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丰田与科学
丰田是精益的典型。
然而，在20世纪60年代和70年代，丰田是一家通过生产廉价汽车来竞争的汽车公司，质量并不是它的一个强项。
在年《汽车新闻》(AutomotiveNews)的一篇文章中，丰田上世纪七八十年代的高管马克斯·杰米森(MaxJamiesson)给出了如下评价:
“那时候，这辆车就是一堆垃圾。”
当他离开福特汽车公司去丰田的时候，他在底特律的同事开玩笑说，丰田不过是可回收的啤酒罐。
杰米森承认，他们错得也不远。
他回忆说，当时丰田汽车的引擎会在5万英里时“灭火”，刹车踏板会“折到地板上”。在高海拔地区，丰田的化油器需要用冰棒棍撑开，否则引擎会因空气燃料供应不足而停转。但它的外观和表面处理都很好。
“这辆车的外部就像一辆展览车。”杰米森说，“所有的线条和公差都是完美的，因此，当推销员展示汽车时，它很漂亮，里面也很棒。所以我们告诉日本人，这太棒了，这表明我们可以制造出高质量的汽车。现在把车的其他部分做成这样，其余的事情也需要正常运转”。
从这个不幸开始，丰田把自己变成了世界上最成功的公司之一，并在近30年的时间里，提供了美国最畅销的汽车之一——凯美瑞。
年纪足够大的人可能还记得那时候的一句老话:“便宜的东西……日本制造。”丰田在改变这种看法方面发挥了巨大作用。
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丰田是如何做到的
那么丰田是如何做到的呢？
首先要采取科学的方法，认识到制造环境本身不是静态的，而是可以改变的。
就像爱因斯坦拒绝固定时间和空间的概念一样，大野耐一(TaiichiOhno)和新乡重夫(ShigeoShingo)也拒绝认为他们那个时代的大规模生产方式是最好的实践。
他们不是在给定的准备时间内寻找最优的批量大小，而是设法减少准备时间，直到最优的批量是一个！
事实上，“一个流”成为了丰田生产系统(TPS)的标志。
这种注重环境细节的理念被应用到丰田的5S过程中，使得建立一个干净和有组织的作业，成为TPS实施的重要组成部分。
丰田认识到，使用超市(例如，看板)控制在制品(WIP)和测量输出（例如，节拍时间TT）的方法比试图用排程控制产出和测量在制品要运行得更好。
丰田也认识到质量先于生产的重要性。如果生产的是坏零件，操作员可以停止生产。
“如果你没有时间第一次就把它做好，那么你什么时候会有时间把它再做一遍呢?”这是一句精辟的格言，它击中了这个概念的核心(这也是六西格玛的基本概念)。
最后，丰田授权其员工一次又一次地重新设计工作场所，直到他们找到最有效的配置来完成给定的任务。
虽然这些步骤听起来很简单，甚至事后看来很明显，但重要的是要认识到，在丰田完善其生产系统的同时，在美国也在采取同样“明显的”和相反的步骤。
Ohno（大野耐一）在20世纪40年代末开始开发丰田的系统，并在70年代继续完善它。因此，当丰田认为生产过剩是主要的浪费时，底特律却乐于追求大规模生产作为降低成本的关键。
美国汽车制造商长时间生产了数以百万计的汽车，他们相信，如果库存在生产时卖不出去，最终将在年底打折时开始销售。
从结果来看，很明显，虽然大野耐一和新乡重夫从未用科学术语描述过TPS，但他们在非常基础的层面上理解了生产系统的行为。
新乡重夫用极其诗意和华丽的语言描述了这些做法，例如，“丰田的生产系统从已经干了的毛巾中拧出了水”。这种描述很吸引人，但很难实现。
许多经理人读到丰田取得的几乎是奇迹般的结果时，都渴望建立一个类似的系统，并获得回报。当他们不能在几个月内达到同样的结果时，他们常常感到失望。他们没有意识到的是，丰田在超过25年的时间里完善了其系统。
当然，随着大量的精益文献的出现，人们应该期望更快的结果。即便如此，在到达应许之地之前，很可能需要在沙漠中逗留一段时间。
例如，如果生产环境生产的产品质量很差，那么生产线就会频繁地停止，因为经理开始实施TPS实践，即只要有缺陷就停止生产线。这意味着，在10个工位的装配线中，一个工位出现问题会使整条生产线停工一段时间。这将导致大量的停机时间。
显然，任何浪费在解决质量问题上的时间都必须得到弥补。丰田做到这一点的一个方法是在12个小时的时段内安排10个小时的生产。以这种方式，如果需要的话，可以有额外的2个小时可用。即使有停线，生产线也几乎总是可以满足日常需求。
停线并不是没有代价的。丰田为了聚焦质量付出了比实际用量更多的产能。用现代的说法，这被称为“能力不足调度”。
虽然这听起来像是大量的额外时间，但对于一个10工站的生产来说，2小时的补货期可以相对吸收少量的停线。如果每个站点每小时只有一个问题，并且这个问题平均来看可以在1分钟内得到解决，那么在10个站点的线路上，每12个小时的生产所浪费的时间将是2个小时。
这正是舍恩伯格（Schonberger）在20世纪80年代的畅销书《世界一流的制造业》(NewYork:FreePress,)中描述的补货周期。
每12小时生产10小时，产能利用率为83%。如果一条生产线83%的工作时间不能满足需求，就需要另一条线或加班(包括所有相关费用)。
但丰田认识到，如果允许生产线因质量问题而停工，由此产生的紧张情绪将促使人们消除生产线停工的根本原因，从而减少停工时间和补货时间。
对于一个刚刚开始精益之旅的公司，我们预计每小时会看到更多的问题，大多数问题需要1分钟以上才能解决。
丰田生产系统的另一个特点是单件流（one-pieceflow），这也需要成本。
