基于约束理论的J公司除草剂生产线产能提升思考

本文是一篇生产管理论文，本文通过文献研究，深入了解 TOC 理论和 DBR 生产计划控制系统的相关内容以及国内外应用现状；从目前市场需求及 S 除草剂生产工艺出发，对 S 除草剂生产现状及产能进行了深入分析；
1 绪论
1.1 研究背景及问题提出
1.1.1 研究背景
当前工业高度发达，许多国家为了应对全球经济发展的形势，都积极调整了本国的经济结构，但以传统的农业仍然是其他各产业的重要支柱。现代化农业生产离不开农药，农药作为农业生产的基础物资，对于保证农业增产提效、保障粮食生产和环境安全、促进农业发展具有重要意义。随着各国对环保意识的提高，大力发展高效、安全的农药将是未来的新趋势。中国也非常重视农药产业发展，“十四五”规划纲要提出了一系列政策，引导农药行业向着更加规范、精细、可持续的方面发展。
农药主要作用是预防、控制农业生产中病、虫、害等生物。农药主要可分为化学农药、生物农药两种，目前市场上以化学农药为主。化学农药主要可以分为杀虫剂、除草剂及杀菌剂三种，其中除草剂约占市场份额的 40%。随着世界人口持续增长，特别是在非洲和亚洲，养活世界人口的挑战越来越困难。据预测再过30 年，全球的人口将会增加约 30%；另一方面，由于城市化和其他原因，估计每年有 1200 万公顷的农业土地流失，到 2050 年，人均耕地将仅为 0.16 公顷，而在 20 世纪 50 年代人均耕地为 0.52 公顷[1]。这就需要利用一种更高效的农业技术提高每公顷可用农田的产量，而农民可用的工具之一就是除草剂，以防止养分流失的杂草生长。高效、可靠的除草剂供应对保障粮食安全生产至关重要，也影响着国家的经济稳定。市场全球化也导致了除草剂行业价格竞争的加剧。目前，全球农药行业正处于发展的上升期，销售主要以德国巴斯夫等欧美农业植物保护公司巨头为主，在 2017 年除草剂销售额占全球农药市场的 42.9%[2]。
1.2 研究目的与意义
本文通过运用约束理论及相关工具，对目前 S 除草剂生产系统中产能不足的影响因素进行原因分析，制定相应的优化策略，并基于优化方案对 S 除草剂生产线系统进行改善。本研究意义如下：
1)通过利用约束理论对当前 S 除草剂生产系统的产能不足进行系统性地分析，发现生产中的瓶颈工序；针对瓶颈工序产生的影响因素进行原因分析并提出改善措施，使 S 除草剂的产能得到提升。立足于公司管理现状，基于约束理论建立一套具有 J 公司特色的生产管理方法，对于提升公司的管理水平有着非常重要的意义。
2）通过引入约束理论实现对 J 公司 S 除草剂生产线产能和管理水平的提升，对企业的发展有着深远的意义。采用科学的管理理论是指导现代化工生产的发展趋势，并为企业带来很好的经济价值。将约束理论在化工生产管理的实践经验推广到与 J 公司合作的类似化工企业及国内类似的精细化学品生产企业中，对于提升企业的核心竞争力具有重要的实践意义。 2 文献综述
2.1 约束理论概述
2.1.1 约束理论发展背景及原理
约束理论是以色列物理学家、管理大师高德拉特博士为了寻找和消除系统中约束，在最优技术(Optimized Produciton Technology,OPT)基础上提出的一种全新管理方法[6]。OPT 认为对于整个生产系统能产生的重大影响只有少数几个，对于阻碍企业实现目标的因素却非常多；而 TOC 理论认为要打破只关注局部的传统理念，需要从整体出发找出系统中主要的影响因素并进行改善。TOC 理论最初主要被用于解决制造中的瓶颈问题。随着《The Goal》和《The Race》企业管理小说的出版，约束理论也得到了详尽地介绍，激发了学者对 TOC 理论的兴趣和实施的热情[7]。TOC 理论通过不断地改进并提出以有效产出、库存和运营成本为基础的衡量指标体系，逐渐形成以提高产销率、使企业利润最大化为目标的管理方法，并最终应用到企业各管理部门[8]。1994 年约束理论再一次得到了演变，提出了处理制约企业系统问题的“思维过程”[9]。
约束理论就是一套关于在生产管理活动中改进和实施改善方法的管理理论。约束理论的管理精髓就是要解决关键中的关键，处理系统中最主要的瓶颈。TOC理论的原理是找出系统中制约流程的瓶颈，通过对瓶颈问题进行分析和优化，非瓶颈因素尽可能服从瓶颈因素，从而整体提升系统流程的整体能力[10]。实践证明，TOC 理论可以在企业不增加资源的情况下，通过优化系统流程能有效提升资源的利用率。在一个企业中至少有一个瓶颈因素制约着企业整个系统的有效产出，TOC 理论可以最大程度地对此瓶颈因素进行优化，从而促进系统能最大输出，但对于非瓶颈资源即使最大程度的利用也不会增加系统的有效产出[11]。
2.2 约束理论应用现状
TOC 理论的研究及应用日趋成熟。目前，TOC 理论已被宝洁、飞利浦、波音、通用汽车、3M 等大型跨国企业和一些小型民营企业广泛应用，其主要集中应用在制造业如钢铁、汽车、电子、半导体等工业领域，据研究分析得出 TOC理论为企业有效产出增加了 68%,制造周期减少了 66%，库存减少了 50%，另外使客户满意度提高了 60%、企业利润提高了 80%[27]。Zhao 等人[28]指出 TOC 理论可以应用于各类型的业务。Wu 等人[29]基于 TOC 理论提出了广义持续改进过程，通过研究表明约束理论可提高生产制造系统的生产率。Roberto[30]研究了 TOC理论与欧洲 61 家生产制造企业经营绩效之间的关系，结果发现了各工厂之间在采用 TOC 理论实践方面有许多差异和相似之处但企业的生产效率都得到了提高，采用约束理论的生产制造系统的性能要优于实施其他的制造管理理论，Roberto建议制造经理应尽量采用 TOC 理论而不是其他方法。