广义速度V与管理理论——流水线、TPS…

广义动量定理与系统思考——战争、管理学与经济学通论

2.8 广义速度V与管理理论

广义动量定理Fαt=MV中，增加广义速度V，可以增加成果MV。有三大生产方法可以增加广义速度V，分别为福特的流水线生产，大野耐一的丰田生产方式和高德拉特的TOC制约理论。

加快产出速度V是工厂的主要目标，高德拉特说：“加快流动（或缩短生产所需时间）是工厂的主要目标。”；大野耐一说：“我们所做的，其实就是注意从接到顾客订单到向顾客收帐这期间的作业时间，由此剔除不能创造价值的浪费，以缩短作业时间。”

三种生产理论是广义动量定理与系统思考的结合，广义动量定理用来产生成果MV，系统思考用来指导何时产生，产生多少，产生什么样的成果才能使系统的产出最大化。在三大生产理论中，以广义动量定理所阐述的工业工程来增加成果，以系统思考的负反馈来指导生产。

2.8.1 福特的流水线生产

流水线生产，指劳动对象按一定的工艺路线和统一的生产速度，连续不断地通过各个工作地，按顺序地进行加工并生产出产品的一种生产组织形式。它是对象专业化组织形式的进一步发展，是劳动分工较细、生产效率较高的一种生产组织形式。亨利•福特(HenryFord)于1913年在密歇根州的Highland Park，建立的生产系统。

1913年，福特应用创新理念和反向思维逻辑提出在汽车组装中，汽车底盘在传送带上以一定速度从一端向另一端前行。前行中，逐步装上发动机，操空系统，车厢，方向盘，仪表，车灯，车窗玻璃、车轮，一辆完整的车组装成了。在手工生产时代，每装配一辆汽车要728个人工小时，而福特的简化设计，标准部件的T型车把这缩短为12.5个小时。进入汽车行业的第十二年，亨利福特终于实现了他的梦想，他的流水线的生产速度已达到了每分钟一辆车的水平，五年后又把进一步缩短到每十秒钟一辆车，生产效率提高了4488倍。

流水线是怎样提高速度的？

流水线把生产工序被分割成一个个的子过程，每个子过程可以和其他子过程并行运作提高速度。工人间的专业分工更为细致，产品的质量和产量大幅度提高，极大促进了生产工艺过程和产品的标准化。制成品被大量生产出来，尤其是多样的日用品在流水线上变成了标准化商品。福特的流水线不仅把汽车放在流水线上组装，也花费大量精力研究提高劳动生产率。福特把装配汽车的零件装在敞口箱里，放在输送带上，送到技工面前，工人只需站在输送带两边，节省了来往取零件的时间。而且装配底盘时，让工人拖着底盘通过预先排列好的一堆零件，负责装配的工人只需安装，这样装配速度自然加快了。汽车生产流水线以标准化、大批量生产来降低生产成本，提高生产效率的方式适应了美国当时的国情，汽车工业迅速成为美国的一大支柱产业。他在一年之中生产几十万辆汽车，这个新的系统既有效又经济。结果他把汽车的价格削减了一半，降至每辆260美元，1913年，美国人均收入为5301美元，1914年，一个工人工作不到四个月就可以买一辆T型车。

亚当•斯密在《国富论》中阐述了分工理论提高效率的原因：第一，分工专业化是劳动者的劳动技巧或熟练程度日益增进。第二，分工可以减少由一种工作换到另一种工作损失的时间。第三，分工使劳动简单化、专门化，从而为机械的发明和使用创造了条件。

1）流水线生产框图：

以带字母的方框来代表生产单元，以黑线来表示物流，绿线来表示信息流。通过系统框图来分析流水线生产，精益生产和TOC制约理论。

在福特的流水线生产中，产品单一，需求量大，两道工序之间有放置上道工序的产品。福特的流水线式一个大的负反馈系统，目标生产量=客户需求量-已生产量，由于客户需求巨大，客户需求量一直大于生产量，所欲目标生产量一直是正值，即生产系统需要一直生产此品种的产品直至到满足客户的需求为止。由于产品单一且需求量大，值得花费金钱和人力为此产品专门建立一条产线。两道工序之间的空间用来防止上道工序过量生产，一旦空间被填满就必须停止生产，过量生产会产生不必要的库存，从而增加企业的成本。

流水线生产是一种负反馈系统，目标生产量=客户需求量-已生产量，由于客户需求量足够大，所以目标生产量一直为正，即需要一直生产。每道工序也是一个小的负反馈系统，两道工序之间的空间可容纳的数量是上道工序可以生产的最大生产量，当空间被填满，则必须停止生产。所以每道工序需要生产的数量=空间可容纳数量-空间已容纳数量。