对于通过节拍时间（TT，Takttime）设置的给定输出速率，单件流可以产生最小的在制品和最小的周期时间（CT，CycleTime），但它需要额外的补充时间。
我们使用术语周期时间来表示从原料库存到生产完成所需要的时间。其他作者可能使用周期时间来表示机器上的处理时间。我们倾向于将其称为过程时间（ProcessTime），并认识到其他作者可能会使用诸如生产时间（productiontime）、产出时间（throughputtime）、流时间（flowtime）甚至逗留时间等术语来表示我们所称的周期时间。
事实上，如果你观察一条汽车装配线运行一段时间，你通常会看到工人完成他们的任务，有时间站在后面等待下一辆汽车。
与由于质量缺陷导致的生产线停工所需要的额外两小时补货时间不同，这几秒钟的补货时间用于适应任务时间的变化。
例如，假设对凯美瑞的需求是每年天60万辆。这意味着每天辆车或每12小时轮班辆车。
对于经理来说，安排一条每班工作10小时的生产线，节拍时间为30秒(10h×s/h/=30秒)。这意味着每个工作站的可用时间为30秒。
可是，如果生产线的经理为生产线配置了足够的工人，使得平均任务时间为30秒，那么就会出现问题。如果平均任务时间与节拍时间相等，那么站内工作人员在节拍时间内完成任务的概率只有50%。
这意味着当生产线继续移动时，工人将不得不继续工作到下一个工作站，从而中断工人的工作。
有两种方法可以避免这样的问题:
(1)每当工人面临一个比平均时间长一些的任务时，就停止生产线;
(2)将节拍时间设置为比平均任务时间稍长一些。
因此，在第一种情况下，这条线将以最慢的工人的速度移动，并将不时地停止。
但是，如果经理使用第二个选项，并将节拍时间设置为比平均值稍长一些，则允许每个站点有一些额外的时间，从而为整条生产线提供非常有规律的输出。
现在考虑图1-1中的任务时间直方图，它显示了装配线上任务的时间分布。大约5%的任务耗时不到20秒，45%的任务耗时20到25秒，另外45%的任务耗时25到30秒，最后5%的任务耗时超过30秒。平均值是25秒，标准差是3秒。因此，如果生产线的节拍时间（TT）设置为30秒，则95%的任务将在指定的时间内完成。工人们应该能够处理5%的耗时超过30秒的事件，只要它们不同时发生。
图1-1.任务时间的直方图
虽然5秒听起来并不多，但额外的时间加起来就多了。
此外，在30秒的时间内执行25秒的任务，相当于在每个10小时的生产中有额外的2小时可用，因为25/30=10/12=83.3%。
由于管理人员通常对长时间的中断使用第一种方法，对任务时间的变化使用第二种方法，因此有效的生产时间不到计划生产时间的70%(0.×0.=0.)。
这意味着12个小时的轮班，经理大约有8小时20分钟的生产时间，不包括午餐、休息和换班。
在这种情况下，如果经理的排程中包括了工人的午餐等时间，结果将是每班生产大约个零件，这是满足需求所需的数量。
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批量和排队生产
另一方面,如果一个经理使用不同的生产线控制方法解耦生产线,允许在制品的自由流动和过程间的累积,系统将以最慢过程的速率运行,也就是说,每25秒一件(加上每小时一次的额外的分钟)。
在这种情况下，无论如何，当一个工作站出现问题时，只要有在制品，其他工作站就可以继续运行。
那么，那些干扰呢？
回想一下10个工作站的装配线，平均每小时有1分钟的中断。在12小时内，这将增加2小时的中断时间(分钟=10个站点×1分钟中断/小时×12小时)，这是计划的。
然而，如果生产线上的各站已经解耦，每个站只能“看到”自己的中断。现在的生产时间是11小时48分钟(每个工位每小时损失1分钟)，生产速度大约是每12小时个零件。这意味着解耦后的生产线比单件流的生产线多生产41%的量。
（译者注：“解耦”指的是消除生产链或供应链上的波动的影响。文中“看到”的意思是每个工作站的中断只影响到本工序）
但是，这是有代价的!
额外的生产是通过允许大量额外的在制品(WIP)来实现的，而这些WIP是单件流所需要的。
额外的在制品需要更长的周期时间才能通过生产线。单件流生产线要花5分钟生产一个零件(10个工位，每个工位30秒)。
如果解耦后的生产线每个站点有5个在制品单元，那么周期时间将从5分钟增加到25分钟。
如果所需的WIP为15个单位，则周期时间为75分钟。
所有这些WIP的问题在于它隐藏了问题。这条线可以很好地处理这些问题，并且不必(至少不那么紧迫)消除它们。
此外，如果坏零件在第一站从一开始就被生产出来，直到最后一站才被发现，那么这条生产线已经产生了个单位的废料或返工。
如此高的废品率(或返工率)很容易导致生产效率低于单件流，尽管它有所有的补充时间。
04
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一个平衡的方法
幸运的是，单件流和不限制WIP并不是唯一的选择，还有一条中间道路。
如果管理人员限制每个工位的在制品数量，那么解耦后的生产线的生产率只会略微降低，同时保留了在问题发生时快速检测问题的能力。
这个在制品限制应该是什么？和往常一样，“看情况!”
在制品的限制取决于系统的变动性。
生产时间或零件质量的任何变化都会对生产率产生负面影响。这并不意味着所有的变动性都是坏的。
然而，一点额外的在制品可以极大地缓冲变动性，从而在不明显地增加周期时间或极大地阻碍缺陷检测的情况下提高生产力。
关键是要理解产出如何与在制品和变动性相关——这是工厂物理科学的主要见解之一。
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