陳子順 ，王 哲 ，石文豪 ，田驥驁

（1.河北工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，天津 300130；2.國家技術(shù)創(chuàng)新方法與實施工具工程技術(shù)研究中心，天津 300130）

1 引言

TOC是由以色列物理學(xué)家高德拉特博士提出的用于識別并解決約束問題的一種理論與方法[1]，其目的是通過不斷識別并解決約束來提升企業(yè)競爭力。近年來，TOC受到了眾多企業(yè)的關(guān)注，且越來越多的學(xué)者對其進行了研究。文獻[2]對TOC中DBR生產(chǎn)控制計劃做了深入分析，提出MRP與DBR結(jié)合使用，可以使制定的生產(chǎn)計劃更具操作性。文獻[3]提出將JIT與TOC集成可以改善TOC只對短期生產(chǎn)運作有效，而對長期運營戰(zhàn)略規(guī)劃缺乏實質(zhì)性指導(dǎo)的情況。文獻[4]指出將TOC指導(dǎo)制定的物料計劃應(yīng)用于實際生產(chǎn)活動中時，常出現(xiàn)物料供需不衡的狀況。文獻[5]發(fā)現(xiàn)企業(yè)改進活動之所以陷入困境，與TOC無法在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境下準(zhǔn)確確定約束有很大關(guān)系。

以上研究討論了TOC在項目持續(xù)改進過程中存在的問題，但大多數(shù)并沒有給出明確的解決方案，且對TOC缺乏系統(tǒng)性的分析，導(dǎo)致其不能快速識別并有效解決真正的約束，致使改進措施只對生產(chǎn)系統(tǒng)局部環(huán)節(jié)存在積極作用，對整個生產(chǎn)系統(tǒng)而言，并沒有較大的改善。通過對TOC五大核心步驟進行深入分析，將TOC與TRIZ、精益生產(chǎn)工具進行集成，構(gòu)建TOC五大核心步驟集成創(chuàng)新模型，幫助工程師快速識別并解決真正的約束問題，從而提高企業(yè)解決生產(chǎn)問題的能力。

2 TOC理論中的五大核心步驟

TOC中的五大核心步驟是一個以識別約束、改進約束為基礎(chǔ)的管理工具，它對企業(yè)中存在的各種約束進行辨別、分析，并最終解決，能夠大幅度的提升企業(yè)的管理水平。TOC五大核心步驟具體如下：（1）確定約束：找出系統(tǒng)中的約束即系統(tǒng)中最薄弱環(huán)節(jié)，其影響了企業(yè)的有效產(chǎn)出。（2）利用約束：對找出的約束采取具體措施，發(fā)揮約束最大的潛能。（3）服從約束：按照約束環(huán)節(jié)的節(jié)拍協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)系統(tǒng)其它環(huán)節(jié)與約束同步。（4）增強約束：設(shè)法將第一步中找出的約束轉(zhuǎn)移到別處或是消除。（5）持續(xù)改進：當(dāng)對約束進行改進后，系統(tǒng)的其它部分會有新的約束出現(xiàn)，此時一定要重新回到第一步，謹(jǐn)防人的惰性成為系統(tǒng)的約束。

3 應(yīng)用TOC五大核心步驟存在的障礙

企業(yè)在識別、解決約束時常出現(xiàn)失敗的情形，這說明企業(yè)在應(yīng)用TOC五大核心步驟解決問題時存在著障礙，通過對其深入分析，得出應(yīng)用TOC五大核心步驟時容易產(chǎn)生的障礙，如表1所示。

表1 TOC五大核心步驟應(yīng)用過程存在的障礙Tab.1 The Obstacles of TOC Five Focusing Steps in the Application Process

在確定約束時企業(yè)常出現(xiàn)找到了約束卻不能解決約束的情況，出現(xiàn)這種情況的原因是：（1）所識別的約束并非潛力最大、價值率最高的約束。（2）雖然識別了潛力最大的約束卻沒有解決的方法。某企業(yè)削減發(fā)動機缸體生產(chǎn)線成本情況，如圖1所示。OP01、OP02與OP03的工序成本雖然較高，是造成缸體生產(chǎn)線成本偏高的主要原因即約束，但在實際削減成本的過程中這三個工序可削減的數(shù)額并不多，其潛力并不如OP04、OP05與OP06。因此，將OP01、OP02與OP03作為約束進行解決并未達到企業(yè)控制成本的目的。

圖1 缸體生產(chǎn)線成本削減情況Fig.1 The Cost Reduction of Cylinder Production Line

4 基于約束理論的多方法集成研究

4.1 相關(guān)理論介紹

TRIZ是解決發(fā)明問題的有效方法，其包括沖突、失效預(yù)測、技術(shù)進化定律等。TRIZ的核心是解決沖突，阿奇舒勒將沖突分成三類即物理沖突、技術(shù)沖突和管理沖突，通過沖突分析工程師可以獲得非折衷方案[8]。失效預(yù)測是基于“顛倒分析”概念而提出的失效分析及預(yù)測理論，根據(jù)其使用方式的不同可分為AFD-1與AFD-2，失效預(yù)測作為TRIZ的一個方法，其目標(biāo)為揭示錯誤、預(yù)測失效的原因等。

