流水線、精益生產、豐田生產方式和TOC的基本原則

內容提要：流水線生產，豐田生產方式（精益生產）和TOC制約理論的主要目標都是加快流動，三種生產理論通過系統思考的負反饋來指導生產，防止過量生產，通過不同的緩沖方式來防止墨菲效應，使系統產出最大化。三種生產理論與工業工程相結合，這三種理論負責指導如何產生成果，而工業工程負責產生成果。生產理論也均強調不斷的完善來增加系統的產出，TPS稱之為改善，精益生產稱之為盡善盡美，TOC稱之為回頭防止惰性。

高德拉特在《站在巨人的肩膀上》寫到：“

整個制造型企業運行模式的徹底改變由兩個偉大的思想家所主持，他們分別是亨利?福特和大野耐一，福特通過導入流水線實現了大批量生產方式，而大野耐一則在他的TPS里將福特的概念帶向更高的應用層次，他做出突出的貢獻是將整個制造性企業將庫存視為資產的看法改成庫存是負債的看法。

概括而論，福特和大野都遵循以下四個概念（供應鏈概念）

1、加快流動（或縮短生產所需時間）是工廠的主要目標；

2、這個主要目標應該被轉化成一套具體的機制，以指導何時不應生產（以防止過度生產）；

3、局部效率必須廢止；

4、一套平衡流動的聚焦程序必須就位。”

文中提出了一個核心論點，認為亨利·福特的裝配流水線和大野耐一的豐田生產系統（TPS）都是源于對物料流動的重視。

豐田的生產方式的創始人大野耐一說：“我們所做的，其實就是注意從接到顧客訂單到向顧客收帳這期間的作業時間，由此剔除不能創造價值的浪費，以縮短作業時間。”

所以：加快流動（或縮短生產所需時間）是工廠的主要目標。”

高德拉特在文中總結道：“

總之，福特和大野耐一都嚴格遵照供應鏈的四個核心觀念改善自己公司的運營體系。

1、改善生產的流動性(等同于前置時間)是任何生產運營的首要目標。

2、這個首要目標可通過設計務實的預防過多生產的機制來完成（預防過多生產）福特通過限制在制品空間的做法，大野耐一通過減少庫存的辦法。（TOC通過減少時間緩沖）

3、所有的局部效率必須廢除。

4、必須有一個能平衡產線流動性的聚焦改善程序。福特使用現場直接觀察法，而大野耐一通過逐步減少包裝箱數量和容量的做法。”（TOC通過逐步減少時間緩沖，如圖6-147所示））

圖6-147 供應鏈四原則

1. 目標：提高系統的產出速度。

作者將以廣義動量定理來解釋為什么加快流動是工廠的主要目標。在廣義動量定理公式Fαt=MV中，MV表示成果，如果要增加成果，要么增加廣義質量M，要么增加廣義速度V。增加廣義質量（nm）是工業工程和質量管理的核心目標。而增加廣義速度是生產方法的核心目標，代表包括福特的流水線生產，大野耐一的豐田生產方式以及精益生產和高德拉特的TOC制約理論。對于生產型企業，可以認為質量m是既定的，只要生產出的產品能達到要求即可，不需要進一步提高質量。而客戶需要的數量n也是既定的了，即廣義質量M(nm)是既定的了。如顧客訂購了某型號的一輛轎車，則轎車的發動機，輪胎等都是既定的了，不會再要求去增加此產品的性能質量m，數量n也是既定一輛。為了增加成果MV，只能增加廣義速度V，所以對于生產型企業廣義速度則是工廠的主要目標，提高廣義速度，就能提高成果。所以福特，大野耐一和高德拉特都將加快流動（或縮短生產所需時間）視為工廠的主要目標。

2. 防止過量生產。

如何防止過量生產呢？最簡單的邏輯就是設定一個上限，達到這個上限就停止生產，這樣就能達到防止過量生產的目的。同樣的道理，如何防止局部產量不足呢？設定一個下限，小于這個下限就需要馬上進行生產。

在福特的流水線生產中，福特在每道工序后邊設定了暫存在制品的空間，一旦這個空間被在制品填滿，那么再生產出的在制品沒有地方存放，所以這道工序不得不停止生產。當下道工序取走一些在制品時，又有新的空間，這道工序可以再開始生產。

