生產系統導入TOC改善案例 
這份資料記錄TOC生產改善方法與技巧,應用於一家傳統的亞洲某著名工具製造商。相關應用幾乎是種『照書操作』的直接實踐過程,其中有兩個重點,凸顯本案例不同於其他文獻之處:
- 文化本質上的障礙,與陸續成功克服相關障礙的步驟。
- TOC技巧的策略性應用,強化員工的豐富知識與能力,聚焦於創造顯著的程序改善效果。
簡述工具製造商的背景:
這家工具製造商創立於1933年,在1987年經歷併購事件,本文出版時2006年約有1100位員工。公司除總公司外,還有四個工廠分佈於不同城市,其中兩個工廠的產值佔全公司產值的85%,本文以兩間工廠之一為分析對象,稱為K工廠。
公司使用最先進的材料科技及尖端工程技術,於設計與生產工具產品。1998年,曾經獲得Nikkan KogKo Shimbun 十項最佳的新產品獎,公司於業界具有崇高的名聲與地位。K工廠中創造與開發的系列產品End-mill,是全球的頂級產品,為工具製造產業的龍頭。(End-mill)硬質銑刀是某種切削工具,用於金屬表面或側面的切削與開溝功用。
一般而言,每個月K工廠生產大約12,000到20,000種不同的SKUs,包含各種不同的材料、構造及直徑。如同其他產業,以切削工具市場來看,新產品開發是競爭優勢的來源,而鎢鋼(硬質合金)工具市場的競爭環境更加艱難。競爭市場每六個月便推出新產品系列,以利顧客提高生產效率,加速生產高精度的金屬鑄模。因而,促使並提高顧客對具有出色材料與科技之新工具的期待和需求。新產品推出對於工具製造商的不利之處在於,新產品系列提供更好的品質與堅韌性能,較舊型的產品就成為過時品。如此一來,製造商被迫大量促銷較舊型的產品,或拋棄及註銷。
K工廠是TOC所稱之典型的V型工廠,生產流程之分歧點為該型工廠的特性,某個流程階段的某個材料,於下個加工階段可被轉變成多種大不相同的產品。V型工廠的三種主要的特性:
- 產品種類大於原物料種類。
- 一般而論,每個產品的生產方式基本上是相同的。
- 一般設備資金龐大且高度專用化。
以上的特性都可見於K工廠,K工廠的原物料種類很少,一般製程包含材料邊緣磨光處理,管道處理,及刀邊尖端處理。生產流程通過分歧點後,便可產出許多截然不同的產品。K工廠共有四條生產線,含小直徑硬質合金/鎢鋼磨光綜合線,中大直徑鎢鋼一般磨光線,高速鋼(high speed steel)小直徑線,及高速鋼中大直徑線。每種生產線有其特殊設計的設備,用以生產特定的產品系列。根據特定的產品系列所需的之理想製程,來佈置與排序每種生產線的設備 – 雖然鎢鋼生產線也可能用於生產高速鋼產品系列。
[ high speed steel:高速鋼,具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼,又稱高速工具鋼或鋒鋼,或稱鋼鑽。 ]
實行TOC之前
K工廠主要是存貨式生產作業(Make-to-stock operation),大約70%的產品從成品庫存出貨。回顧歷年表現,該工廠遭受經常性高缺貨、延誤交期、高庫存量、及高過時產品之苦。此外,工廠的製造(補貨)前置時間相當長,平均大約需要兩個月。經常性的缺貨與遲交問題,對顧客滿意度造成不良的影響,而過時品問題增加營運成本。工廠經理知道為了確保工廠能長久存在,必須成功解決這些問題。然而,K工廠的廠長已多次嘗試各種方式,試圖處理缺貨與遲交問題,結果全都失敗。生產人員們的主流看法似乎是,這些問題無法解決。
在2000年間,由副廠長啟動一項改善提案,以小量為主軸的生產原理,提案設計是藉由增加換線次數,及縮小批量,以降低缺貨。啟動該改善提案之後,各級工廠經理人的抱怨源源不斷。生產效率下降,與大家的預期背道而馳,生產前置時間拉長。還有,工廠每月的出貨數字低於目標值。兩個月後,該改善提案被停止,生產批量回到原本情況。