精益生產(chǎn)源于日本的豐田生產(chǎn)方式[9]。在精益生產(chǎn)體系中，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)是實施持續(xù)改進的基礎(chǔ)，其可用于消除“源”水平的差錯保持改進成果的穩(wěn)定性。實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)主要工具是“兩表一票”，即工序能力表、作業(yè)組合表和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)票。精益生產(chǎn)中的防誤系統(tǒng)是在工序內(nèi)控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要工具，其具備三個功能即停止過程功能、控制或糾正的功能以及警告的功能，它在即時報告差錯，主動停止系統(tǒng)以降低損失方面起著重要作用。

4.2 TOC五大核心步驟集成創(chuàng)新模型研究

分析了TOC在企業(yè)應(yīng)用過程中存在的障礙及介紹了TRIZ、精益生產(chǎn)在產(chǎn)品制造過程中具有的優(yōu)勢，將TRIZ、精益生產(chǎn)與TOC集成，構(gòu)建了TOC五大核心步驟集成創(chuàng)新模型，其模型，如圖2所示。

圖2 TOC五大核心步驟集成創(chuàng)新模型Fig.2 TOC Five Focusing Steps Integrated Innovation Model

4.2.1 確定約束

約束是對達成工藝目標(biāo)具有最大制約作用的環(huán)節(jié)。為了能夠找到真正約束，將對工藝目標(biāo)貢獻度大的環(huán)節(jié)定義為潛力約束。在此階段，通過比較工藝目標(biāo)與現(xiàn)狀的偏差確定約束，再利用魚骨圖（4M1E）分析約束原因，接著應(yīng)用雷達圖對工藝創(chuàng)新資源（為達成工藝目標(biāo)而應(yīng)用的資源）劃分等級，確定潛力約束，如圖3所示。雷達圖中陰影面積代表該約束的潛力等級，每一維度代表該工藝創(chuàng)新資源等級。

圖3 工藝創(chuàng)新資源雷達圖Fig.3 The Radar Map of Technology Innovation Resources

工藝創(chuàng)新資源的具備度和利用方式也影響著對工藝目標(biāo)的達成。將工藝創(chuàng)新資源具備且利用方式明確的潛力約束稱為可改進型潛力約束，其它約束稱為不可改進型潛力約束，對于不可改進型潛力約束，可采用類比法或技術(shù)進化定律尋找其新的利用方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛倪M型潛力約束。確定可改進型潛力約束整個過程，如圖4所示。

圖4 確定可改進型潛力約束流程Fig.4 The Process of Determining Improved Potential Constraints

4.2.2 利用約束

在設(shè)置時間緩沖后，用AFD-2分析設(shè)備存在的隱患并對其進行維護。日常維護手段包括軸承、齒輪等傳動部分給油、密封墊等易損零件的調(diào)換等等。對隱患部位的日常維護，降低了設(shè)備的故障率，保證了其正常運行。

4.2.3 服從約束

此階段將從人、機、物三個維度探討如何對非約束環(huán)節(jié)工藝資源進行合理的配置。人這一維度，通過培養(yǎng)多能工，使彈性的增減作業(yè)人數(shù)成為可能，避免因人員分配不當(dāng)造成生產(chǎn)延遲。機這一維度，主要控制設(shè)備綜合效率（OEE）來調(diào)節(jié)設(shè)備的利用率[10]，使非約束環(huán)節(jié)與約束環(huán)節(jié)設(shè)備實現(xiàn)同節(jié)拍生產(chǎn)，減少設(shè)備生產(chǎn)能力過剩造成的浪費。物的維度，利用看板管理即時獲取所需物料的信息，盡量避免物料配送過量和品種搭配不均衡的情況。

4.2 .4增強約束

在工藝創(chuàng)新資源的分析過程中，可能對資源改進提出相反的要求即沖突，此時可利用沖突分析獲得無折衷方案。當(dāng)實施解決方案后，為了將改進成果穩(wěn)定住，可開展標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)活動，制定詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書，在初期管理階段嚴(yán)加管理。與此同時，為了保證質(zhì)量可安裝防誤系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)差錯時，可自動的將發(fā)生錯誤的過程停止，避免由于差錯的產(chǎn)生導(dǎo)致產(chǎn)品整個批量都存在缺陷。當(dāng)初期管理的內(nèi)容進入正常狀態(tài)時，可解除“加嚴(yán)”的初期管理而實施正常管理。

5 應(yīng)用實例

5.1 應(yīng)用背景

圖5 生產(chǎn)線當(dāng)前生產(chǎn)能力狀況Fig.5 Current Production Capacity of Production Line

