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1、第八章限制理論第八章限制理論最佳化生產技術的哲學最佳化生產技術的哲學限制理論限制理論限制驅導式排程方法限制驅導式排程方法限制驅導式排程範例限制驅導式排程範例緩衝區管理緩衝區管理前言前言 1/21980年年代代，Eliyahu Goldratt博博士士發發展展出出另另一一套套系系統統-最最佳佳化化生生產產技技術術(Optimized Production Technology,OPT)，在在學學術術上上常常將將此此技技術術以以限限制理論制理論(Theory of Constraint,TOC)稱之。稱之。該該系系統統主主要要是是透透過過生生產產加加工工過過程程，並並考考慮慮所所有有的限制因素來規
2、劃排程。的限制因素來規劃排程。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論3前言前言 2/2和和JIT不不同同的的是是，TOC強強調調適適用用於於複複雜雜的的零零工工式式生生產產的的工工廠廠，其其主主要要是是藉藉由由產產能能的的分分析析，找找出出整整個個製製程程的的瓶瓶頸頸，而而瓶瓶頸頸的的產產能能決決定定了了整整個個生產流程的產能。生產流程的產能。TOC的的基基本本原原理理就就是是藉藉由由對對瓶瓶頸頸的的控控制制與與管管理理，來達成增加產出、降低庫存及作業費用的目標。來達成增加產出、降低庫存及作業費用的目標。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論4最佳化生產技術的哲學最佳化生產技術的哲
3、學 1/3有足夠產能來滿足需求的資源。有足夠產能來滿足需求的資源。非限制資非限制資(non-CCR)阻礙系統達到目標的任何因素。阻礙系統達到目標的任何因素。限制限制(Constraint)整體上，產能少於或無法滿足需求的資源。整體上，產能少於或無法滿足需求的資源。產能限制資源產能限制資源(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。異而造成停工待料。而而Goldratt將庫存重新定義為：將庫存重新定義為：“All the money the system inves
4、ts in purchasing things the system intends to sell.”庫存庫存(Inventory)生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論5最佳化生產技術的哲學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。在特定時間內系統製造完成之產品數量。而而Goldratt將產出重新定義為：將產出重新定義為：“The rate at which the system generates money through sales.”產出產出(Throughput)在特定時間內，公司將庫存轉變成產出所需投入的花費。在特定時間內，公司將庫存轉變成產出所需投
5、入的花費。作業費用作業費用(Operation Expense)同一個資源同一個資源(如機台如機台)在兩次在兩次Setup間加工的產品數量。間加工的產品數量。加工批量加工批量(Process Batch)每次由一個資源移轉到下一個資源的產品數量。每次由一個資源移轉到下一個資源的產品數量。移轉批量移轉批量(Transfer Batch)生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論6最佳化生產技術的哲學最佳化生產技術的哲學 3/3控控制制整整個個系系統統的的生生產產節節奏奏(速速度度)。生生產產系系統統中中都都會會有有某某個個控控制制點點，用用以以控控制制生生產產流流量量的的大大小小，而而瓶瓶頸頸
6、點點即即為整個系統的最佳控制點，稱為鼓。為整個系統的最佳控制點，稱為鼓。鼓鼓(Drum)使使系系統統能能在在不不同同的的狀狀況況下下正正常常的的運運作作。由由於於系系統統會會因因為為各各種種變變異異造造成成系系統統的的不不穩穩定定，而而緩緩衝衝區區的的目目的的就就是是用用來來保保護護系系統統使使其其正正常常的的運運作作，但但並並非非所所有有的的機台都需要，不過瓶頸機台前一定要設緩衝區。機台都需要，不過瓶頸機台前一定要設緩衝區。緩衝區緩衝區(Buffer)用用來來確確認認整整個個系系統統的的運運作作能能和和瓶瓶頸頸點點同同步步。瓶瓶頸頸點點必必須須提提供供所所需需的的量量等等等等的的生生產產資資
7、訊訊給給上上游游的的工工作作站站，以以決決定定適適當當的的投投料料時時間間，避避免免生生產產過過多多造造成成存存貨貨的的堆積。此種溝通、資訊回饋的情形如同繩子。堆積。此種溝通、資訊回饋的情形如同繩子。繩子繩子(Rope)生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論7OPT基本原則基本原則 1/2生生產產要要平平衡衡的的焦焦點點不不是是負負荷荷(Load)，也也不不是是產產能能(Capacity)，而是平衡流量，而是平衡流量(Flow)。瓶瓶頸頸資資源源一一小小時時的的損損失失就就是是整整個個系系統統一一小小時時的的損失。損失。非瓶頸資源一小時的節省只是一種假象。非瓶頸資源一小時的節省只是一種假