品保中心主管指出當時整個工廠的工作規則,及非正式的車間優先順序。
『我的部門最重要工作是達成生產價值目標(production value target),同時檢驗產品。該如何確保每日的生產價值呢?產品檢驗這道最後的程序控制工廠的產岀。品保檢驗人員例行性到工廠,檢驗具高價值的產品。像是每個月底,檢驗員帶著計算機到工廠,選取具有高生產價值的產品,以確保需達成的生產價值目標。當時,生產流程中有七天的在製品,檢驗員習慣性地優先查驗最大量的產品,以增加每項加工作業的生產價值。』
生產價值表示在一段時間內,被製造產品的會計價值(accounting value)。選取產品的作法表示,從已部分加工的在製品庫存中,選擇產品(含最高的實獲生產價值[earned production value])做產岀前最後的查驗程序。品保部主管的描述清楚地指出,工廠及個別部門的績效是,根據生產價值的會計衡量,如此一來達到局部或部門最佳化的表現,以確認各別的利益。這樣做法的結果之一是,呈現眾所皆知的『月末症候群(end-of-month syndrome)』。不幸的是這樣的作法,無助於降低缺貨、改進達交表現(delivery performance)、增加有效產岀、降低庫存、或是縮減營運費用等。
實施TOC改善方案
在2000年六月,廠長與副廠長的一致意見是,有採取新作法的必要性。雖然K是獲利的工廠,大部分的成效來自於技術競爭力,及硬質銑刀的大量市場需求。他們知道不能期待這樣的優勢永遠存在。
他們一起調查及研究TOC的改善方式,接著一致認為TOC的改善作法,相當合適自己的場景,利於改進K工廠的當前績效,及未來的獲利能力。他們選擇一位受到高度肯定的生產主管,來實施TOC相關改善方案。K工廠實際改善方式,採用TOC的五項聚焦步驟(The Five-Focusing Steps),及使用鼓-緩衝-繩(Drum-Buffer-Rope)及緩衝管理(Buffer Management)的技術。在正式實施方案之前,舉辦一系列的TOC教育訓練,以開發應用TOC的知能,如何將之應用於K工廠的生產流程,如何導入K工廠等議題。這些教育訓練強調,指出系統限制的重要性,應用五項聚焦步驟,及實行DBR的邏輯思維與程序。
經過兩個月的教育訓練,雖然一切進行順利,領導改善方案的生產主管擔心,單以教育訓練尚不足以獲得促成顯著改善之動力的必要共識、承諾與能量(consensus, commitment and energy)。缺乏共識與承諾會引起很大的文化障礙,如不立即處理與消除的話,則可能無法如實啟動與實踐改善方案。因此,決定相關員工組成改善團隊,採用TOC思考程序(Thinking Process)方式,共同建立必要的共識。
在此,TOC思考程序被當作一種能達下列目的的方法:
- 仔細觀察與瞭解整體系統。
- 審慎思考系統結構與顯現的問題。
- 決定合適的改變,衡量系統瓶頸資源的表現,以評量整體系統的績效。
為了建立共識,投入一個月左右的時間,改善團隊建構現況圖(current reality tree)。這個利用因果邏輯的推論過程,提供一種建設性的討論,揭露出許多作法與思維上的關鍵性因果關係及相對的效應。透過這樣的方式,找出核心問題(core problem)及改善方針(direction of solution),建構共識的基礎。
工廠裡的不良現象包括:
- 普遍之成品缺貨情況。
- 成品與在製品庫存高於必要數量。
- 補貨前置時間高於必要時間。
- 大量產品成為過時品。
- 整體成本相當高。
- 流失某些銷售機會。
- 未來銷售量有風險
- 目前與未來利潤低於預期值。