在豐田生產方式和精益生產中，工序之間有庫存緩沖，當下道工序取走一些庫存，會有看板返回給上道工序，相當于給上道工序下訂單，上道工序生產的數量達到庫存緩沖時便停止生產。

在TOC制約理論中，通過瓶頸前的時間緩沖來決定投料情況，當瓶頸前的剩余時間緩沖達到預設時間緩沖，就停止投料來防止過量生產。

第2條和第4條是有區別的，第2條可以改善生產流動性，相當于設立了一個可以生產最多數量的初始上限，不是最優的。是一種方法，第4條是如何不斷的改善流動性，類似于精益生產的盡善盡美，不斷的優化這個緩沖的上限。從整個系統的角度來說，每個環節的緩沖并沒有相互配合，來實現產出速度最大化，都是根據自己工序進行局部設置的。

3. 廢除局部效率

從TOC的角度來說，系統的產出速度由系統的瓶頸決定，非瓶頸的產出速度增加不會增加系統的產出速度。相反，非瓶頸的產出速度增加會增加在制品的數量，從而產生負債，并且擾亂生產秩序。

在流水線生產中，空間緩沖被填滿就停止生產，從而達到了廢除具備效率的目的。

在豐田生產方式和精益生產中，上道工序只生產看板下達的訂單數量和品種，生產完成后便停止，不去生產多生產。

在TOC制約理論中，通過生產線最開始的投料來指導生產，當投料達到工序是，這道工序就快速完成，完成之后就可以閑著。因為沒有料可以加工，想多加工也沒辦法，從而完成了廢除局部效率的目的。

4. 不斷平衡流動

設定了緩沖可以提高系統的產出速度，但是如何不斷的提高呢？每道工序的生產速度不同，如何來平衡這些工序的速度，從而加快系統的產出速度呢？

其邏輯是找到影響流動的因素，解決這個因素。

在流水線生產中，通過降低空間緩沖的大小，可以發現影響產線流動的因素，然后解決這個因素就能提高系統的產出速度。

在豐田生產方式和精益生產中，通過降低庫存緩沖來尋找影響流動的因素，然后解決這個因素就能提高系統的產出速度。

在TOC制約理論中，通過降低時間緩沖來尋找影響流動的因素，然后解決這個因素就能提高系統的產出速度。

緩沖是為了防止墨菲效應影響系統的產出，適量的緩沖可以提高系統的產出的速度。福特的流水線生產采用空間做緩沖，大野耐一的TPS采用庫存做緩沖，高德拉特的TOC采用時間做緩沖，理論上還應該存在以速度做緩沖的方法（s=vt）。

高德拉特在《站在巨人的肩膀上》一文寫到：“平衡車間流動性不僅僅需要處理切換的障礙。因為實際上大多數工作中心都不屬于單一零件的專用生產線，這種做法使得破壞流動性的真正問題很難通過直接觀察而發現。大野耐一認識到有大多的東西需要改善，如果沒有一個方法聚焦在改善哪些方面，那么將會花很長時間平衡產線的流動性。而KANBAN系統恰巧提供了這樣的一種做法。 精益水面和石頭的比喻恰巧有主助于我們了解是如何完成這一改善任務的。水面等同于庫存的水位，而石頭則代表那些破壞車間流動性的問題。在河床底下有很多石頭，而要全部搬掉這些石頭需要花很多時間和努力，而真正的問題是，哪些石頭值得搬，哪些不值得。明顯的答案就是我們把水位降低，那些露出水面的石頭是應該被搬走的。在KANBAN 系統導入的初期，為取得合理的產出，大野耐一開始使用多個包裝箱包裝特定的部件。慢慢地，大野耐一慢慢減少包裝箱的數量和包裝容量。如果生產的流動性沒有明顯被打亂，則進一步減少包裝箱數量和包裝容量；如果被打亂，則用五個為什么的方法直指問題的真正原因，在進一步減少包裝箱數量和容量之前，發現的問題必須有效解決，這需要花些時間，但最后所取得的成果是生產效率的大幅度提升。值得注意的是，即使在過去二十年里,每個汽車制造公司都導入了一個版本或另外一個版本的TPS，而且也取得了一些成果，但是始終無法與豐田的生產力相比較。這個事實就直接指出了正確選擇目標工序作為局部改善的重要性.不幸的是，許多公司的改善活動被誤導了，因為他們只專注在成本節約，而非如豐田汽車那樣專注在改善流動性作為前提。大野耐一沒有把自己大部分的精力放在減少切換時間以實現更多的成本節約方面，如果成本節約是他的首要目標的話，那不可能浪費自己改善所節約的時間而進一步減少批量，帶來更多的切換次數造成時間的浪費。同時，大野耐一也沒有盡力去減少全部不良品的數量而實現減少那些微不足道的成本節約，他解決的品質問題主要是那些阻礙流動性的品質問題。而且大野耐一也沒有盡力去壓迫供應商以求得更好的材料價格。或者盡力去減少人頭開支(成本因素里面的兩大項)，相反，他將自己大部分的精力放在改善供應鏈的流動性方面。”

