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11.2　瞭解流程

流程分類有利於瞭解流程設計方法，通過對流程分類，我們可以看出流程之間的相同點和不同點。

第一種流程分類的方法是確定它是一個單階段流程還是多階段流程。如果把老虎機看成一個簡單的黑匣子，它就屬於單階段流程。在這種情況下，老虎機運行的所有活動可以簡化為一個循環週期，代表老虎機的速度。多階段流程包括多組活動，通過流程聯繫起來。階段一詞表示多個活動集成在一起進行分析。

11.2.1　緩衝區、阻塞與停工待料

多階段流程之間或許需要緩衝。緩衝區 （buffering）是指兩個階段之間用於存儲的區域，上一階段的產出在進入下一階段之前暫時存放在這個區域。緩衝區使得各個階段可以獨立運行。如果一個階段的產出直接用於下一階段，中間沒有緩衝，我們就認為這兩個階段是直接相連的。如果流程中沒有設計緩衝，最常發生的問題就是阻塞和停工待料。阻塞 （blocking）是因為無處存放剛完工的半成品，流程中的活動不得不停止。停工待料 （starving）是因為無工作可做只好停工待料。

以一個兩階段流程為例，其中階段1的週期為30秒，階段2的週期為45秒。如果流程需要生產100單位的產品，那麼每生產一個單位產品，階段1就會阻塞15秒。

如果在兩個階段之間添加一個庫存緩衝區，情況會發生怎樣的變化呢？在這種情形下，階段1能在3 000秒（=30秒/單位×100單位）內生產出100單位的產品。階段2在3 000秒內只能生產66單位（=（3 000-30）秒÷45秒/單位）的產品。在3 000秒內減去30秒是因為在最初的30秒內階段2是處於停工待料狀態的。這就意味著在一開始的3 000秒內，庫存緩衝區裡將會累計存儲34單位（=100-66）的產品。全部產品的生產將耗時4 530秒。在這種情況下，階段2稱為瓶頸 （bottleneck），因為它限制了流程的生產能力。

如果階段1的週期是45秒，而階段2的週期是30秒，情況又會如何呢？在這種情形中，階段1將成為瓶頸，每一單位的產品將會直接從階段1轉移到階段2。階段2需要停工待料15秒以等待階段1完工，但是，生產所有的產品仍需要4 530秒。上述分析都假設兩個階段的週期固定不變。階段2的利用率為67%，週期的可變性對於系統績效的影響將會很小，但如果兩個階段的週期接近，緩衝區就會產生庫存。

通常，活動、階段甚至整個流程都可以並行操作。比如，並行操作兩個同類型的活動在理論上能使產能加倍，或者兩個不同類型的活動也能並行操作。分析一個系統時，如果系統中有並行的活動或步驟，那麼瞭解它們之間的關係是很重要的。當並行流程代表不同選擇時，比如流程圖中的菱形顯示了流向不同方向的流，以及流向每個不同方向的流的比例，有時兩個或兩個以上不同的流程可能終止於同一個庫存緩衝區。通常這表示兩個流程生產的產品是相同的，而且都流入這個緩衝區。如果平行流程生產的產品不同，則應在流程圖中設計不同的庫存緩衝區。

11.2.2　面向庫存生產與面向訂單生產

另一種流程分類方法是把流程分為面向庫存生產或面向訂單生產。為了闡述這兩個概念，我們以美國三家主要的快餐連鎖店——麥當勞、漢堡王和溫迪生產漢堡的流程為例。其中，麥當勞於1999年開始採用新的生產流程——面向訂單生產，但後來又將流程改為混合式生產。首先讓我們回顧一下這三家快餐連鎖店使用的傳統的流程方法。

想一想傳統餐廳製作漢堡的方法。在快餐時代之前，漢堡通常是按照訂單生產的。在傳統的流程中，顧客下達訂單，指定需要幾成熟（半熟或全熟）和需要哪些調味品（泡菜、奶酪、芥末、洋蔥、番茄醬）。根據這些要求，廚師從庫存中取出生的漢堡肉（一般是現成的冰凍小肉餅），製作漢堡肉並加熱麵包，最後製成漢堡送到顧客手中。漢堡的質量在很大程度上依賴廚師的技術。

面向訂單生產 （make-to-order）流程只有在訂單下達後才啟動。庫存（在製品和產成品）控制在最低程度。理論上，響應時間會很長，因為在產品交付之前，必須一步一步完成所有的活動。所以，服務特性決定了它通常採用面向訂單生產流程。