改善團隊共同檢討現況圖(見本文最後的圖一:K工廠現況圖)所呈現的當前不利情勢,尤其是瞭解其中因果邏輯所引發的效應,與對未來非常可能發生的不良結果。現況圖清楚描述,使用生產價值作為績效衡量的指標,這是個核心問題,造成上述的不良現象,以致於無法達成公司整體的營運目標。如不化解核心問題,而試圖改善品質、設置更複雜資訊系統、縮小批量等,則常有欲速則不達的遺憾。
TOC改善實施進程
在2009年九月,首先實施相關的教育訓練,傳授TOC相關知識與使用技能。接著,建構工廠現況圖,有系統的探討與分析工廠運作的現況,充分瞭解其中呈現的運作邏輯與因果效應。彙整出生產價值的績效指標,對於工廠及部門之影響深遠,實為此現況圖之核心問題。然後,採用TOC的五項聚焦步驟為改善問題的管理邏輯,建構具體的改善方案,創新生產物流系統,包含一套運作機制和流程。
第一步:指出系統限制。
找出K工廠的首要系統限制。對此,改善團隊決定選擇一條產品線,高速鋼小直徑,來建構新運作模型。即是,首先改變這條產品線的生產機制,然後再據此模型,有系統的改變其他三條產品線。雖然收集生產線上設備的理論及實際能力(capability)、負荷及在製品狀態的資料,並不十分順利,有各種不精確的數據。然而,最後結論是在硬質銑刀上開出溝槽的資源為瓶頸機台,由於相較於工作負荷量,這是唯一產能不足的資源。接著,跟生產車間的工作人員與管理人員求證,確實這是個瓶頸機台。
第二步:決定如何充分利用瓶頸機台。
這一步確認沒有浪費瓶頸機台的產能,充分使用可得的產能。在此,改善團隊專注於發掘機台的使用情況,而非操作人員。並且向操作人員說明他們改變工作方式的重要性,強調需要由他們參與改善與主導流程更新。得到操作人員的熱烈響應,接受保持瓶頸機台充分發揮產能的挑戰。
當前工作流程取樣分析後,找出一些無效能的操作方式,很快便修正工作流程及人員工作時間。結果在短時間內,瓶頸機台的作業能力大幅提昇。流程取樣分析也發現,換線準備時間相當長,因而啟動縮短時間的改善方案。
第三步:所有資源配合上述決定的改善方案,與執行更新之運作規則。
這個步驟要求所有工廠人員及相關資源,完全配合更新的運作規則與作業流程,以利全然支持及促使瓶頸機台發揮可用產能,使的整體系統表現達最佳狀態。在此,管理模式及流程的設計原理為,促使所有非瓶頸機台與瓶頸機台的節奏同步化,而且控管物料投產的時間與訂單開工的次序。
K工廠短時間內及建立基本的DBR系統,作為資源運作同步化的機制。為了確保瓶頸機台有足夠物料,不需等待,繼續工作,在瓶頸機台前設立一個三天產能的緩衝(buffer)庫存。同時,要求所有非瓶頸機台,以先進先出的順序進行加工。
第一次危機
為了使TOC導入過程進行順利,管理層決定每個月舉辦一次兩天的工作坊。工作坊的目的能使領導者及團隊成員,分享與討論改善方案的實行經驗,包含發覺可能發生的問題或風險,並建構處理方案,決定後續實行步驟,及設計具體策略或作法等。
大約在TOC導入後三個月,改善團隊的隊長遭遇第一個關鍵障礙,危及整個方案。從高速鋼生產線上個個作業收集的數據,指出系統中的在製品總數,並未如期減少。幾位生管、領班與相關工作人員,全都同意以瓶頸機台同步的方式,投入物料與進行加工作業等。數據分析呈現確實依照瓶頸機台的生產能力,將物料投入生產線。然而,如此一來,仍維持原來已過高的在製品庫存。
顯然,想要降低系統中在製品庫存的唯一方案,得以低於瓶頸機台能力,抑制投入物料的數量。但是這個方案並未被落實!為什麼無法落實呢?有不少資深具多年經驗的員工,他們深知公司衡量工作表現的方式。工廠的主流氛圍認為降低在製品庫存及縮短前置時間,尤其對資深員工而言,這是絕對不合理的目標。
