Abstrakt

W artykule przedstawiono przykład praktycznego zastosowania Teorii Ograniczeń do usprawnienia procesu produkcyjnego firmy wytwarzającej urządzenia elektryczne dla przemysłu wydobywczego. Bazując na przeprowadzonej obserwacji oraz danych z systemu ERP stosowanego w firmie, oraz po opracowaniu mapy procesów, określono obszar, w którym występują problemy tzw. „wąskiego gardła". Analiza „wąskiego gardła" z wykorzystaniem Teorii Ograniczeń została przeprowadzona w dziale lakierni, ponieważ to tam, generowane są największe straty finansowe, a cały proces malowania jest nieefektywny. 

Celem artykułu jest analiza „wąskiego gardła" z wykorzystaniem Teorii Ograniczeń do usprawnienia procesu. Studium przypadku dotyczy branży produkcyjnej. 

 

Wprowadzenie 

Teoria Ograniczeń (z ang. Theory of Constraints – TOC) to metoda wykorzystywana m.in. do optymalizacji procesu produkcyjnego poprzez zarządzanie zasobami ograniczającymi. TOC może być stosowana w firmach produkcyjnych i usługowych, a także w niektórych obszarach zarządzania, takich jak: zarządzanie projektami, zarządzanie jakością, czy zarządzanie systemami informatycznymi. Teoria Ograniczeń jest szczególnie rozpowszechniona w planowaniu produkcji jako nowe podejście do zarządzania operacyjnego w systemie ssącym (ang. pull system) – na przykład, gdy firma wykorzystuje koncepcję Just in Time. TOC działa zgodnie ze znanym idiomem „łańcuch jest tak mocny, jak jego najsłabsze ogniwo" [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. 

Teoria Ograniczeń 

TOC została po raz pierwszy opisana przez E. M. Goldratta i J. Coxa [8] i nazwana „Teorią Produkcji". W późniejszych latach, w swoich nowych książkach Goldratt używał już nazwy „Teoria Ograniczeń" [9, 10, 11]. Niektórzy autorzy odnoszą się do TOC jako „metody zarządzania”, podczas gdy inni nazywają ją „filozofią zarządzania". Teorię Ograniczeń można zdefiniować jako podejście do zarządzania oparte na procesie ciągłego doskonalenia składającego się z pięciu kroków. Jej głównym celem jest identyfikacja ograniczeń w całym systemie i ich przezwyciężenie. TOC opiera się na obserwacji, że każda firma musi mieć jakieś ograniczenie, w przeciwnym razie mogłaby generować nieskończony strumień zysków. U podstaw Teorii Ograniczeń leży założenie, że cała organizacja może być mierzona i kontrolowana przez odchylenia poszczególnych miar. 

Teoria Ograniczeń stosowana jest w różnych obszarach, m.in. można ją wykorzystać jako [12]: 

• metodę planowania i kontroli produkcji w przedsiębiorstwach wytwórczych, 
• metodę wdrożeniową w usługach i organizacjach non-profit, 
• zastosowanie w niektórych obszarach zarządzania, takich jak zakupy, jakość czy zarządzanie systemem informatycznym, 
• metodę harmonogramowania projektu w warunkach ograniczonych zasobów. 

Z punktu widzenia tego artykułu najciekawszą dziedziną zastosowania Teorii Ograniczeń jest inżynieria przemysłowa [13, 14, 15, 16, 17]. W tym obszarze możemy wyróżnić wiele rodzajów ograniczeń, na przykład [2, 11, 18, 19, 20, 21, 22]: 

• wąskie gardła na linii produkcyjnej, 
• problemy z dostawami do klientów, 
• zapasy w całym łańcuchu dostaw, 
• problemy z operacjami w procesie produkcyjnym, 
• czasy cykli produkcyjnych, 
• problemy wynikające z różnic kulturowych między członkami zespołu. 