然而 Pacheco 认为 TOC 理论应与其他管理理论、方法结合可以弥补各自的缺点。Wieslaw[31]详细阐明了TOC 理论在中型制造企业的应用过程，对于每个周期可以同时考虑改进几个生产约束，通过实施使企业的生产效率得到了提高。Zhang 等人[32]针对汽车零部件行业的现状和装配线的特点，采用 TOC 理论开发出寻找汽车零部件企业装配线的瓶颈、消除或转移“瓶颈”的优化程序，优化后装配线产量增加了 74.63%，在资源利用率也有明显地提高，达到了优化资源配置和提高产出率的目的。Kartik等人[33]详细描述了 TOC 理论在印度最大锁制造公司的应用，通过 TOC 的思维过程确定并消除了在生产、分销、供应组和项目等领域限制公司绩效的核心制约因素，TOC 独特的方法帮助公司在供应链的各个层次上显著减少了成品、原材料和半成品库存，而且公司的整体销售额增长了近 3 倍。
3 J 公司 S 除草剂生产线现状及问题分析 .............................. 16
3.1 J 公司概述 ........................... 16
3.1.1 J 公司简介 ............................. 16
3.1.2 S 除草剂简介 .............................. 17
4 S 除草剂生产线产能提升方案 ........................... 29
4.1 挖掘瓶颈工序的潜能.................................... 30
4.1.1 设备可靠性提高................................ 30
4.1.2 生产工艺优化................................ 33
5 S 除草剂生产线产能提升方案实施和效果评价 ........................ 52
5.1 S 除草剂产能提升方案实施计划及保障措施........................ 52
5.1.1 S 除草剂产能提升方案实施计划 ....................................... 52
5.1.2 S 除草剂产能提升方案实施保障措施 ................................ 53
5 S 除草剂生产线产能提升方案实施和效果评价
5.1 S 除草剂产能提升方案实施计划及保障措施
5.1.1 S 除草剂产能提升方案实施计划
基于前一章提出的 S 除草剂生产线产能提升方案，结合方案实施的复杂性和生产线的实际生产计划，制定了产能优化实施计划，具体如图 5.1 所示。 1）瓶颈设备可靠性改善方案的实施计划从 2020 年 12 月开始，到 2021 年 5月结束。实施过程中涉及搪玻璃釜标准安装程序建立和实施、缓蚀剂选择试验、搪玻璃挂片测试以及技术变更。
2）生产工艺优化方案的整体实施计划从 2020 年 12 月开始，到 2021 年 4 月结束。首先，在 2021 年 1 月完成泵选型和改造安装及调试并投入运行。其次，上下游工序间的管路设计需要 2 个月左右，预计要在 2021 年 2 月底完成；接下来要化 3 个月完成管线预制、安装及调试，预计在 2021 年 4 月底完成。
3）瓶颈工序生产控制改善的实施计划从 2021 年 1 月开始，到 2021 年 4 月结束。实施过程中涉及尾气系统的改造及调试、一氯反应控制压力和温度控制系统改善。
4）瓶颈工序步骤优化的实施计划从 2021 年 3 月开始，到 2021 年 6 月结束。实施过程中涉及工艺变更安全风险评估和优化步骤的实施。
6 总结与展望
6.1 总结
本文以 S 除草剂生产线为研究对象，通过运用约束理论识别出限制整个 S除草剂生产线产能的瓶颈工序，基于影响因素挖掘瓶颈工序的最大潜能，运用DBR 系统使非瓶颈工序服从瓶颈工序进行协同生产，应用聚焦五步法循环改善，实现 S 除草剂生产系统整体产能提升的目标，具体研究成果总结如下：
1)通过文献研究，深入了解 TOC 理论和 DBR 生产计划控制系统的相关内容以及国内外应用现状；从目前市场需求及 S 除草剂生产工艺出发，对 S 除草剂生产现状及产能进行了深入分析；
2)通过应用 OEE 与 S 除草剂生产线各工序生产节拍相结合的方法识别制约当前生产系统的瓶颈工序，聚焦瓶颈工序分析产能影响因素及产生的原因；
3)针对瓶颈工序的产能影响因素，通过运用约束理论聚焦五步法提高设备的可靠性、优化生产工艺等充分挖掘 S 除草剂生产线瓶颈工序的最大潜能；优化瓶颈工序的生产步骤使其他工序迁就瓶颈工序，从而减少瓶颈工序受波动的影响，发挥瓶颈工序的能力，保证 S 除草剂生产线得到最大产出；在考虑资金投入的情形下继续打破瓶颈工序，进一步提升生产系统的产能，运用约束理论聚焦五步法寻找新瓶颈工序进行持续循环改善；
4)应用 DBR 系统，制定以 S 除草剂瓶颈工序为主的生产计划，通过瓶颈工序的生产节奏实现对上游工序拉动和下游工序推动进行协同生产；基于瓶颈上游工序的设备故障率和维修率为 S 除草剂生产线的瓶颈工序设置了合适的时间缓冲保护并采用红、黄、绿三色预警对系统缓冲进行管理；通过瓶颈前时间缓冲的设置，既减少了系统在线中间体的库存，也避免了瓶颈工序待料停工的情况，使整个系统的产能得到了最大地发挥。
参考文献（略）