麥當勞變革了漢堡的製作流程，開發出一種大批量生產方法。圖11-2a顯示了麥當勞的傳統制作流程。在舊式流程裡，漢堡是按批烘焙的。標準的漢堡（比如巨無霸，它包括兩塊牛肉餅、沙司、生菜、奶酪、泡菜、洋蔥以及兩片撒有芝麻的麵包）製作好後放在存儲箱內，隨時可以送到顧客手中。有專門的人員根據當前需求下達訂單，使存儲箱中的漢堡保持在合適的數量，以此來控制整個流程。這就是高效率的面向庫存生產 （make-to-stock）流程，它可以生產標準化的產品並能迅速送到顧客手中。這一快速生產流程頗受具有兒童的家庭歡迎，因為對於它們而言，交付速度是很重要的。

溫迪的面向訂單生產流程

一位麥當勞的員工正在一家英國倫敦的麥當勞餐館為漢堡添加肉，麥當勞是世界上最大的餐飲公司，計劃2018年在俄羅斯增加20%的銷售點，以利用歐洲快速增長的市場。

通常，面向庫存生產的流程最終將建立起一定數量的成品庫存，然後根據顧客訂單就可以直接用庫存成品來滿足。我們可以根據實際或預期的成品庫存量來控制面向庫存生產的流程。比如，我們可以設定一個目標庫存量，然後週期性地進行生產以維持這個目標庫存量。面向庫存生產的流程也被用於季節性需求，在淡季提高庫存量供旺季使用，以使流程在全年保持穩定的運行速度。

漢堡王的流程特徵是一個十分專業的“傳送帶-烘烤箱”（conveyor-broiler），如圖11-2b所示。生的漢堡肉放在一個移動的傳送帶上通過高溫烘烤爐。90秒後，肉餅的兩面都烤好了，帶有一股特別的烤肉味。由於肉餅在烘烤爐中移動加熱的時間是固定的，所以每一片漢堡肉餅的厚度都必須一致。麵包片同樣需要在烘烤箱中加熱。這個系統可以生產出獨特的、高度一致的產品。烤好的漢堡肉餅被放進保溫的儲藏箱中。當需求量很大時，庫存中事先做好的標準化的漢堡就可以快速提供給顧客。顧客定製的需要特殊調味品的漢堡則根據訂單進行生產。通過按訂單裝配的後端流程，構成的混合式生產流程具有柔性，可以根據顧客的偏好進行生產，因此漢堡王有一句口號叫作“按你的喜好享用漢堡”。總的來說，混合式 （hybrid）流程將面向庫存生產和麵向訂單生產的特點結合起來。在漢堡王生產流程的最後階段，兩種類型的流程構成可供選擇的平行流程。在最常見的混合式流程中，在流程的前幾步生產和存儲一些通用的半成品，然後在流程後端根據顧客訂單要求生產最終產品。

我們接著來看看溫迪的生產流程，它是根據訂單生產的（見圖11-2c），顧客可以看到整個生產過程。漢堡肉餅在烤架上進行加工。在客流高峰期，廚師預計顧客的到來數量，提前製作漢堡。在烤架上烘烤時間過長的肉餅用來製作辣椒湯。當顧客下達訂單後，廚師從烤架上取下肉餅，根據顧客的特殊要求製作漢堡。由於流程要從漢堡肉餅的烤制開始，所以要稍微慢一些。因為顧客可以看到漢堡的製作過程，從而能夠感知它是一個高品質的定製產品。

最後，我們來看麥當勞在1999年引入的新流程（見圖11-2d所示），它是一個混合式流程。做好的漢堡肉餅存放在特製的儲存裝置中，使肉餅溼度可以保持30分鐘。這個流程使用了最新的烹調技術，漢堡肉餅在45秒鐘內就可以製成，烤麵包只需要11秒鐘。通過專門設計的計算機系統，顧客的特殊要求能及時傳到漢堡製作區。包括烤麵包在內的製作流程在15秒內對顧客的需求做出響應。通過將先進的烹調技術和巧妙的流程工藝相結合，麥當勞開發出快速響應的流程。產品新鮮，交付迅速，而且符合顧客的口味。

圖11-2　麥當勞、漢堡王和溫迪製作漢堡的流程

每一家公司的流程都有其優點和缺點。麥當勞是高產量的先驅，主要面向有孩子的家庭。漢堡王有其獨特的口味。溫迪的產品適合那些喜歡用傳統方法制作漢堡的顧客。每一家公司都在廣告和促銷方面花費心思，以吸引適合其流程特點的消費群體。

