生产计划与生产管理8

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1、 第八章 限制理論 最佳化生產技術的哲學 限制理論 限制驅導式排程方法 限制驅導式排程範例 緩衝區管理前 言 1/2 1980年代，Eliyahu Goldratt博士發展出另一套 系統-最佳化生產技術(Optimized Production Technology, OPT)，在學術上常將此技術以限 制理論(Theory of Constraint, TOC)稱之。 該系統主要是透過生產加工過程，並考慮所有 的限制因素來規劃排程。3前 言 2/2 和JIT不同的是，TOC強調適用於複雜的零工 式生產的工廠，其主要是藉由產能的分析，找 出整個製程的瓶頸，而瓶頸的產能決定了整個 生產流程的產能。

2、 TOC的基本原理就是藉由對瓶頸的控制與管理 ，來達成增加產出、降低庫存及作業費用的目 標。 4最佳化生產技術的哲學 1/3有足夠產能來滿足需求的資源。非限制資(non-CCR)阻礙系統達到目標的任何因素。限制(Constraint)整體上，產能少於或無法滿足需求的資源。產能限制資源(Capacity Constraint Resource，CCR)存放在緩衝區的半成品，用以保護系統不會因為變異而造成停工待料。而Goldratt將庫存重新定義為：“All the money the system invests in purchasing things the system intends t

3、o sell.” 庫存(Inventory)5最佳化生產技術的哲學 2/3在特定時間內系統製造完成之產品數量。 而Goldratt將產出重新定義為：“The rate at which the system generates money through sales.”產出(Throughput)在特定時間內，公司將庫存轉變成產出所需投入的花費。 作業費用(Operation Expense)同一個資源(如機台) 在兩次Setup間加工的產品數量。加工批量(Process Batch)每次由一個資源移轉到下一個資源的產品數量。 移轉批量(Transfer Batch)6最佳化生產技術的哲學 3

4、/3控制整個系統的生產節奏(速度)。生產系統中都會有 某個控制點，用以控制生產流量的大小，而瓶頸點即 為整個系統的最佳控制點，稱為鼓。鼓 (Drum )使系統能在不同的狀況下正常的運作。由於系統會 因為各種變異造成系統的不穩定，而緩衝區的目的 就是用來保護系統使其正常的運作，但並非所有的 機台都需要，不過瓶頸機台前一定要設緩衝區。 緩衝區 (Buffer)用來確認整個系統的運作能和瓶頸點同步。瓶頸點 必須提供所需的量等等的生產資訊給上游的工作站 ，以決定適當的投料時間，避免生產過多造成存貨 的堆積。此種溝通、資訊回饋的情形如同繩子。繩子 (Rope)7OPT基本原則 1/2 生產要平衡的焦點不

5、是負荷(Load)，也不是產 能(Capacity)，而是平衡流量(Flow)。 瓶頸資源一小時的損失就是整個系統一小時的 損失。 非瓶頸資源一小時的節省只是一種假象。 非瓶頸資源的利用程度不是由自己決定，而是 由系統之瓶頸資源決定。 瓶頸資源決定整個系統的產出和存貨。 8OPT基本原則 2/2 移轉批量不必或不應該等於生產批量。 資源的使用率或稼動率(Utilization)和活化性 (Activation)是不同的。活化性強調的是有需求 時的可動率。 排程必須同時考慮優序與產能之限制，兩者無 先後順序之分。 生產批量是可變動的而非固定的。 局部最佳的總和並不等於整體之最佳。 9限制理論 1

6、/2 限制理論(TOC)為E. M. Goldratt博士在1986年所 創立。 TOC是一種用來管理組織的直覺架構(Intuitive Framework) 所謂限制即是阻礙系統或組織達成最高績效(與目 標有關)的事物；任一組織或系統都至少存在著一 個或一個以上的限制 。 主要限制有：市場需求限制、物料限制、產能限制 、後勤限制、管理限制與行為限制六類。管理組織 首重“限制”的管理。 10限制理論 2/2 Goldratt對產出、存貨/資產以及作業費用之定 義：系統或組織為了使存貨轉為產出所必須投入之 費用 。作業費用(Operating Expenses, OE)系統或組織透過銷售之賺錢速

7、率 。產出(Throughput, T)系統或組織為了銷售而必須在設備或資源以及 在製品存貨上之投資 。存貨/資產(Inventory/Assets, I) 11訂單 原物料客戶圖 8.1 傳統成本觀之管理理念訂單 原物料客戶圖 8.2 TOC產出觀之管理理念12限制理論(TOC) 限制理論的管理重心即放在組織最弱的環 (Weakest link)上，這是由於最弱的環決定了整 條鍊的強度(績效)，而整條鍊(組織)中最弱環的 數目是有限的，在現實系統中之績效往往受限 於這些最弱的環(限制)中。 解決實體限制(Physical Constraints)問題 解決政策限制(Policy Constr

8、aints)問題13解決實體限制問題 1/2 確認系統或組織之限制所在 (Identify the systems constraints) 決定如何善用限制(Decide how to Exploit the systems constraints) 盡全力配合步驟2所做的決定(Subordinate everything else to the above decision) 提昇限制(Elevate the systems constraints) 假如限制在步驟4被提昇，回到步驟1，不要 讓惰性(Inertia)變成你的限制DBR14解決政策限制問題 2/2 什麼需要改變(What t