流水线适用条件：产品单一，需求量大的产品。

2.8.2 丰田生产方式和精益生产

2.8.2.1 大野耐一的丰田生产方式

丰田生产方式（TPS）是日本丰田汽车公司所创造的一套进行生产管理的方式、方法，以消除浪费、降低成本为目的，以准时化和自动化为支柱，以改善活动为基础，通过消除所有环节上的浪费来缩短产品从生产到客户手中时间从而提升企业竞争力的生产方式。

“彻底的杜绝浪费”是丰田生产的基本思想，准时化和自働化是其两大支柱。丰田生产方式所追求的目标是成本最小化，彻底的杜绝浪费，就可以以最小的成本生产出产品，从而保持企业的竞争力，而准时化和自働化是实现彻底的杜绝浪费的手段。TPS系统迫使整个工业界转变对库存的看法，从视之为资产转变为视之为负债。所以准时化生产可以实现最小库存的目标，从而减少成本。看板是实现准时化生产的手段。人性自动化可以防止生产不合格的产品，不合格的产品会增加公司成本，所以自働化也是实现成本最小化的手段。增加系统的产出速度可以有效减少成本。

丰田生产方式是广义动量定理与系统思考的结合，广义动量定理所阐述的工业工程用来分析如何产生成果，如何减少浪费，标准化作业等；系统思考得负反馈用来指导工业工程何时产生成果，产生什么样的成果，产生多少成果使系统的有效产出最大。

从系统的角度说，下一级流程都是上一级的客户，下一级需要在某时刻，需要某个数量，某种类型的产品是客户需求，恰在需要的这个时刻，给予客户需要数量的某种产品正好可以满足客户的需求。过早，过量，生产不需求产品都会产生库存，从而增加企业成本；过晚，过少的生产不能满足客户的需求，不能将客户的需求转化为企业的销售，从而不能为企业创造价值。这和军事理论的精确打击的道理是相同的。

丰田生产方式框图：

在丰田的生产方式中，每一个工作单元会从事多种产品的生产，这样的工人叫做多能工，而不像福特的流水线中的工人只负责一种工作。丰田生产方式适用于多品种，小批量的产品。由于需求量少，不值得去建立专有产线，这就要求员工的多能以适应多品种的不同需求。在下图中，A生产单元就是一个可以生产多种产品部件的单元，分别给三条生产线提供产品。一条生产线由多个负反馈系统组成，而每个生产单元又包含多个负反馈系统。丰田生产方式使用拉动式的生产，通过看板来实现拉动式生产的信息传递。

其中的每一工序都是如下的负反馈系统。

生产单元通过目标生产量的指导来生产指定数量，指定型号的产品。目标生产量=目标库存量-剩余库存量=目标库存量-（原库存量+产出量-下道工序取走量）=目标库存量-原库存量+下道工序取走量-产出量。如果在下道工序取货之前，此工序的原库存量等于目标库存量，并且系统没有正在生产的在制品，那么目标生产量就等于下道工序取走量。下道工序在取走货物时，物流向下流动，同时通过看板系统将信息上传到此工作单元以指导其生产。

有库存是为了最快的交付期，过多的库存会增加成本，所以系统需要有合适的库存量。如果I产线的客户需要一件产品，而D1有库存，那么生产期为0；如果D1没有库存，C1有库存，那么生产周期最少是D1的生产时间。

2.8.2.2 精益生产

精益生产（Lean Production，简称LP）是美国麻省理工学院数位国际汽车计划组织的专家对日本“丰田JIT（JustIn Time）生产方式”的研究而命名的生产方法。

精益生产的5个原则：

1）价值：精确的定义特定产品的价值。

2）价值流：识别出每种产品的价值流。

3）流动：使价值不断流动。

4）拉动：让顾客从生产方面拉动价值。

5）尽善尽美：永远的追求尽善尽美。

定义价值就是定义顾客所需要的产品质量m，这是生产出的产品需要达到的目标。价值流是产生价值m的过程，也就是广义动量定理的过程市场Fαt，不能产生价值m的过程应该减少到最小，这一点和工业工程中介绍减少动作动作路程的道理是相同的。减少不必要的步骤可以加快产品的产出速度而提高产出量，也可以减少占用时间，人力和物料等的成本，这和TPS中所说的“消除一切浪费”的思想是相同的。使价值流动可以增加产品的产出速度V，从而增加成果MV。让顾客拉动价值是为了指导生产客户马上需要的产品，而不是客户不需要的产品，这样可以减少库存，从而减少负债，增加系统的有效产出。尽善尽美是不断的优化上述四个过程，使成果MV越来越大。德国保时捷公司在董事长魏德卿的领导下，引入精益生产，使保时捷成为世界最赚钱的汽车公司。

精益生产发展了TPS思想，在《学习观察：通过价值流图创造价值、消除浪费》提出的图析不是每个生产环节都需要使用看板来完成负反馈环，精益思想将TPS进行了简化，实施的方法也简化，使其实施更容易，且结果更好。