透過TOC疑雲圖分析後,發覺員工處於矛盾,見下圖。員工的共同目標是『工作表現受到公司肯定』,一方面必須盡力降低系統中的在製品庫存。為了降低在製品庫存,就必須抑制投入物料。另一方面,必須保持個別部門的高實獲生產價值(這是公司主要的績效衡量指標)。為此,就必須繼續投入物料。下圖包含兩項重要的假設(圖中箭頭下面的判斷思維),左邊的是由於實獲生產價值為主要的運作績效指標,右邊的是由於實獲生產價值是基於生產數量,而非售出數量。總之,員工拒絕執行會降低績效指標的作業規則。公司可以要求員工執行正確、對公司有益的行動,但是不該要求他們為此自我犧牲。
化解這個問題的最佳方案是,取消實獲生產價值的績效衡量方式,消除促使員工投入過多物量的因素。可是,改善團隊的隊長無權更動績效衡量方式。
廠長瞭解情況,並受到TOC顧問鼓勵之下,他瞭解必須有所行動。他下令停止投入物料一週!廠長與高速鋼改善團隊很快便發覺,使用生產前置時間計算與決定投入物料的時間並不正確,因為標準的生產時間相較於實際需要時間,實在過長。這樣的長前置時間,反而造成『自我驗證預言』的效果,所以時間變成更長及在製品更多。因此,決定縮短用於計算投入物料的標準生產時間。同時改變之前一次投入大量物料的作法,每日投入大約一天所需的數量。如此改善後,在保持相同程度的有效產岀下,在製品很快大幅降低,而生產前置時間按一定比例逐月縮短。
第四步:提升系統限制。
每個月舉辦的兩天工作坊,以自由參加與高度互動的形式進行,結果成為一種大家主動相互學習的效果,改變了員工被動的態度。透過更加了解系統相的互依賴與動態性能,大家願意參與,並提出改進系統效能的構想。一旦指出系統的瓶頸資源,則專注於討論如何善用該資源,提升有效產岀。
還有一項重要的改進,涉及加快瓶頸機台的換線準備時間。由於K工廠每條生產線都需生產許多不同產品,所以不斷有換線的工作。假如想要同時達到小批量生產,且能有高生產效率的話,快速換線是不可缺少的。現場工作人員將換線準備工作分成,離線與上線(off-line and on-line)兩種工作類別,仔細檢討與尋找可縮短上線準備時間的方式。最後,他們成功地降低所有生產線上,瓶頸機台的上線準備時間,至少百分之五十,其中有條生產線,大幅縮短百分之九十。
另一項重要改善,廠內有不少設備已老舊,隨時可能停機或加工效果不良。有些情況決定最好的作法是採購新設備,以確保有效產岀,並能很快回收成本。其他情況則是加強機器維護,防止停機或不良現象,還是以確保瓶頸機台的有效產岀為焦點,創造額外的有效產能,繼續生產高品質產品。
TOC改善方案導入一年後
K工廠的四種生產線都獲得顯著的改善成效。員工們都全心支持TOC的原理,並熱誠地投入持續改善。整體生產系統的換線準備時間縮短,尤其瓶頸機台的換線時間大約降低一半以上,如此一來便大幅提升生產流暢性(production flow)。
整體生產力(productivity)大幅提高,相較於一年前的出貨量,提升百分之二十以上。在製品與生產前置時間降低幾乎是百分之五十。顯著改善準時達交表現。第一輪的品質比率從百分之九十三,升到百分之九十七,並降低百分之五十因產品瑕疵的整體損失。
此外,資訊系統亦有大幅改善,之前十分質疑其中資料的正確性,現在物料與產品能持續追蹤,每天四次資料更新,以利提供最即時的資料。這樣的資訊系統利於第二年實施更進一步的DBR機制之用。
在2001年六月,廠長被轉派為另一個工廠的廠長(該是由於K工廠的傑出表現),而副廠長升為廠長繼續使用TOC進行持續改善。
(資料來源:Implementing theorK of constraints in a traditional Japanese manufacturing environment: the case of Hitachi Tool Engineering)
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