8、象。非非瓶瓶頸頸資資源源的的利利用用程程度度不不是是由由自自己己決決定定，而而是是由系統之瓶頸資源決定。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。瓶頸資源決定整個系統的產出和存貨。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論8OPT基本原則基本原則 2/2移轉批量不必或不應該等於生產批量。移轉批量不必或不應該等於生產批量。資資源源的的使使用用率率或或稼稼動動率率(Utilization)和和活活化化性性(Activation)是是不不同同的的。活活化化性性強強調調的的是是有有需需求求時的可動率。時的可動率。排排程程必必須須同同時時考考慮慮優優序序與與產產能能之之限限制制，兩兩者者
9、無無先後順序之分。先後順序之分。生產批量是可變動的而非固定的。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。局部最佳的總和並不等於整體之最佳。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論9限制理論限制理論 1/2限限制制理理論論(TOC)為為E.M.Goldratt博博士士在在1986年年所所創創立。立。TOC是是一一種種用用來來管管理理組組織織的的直直覺覺架架構構(Intuitive Framework)所所謂謂限限制制即即是是阻阻礙礙系系統統或或組組織織達達成成最最高高績績效效(與與目目標標有有關關)的的事事物物；任任一一組組織織或或系系統統都都至至少少存存在在著著一一個
10、或一個以上的限制個或一個以上的限制。主主要要限限制制有有：市市場場需需求求限限制制、物物料料限限制制、產產能能限限制制、後後勤勤限限制制、管管理理限限制制與與行行為為限限制制六六類類。管管理理組組織織首首重重“限制限制”的管理。的管理。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論10限制理論限制理論 2/2Goldratt對對產產出出、存存貨貨/資資產產以以及及作作業業費費用用之之定定義：義：系統或組織為了使存貨轉為產出所必須投入之系統或組織為了使存貨轉為產出所必須投入之費用費用。作業費用作業費用(Operating Expenses,OE)系統或組織透過銷售之賺錢速率系統或組織透過銷售之賺錢
11、速率。產出產出(Throughput,T)系統或組織為了銷售而必須在設備或資源以及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在製品存貨上之投資。存貨存貨/資產資產(Inventory/Assets,I)生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論11訂單訂單原物料原物料客戶客戶圖圖 8.1 傳統成本觀之管理理念傳統成本觀之管理理念訂單訂單原物料原物料客戶客戶圖圖 8.2 TOC產出觀之管理理念產出觀之管理理念生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論12限制理論限制理論(TOC)限限制制理理論論的的管管理理重重心心即即放放在在組組織織最最弱弱的的環環(Weakest link
12、)上上，這這是是由由於於最最弱弱的的環環決決定定了了整整條條鍊鍊的的強強度度(績績效效)，而而整整條條鍊鍊(組組織織)中中最最弱弱環環的的數數目目是是有有限限的的，在在現現實實系系統統中中之之績績效效往往往往受受限限於這些最弱的環於這些最弱的環(限制限制)中。中。解決實體限制解決實體限制(Physical Constraints)問題問題解決政策限制解決政策限制(Policy Constraints)問題問題生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論13解決實體限制問題解決實體限制問題 1/2 確確認認系系統統或或組組織織之之限限制制所所在在(Identify the systems con
13、straints)決決定定如如何何善善用用限限制制(Decide how to Exploit the systems constraints)盡盡全全力力配配合合步步驟驟2所所做做的的決決定定(Subordinate everything else to the above decision)提昇提昇限制限制(Elevate the systems constraints)假假如如限限制制在在步步驟驟4被被提提昇昇，回回到到步步驟驟1，不不要要讓讓惰性惰性(Inertia)變成你的變成你的限制限制DBR生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論14解決政策限制問題解決政策限制問題 2/2什