9、o change)？透過確認組 織限制之所在來定義真正核心問題或關鍵之所 在 要改變成什麼(What to change to)？透過強化/ 改善組織之限制來尋找組織未來成長之空間及 方向 如何產生變動(How to create change)？透過克 服組織從現況轉移至未來的阻力而達成變動管 理之效果 15限制驅導式(DBR)排程方法 1/2 DBR為根據TOC理論所發展出來的一種排程技 術，主要應用確認(identify)，善用(exploit)與 配合(subordinate)等三個步驟，來解決內部資 源限制的問題。 DBR的精神主要強調：針對系統限制資源設定 一細部排程，稱之為Dru

10、m16限制驅導式(DBR)排程方法 2/2 為確保Drum排程之可行性，也就是不因上游 加工作業供料不及的影響而無法遵守Drum的 生產排程，便須在Drum前設定一資源暫存區 (Buffer)，並根據為匯集此資源暫存區之預定 加工量所需的時間長度，推得原物料必須投料 的排程時間(Rope)。 17DBR基本概念原物料成品non-CCRnon-CCR 產能限制資源CCRRopeDrum出 貨 排 程資源緩衝區 (Resource Buffer)出貨緩衝區 (Shipping Buffer)18限制驅導式排程方法執行步驟配合(subordinate)限制 - 決定投料節奏Step 3確認(iden

11、tify)限制或瓶頸所在Step 1善用(exploit)限制 - 設計瓶頸的生產節奏(Drum) 建立對CCR的最佳利用(Exploit)排程 Step 219確認系統限制或瓶頸所在 (identify)接者考慮資源的生產負荷與最大可用產能，若有 任何資源的總生產負荷大於其最大的可用產能， 則此資源即為“瓶頸”(Bottleneck)，其中產能缺乏 最多的資源即為產能限制資源(CCR)。 先決定生產排程幅度(一般由管理者決定)及排程 幅度內的訂單 依所有訂單交期日落於排程幅度，加一出貨緩衝 區之時間長度內之訂單，與相關的生產資料(包括 物料清單、庫存、在製品等)來計算每個資源的總 負荷。20

12、設計瓶頸的生產節奏(Drum) 1/6根據各訂單需求量，透過產品結構、製造途程、在製品 數量等資料，得出各訂單在限制資源上的淨需求量與所 需的加工時間區塊。依訂單交期日的要求，在不考慮產能限制的情況下，安 排限制資源的理想排程，命名為廢墟(Ruins)，如圖8.4。找出理想排程根據指定的交期，將訂單交期日減去出貨緩衝區的時間 長度，得出在限制資源作業上的預定完工時間。再依此 做後推排程，排入的方法為由下往上排入時間軸中，當 下層有空間時，盡量往下排放，否則往上找到可放置的 空間後放入。21設計瓶頸的生產節奏(Drum) 2/622設計瓶頸的生產節奏(Drum) 3/6必須藉由剷平廢墟(Leve

13、l the Ruins)來解決這個問題。作 法為根據廢墟中，上層超過限制資源數之加工作業，依 預定完工時間最晚者依次往下層排放。因廢墟並未考慮資源產能限制，所以可能出現某一時間 點，安排的加工作業數超過限制資源數的不合理現象。將理想排程合理化(Drum的產生)在往下層排放的過程中，需保持各加工區塊在排完後之 完工時間，不可比在廢墟中之預定完工時間晚，否則可 能造成交期延誤的情形。而排放的位置選擇離其預定完 工時間最近且機器閒置的位置。如下圖之例。23設計瓶頸的生產節奏(Drum) 4/624設計瓶頸的生產節奏(Drum) 5/6Drum排程中，安排之加工作業時間區塊落在排程幅度 起點前：解決方

14、法是將這些加工作業時間區塊再推往 右邊且其後的所有加工區塊也需順延，使所有加工作 業時間在排程幅度起始點之後，如下圖所示。依前述方法所得之Drum，雖能符合限制資源產能限制 ，但仍有不合理之處，需再針對下述可能情況作妥善 處理。Drum之合理化(CCR的最佳利用排程) Drum排程中訂單延誤的解決，其方法有重排 (Reschedule)、減少整備(Setup Time)的時間、加班 (Overtime)、分散負荷(Off-Load)與延期等等方法。25設計瓶頸的生產節奏(Drum) 6/626決定投料節奏(subordinate) 依照上述CCR的最佳利用排程來規劃投料節奏， 即將在CCR上的

15、預計開始時間減去資源緩衝區的 時間長度即可得，絕不可因工作站沒工作而投料， 如下圖所示。注意資源緩衝區的時間長度仍為一項 經驗假設。27範例 8.3情境描述 某工廠生產甲、乙、丙三種產品，其一週後市場 需求(或訂單量)分別為40，50，40個，售價分別 為$180，$240，$180。工廠現有機器如下：28產品加工途程 1/229產品加工途程 2/2 工廠每週工作五天，每天有八個小時(共2400分 鐘)。其他相關條件： 機器的故障率為零。 三種產品的交期均為一週後，即第40個小時後。 移轉批量為1件。 不考慮機器的整備及搬運成本。 每週固定成本為11,000元。 限制資源的產出可視為系統的產出

16、。 無不良率的情形發生。 若給您一週的時間，您將如何生產以賺最多錢( 假設目前擁有10,000元現金)？ 30Step 1 確認系統瓶頸資源限制之所在31設計瓶頸的生產節奏(Drum)Step 2優 序作 業數 量作業時間開始時 間結束時 間 1.C5256分25+15分=165 分00:0002:452.E51528分15+15分=435 分02:4510:003.F51014分10+15分=155 分10:0012:354.C5256分 25+15分=165 分12:3515:205.E53528分35+15分=995 分15:2031:556.F53014分30+15分=435 分31:5539:10表 8.12 機器b的排程32決定投料節奏(Rope)優 序作 業數 量作業時間開始時 間結束時 間 1.C5256分25+15分=165 分00:0002:452.E51528分