造缓冲罐与造粒机之间的管道，这样可以将30分钟从内作业变成外作业，不需要额外停机，切换时只需要做些简单的清洁工作，仅需要停线18分钟，目前日平均切换3次，意味着可以节约90分钟的停线时间，可以提高日产量2.85吨。由于管道改造需要另外投资，公司管理层需要评估改造后增加的产量是否能被市场订单所吸收，改造成本与收益是否成正比。

如果未来瓶型包装线需要进一步提高运行速度至每分钟150瓶或更多，原先的瓶颈工位贴膜更加不能胜任，只能另外投资添置其他贴膜方式的机器。原先的人力工位可能需要添加人手或提高自动化程度。新的投资需事先衡量投入与产出是否成正比。而目前市场竞争越来越激烈，客户需求也越來越多元化，袋装产品订单量正在奋起直追瓶装产品订单量，瓶线现有资源及现有运行速度可以满足现在的订单需求。投资需谨慎对待，不需另外投资却能提高产能的方法目前更受青睐：比如及时与销售确认销售计划，及时调整及合并生产计划以减少切换;及时调整采购计划让供应商准时送货到工厂，避免因原材料短缺导致临时变更生产计划、临时增加产品切换;进一步优化减少切换时的停机时间。

五、结语

通过对C公司的研究，发现C公司运用约束理论提高了瓶颈工位的产能，并设置适当的库存缓冲，瓶颈工位前设置质量不合格自动剔除装置，提高整条生产线运行速度，从而有效地提高了产能。由于客户订单越来越趋向于小批量多品种多型号，产品切换频率增加，停线时间变长，C公司通过运用精益思想，减少切换停机时间、合理安排生产计划、全面维护生产设备、培养一岗多能工等手段来提高生产线运行效率，降低公司成本。未来企业还在存续，竞争还在持续，企业的持续改善之路仍在继续。

（作者单位：科瑞茉（无锡）日用品有限公司）