14、什麼麼需需要要改改變變(What to change)？透透過過確確認認組組織織限制限制之所在來定義真正核心問題或關鍵之所在之所在來定義真正核心問題或關鍵之所在 要要改改變變成成什什麼麼(What to change to)？透透過過強強化化/改改善善組組織織之之限限制制來來尋尋找找組組織織未未來來成成長長之之空空間間及及方方向向 如如何何產產生生變變動動(How to create change)？透透過過克克服服組組織織從從現現況況轉轉移移至至未未來來的的阻阻力力而而達達成成變變動動管管理之效果理之效果 生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論15限制驅導式限制驅導式(DBR)排程方法
15、排程方法 1/2DBR為為根根據據TOC理理論論所所發發展展出出來來的的一一種種排排程程技技術術，主主要要應應用用確確認認(identify)，善善用用(exploit)與與配配合合(subordinate)等等三三個個步步驟驟，來來解解決決內內部部資資源源限限制的問題。制的問題。DBR的的精精神神主主要要強強調調：針針對對系系統統限限制制資資源源設設定定一細部排程，稱之為一細部排程，稱之為Drum生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論16限制驅導式限制驅導式(DBR)排程方法排程方法 2/2為為確確保保Drum排排程程之之可可行行性性，也也就就是是不不因因上上游游加加工工作作業業供供料
16、料不不及及的的影影響響而而無無法法遵遵守守Drum的的生生產產排排程程，便便須須在在Drum前前設設定定一一資資源源暫暫存存區區(Buffer)，並並根根據據為為匯匯集集此此資資源源暫暫存存區區之之預預定定加加工工量量所所需需的的時時間間長長度度，推推得得原原物物料料必必須須投投料料的的排程時間排程時間(Rope)。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論17DBR基本概念基本概念原物料原物料成品成品non-CCRnon-CCR產能限制資源產能限制資源CCRRopeDrum出出貨貨排排程程資源緩衝區(Resource Buffer)出貨緩衝區(Shipping Buffer)生產計畫與管理
17、 Chapter 8 限制理論18限制驅導式排程方法限制驅導式排程方法執行步驟執行步驟配合配合(subordinate)限制限制-決定投料節奏決定投料節奏Step 3確認確認(identify)限制或瓶頸所在限制或瓶頸所在Step 1善用善用(exploit)限制限制-設計瓶頸的生產節奏設計瓶頸的生產節奏(Drum)建立對建立對CCR的最佳利用的最佳利用(Exploit)排程排程 Step 2生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論19確認系統限制或瓶頸所在確認系統限制或瓶頸所在(identify)接接者者考考慮慮資資源源的的生生產產負負荷荷與與最最大大可可用用產產能能，若若有有任任何何資
18、資源源的的總總生生產產負負荷荷大大於於其其最最大大的的可可用用產產能能，則則此此資資源源即即為為“瓶瓶頸頸”(Bottleneck)，其其中中產產能能缺缺乏最多的資源即為產能限制資源乏最多的資源即為產能限制資源(CCR)。先先決決定定生生產產排排程程幅幅度度(一一般般由由管管理理者者決決定定)及及排排程程幅度內的訂單幅度內的訂單 依依所所有有訂訂單單交交期期日日落落於於排排程程幅幅度度，加加一一出出貨貨緩緩衝衝區區之之時時間間長長度度內內之之訂訂單單，與與相相關關的的生生產產資資料料(包包括括物物料料清清單單、庫庫存存、在在製製品品等等)來來計計算算每每個個資資源源的的總總負荷。負荷。生產計畫
19、與管理 Chapter 8 限制理論20設計瓶頸的生產節奏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。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，命名為排限制資源的理想排程，命名為廢墟廢墟(Ruins)，如圖，如圖8.4。找出理想排程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根據指定的交
20、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。空間後放入。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論21設計瓶頸的生產節奏設計瓶頸的生產節奏(Drum)2/6生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論22設計瓶頸的生產節奏設計瓶頸的生產節奏(Drum)3/6必必須須藉藉由由剷剷平平廢廢墟墟(Level t