降低水面，最阻礙流動的石頭就會露出水面，這塊石頭就是系統的瓶頸，移除這個阻礙因素，流動就會加快。然后繼續降低水面，尋找下一個最阻礙流動的石頭，繼續移除，系統的流動速度不斷加快（如圖6-148所示）。

圖6-148 水面類比庫存水平

豐田生產方式通過降低庫存來尋找阻礙因素，然后消除阻礙因素，達到提升系統產出速度的目的。TOC制約理論采用降低時間緩沖的方法來尋找阻礙因素，消除阻礙因素，從而達到提升系統產出速度的目的。

三大生產理論之間的緩沖轉換

流水線生產方式以空間S作為緩沖，當空間被填滿后停止生產；豐田生產方式和精益生產以庫存n作為緩沖，當生產數量達到庫存數量停止生產；TOC制約理論以時間t作為緩沖，當瓶頸前的緩沖時間達到預設緩沖時間便停止生產。空間緩沖S、庫存緩沖n和時間緩沖t可以相互轉化。如果某工序的生產速度為V，單個產品的占地體積為s，那么S=n×s，t=S/s/t，n=t×V。通過這幾個公式，就可以在三種緩沖之間互相轉換（如圖6-149所示）。

圖6-149 三大生產理論之間的緩沖轉換

某工序生產F產品的速度V為5個/小時，每個產品的占地體積s為0.05立方米。精益生產LP和豐田生產方式以數量n作為緩沖，如果緩沖數量n是10個，那么對應的流水線的空間緩沖S=n×s=10×0.05=0.5立方米；對應的TOC制約理論的時間緩沖t=n/V=10/5=2小時。

高德拉特在《目標》一書中例舉了他領帶童子軍在野外行軍的例子，為了讓隊伍同時達到目標地點，選擇讓最慢的隊員站在隊首，快的隊員通過調整速度而一直能跟上前邊慢的隊員，最終一起到達終點，這也說明可以用速度作為緩沖（如圖6-150所示）。

圖6-150 童子軍行軍與TOC的類比

如果以速度作為緩沖，那么系統的產出速度要大于客戶要求的速度，當客戶的需求速度增加時，通過提高系統的產出來滿足客戶的需求；當客戶的需求速度減少時，通過降低系統的產出速度來適應客戶的需求。系統的產出速度隨著客戶的需求速度進行動態的調整，而不是像豐田生產方式那樣需要一個固定的節拍，而當客戶的需求信息反饋及時，系統的調整速度可以完全跟隨客戶的需求速度時，那么智能生產就誕生了，這個智能生產可以完全根據算法來解決各種產品的生產，分配等各種問題。空間緩沖，庫存緩沖和時間緩沖是為了應對擾動，防止墨菲效應干擾整個產線的生產。那么對于以速度為緩沖的產線，可以采取雙套冗余的配置來應對擾動。正常生產時，兩套系統同時承擔負荷（也可以一套備用），當其中一套系統的發生問題時，另一套系統承擔整個工作。當另一套恢復時，兩套可以均提高產出速度以保證交期。或者可以只使用一套系統，通過部分庫存緩沖來應對擾動。

經濟學家凱恩斯的流動性偏好動機是為了可以及時的使用金錢，使消費速度穩定及抓住投機機會，流動性偏好就是一種庫存緩沖。人們為了生活方便，會去超市購買一些生活用品放在家中，以備不時之需，這些物品也是庫存緩沖。人們坐火車或飛機等，會提前到達火車站或者機場，提前的時間就是時間緩沖，如果在去往火車站或機場的過程中容易發生堵車等擾動時，則發生擾動的可能性越大，需要的時間緩沖越長。

摘自《可以量化的管理學》