此处引用《学习观察：通过价值流图创造价值、消除浪费》书中的一个例子，并简要进行讲解。

例子：

阿克米冲压公司为汽车装配厂生产钢制转向管柱支架，该产品分为方向盘左侧、右侧两种类型，成品发往国家大道汽车装配厂。

顾客需求：每月18400件，其中：左侧转向支架12000件，右侧转向支架6400件。顾客工厂每天按照两班运转；每个货盘中有20件产品，一个货箱最多可以放10个货盘，顾客以货盘为单位订货。每天用卡车向顾客发一次货。

阿克米工厂数据

工作时间：每月工作日20天，所有生产部门每天两班，每班8小时，必要时可以加班，每班有2个10分钟休息，在休期间，手动机停止工作，午餐不计入工作时间。

生产工序：该产品的工序包括冲压、点焊1工位、点焊2工位、装配1工位、装配2工位和发运。

根据客户和阿克米公司的情况绘制价值流现状图，原书图如下：

通过对客户需求，供应商情况和企业的自身情况绘制出企业的价值流现状图。

通过精益价值流的分析，绘制出价值流的未来图。从图中可以看出生产交付期从23.6天缩短到5天。此工程的未来价值流图包含3个负反馈，包括供应商环，冲压环和定拍环。每一个拉动系统的超市都对应着一个负反馈环。

以精益思想的5个原则来分析这个例子，

1）定义什么是价值。

也就是质量m，价值为生产的左右管柱支架。数量n为12000件左侧，6400件右侧，速度V为60秒/件（18400件/20天/2班=460件/班，27600秒（每班可用工作时间）/460件=60秒/件）。所以每天要产生的广义动量MV为920件*管柱支架质量*60秒/件（其中920件中包含600件左侧支架和320件右侧之间）。

2）分析价值流。

收到供应商的钢材后，经过阿克米公司的冲压，点焊1，点焊2，装配1，装配2的这5道加工工序后，变成成品，然后发运到客户公司。每一道工序的数据情况在相对应的加工工序下进行了标明。

3）流动

通过分析，冲压时间为1秒，与节拍时间相差太大，不宜引入连续流。而两个焊接和两个装配的时间与节拍时间接近，可以引入连续流。装配和点焊的总时间为187秒，而节拍时间为60秒，这样就需要3.12人来完成装配和点焊的工作，当前的4人有些浪费，通过工艺改良，将每个工人的单位工作时间减少到55秒，三人总时间为165秒，小于180秒。

    

4）拉动

在不能引入连续流的地方使用超市，在冲压工序前有卷材超市，用于保证冲压工序有合适的工作库存缓冲，在冲压工序后有超市，用于保证焊接+装配工序的正常工作，在焊接+装配工序后有成品超市，用于保证有合适的发运缓冲，超市的作用和福特的空间缓冲，高德拉特的时间缓冲作用是相同的，保证下道工序不挨饿，可以正常工作，超市的大小取决于现场的墨菲效应和节拍等，超市的库存量不宜过大，过大则在制品过多，易造成生产混乱，并且库存是负债，需要减少；库存也不宜过少，过少的话，一旦发生墨菲效应，下道工序就马上停工，影响系统的总产出。超市是一个负反馈系统，输入的大小为超市的目标库存大小，而生产的目标是偏差库存，偏差库存=目标库存-实际库存。

 

5）尽善尽美

减少各道工序的换模时间，增加开机率到100%，可以减少生产总时间，这一点作者将在‘经济批量与单件流’的章节中进行论述。通过均衡生产，降低库存量，缩短交货期。各道工序的都可以通过不断改善，从而缩短交货期。

精益价值流图析中，使用反E来表示超市，与TPS的拉动系统功能是相同的；而先入先出的管道与福特流水线的空间缓冲道理相同，管道有大小容量的限制，达到限制时，停止生产，是负反馈系统。精益价值流图使精益生产更容易理解和实施。

精益生产适用条件：产品多样，需求较小但稳定的产品。

2.8.3 高德拉特的TOC制约理论

TOC提供一套基于系统方式的整体流程与规则，去挖掘复杂系统固有的简单性，通过聚焦于少数“实体的”和“逻辑的”“杠杆点”，使系统各部分同步运行，从而达成系统整体绩效持续改善的理论。

从广义动量定理Fαt=MV的角度说，作用点的选择不同产生的效果不同，作用点越关键，产生的成果越大。从系统的角度说，系统的产出取决于系统的限制因素，也就是瓶颈，所以瓶颈是系统的关键作用点。将力量作用于关键作用点，可以产生最大的成果MV。

TOC的聚焦五步骤：

第一步：找出瓶颈

第二步：挖尽瓶颈

第三步：迁就瓶颈

第四步：打破瓶颈

第五步：回头找瓶颈，避免惰性

丰田生产方式通过看板来指导生产，而TOC通过DBR（drum 鼓，buffer 缓冲，R: rope 绳子）和BM（buffermanagement  缓冲管理）来指导生产。