21、he Ruins)來來解解決決這這個個問問題題。作作法法為為根根據據廢廢墟墟中中，上上層層超超過過限限制制資資源源數數之之加加工工作作業業，依依預定完工時間最晚者依次往下層排放。預定完工時間最晚者依次往下層排放。因因廢廢墟墟並並未未考考慮慮資資源源產產能能限限制制，所所以以可可能能出出現現某某一一時時間間點，安排的加工作業數超過限制資源數的不合理現象。點，安排的加工作業數超過限制資源數的不合理現象。將理想排程合理化將理想排程合理化(Drum的產生的產生)在在往往下下層層排排放放的的過過程程中中，需需保保持持各各加加工工區區塊塊在在排排完完後後之之完完工工時時間間，不不可可比比在在廢廢墟墟中中之
22、之預預定定完完工工時時間間晚晚，否否則則可可能能造造成成交交期期延延誤誤的的情情形形。而而排排放放的的位位置置選選擇擇離離其其預預定定完完工時間最近且機器閒置的位置。如下圖之例。工時間最近且機器閒置的位置。如下圖之例。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論23設計瓶頸的生產節奏設計瓶頸的生產節奏(Drum)4/6生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論24設計瓶頸的生產節奏設計瓶頸的生產節奏(Drum)5/6Drum排排程程中中，安安排排之之加加工工作作業業時時間間區區塊塊落落在在排排程程幅幅度度起起點點前前：解解決決方方法法是是將將這這些些加加工工作作業業時時間間區區塊塊再再推推往
23、往右右邊邊且且其其後後的的所所有有加加工工區區塊塊也也需需順順延延，使使所所有有加加工工作作業時間在排程幅度起始點之後，如下圖所示。業時間在排程幅度起始點之後，如下圖所示。依依前前述述方方法法所所得得之之Drum，雖雖能能符符合合限限制制資資源源產產能能限限制制，但但仍仍有有不不合合理理之之處處，需需再再針針對對下下述述可可能能情情況況作作妥妥善善處處理。理。Drum之合理化之合理化(CCR的最佳利用排程的最佳利用排程)Drum排排 程程 中中 訂訂 單單 延延 誤誤 的的 解解 決決，其其 方方 法法 有有 重重 排排(Reschedule)、減減少少整整備備(Setup Time)的的時時
24、間間、加加班班(Overtime)、分散負荷、分散負荷(Off-Load)與延期等等方法。與延期等等方法。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論25設計瓶頸的生產節奏設計瓶頸的生產節奏(Drum)6/6生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論26決定投料節奏決定投料節奏(subordinate)依依照照上上述述CCR的的最最佳佳利利用用排排程程來來規規劃劃投投料料節節奏奏，即即將將在在CCR上上的的預預計計開開始始時時間間減減去去資資源源緩緩衝衝區區的的時時間間長長度度即即可可得得，絕絕不不可可因因工工作作站站沒沒工工作作而而投投料料，如如下下圖圖所所示示。注注意意資資源源緩緩衝衝區
25、區的的時時間間長長度度仍仍為為一一項項經驗假設。經驗假設。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論27範例範例 8.3情境描述情境描述某某工工廠廠生生產產甲甲、乙乙、丙丙三三種種產產品品，其其一一週週後後市市場場需需求求(或或訂訂單單量量)分分別別為為40，50，40個個，售售價價分分別別為為$180，$240，$180。工廠現有機器如下：。工廠現有機器如下：生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論28產品加工途程產品加工途程 1/2生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論29產品加工途程產品加工途程 2/2工工廠廠每每週週工工作作五五天天，每每天天有有八八個個小小時時(共共240
26、0分分鐘鐘)。其他相關條件：。其他相關條件：機器的故障率為零。機器的故障率為零。三種產品的交期均為一週後，即第三種產品的交期均為一週後，即第40個小時後。個小時後。移轉批量為移轉批量為1件。件。不考慮機器的整備及搬運成本。不考慮機器的整備及搬運成本。每週固定成本為每週固定成本為11,000元。元。限制資源的產出可視為系統的產出。限制資源的產出可視為系統的產出。無不良率的情形發生。無不良率的情形發生。若若給給您您一一週週的的時時間間，您您將將如如何何生生產產以以賺賺最最多多錢錢(假設目前擁有假設目前擁有10,000元現金元現金)？生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論30Step 1確認系