Organizacja dążąca do rozwoju poprzez dostosowywanie się do zmian w swoim otoczeniu, może być postrzegana jako dynamiczny system przechodzący okresowe transformacje. W takich warunkach menedżerowie muszą stale monitorować swoje wyniki, dążyć do rozwoju oraz wdrażać pozytywne zmiany w procesie produkcyjnym. To wymaga, aby menedżerowie potrafili [8, 11]: 

• mierzyć, oceniać i analizować bieżącą sytuację w odniesieniu do określonych celów, 
• tworzyć plany działania, które mają na celu wyeliminowanie głównego problemu, 
• skutecznie zarządzać wdrażaniem zmian systemowych w procesie produkcyjnym w celu poprawy jego wydajności.  

Wykorzystanie Teorii Ograniczeń w firmie przemysłowej może wesprzeć analizę procesu produkcyjnego i jego ograniczeń [2, 11, 23]. Aby osiągnąć ten cel stosuje się proces ciągłego doskonalenia, opisany w pięciu krokach (tzw. 5 kroków skupienia) [8, 11, 24]: 

• zidentyfikuj ograniczenie(-a) systemu, 
• zdecyduj jak najlepiej je wykorzystać, 
• podporządkuj wszystko inne tej decyzji, 
• wywinduj ograniczenie(-a) systemu, 
• Jeśli w którymś z poprzednich kroków ograniczenie zostało przełamane, wróć do pierwszego kroku. Nie pozwól, by ograniczeniem systemu stała się inercja. 

Ograniczenia w procesie produkcyjnym obniżają jego wydajność, niezależnie od tego, czy je uznajemy, czy nie. Jednak gdy ograniczenia są właściwie zidentyfikowane i zarządzane, mogą być wykorzystywane jako podstawa do ciągłego doskonalenia całego systemu i wzrostu jego wydajności.  

W Tabeli 1 znajdują się przykłady zastosowania TOC w niektórych sytuacjach branżowych.

Analiza problemu badawczego i wprowadzonych zmian 

Przedmiotem badań jest firma produkująca urządzenia elektryczne dla górnictwa, należąca do międzynarodowego konsorcjum zrzeszającego firmy z Polski, Niemiec, Federacji Rosyjskiej, Czech, Chin i Afryki Południowej. Produkty oferowane przez firmę to: wyposażenie elektryczne obudowy pyłoszczelnej, usługi związane z produkcją urządzeń elektrycznych, systemy klimatyzacji podziemnych obiektów górniczych.  

W firmie funkcjonuje pięć kluczowych obszarów produkcji: magazyn i pobór materiałów, lakiernia, hala montażu, stanowisko testowe oraz magazyn produktów końcowych. Przedmiotem badań są „wąskie gardła” występujące w firmie. Obszar, w którym występują problemy tzw. „wąskiego gardła”, określono na bazie obserwacji, danych z systemu ERP stosowanego w firmie oraz opracowanej mapy procesów. Analiza „wąskiego gardła" z wykorzystaniem Teorii Ograniczeń została przeprowadzona w dziale lakierni, ponieważ to tam, generowane są największe straty finansowe, a sam proces malowania jest nieefektywny.  

W dziale lakierni skupiono się na dwóch obszarach wykorzystania Teorii Ograniczeń. Pierwszym z nich była zmiana organizacji pracy, co przedstawiono w Tabeli 2.

Zmiany w pracy lakierni dotyczą tylko 2. zmiany. Dzięki wprowadzeniu dodatkowej 4-godzinnej przerwy między zmianami, a także dodatkowego suszenia po 2. zmianie, firma odnotowała znaczny wzrost wydajności. Przy założeniu, że jeden cykl suszenia podczas każdej zmiany trwa 1,5 godziny, uzyskujemy wzrost wydajności o około 19% na jedną zmianę. Powstała również możliwość elastycznego reagowania na problemy pojawiające się w procesie produkcyjnym poprzez pracę w godzinach nadliczbowych. Praca działu lakierni 24 godziny na dobę stała się zatem realna, a to pozwoliłoby w pełni wykorzystać kabinę lakierniczą.