鼓是系统的瓶颈，通过鼓来指导生产节奏，通过时间缓冲来保证瓶颈有最大的产出，通过绳子来控制投料，保证合适的缓冲而不产生过多的库存。

上边的例子上成品需要经过8个环节才能实现，每一各环节下边的数字是此道工序每周可以生产的个数。所以工序D是瓶颈。在TOC中由瓶颈的节奏（鼓）来决定生产计划，由绳子控制发料，由时间缓冲来防止墨菲效应（系统扰动），保证有效产出。

高德拉特的TOC制约理论是聚焦于改善系统的约束，目标是增加产出速度。从系统思考的角度来说，是通过系统分析寻找系统的约束；从广义动量定理Fαt=MV的角度来看，选择合适的作用点可以增加广义速度V，即可以增加成果MV。

TOC制约理论的系统框图：

在TOC制约理论中，不是两道工序间都需要库存，只需求在瓶颈工序前有库存就可以保证瓶颈工序一直在工作，由于瓶颈工序的产出决定系统产出，所以保证瓶颈工序产出最大化就能使系统产出最大化。在TOC制约理论中，使用时间缓冲来代替库存缓冲，本质是相同的。时间缓冲是为了防止发生墨菲效应而导致瓶颈工序挨饿而导致系统产出减少。

TOC通过瓶颈的节奏来决定系统的节奏，通过缓冲管理来决定目标缓冲大小，通过绳子来实现目标缓冲量，TOC的负反馈系统就是要保持瓶颈前的缓冲量恒定。通过绳子来控制投料的时间，过早投料会产生过多的在制品而导致生产混乱，过晚投料会导致瓶颈物料可生产而影响瓶颈产出。

TOC通过偏差缓冲量大小来决定最前道工序的投料大小，而每道工序投料的优先级和比例则由客户的重要性，产品盈利的对比等因素决定。

偏差缓冲量=目标缓冲量-剩余缓冲量=目标缓冲量-（原缓冲量+在制品缓冲量-产出消耗缓冲量）=目标缓冲量-原缓冲量-在制品缓冲量+产出消耗缓冲量

如果在制品的数量为零，并且原缓冲量等于目标缓冲量，那么偏差缓冲量就等于产出品消耗的缓冲量。

案列：

1、工厂的工序布置与产品工艺流程

工厂只有四个工作站：A，B，C，D

工厂只生产四种产品：产品#1，产品#2，产品#3，产品#4。每个工序每天只能生产一个产品。

四种产品的生产流程，分別为：

产品#1：投料-A-B-A-D-出货

产品#2；投料-C-D-B-B-出货

产品#3；投料-A-C-B-C-出货

产品#4：投料-A-B-B-D-出货

2、背景资料与数据

工厂只运行36天，时间一到工厂就关闭。

工厂在此期间的作业费用（固定开支）为3000元。

在市场上，每种产品的需求都有9件。

公司规定，每种产品要至少出货4件。

每件产品的生产周期不可超过9天。

产品价格、成本、订单数量与在制品的位置：

如何在满足上述要求的情况下，赚取最多的利润。

解答：

1）确定瓶颈工位

A工位生产4种产品需要2(2个A)*9(天)+1*9+1*9=36天；B工位生产4种产品需要1*9+2*9+1*9+2*9=54天；C工位生产4种产品需要1*9+2*9=27天；D工位生产4种产品需要1*9+1*9+1*9=27天。B工位需要的天数最多，所以B工位是瓶颈。

2）画出TOC系统流程框图

根据例子和TOC制约理论的系统框图可以画出如下的TOC系统流程框图，红，青，蓝和洋红4种颜色分别代表4种产品，这4种带箭头的线表示物流方向，绿线表示信息流方向。线上的数字表示4种产品的流程顺序。

3）计算利润，确定每种产品生产数量

下边通过两种计算利润的方法，说明TOC制约理论的瓶颈是如何决定系统产出的。

3.1 按照传统方法计算利润

如何评估产品的价值?以这个工厂为例哪一种产品价值较高较赚钱呢?

