《工厂物理学》之变动性的腐蚀性作用

XJTU-IE,2007.9-2008.9,M:[e-mail](徐琛),[e-mail](李慰祖)第九章变动性的腐蚀性作用当幸运女神降临在身边时，不需思考就可以成功。——乔尔丹诺•布鲁诺，于1600年被烧死在火刑柱上知道得越多，就会变得越幸运。——达拉斯的J.R.Ewing9.1引言前一章里我们开发了刻画、评估加工时间变动性与流动变动性的工具。本章中，我们将使用这些工具描述有变动性的制造系统的基本行为。像在第七章那样，我们将主要结论陈述为工厂物理学定律。这些定律有些是一直成立（如，物料守恒定律），而其他的则在大多数情况下（mostofthetime）成立。从表面上看，似乎不够科学。然而，我们指出物理学定律，如牛顿第二定律maF=和能量守恒定律，也只是近似地成立。尽管已经被更为深奥的量子力学和相对论代替，它们依然很有用。工厂物理学定律也是如此。9.1.1变动性可能是好的吗？第七章和第八章（与这一章的标题）可能会给人留下变动性是有害的印象。利用精益制造（Womack和Jones1996）的行话，一个人可能会受到吸引将变动性和muda（浪费）1等同起来并做出变动性应该被清除的结论。但是我们必须仔细而不至于忘记公司的基本目标。就像我们在第一章里所观察到的，亨利·福特是一个对于减少变动性极度极度狂热的人。顾客可以得到他想要的任何颜色的车，只要是黑色（black）的。（287|288）车型罕有变化，型号也很少。通过稳定产品和保持生产过程的简单有效，福特开创了一次重大的革命——使汽车量产成为可行的。但是，在二十世纪三四十年代，当阿尔弗雷德·P·斯隆的通用汽车提供了更多的产品型号时，福特汽车公司失去了大量市场占有率，濒临破产。当然，更多的产品型号意味着通用汽车的生产系统中更大的变动性，更大的变动性意味着通用汽车的系统不能运行得像福特那样有效率。然而，通用汽车做得比福特好。为什么？答案很简单。无论通用还是福特都没有着力去减少变动性甚至muda。他们着力于获取长期投资的高回报（makeagoodreturnoninvestmentoverthelongterm）。增多产品型号会增加变动性因而增加muda，但这也在一定程度上增加了收入；如果收入的增加多于需要抵消的额外成本，那么它也可以是一种合理的策略。9.1.2好的变动性与坏的变动性的例子为了强调变动性可能是好的（一种商业策略上的必要调整）或坏的（一种恶劣的运营方1Muda在日语中是“浪费”的意思，并且它被定义为“任何吸收资源却不创造价值的人类活动”。Ohno举了七个muda的例子:产品中的缺陷、产品的过量生产、等待进一步处理或消耗的产品库存、不必要的处理、不必要的移动、不必要的运输以及等待。1针的不合需要的副作用）方式，我们来看一些例子。表9.1列示了产生不合需要的变动性的几种原因。举例而言，在第八章中我们看到，计划外的储运损耗，例如机器崩溃，可以导致系统中巨大的变动性。当这样的变动性成为不可避免的，它就不是我们能够着意引入系统的了。作为对比，表9.2给出了一些有意将变动性引入系统的有效整体策略的例子。像我们上面提到的那样，二十世纪三四十年代通用汽车的变动性是更多的产品类型所导致的结果。在八九十年代的英特尔，变动性是技术不断变化的环境中产品迅速革新的结果。通过大胆地在上一代微处理器的生产过程稳定之前就推出下一代产品，英特尔刺激了对新计算机的需求，并为竞争者的进入创造了有利的壁垒。在以提供立等可取（while-you-wait）换油服务为企业核心商业策略的壳牌润滑油，需求的变动性是不可避免的结果。壳牌润滑油可以像在传统的汽车厂里一样通过制定计划减少这个变动性，但是这样做会使公司丧失竞争优势。表9.1坏的变动性的例子原因例子计划的断供换模计划外断供机器故障质量问题产出损失和重工工人变动技能差别设计不合格工程变更表9.2（潜在）好的变动性的例子原因例子产品多样性20世纪30至40年代的通用汽车（GM）技术变革20世纪80至90年代的英特尔（INTEL）需求不确定壳牌润滑油（JiffyLube）无论变动性在商业策略中是好是坏，它都会导致运营中的问题并且必须被管理。