27、統瓶頸資源限制之所在確認系統瓶頸資源限制之所在生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論31設計瓶頸的生產節奏設計瓶頸的生產節奏(Drum)Step 2優序優序 作業作業數量數量作業時間作業時間開始時間開始時間 結束時間結束時間1.C5256分分25+15分分=165分分00:0002:452.E51528分分15+15分分=435分分02:4510:003.F51014分分10+15分分=155分分10:0012:354.C5256分分 25+15分分=165分分12:3515:205.E53528分分35+15分分=995分分15:2031:556.F53014分分30+15分分=435
28、分分31:5539:10表表 8.12 機器機器b的排程的排程生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論32決定投料節奏決定投料節奏(Rope)優序優序 作業作業數量數量作業時間作業時間開始時間開始時間 結束時間結束時間1.C5256分分25+15分分=165分分00:0002:452.E51528分分15+15分分=435分分02:4510:003.F51014分分10+15分分=155分分10:0012:354.C5256分分 25+15分分=165分分12:3515:205.E53528分分35+15分分=995分分15:2031:556.F53014分分30+15分分=435分分31
29、:5539:10Step 3原料原料數量數量投料時間投料時間A2502:35C2502:35E3505:20F3021:55A4030:00C4030:00表表 8.13 投料時間投料時間生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論33結果結果Step 4生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論34緩衝區管理緩衝區管理(Buffer Management)緩緩衝衝區區管管理理：為為配配合合限限制制驅驅導導式式排排程程法法之之特特性性與現場管理之需求，而提出之現場管理方法與現場管理之需求，而提出之現場管理方法僅針對系統關鍵之處作評估僅針對系統關鍵之處作評估所所謂謂的的緩緩衝衝區區，是是一一在
30、在製製品品的的暫暫存存區區，利利用用時時間間緩緩衝衝(time buffer)來來達達到到保保護護之之目目的的，其其內內容容包包含含了了加加工工及及設設定定時時間間、以以及及保保護護系系統統可可能能發發生生不不穩穩定定狀狀況況的的時時間間與與負負荷荷高高峰峰的的寬寬放放等等。可可以下列之數學模式表示之：以下列之數學模式表示之：f(加加工工/設設定定時時間間，製製程程不不穩穩定定寬寬裕裕，負負荷荷高高峰峰寬寬裕裕)生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論35緩衝區分類緩衝區分類瓶頸緩衝區瓶頸緩衝區(CCR buffer)出貨緩衝區出貨緩衝區(shipping buffer)裝配緩衝區裝配緩衝
31、區(assembly buffer)M之前的之前的加工作業加工作業M的加工作業M之後的加工作業M之前的加工作業要和M裝配之前的加工作業裝配緩衝區裝配緩衝區投料投料投料投料瓶頸瓶頸(資源資源)緩衝區緩衝區瓶經站瓶經站出貨緩衝區出貨緩衝區出貨出貨生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論36緩衝區管理手法緩衝區管理手法區區域域I：此此區區內內是是即即將將要要加加工工之之製製令令，若若洞洞出出現現在在此此區區內內，則則此此製製令令會會有有延延誤誤之之慮慮，故故管管理理者者必必須須採採取取合合適適的的行行動動，如如趕趕工工、跟跟催催或或加加班班等等，也也因因此此本區稱為本區稱為趕工區趕工區(Expe
32、diting Zone)。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論37區區域域II：若若洞洞出出現現在在此此區區，因因還還有有一一些些時時間間緩緩衝衝，因因此此管管理理者者還還不不必必急急著著採採取取行行動動，只只需需對對這這些些洞洞繼繼續續追追蹤蹤、監監視視其其進進度度即即可可，故故本本區區稱稱為為警警示區示區(Mentioned Zone)。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論38 區區域域III：當當洞洞出出現現在在此此區區時時，製製令令離離限限制制資資源源加加工工時時間間尚尚須須一一段段時時間間，且且所所給給的的時時間間緩緩衝衝尚尚足足以以讓讓其其趕趕上上進進度度，因因此此可可予予以以忽忽略略，所所以以本本區區稱為稱為忽略區忽略區(Ignored Zone)。生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論39Q&A生產計畫與管理 Chapter 8 限制理論40