Druga wprowadzona zmiana dotyczyła usprawnienia procesu malowania, a dokładniej czasu jego trwania. Zakwestionowano zasadność podwójnego malowania urządzeń, tj. pomalowanie ich molykotem i podkładem w pierwszym etapie, następnie przekazanie do montażu i ostateczne malowanie po powrocie do lakierni. Dodatkowo zakwestionowano również malowanie urządzeń różnymi kolorami wewnątrz i na zewnątrz, w sytuacjach, kiedy nie wymaga tego norma lub klient. Tabela 3 przedstawia proces malowania. Poprawiono punkty 4, 5 i 6.

Analiza procesu malowania wykazała, że wydłużony czas malowania związany jest z podwójnym malowaniem urządzenia, a także zastosowaniem dwóch różnych kolorów dla wewnętrznej i zewnętrznej części urządzenia. Optymalizacja tego procesu jest wynikiem synergii dwóch usprawnień. Pierwszym z nich jest ostateczne malowanie urządzenia podczas jego pierwszego pobytu w lakierni. Dodatkowo proces malowania został zaprojektowany w taki sposób, aby zmaksymalizować dostępność kabiny lakierniczej, a tym samym wyeliminować „wąskie gardło", jak pokazano w Tabeli 4. Czas potrzebny na przeprowadzenie całego procesu malowania uległ znacznemu skróceniu. Różnica ta wynosi około 5 godzin, co oznacza redukcję o około 35%.

Podsumowanie

Zastosowanie Teorii Ograniczeń w analizowanym procesie produkcyjnym pozwoliło na wyeliminowanie tzw. "wąskiego gardła" poprzez skrócenie całego procesu malowania z ośmiu do pięciu etapów. Czas trwania również skrócił się z 1145 do 1051 minut. Na skrócenie czasu malowania wpłynęła również redukcja zadań malarskich (z dwóch etapów do jednego) oraz lepsze zaplanowanie całego procesu.

Oprócz wyżej opisanych działań mających na celu skrócenie procesu malowania wdrożono również dodatkowe zmiany wspierające obszar, w którym występuje „wąskie gardło". Stworzono dodatkowe pomieszczenie w budynku lakierni wyposażone w mocowania. Kabina malarska została podzielona na dwie niezależne części – malowanie i suszenie. Zainstalowano również przegrodę, umożliwiającą malowanie w dwóch różnych kolorach.

Przykład praktycznego zastosowania Teorii Ograniczeń potwierdza uniwersalność jej zastosowania w wielu obszarach oraz potencjał uzyskania wymiernych korzyści. Dzięki wykorzystaniu 5 kroków skupienia TOC umożliwia usprawnienie procesów produkcyjnych poprzez identyfikację ograniczeń i podjęcie działań w celu ich eliminacji. Zastosowanie Teorii Ograniczeń w polskich firmach produkcyjnych pozwala na wyeliminowanie strat ponoszonych podczas wytwarzania produktów, a w konsekwencji zwiększenie wydajności całego procesu.

Słowa kluczowe: Teoria Ograniczeń, Doskonalenie, Zarządzanie jakością, Proces produkcyjny, Narzędzia zarządzania jakością.

Polecana literatura:

Goldratt ~Cel I: Doskonałość w produkcji

Woeppel ~ Jak wdrożyć teorię ograniczeń w firmie produkcyjnej: Poradnik praktyka

Lisa Scheinkopf ~ Logika zmiany: Narzędzia myślowe TOC dla menedżerów

Goldratt ~ Łańcuch krytyczny: Projekty na czas

Ta publikacja jest tłumaczeniem artykułu „Zastosowanie Teorii Ograniczeń do ciągłego doskonalenia procesu produkcyjnego – studium przypadku”, przygotowanego na potrzeby “3rd International Conference on Social, Education and Management Engineering (SEME 2017)” ISBN: 978-1-60595-515-5, 2017

Autorzy: Radosław WOLNIAK, Bożena SKOTNICKA-ZASADZIEŃ, Michał ZASADZIEŃ oraz autor korespondencyjny; Instytut Inżynierii Produkcji Politechniki Śląskiej, ul. Roosevelta 26, 41-800 Zabrze, Polska