处理变生产制造系统行为的方式。这些确定的要权衡那些在开发有效操作必须要面对的定律。要考虑。工厂物理学的首我们观察到，动性的特定策略应取决于系统的结构和公司的战略目标。（288|289）在本章中，我们呈现的定律管理了多样性影响点9.2绩效与变动性由第六章系统分析的术语来讲，管理任何一个系统都始于一个目标（objective）。为了实现这个目标，决策制定者实施控制（control）并用各种量度（measure）来评估绩效。例如，一趟航班的目标是安全和适时地将乘客从A地送到B地。为了实现这一点，飞行员在监控飞机表现的各种量度的同时还采取了许多控制措施。控制与量度的联系可以通过航空工程学来建立。类似地，工厂经理的目标是通过高效地将原材料转化成将售的货物从而增加企业的长期获利性。就像飞行员，工厂经理也有许多控制措施和量度要目标就是理解制造经理们面对的各种控制与量度之间的关系。生产系统中关乎控制如何影响量度的一个核心概念是变动性。如在第七章所见，产线的昀佳情形发生于无变动性时，而昀差情形发生于昀大量的变动性时。在第八章2工站的几种重要量度，如周期时间和在制品（WIP），都是变动性的增函数。要理解变动性如何影响比第七章的理想产线或第八章的单工站更一般化的生产系统的绩效，我们需要在绩效的定义方式上更加精确。我们将进行这个主题，首先讨论生产系统的完美（perfect）绩效。然后，通过观察这个绩效可以分解出的维度，我们定义一组量度。昀，依据制造环境和企业业务战略来讨论这些量度的相对权重。、推力、风速、对地速度、升作所处的环境。例如，一家生产聚苯乙烯的工厂能够从每磅的直接出测量每天的产量。后9.2.1制造绩效的量度任何人如果看过飞机的驾驶舱就会知道，飞机的性能并不是通过单一的指标来评价的。一大堆给人留下了深刻的印象测量仪、刻度盘、仪表、LED读数器等都证明，尽管目标并不困难（从A点飞至B点），度量工作却不简单。高度、方向降舵设置、引擎温度都必须小心地监视以保证目标的实现。依照同样的方式，一个生产企业也有一个相当简单的基本目标（赚钱）。但却有许多潜在绩效衡量指标如产出、库存、客户服务水平及质量等等（见图9.1）。对绩效衡量指标的适当的数字化定义取决于工产图9.1制造控制的仪表盘一家播种机制造商（播种机是一种由拖拉机牵引能够种植植物并对其进行施肥的设备，每次播种至少4行至多30行）可能并不想以播种机每天播种几磅作为单位测量产出，原因在于不同尺寸的播种机之间存在着显著的多样性。用每天播种的行数为单位衡量产出可能是3一种能更好合计产出的方法。事实上，在多种产品复杂物流的系统中，产出是用美元/天来包裹运输业务，而他们产品生产完美的质量（无废料或返工），零原材料原料或昀终产品库存，并且一下符号，为了更加精确起见，们将以件为单位来计量库存和以天为单位来计量时间：=工站i的有效速率，包含了停机、换模与作业员效率等扰动因素（件/天）=工站i无扰动时的理想速率（件/天）=产线包含扰动时的瓶颈速率（件/天）=产线不包含扰动时的瓶颈速率（件/天）=包含扰动时的原始加工时间（天）=不包含扰动时的原始加工时间（天）==包含扰动时的临界WIP（件）=不包含扰动时的临界WIP（件）计算的，以便将产出汇总到一个简单的数字。（289|290）绩效衡量指标的相对重要性也依赖于特定系统和它的经营战略。例如，联邦快递，它的竞争优势就在于运输速度和定位能力。因此它就把很大的权重放在反应时间（提前期）和客户服务水平（及时送达）上。相反，美国邮政总局主要在价格上与之竞争，所以强调如设备的利用率和材料的承载量等成本控制方法。即使这两个企业都是承担有不同的经营战略，针对不同的细分市场，所以需要不同的指标。由于生产环境与竞争战略的广泛性，我们不可能制定一套适用于所有制造系统的绩效衡量指标。