这篇文章介绍了一种识别生产系统中瓶颈的准确方法，基于一个工序的平均等待或活跃时间。该方法确定了系统中的主要瓶颈，比工业界普遍使用的其他方法要准确得多。该方法是我在日本丰田中央研发实验室工作期间开发的。后面的文章 将介绍其他有效的瓶颈识别方法。
基础知识
一台机器或工序在任何给定的时间点上都可能处于不同的状态。在大多数情况下，我们不能仅仅根据工序状态的知识来判断一个工序是否是瓶颈。例如，如果该过程目前正在工作，它可能是也可能不是瓶颈。
但在某些状态下，我们可以肯定地告诉大家，该工序在某个特定时刻不是瓶颈。例如，如果该工序正在等待材料，那么该工序就不可能是那一时刻的瓶颈。如果这个工序处于待机，其他工序是那个时间点的瓶颈。下面是该工序肯定不是瓶颈的可能的状态。
- 等待物料（待机）
- 等待运输（阻断）
一般来说，只要一个工序在等待别人或别的东西，它就不是瓶颈。其他一些工序一定是那一刻的瞬时瓶颈。因此，在有些情况下，我们可以肯定地说，一个工序不是瓶颈。反过来，在许多其他状态下，该工序可能是瓶颈。这些可能包括：
- 工作中（希望大部分时间是这状态）
- 故障中
- 维修中
- 定期维护
- 换型
在下面的讨论中，我们称这些状态为活跃状态（就是指不等待），而上述待状态为非活跃状态。
无等待的持续时间决定瓶颈
这种方法的基本思想是，一个工序在没有被等待打断的情况下，处于活跃状态的时间越长，它就越可能是瓶颈。一个经常被等待打断的工序不太可能是瓶颈。这就是接下来两种确定瓶颈的方法的基本思路。在这两种情况下，我们测量每个工序在没有中断的情况下处于活跃状态的时间。请注意，如果工序从工作状态到维修状态再到工作状态，而不需要等待物料或等待运输，那么它被认为是一个不间断的活跃期。
平均活跃期法
平均活跃期法简单地测量一个工序的平均活跃时间。在大多数情况下，一个工序（或最多两个）将明显突出，其平均活跃期比其他工序长得多。 下面是这种分析的一个例子。分析了一个由八个工序组成的系统。每个工序节拍时间都在5分钟左右，每个节拍之间有随机变化。测量平均活跃时间，一个工序（M4）明显突出，其平均活跃时间约为15.000分钟。换句话说，在被等待打断之前（即被另一个工序打断之前），该工序平均工作了15.000分钟。这是迄今为止系统中最长的平均活跃时间。所有其他工序几乎没有出现在图表上，平均只工作了一到两个周期时间，就被等待打断了。
为了安全起见，我还计算了平均活跃期的置信区间。当然，瓶颈进程M4的置信区间很宽，表明平均活跃期是波动的。另外，虽然很罕见，但M4工序有时会等待在其他工序。然而，其他工序的活跃期的置信区间要小得多，也是几个节拍时间的量级。工序M4的平均活跃期最长的置信度99%。 因此，结果是非常清楚的。工序M4绝对是系统中的主要瓶颈。
我是如何找到这个方法的？
我最初是通过犯错找到这个方法的。在丰田工作期间，我正在研究生产系统。为此，我给自己编了一个小的模拟程序，其中有一些工序是串联的，节拍时间随机分布。只是为了好玩，我决定测量平均节拍时间。
程序模拟运行后，大多数结果都相当不错。这些平均节拍时间都在我所用的随机分布的平均节拍时间的范围内，尽管有点偏高。但有一个工序很突出，它的平均节拍时间不是我预期的那样，而是大约10,000倍！
我很疑惑，决定进一步调查。事实证明，我的程序中有一个小错误。我没有测量节拍时间，而是测量了没有刨去等待时间的所有节拍时间的总和。修正了这个错误后，我得到了我预期的结果。
然而，这引起了我的思考。究竟为什么有一个过程会如此突出？好吧，事实证明，这是最慢的平均节拍时间，在这种情况下，是瓶颈。瞧，通过犯这个错误，我找到了我自己识别瓶颈的方法。
一些特殊情况
上面我说过，只要是在等待物料或等待运输的工序，就不能成为瓶颈。还有其他另外一些情况，它也可能不是瓶颈，但这取决于你对分析的看法。
例如，该工序也可能是在等待操作人员或机修工。在这种情况下，你必须决定在你的瓶颈识别中是否要将操作人员和/或机修工归为等待一类。如果你这样做，那么这个工序在那个时候是不活跃的。但为了简单起见，我通常认为操作人员或机修工是工作过程的一部分。因此，如果缺少一个操作人员，工序仍然可以成为瓶颈，而不是只有操作人员的时候才成为瓶颈。
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参考资料
- Roser, Christoph, Masaru Nakano, and Minoru Tanaka. “A Practical Bottleneck Detection Method.” In Proceedings of the Winter Simulation Conference, edited by Brett A Peters, Jeffrey S Smith, D. J Medeiros, and Matt W Rohrer, 2:949–953. Arlington, Virginia, USA: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2001.
Translated by Xie Xuan