Tłumaczenie i redakcja: Ewa Kula-Pankau

Odwołania

1. M. Alsmadi, A. Almani, Z. Khan, Implementing an integrated ABC and TOC approach to enhance decision making in a Lean context: A case study. International Journal of Quality & Reliability Management 8 (2014) 906-920.
2. A. Banerjee, S.K. Mukhopadhyay, A contemporary TOC innovative thinking process in the backdrop of leagile supply chain. Journal of Enterprise Information Management 3 (2016) 400-431.
3. V. Belvedere, A. Grando, Implementing a pull system in batch/mix process industry through Theory of Constraints: A case study, in.: (eds.) Ronen B. The Theory of Constraints. Practice and Research, Washington, DC: IOS Press, 2005.
4. J. Cox, J. Schleier, Theory of Constraints. Handbook, New York, NY: McGraw Hill Professional, 2010.
5. H.W. Dettmer, Goldratt's Theory of Constraints: A Systems Approach to Continuous Inmrovement, Milwaukee, WI: ASQ Quality Press, 1999.
6. E.M. Goldratt, Theory of Constraints/Lean/Six Sigma Integration, New York, NY: McGraw Hill Professional, 2010.
7. E.M. Goldratt, Critical chain, North River Press, USA, 1997.
8. E.M. Goldratt, J. Cox, The Goal: A Process of Ongoing Improvement, New York, NY: North River Press, 2014.
9. E.M. Goldratt, It’s not luck, London, England: Routledge, 2012.
10. T. Hirts, P. Guernaccini, Toward a Model of Performance Measurement of Output Based on the Theory of Constraints. Studies in Managerial and Financial Accounting 25 (2012) 117-137.
11. W.A. Lewinson, Beyond the theory of constrain. How to eliminate variation and maximize capacity, New York, NY: Productivity Press, 2007.
12. T.P. Librelato, D.P. Lacerda, L.H. Rodrigues, D.R. Veit, A constraint is anything that prevents the system from achieving its goals. Business Process Management Journal 6 (2014) 922-949.
13. J. Małek, Wykorzystanie teorii ograniczeń do zarządzania „wąskimi gardłami” na przykładzie wybranego przedsiębiorstwa produkcyjnego, praca magisterska, Zabrze, 2017.
14. A. Męczyńska, R. Kmieciak, A. Michna, I. Flajszok, A decision support method for poorly structured problems in school management. Baltic Journal of Management 1 (2013) 91-112, doi: 10.1108/BJM-04-2013-0058.
15. D. Oglethrope, G. Heron, Testing the theory of constraints in UK local food supply chains. International Journal of Operations & Production Management 10 (2013) 1346-1367.
16. T.L. Pereira, D.L. Pacheco, L.R. Henrique, D.V. Rafael, A process improvement approach based on the Value Stream Mapping and the Theory of Constraints Thinking Process. Business Process Management Journal 6 (2014) 922-949.
17. A. Ray, B. Sarkar, S.K. Sanyal, An improved theory of constraints, International Journal of Accounting & Information Management 16 (2008) 155-165.
18. T.E. Shoemaker, R.A. Reid, Applying the TOC Thinking Process: A case study in the government sector, in.: (eds.) Ronen B. The Theory of Constraints. Practice and Research, Washington DC: IOS Press, 2005.
19. M. Smith, P. Pretorius, Applying the theory of constraints to increase economic value added: Part 1—theory. South African Journal of Industrial Engineering 1, (2012) 69-80.
20. M. Smith, P. Pretorius, Applying the theory of constraints to increase economic value added: Part 2—implementation. South African Journal of Industrial Engineering 2 (2012) 71-80.
21. M.M. Srinivasan, Building Lean Supply Chains with the Theory of Constraints, New York, NY: McGraw Hill Professional, 2011.
22. R. Wolniak, B. Skotnicka-Zasadzień, The use of value stream mapping to introduction of organizational innovation in industry. Metalurgija 4 (2014) 709-712.
23. R. Wolniak, The assessment of significance of benefits gained from the improvement of quality management systems in Polish organizations. Quality & Quantity 1 (2014) 515-528, doi: 10.1007/s11135-011-9534-x.
24. A. Zivaljevic, Theory of constraints—application in land transportation systems. Management of Environmental Quality: An International Journal 4 (2015) 505-517.