产品#2最赚钱生产9个(用掉18天B作业员的时间)，产品#1跟#3是较不赚钱，各生产4个满足需求就好(各用掉4天B作业员的时间)，还剩10天B机器时间生产5个产品#4。

总产出=4*$125+9*$265+4*$150+5*$210=$4535

净利=$4535-$3000=$1535

3.2 按照TOC制约理论来计算利润

瓶颈決定工厂产出(获利)大小，所以应该使瓶颈的产出最大化，从而使系统的产出最大化。

 
从瓶颈的角度衡量，产品#3最赚钱生产9个(用掉9天B作业员的时间)，产品#1跟#4是较不赚钱，各生产4个满足需求就好(#1用掉4天，#4用掉8天B作业员的时间)，还剩15天B机器时间可生产7个产品#2还剩1天，此一天可多生产一个产品#1。

总产出=5*$125+7*$265+9*$150+4*$210=$4670

净利=$4670-$3000=$1670

此处的两种计算方式的区别显示了传统理论与TOC制约理论之间的区别，也具体的显示了瓶颈决定系统产出这一原则，瓶颈是系统的关键作用点，从广义动量定理角度说，将力量用于关键作用点，可以获得最大的成果。

4）设定目标缓冲时间大小

目标缓冲时间是TOC中非常重要的一个组成部分，时间缓冲大小决定了投料的早晚，也就决定了有多少在制品。在制品过多会产生过多库存，从而使生产混乱，同时增加负债；在制品过少会使瓶颈挨饿，降低瓶颈的产出，从而使系统产出降低。

时间缓冲的目的是为了防止墨菲（系统扰动）发生而导致瓶颈挨饿的情况发生，所以时间缓冲的大小与系统的稳定性负相关，系统越稳定，时间缓冲可以越小。

此处将瓶颈前的缓冲时间设定为生产周期的1.5倍，即6天。

5）根据缓冲时间偏差量决定投料

偏差缓冲量=目标缓冲量-原缓冲量-在制品缓冲量+产出消耗缓冲量

机台B前有一件#1产品，所以原缓冲量为1天；机台A前有一件#3产品，B工位需要1天能生产一件#3，所以包含在制品1天缓冲量；机台A前有一件#4产品，B工位需要2天能生产一件#4，所以包含在制品2天缓冲量；在制品的缓冲量时间为3天。B工位每天只能生产一个产品，所以每天消耗的时间缓冲也是1天。所以，偏差缓冲量为

偏差缓冲量=目标缓冲量-原缓冲量-在制品缓冲量+产出消耗缓冲量

=6-1-3+1=3

因为每天到结束时才消耗1天的时间缓冲，如果投料选择在一天的开始的话，那么第一次的时间缓冲应该不包含产出消耗量，以后每天需要包含。所以偏差缓冲为2天，以后每一天的投料只要与产出消耗缓冲量相等就能保证偏差缓冲量为0。如果投料的是#2或#4（各包含2天的B缓冲），那么应该隔一天再投料。

6）根据时间偏差设定投料

根据TOC产出利润最大化，算出来每一种产品需要生产的数量，由于3种产品有在制品，所以需要分别减去在制品的数量，获得投料数量。

由于此案例没有换模时间的限制，尽量使三种产品均衡生产，即均衡投料，每天早晨的投料计划可以如下图所示。也可以有很多其他投料组合，只要能保证时间缓冲即可。括号中的数字表示此产品的第几次投料。

每天早晨投料完成后，B工位前的时间缓冲为6天。当第31天早晨投料完成后，B工位前剩余的时间缓冲为6天，而从第31天到36天正好剩余6天，在第36天下班时，所有的时间缓冲刚好用完，瓶颈B在36天内一直在工作，，刚好生产5个#1产品，7个#2产品，9个#3产品和4个#4产品，系统的产出达到了最大化，利润达到了最大化，没有任何在制品和库存。

7）确保瓶颈产出最大化

各工序尽量遵循先进先出的原则，保证单个产品的生产周期小于9天的限制。如果非瓶颈工序前有多个在制品，尽量先生产含有B工序的产品来保证B工序不挨饿；非瓶颈工序遵循小鸟哔哔原则，有工作尽量完成，没有工作则等待。

TOC制约理论适用条件：产品超多样，需求不稳定的产品。

2.8.4 流水线生产，精益生产和TOC的分析

2.8.4.1 三种方法的基本原则

流水线生产，精益生产和TOC制约理论的主要目标都是加快流动，三种生产理论通过系统思考的负反馈来指导生产，防止过量生产，通过不同的缓冲方式来防止墨菲效应，使系统产出最大化。三种生产理论与工业工程相结合，这三种理论负责指导如何产生成果，而工业工程负责产生成果。生产理论也均强调不断的完善来增加系统的产出，TPS称之为改善，精益生产称之为尽善尽美，TOC称之为回头防止惰性。

高德拉特在《站在巨人的肩膀上》写到：“

整个制造型企业运行模式的彻底改变由两个伟大的思想家所主持，他们分别是亨利•福特和大野耐一，福特通过导入流水线实现了大批量生产方式，而大野耐一则在他的TPS里将福特的概念带向更高的应用层次，他做出突出的贡献是将整个制造性企业将库存视为资产的看法改成库存是负债的看法。

