瓶颈环节和约束理论

1.瓶颈环节

一个系统的生产流程往往包含多个作业环节，而且这些作业环节的能力通常是不相等的。其中能力最小的作业环节就是系统或流程的瓶颈，系统的生产能力由瓶颈环节的生产能力决定，它限制了整个系统的产出。如图5-2（a）表示了一个三个作业环节的流程，其中第2个作业环节是瓶颈，将系统的产出限制在了50单位／每小时。这是因为系统或流程中生产速度较快的作业环节也只能按能力最小环节的生产速度进行生产，否则，瓶颈作业环节就会形成不必要的在制品库存。如第1个环节生产的半成品在第2个作业环节形成库存。图5-2（b）表示了一个能力经过平衡后的流程，此时所有环节的产出率相等，三个环节都是瓶颈。要提高一个系统的生产能力，只有将瓶颈能力提高后才能实现。图5-2（a）中，最初在第2个作业环节增加能力就可以提高整个系统的能力。但是，当第2个作业环节的能力达到如图5-2（b）所示的每小时200单位后，要想进一步提高产出率，就必须同时扩大3个作业环节的能力。

图5-2　流程中的能力瓶颈

（a）第2个作业环节是瓶颈；（b）所有环节都是瓶颈

扩大瓶颈能力的途径有长期和短期两种选择。长期能力扩张可以通过投资来增加设备设施的生产能力；也可以延长每周的工作时间来增加产出，比如从单班制改为两班制，或从每周5个工作日改为6个工作日（如果考虑劳动保护法的限制，其选择较为有限）；管理者还可以对流程进行再设计来解除瓶颈。管理者还可以通过一些短期措施来扩大瓶颈环节的生产能力，诸如加班、临时性或非全日制员工以及高峰期的临时性外包等都是可供利用的短期选择。但这些短期选择不是解决问题的根本性选择。一方面，这些措施在提高能力产出率的同时，也提高了系统运行的成本，降低了顾客服务的质量。管理者应积极寻找有效利用瓶颈能力的方法，加强短期的生产调度工作，保证瓶颈资源尽可能得到充分利用。例如，管理者应该使因流程上游环节作业的延迟，或者因必要的物料或工具临时不可用等管理因素造成的瓶颈闲置时间损失达到最小；他们还应该使从一种产品向另一种产品转换的用于设备调整的非生产性时间最少，为此。应加大瓶颈环节的生产批量，减少每年的设备调整次数。

2.约束理论

约束理论（Theory of Constraints，TOC）是一种观察和分析流程的系统化的方法。约束理论的主要内容包括识别流程中的瓶颈及平衡系统中的工作流。其基本思想是重点关注瓶颈以增加其产出率。用TOC的术语来说就是：整体性能的关键在于对瓶颈的调度。约束理论

又称目标系统、同步制造和“鼓—缓冲—绳”（Drum-Buffer-Rope Method，DBR）等。

约束理论把主生产进度计划（MPS）看成是整个生产流程中的“鼓”，MPS的“鼓点”就是生产能力和市场需求对生产过程的约束，它确定了生产的节拍和节奏。在瓶颈环节前要有一定的“缓冲”，保证瓶颈环节的平稳运行和资源的充分利用，保证系统的最大产出。所有这些都是要让整个生产过程在控制中心的牵引下平衡运行，控制中心的作用就和一个牵引的“绳”一样。在“绳”的牵引下，生产流程中的在制品库存、物料流动保持均衡，整个生产系统均衡运行。

约束理论的实施最初是通过一个专有的软件包来进行的，主要用于按订单生产的行业和汽车业，称为最优化生产技术（Optimized Production Technology，OPT），它是以另外一种能力计划的方法为基础的。TOC的应用包括以下基本程序。

（1）识别系统或流程中的瓶颈环节。例如，花园里使用的耙子的生产过程包括耙头冲压、焊接弓形物、清洁弓形物、把弓形物固定到耙把头的那一端、包装和交货等作业环节。假定下个月所有型号耙子的交货承诺指出焊工的负荷是其能力的105%，而其他环节都只是在其能力的75%水平上运行。根据TOC理论，焊工是瓶颈资源，而冲压、清洁、固定耙把、包装以及发货环节都是非瓶颈资源。焊工的任何空闲都会造成流程的产出损失。

（2）充分利用瓶颈资源。制订使瓶颈环节的吞吐量最大的调度计划。上例中，管理者要重点对焊工进行调度，使其得到充分的利用，尽可能地满足对顾客的交货承诺。

（3）所有其他环节的安排都要服从瓶颈环节。非瓶颈资源的调度应该支持瓶颈资源的调度，其产出不得超过瓶颈资源的处理能力。即冲压环节的产出不应超过焊工能够处理的量，而且所有后续环节的作业活动都要以焊工的产出为基础。

（4）打破瓶颈。通过第1步到第3步的调度进行改进使整个系统的产出已经达到极限之后，若瓶颈仍然是系统产出率的限制因素的话，管理层应该考虑提高瓶颈的生产能力。上例中焊接环节利用率达到100%以后，可能仍然是系统产出的限制因素，这时就要考虑加班或使用临时工来提高该环节的生产能力。

（5）别让惰性成为瓶颈。第3步和第4步所采取的措施可以提高焊工的产出，同时可能改变其他作业环节的负荷，使系统的瓶颈环节转移。这时，其他环节只要按照以上步骤如法炮制就可以增加产出。