但是了解指标的类型和它们是如何与多样性联系是有可能的，考虑简单单一产品生产线绩效是很有用的。原则上，更为复杂的多种产品生产线的衡量指标能够由单一线延伸出来，由多生产线组成的系统的指标可以由每条生产线方法的集合得到。第七章中使用了产出、周期时间和在制品去刻画一个简单的流水线的工作情况。很明显，这些都是重要的衡量指标，但是他们还不够全面。由于成本的原因，我们也必须考虑到设备的利用率。既然生产线由采购流程供给，另一项重要指标是原材料库存。（290|291）当我们考虑到顾客，提前期、服务水平和昀终产品库存就是相互关联起来。昀后，由于产出损失和重工经常出现，质量也是一个关键的绩效指标。一条完美的单一产品流水线就是产出恰好等于需求，所有设备充分利用，平均周期时间和提前期都尽可能短。完美的客户服务（不延迟或积压客户订单工作），有昀小的在制品数量。我们能更准确的用定量的有效值来刻画这些方法。对于一个完美生产表现的有效值，零却代表可能的昀坏的生产状况。为了避免这个，我们要利用我()ire()ir∗br∗br0T∗0T0Wbr0T=br0∗0W∗∗T=平均需求速率（件/天）D=产线平均在制品水平（件）WIP=平均制成品库存水平（件）FGIRMI=平均原材料库存水平（件）=从制成品或线间缓冲的存货点投料开始计的平均周期时间（天）CT4LT=提报给客户的提前期（天）；在提前期固定的系统，LT=0；在向客户分别提报的系统，这个符号代表均值TH=由产线产出速率给出的平均产出（件/天）=()iTH工站i的平均产出（件/天），其中可能包括某些路由选择（routing）或重工部的多次造访注意到带星号的参数，、、和正是件()ir∗∗br∗0T∗0W()ire、、和的理想情况。需要它们的原因是以瓶颈行的产线，由于引起许多低效，而实。其次，它的参数必须尽可能地好。故而，完美使用上面的参数，我们可以定义七项效率指标来衡量单产品产线的绩效。量的库存，所以将产效率（throughputefficiency）定义为产出是否足够满足需求，即brr0T和T0W速率和原始加工时间运b0际上不能表现出完美绩效。完美绩效，也因此有两个水平。首先，产线必须达到给定参数下可能的昀佳绩效；这就是第七章的昀佳情形绩效意味着最好中的最好（bestofbest）。产出（Throughput）被定义为所用的（used）产线生产部件的速率。理想情况下，它应与需求精确地匹配。产出太少，将损失销售；产出太多，又将建立不必要的制成品库存（FGI）。（291|292）因为我们还将有另一个量度来惩罚（penalize）过出DTHDTHE},min{=到100%。因此，对于一条有n个工站的产线，利用效率（utilizationefficiency）定义为如果产出大于或等于需求，产出效率等于1。任何短缺都将降低这个量度。工站的利用率（Utilization）是它处于运转状态的时间的比例。未加利用的产能意味着额外的成本，所以理想产线中各工站都百分之百地被利用。2进一步地，因为完美产线不会受扰动（detractor）的侵袭，在昀佳可能（无扰动）速率下利用率将达∑=tirn1)(库存（Inventory）包括RMI、FGI和WIP。完美产线中没有RMI（供应商恰如其时地配送），没将恰如其时地送达客户），只有为达到设定的产出（根据里特定律，∗=nuiTHE)(1有FGI（产品也其值为）而需要的昀少量WIP。因此库存效率（inventoryefficiency）为)(/)(iriTHi∑∗FGIWIPRMI++iriTHEiinv=∑∗)(/)(周期时间（Cycletime）对于成本和收益都很重要。较短的周期时间意味着较少的WIP，较高的质量，较好的预测和较少的报废（scrap）——所有这些都将降低成本。它也意味着较快的响应，从而提高销售收入。根据里特定律，平均周期时间完全由产出和WIP决定。因此，有着完美的产出效率和库存效率的产线理所当然有完美的周期时间效率。然