概括而论，福特和大野都遵循以下四个概念（供应链概念）

1、加快流动（或缩短生产所需时间）是工厂的主要目标；

2、这个主要目标应该被转化成一套具体的机制，以指导何时不应生产（以防止过度生产）；

3、局部效率必须废止；

4、一套平衡流动的聚焦程序必须就位。

文中，提出了一个核心论点，认为亨利·福特的装配流水线和大野耐一的丰田生产系统（TPS）都是源于对物料流动的重视。

丰田的生产方式的创始人大野耐一说：“我们所做的，其实就是注意从接到顾客订单到向顾客收帐这期间的作业时间，由此剔除不能创造价值的浪费，以缩短作业时间。”

所以：加快流动（或缩短生产所需时间）是工厂的主要目标。”

我将以广义动量定理来解释为什么加快流动是工厂的主要目标。在广义动量定理公式Fαt=MV中，MV表示成果，如果要增加成果，要么增加广义质量M，要么增加广义速度V。增加广义质量（nm）是工业工程和质量管理的核心目标。而增加广义速度是生产方法的核心目标，代表包括福特的流水线生产，大野耐一的精益生产和高德拉特的TOC管理。对于生产型企业，可以认为质量m是既定的，只要生产出的产品能达到要求即可，不需要进一步提高质量。而客户需要的数量n也是既定的了，即广义质量M(nm)是既定的了。如顾客订购了某型号的一辆轿车，则轿车的发动机，轮胎等都是既定的了，不会在要求去增加此产品的性能质量m，数量n也是既定一辆。为了增加成果MV，只能增加广义速度V，所以对于生产型企业广义速度则是工厂的主要目标，提高广义速度，就能提高成果。所以福特，大野耐一和高德拉特都将加快流动（或缩短生产所需时间）视为工厂的主要目标。

高德拉特在文中总结道：“

总之，福特和大野耐一都严格遵照供应链的四个核心观念改善自己公司的运营体系。

1、改善生产的流动性(等同于前置时间)是任何生产运营的首要目标。

2、这个首要目标可通过设计务实的预防过多生产的机制来完成（预防过多生产）福特通过限制在制品空间的做法，大野耐一通过减少库存的办法。（TOC通过减少时间缓冲）

3、所有的局部效率必须废除。

4、必须有一个能平衡产线流动性的聚焦改善程序。福特使用现场直接观察法，而大野耐一通过逐步减少包装箱数量和容量的做法。”（TOC通过逐步减少时间缓冲）

缓冲是为了防止墨菲效应影响系统的产出，适量的缓冲可以提高系统的产出的速度。福特的流水线生产采用空间做缓冲，大野耐一的TPS采用库存做缓冲，高德拉特的TOC采用时间做缓冲，理论上还应该存在以速度做缓冲的方法（s=vt）。高德拉特在《目标》中举他带童子军在野外行军的例子中，为了让队伍同时达到目标地点，选择让最慢的队员站在队首，快的队员通过调整速度而一直能跟上前边慢的队员，最终一起到达终点，这也说明可以用速度作为缓冲。

2.8.4.2 经济批量与单件流

转移批量可以不等于生产批量，转移批量越小，生产时间越少。单件流的生产总时间最少（不考虑换模时间）。

高德拉特在《站在巨人的肩膀上》写到：“

我们从福特和大野耐一身上学到的是，不要接受所谓的固定批量。因为经济批量实际上不经济，相反我们应该尽力追求单件流，我们已经深深认识到当我们正在加工一个批量的一件产品时（混合或烘干过程除外），其它的部件都在等待。”我们追求的目标是：改善生产的流动性（等同于前置时间），即追求总工序时间最短。下边我们来推导工序总用时的公式。

工序总用时=批量×[单件总用时+(第一道工序用时+工序累计等待时差)×(总批次数-1)]

=批量×[单件总用时+瓶颈工序用时×(总批次数-1)]

=总数×瓶颈用时+批量×非瓶颈用时

结论：工序总用时与总数，瓶颈用时，批量和非瓶颈用时有关。在这个式子中，总数，瓶颈工序用时和非瓶颈用时都是常数不变的，只有批量是可以改变的，即工序总用时大小只与批量大小有关。批量越大，工序总用时越多。

设非瓶颈用时为a，批量为x，瓶颈用时为b，总数为q，瓶颈用时×总数等于bq，为常数不可改。则工序总用时y=ax+bq。（上图中，B工序为瓶颈，A和C为非瓶颈，非瓶颈总用时为20分钟）

工序总用时是一条单调上升的曲线，因为最小的生产批量为1，所以在批量为1时，工序总用时取得最小值为a+bq，当批量为x时，工序总用时随着x的增加而增加，工序总用时等于ax+bq。

如果批量由于某些原因不是最小量1时，随着批量的增加，批量×非瓶颈工序用时也在快速增加，此时工序总用时也在快速增加，如果能减少非瓶颈（生产单件产品的此工序时间）的用时，总工序时间也会相应的减少很多。当然，由于瓶颈用时×总数，每减少瓶颈用时1分钟，相当于减少总数分钟的总用时，瓶颈的变化对总用时影响最大