線纜企業(yè)A中的VV32型電纜以小批量方式生產(chǎn)，其工藝流程為：拉制、退火、絞合、絕緣、成纜、內(nèi)墊層、鎧裝、保護套、噴碼。為了加快交貨速度，A企業(yè)將提高生產(chǎn)效率作為當(dāng)前目標(biāo)。根據(jù)銷售部對市場需求量的預(yù)測，制定當(dāng)前目標(biāo)為25m/min，企業(yè)當(dāng)前各工序生產(chǎn)能力，如圖5所示。完成當(dāng)前目標(biāo)是極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，應(yīng)用TOC五大核心步驟集成創(chuàng)新模型來快速識別并解決生產(chǎn)流程中的約束問題，促進生產(chǎn)效率的提高。

5.2 應(yīng)用TOC五大核心步驟集成創(chuàng)新模型提升效率

5.2.1 確定約束

通過分析VV32型線纜生產(chǎn)能力，得出絞合工序為唯一未達到目標(biāo)要求的工序即約束。利用魚骨圖進行根原因分析，得到造成生產(chǎn)效率低的原因為框絞機能力不足。制定評價工藝創(chuàng)新資源評價指標(biāo)，并對工藝創(chuàng)新資源對約束的貢獻度評分，如表2所示。

表2 A型企業(yè)工藝創(chuàng)新資源評價指標(biāo)Tab.2 Evaluation Indexes of Technological Innovation Resources of a Type Enterprises

繪制工藝創(chuàng)新資源的雷達圖，如圖6所示。得到設(shè)備即框絞機為潛力最大的工藝創(chuàng)新資源。綜上分析，將絞合工序確定為潛力約束環(huán)節(jié)，將閑置的框絞機確定為潛力最大的工藝創(chuàng)新資源。

圖6 A型企業(yè)工藝創(chuàng)新資源雷達圖Fig.6 The Radar Map of a Type Enterprise Technology Innovation Resources

5.2.2 利用約束

為了提高框絞機的利用率，將時間緩沖設(shè)在退火工序與絞合工序之間。緩沖時間包括拉絲機的加工時間和準(zhǔn)備時間，通過對拉絲機和框絞機的生產(chǎn)速度的分析，將其設(shè)為11.2min。

絞合工序因產(chǎn)品質(zhì)量問題造成時間損失，也會影響到生產(chǎn)效率。利用AFD-2分析得出模具不匹配是造成絞合工序產(chǎn)品質(zhì)量低的原因，通過督導(dǎo)維修人員提前更換問題模具，避免這一問題的出現(xiàn)。

5.2.3 服從約束

絕緣工序的生產(chǎn)速度最快，達到了80m/min。為了避免擠出機生產(chǎn)能力過剩造成庫存，可重新制定排產(chǎn)計劃，在不影響VV32型電纜生產(chǎn)進度的基礎(chǔ)上，進行其他訂單產(chǎn)品的擠出加工，這樣既避免庫存的產(chǎn)生也提高擠出機的開動率。

5.2.4 增強約束

經(jīng)過前面兩個階段的改進后，生產(chǎn)效率依舊無法達到制定目標(biāo)的要求。因此在增強約束階段將框絞機能力不足作為改進目標(biāo)，以獲得絞合工序生產(chǎn)效率的提高。構(gòu)造沖突解決圖表（CRD），如圖7所示。尋找向目標(biāo)達成過程中出現(xiàn)的沖突。將技術(shù)沖突的雙方描述為：改進參數(shù)為“速度”，惡化參數(shù)為“物體產(chǎn)生的有害作用”和“形狀”，查找沖突矩陣表，得到發(fā)明原理 2、24、35、21、35、15、18、34。參照發(fā)明原理的內(nèi)容并結(jié)合絞線工序的實際情況，選擇可用的發(fā)明原理2：分離與34：拋棄與修復(fù)。對企業(yè)內(nèi)閑置的一臺1861型框絞機進行改造，修復(fù)其防護裝置，對其機械、電氣部分進行檢查，確?？蚪g機能夠正常投入使用。之后實施初期管理，制定作業(yè)指導(dǎo)書，對改進的框絞機提高檢測頻率，將所出現(xiàn)的異常現(xiàn)象進行詳細(xì)的記錄。當(dāng)生產(chǎn)線的質(zhì)量生產(chǎn)能力作業(yè)者的作業(yè)及設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況均達到正常運轉(zhuǎn)水平，進入正常管理階段。

圖7 框絞機提高能力的沖突解決圖表Fig.7 The Conflict Resolution Chart of Stranding Machine Improving the Ability

6 結(jié)語

針對TOC不能在復(fù)雜的產(chǎn)品制造過程中快速識別并有效解決真正約束的問題，深入分析了TOC五大核心步驟在應(yīng)用過程中存在的障礙，提出將TRIZ與精益生產(chǎn)應(yīng)用到TOC五大核心步驟之中，構(gòu)建出TOC五大核心步驟集成創(chuàng)新模型。模型中的TRIZ工具可以識別潛力約束并解決存在的沖突，精益生產(chǎn)工具能夠合理的配置非約束環(huán)節(jié)的工藝資源，并維持改進成果的穩(wěn)定性。提高VV32型電纜生產(chǎn)效率的實例表明，TOC五大核心步驟集成創(chuàng)新模型能夠明顯的提高企業(yè)解決關(guān)鍵問題的能力。