结论：瓶颈每减少1单位时间，工序总时间减少总数单位个时间；非瓶颈每减少1单位时间，工序总用时减少批量个单位时间。

当批量变成1时，就和精益生产的一件流“One PieceFlow”是一样的了。TOC与精益生产都是追求缩短生产时间。当一台机器需要生产多种产品且是瓶颈时，则需要经常切换工序，而每次切换是需要花时间的，如果采用一件流时，即批量为1时，总工序用时可能不是最小的，因为切换次数过多。下边我们会推到考虑切换工序时的情况。

在TOC理论中有几条黄金法则，

TOC黄金法则一：瓶颈损失一小时等于整个系统损失一小时。

TOC黄金法则二：非瓶颈节省一小时对整体产出没有任何贡献。

对于这两条法则，如果其中的时间不是指瓶颈和非瓶颈的速度，即如瓶颈工序A速度10分钟/件，非瓶颈工序B速度8分钟/件，而只是指总瓶颈和非瓶颈的工作时间，那么这两条是对的。当瓶颈工作时间由8小时变为7小时，则系统损失1小时；当非瓶颈工作时间由8小时变为7小时，对系统没有影响。

但如果其中的时间是指速度的话，那么第二条法则就错了。作者没找到高德拉特对此的解释，但网上的TOC资料和其中所举的例子都是指生产速度。错误的原因是他们只将总生产用时推导到：

工序总用时=批量×[单件总用时+(第一道工序用时+工序累计等待时差)×(总批次数-1)]

=批量×[单件总用时+瓶颈工序用时×(总批次数-1)]

所以得出结论：结论：工序总用时与批量，瓶颈工序用时，单件总用时三个变量相关；对总用时的影响为从大到小排列。

如果进一步推到得到：工序总用时=总数×瓶颈用时+批量×非瓶颈用时

所以工序总用时与总数，瓶颈用时，批量及非瓶颈用时有关。当非瓶颈的生产速度提高1分钟时，总工序用时则提高批量个分钟。

2.8.4.3 TOC的集批与精益生产的一件流

客户需求决定生产总数大小以及换模的次数。

假设一瓶颈设备需要生产A产品和B产品中的一道工序。设A产品的需求总数为a，B产品的需求总数为b，生产A产品时的此道工序用时为c，生产B产品时此道工序的用时为d，且c和d分别为A和B的瓶颈用时。而A产品的非瓶颈时间为e，B产品的非瓶颈时间为f。设工序从产品A到B的转换时间为t，A的生产批量为x，转换次数为n，A的转换次数n为2a/x-1。

 

所以总工序时间y=总数a×瓶颈用时c+转移批量×非瓶颈用时e+总数b×瓶颈用时d+转移批量×非瓶颈用时f+转换时间t×转换次数（2a/x-1）

1）如果转移批量等于生产批量，则工序总用时为

y=ac+ex+bd+fx+t(2a/x-1)

当生产批量为此极值点时，总工序用时最少。

2）如果转移批量不等于生产批量

通过上节的结论，当转移批量为1时，总工序用时最少，所以，总工序用时y=ac+e+bd+f+t(2a/x-1)。由上式可以看出，当A产品和B产品的总数确定后，生产批量为a时，转换次数为最少的1次，两种产品的生产总用时最少。

3)生产批量的确定

既然转换次数越少，总的生产用时越少，为什么TPS还要增加转换次数来增加批次而不是批量生产呢？

这是由于客户的需求的决定的。

生产理论的主要目标是追求缩短生产所需时间，当生产完A产品后，通过换模再生产B产品，两种产品的总用时最少，A产品的交货时间最短，但B产品需要等待是所有的A产品生产时间与换模时间之和，即B产品的交货期变长。由于TPS是因为产品需求种类多，需求量少的环境发展的生产理论，需求量少导致不值得为一件产品专设一条产线；需求种类多导致此产线必须经常换模以应对不同种类的要求。可以将A产品和B产品的购买者看做A产品和B产品的下游工序，如果A产品和B产品的客户不是批量购买的，那么购买批量越少（转移批量），总工序用时越少。由于需求不是批量的，而是按时间先后进行分布的，批量生产完A产品不能马上卖出而导致库存的产生；而B则由于等待时间较长，导致B的客户不能买到产品。这就是为什么TPS强调的准确的时间，生产客户需要数量的产品，即战争理论中的精确打击，这时成本最小，利益最大。精益生产通过均衡生产来平衡生产，如果大批量生产A产品，那么B产品的工序均需要等待，而大批量生产B时，A产品的工序也需要等待。大野耐一在《丰田生产方式》中说：“如果后一道工序在时间和数量上都不均衡地索取零部件，前一道工序就必须在人员和设备上都准备好不均衡供应的最大能力。显然，这会提高成本，是一种浪费。彻底杜绝无效劳动和浪费，是丰田生产方式的宗旨。因此，要严格地实行生产的‘均衡化’，消除生产上的波动。这样做的结果是：要使批量减小，同时的产品不大量流动。”

由于客户的需求是单件的，所以生产也是单件的。大野耐一在《丰田生产方式》的小批量和快速调整中写道：“福特生产方式的想法是集中生产同一工件，而丰田生产方式的做法是‘因为最后在市场上的每一个顾客都要买一辆与别人不同的汽车，所以在生产方面也要一辆一辆地制造，在生产零部件的阶段也要一件一件地生产，也就是贯彻了一件一件地同步生产’的精神”。批量越小，转换次数越多，换模时间的影响就越大，所以TPS必须解决缩短换模时间，否则它的产出将大幅下降。批量的大小是由客户的需求，生产的实际情况等因素决定的，丰田生产也不是强调绝对的单件流，因为如果客户的需求并没有很急切，减少换模次数可以增加产出。

2.8.4.4 工序切换时间的解决

在福特的流水线系统中，由于汽车的需求量大，类型单一，可以用专用的生产线来生产一种车型，生产工序不需要经常切换，很少受到切换时间的困扰。福特说：“顾客可以拥有他想要的任何颜色，只要它是黑色的。”早期的T型车采用清一色的黑色涂装，其原因在于黑色的车漆比起其它颜色的车漆干燥得更快，同时更为经久耐用，也有助于降低成本。采用统一的黑色上色就不需要换线，就会缩短生产时间。福特在1926年就成功将生产一部由5000多个部件组成的汽车的前置时间（从采集钢材到汽车成品运输到火车上）缩短到81个小时内。八年后，全世界没有任何一个汽车制造商能够做到或者说接近如此短的生产前置时间。

高德拉特在《站在巨人的肩膀上》写道：“

但大野耐一在应用第二个观念（这个首要目标可通过设计务实有效的预防过多生产的机制来完成(预防过多生产)）的时候遇到了极大的阻力，当单一产品需求高的时候，指定一条专线来生产这种产品的部件是相当划算的，但那个时候的日本，市场需求很少，而且市场要求提供车的种类要多，所以现实环境让大野耐一无法组建专线来生产。

大野耐一产生了他在丰田汽车应用何时不能生产机制的灵感，不是限制两个工作中心的堆放空间以限制在制品库存的做法，而是限制每种零部件的生产总量的做法，基于这个认识，他发明了著名的KANBAN系统。

一旦KANBAN系统导入到车间中，指导每道工序何时不能生产的机制，在没有任何改善之前，车间有效产出的下降要求需要付出更大的努力来平衡车间的流动性。大野耐一面临的挑战远远大于福特导入流水线时面临的挑战。为了展示面临的挑战有多大，我们只是拿他面临众多挑战中的一个方面来进行说明。不像专线生产的生产环境一样，大野耐一发明的系统必须强迫一个工作中心定期切换生产的部件种类。对于大多数工作中心来说，这样的切换需要花掉不少时间。因为根据包装箱生产的批量相对于传统专线生产的批量要小得多，常常生产的批量时间甚至比切换时间要短的多。所以刚开始时，切换的时间远远大于一个产品的生产时间，而这种做法直接导致了有效产出的下降，难怪大野耐一在推行此种方法时遭遇到强烈的抵抗，以至于后来大野耐一在他的书中写道，他的这种方法当时在丰田被称为是“令人讨厌的大野系统”。但大野耐一和他的主管有很大的决心和远见推广这样的系统，无论对于很多人具有根深蒂固的局部思考观念来说，这样的改变没有任何意义。

大野耐一必须开辟出一条新的做法来克服切换的障碍。他坚持认为，切换时间并非是铸铁一块不可改善，修改整个切换时间的做法将会大幅度减少切换时间.因此他努力开发和创造了快速切换技术，成功地在丰田将切换时间缩小到几分钟之内。难怪人们提到的现在精益的做法和小批量与切换时间减少有关。”

在丰田的企业中，由于产品需求少，种类多，工作中心需要经常切换生产不同的零件。所以大野耐一通过很大的努力来减少工作中心的切换时间，并且与此相适应的有许多多能工。

两产品切换生产的总用时为：产品A和产品B的工序总用时=产品A的工序总用时+产品B的工序总用时+转换所需总时间。当切换时间较多时，单件流是不经济的。大野耐一通过减少转换时间来达到单件流的目的，从而可以减少总工序用时。

在TOC中，TOC理论是不需要减少切换用时的，TOC理论将切换用时看成是给定条件。TOC理论通过切批和集批的方式来达到总生产用时最小。

TOC理论是一个伟大的理论，他是从系统的角度来分析问题，解决问题，可以适用于许多领域，包括思想领域。