最後一種流程分類的方法是節拍流程和非節拍流程。我們回顧一下漢堡王的流程，它使用傳送帶-烘烤箱，保證漢堡的製作時間固定為90秒。節拍 （pacing）是指流程中每一道工序所用的時間都是固定的。在串行流程中，為了和整條流程相協調，每項活動（或步驟）的節拍往往是用機械方式實現的。以裝配流水線為例，它每45秒鐘移動一次。另一種方法是用一個計時器計算倒計時，當計時器顯示的剩餘時間為零時，產品就以人工的方式進入下一道工序。用顧客給定的生產時間除以要求產量就可以得到流程的週期。例如，一家汽車製造商要在一個班中生產1 000輛汽車，一個班裝配流水線運行420分鐘，則節拍就是25.2秒（=420分鐘/1 000輛×60秒/分鐘）。

11.2.3　流程績效的衡量

在實踐中，績效指標的計算方法有許多種。在這裡，我們用實踐中常用的方式來定義這些指標。重要的是，我們在做出決定之前必須準確理解來自特定公司或行業的某個指標是如何計算的。如果指標的計算方法基本相同，我們的工作就會簡單得多，但實際情況往往不是這樣。所以如果一位經理說他的利用率是90%，或他的效率是115%，我們肯定要問“你是怎麼計算出來的”。指標通常是針對特定流程計算出來的。你正在研究的案例中應用的指標可能與我們這裡給出的指標有一些差異。重要的是，我們需要根據案例環境來分析指標具體是怎麼用的。

將不同公司的指標之間做對比，稱為標杆管理，這是一項重要的活動。指標可以顯示公司是否在不斷改進。類似於會計使用的財務指標，流程指標為運營經理提供了一個標準，能衡量流程當前的生產率及其隨著時間的變化。通常，運營經理需要提高流程性能或者預測改進建議可能帶來的影響。本節介紹的指標有助於回答這些問題。為了幫助讀者理解這些計算，圖11-3顯示出了這些指標間的關係。

圖11-3　流程績效的衡量指標

也許利用率是最常用的流程指標。根據前面的討論，利用率指的是資源實際使用時間與其可以使用時間的比值。利用率經常用於衡量某些資源的使用情況，比如直接勞動力的利用率或設備的利用率。區別利用率和生產率是很重要的。生產率 （productivity）是指產出和投入的比率。全要素生產率 （total factor productivity）通常以貨幣單位美元測量，例如，用產出（比如商品或服務）的貨幣價值除以投入（比如原材料、勞動力和投資）的成本。相應地，多要素生產率 （partial factor productivity）則使用單一的投入，勞動力是最常用的投入。多要素生產率能讓我們知道對於一定量的投入能有多少產出，比如計算機制造工廠每位工人能生產多少臺計算機（詳見第2章中關於生產率的詳細介紹）。利用率衡量了資源的實際使用情況，比如一臺昂貴的設備實際運行時間比例是多少。

效率 （eff iciency）指的是流程實際產出與某個標準的比率。比如，一臺包裝穀物的設備的工作速度設計為30箱/分鐘，如果操作者實際生產了36箱/分鐘，那麼設備效率就是120%（=36/30）。效率也可以用來衡量流程的損失或收益。比如，若一個流程的投入是1 000單位的能源，用於轉化為其他形式的能源，如果流程只產出了800單位新形式的能源，那麼流程的效率就是80%。

運行時間 （run time）是指生產一批零件所用的時間。這個指標是用單個零件的生產時間乘以這批零件的數量得到的。準備時間 （setup time）是指為生產特定產品的設備準備時間。準備時間較長的設備通常是用於批量生產的。操作時 間 （operation time）是指一臺設備生產一批產品所需的運行時間和準備時間的總和。以剛才提到的穀物包裝機為例，它每分鐘包裝30箱，每一箱的運行時間為2秒。將機器從包裝16盎司的箱子改成包裝12盎司的箱子，需要30分鐘的準備時間。因此包裝10 000個12盎司的箱子，需要21 800秒的操作時間（=30分鐘準備時間×60秒/分鐘+2秒/箱×10 000箱），或者是363.33分鐘。

在實際中，準備時間通常不包括在流程利用率中。本質上，準備時間和由於修理或其他原因引起的停機時間歸為一類。關於這點，不同公司的處理方式也不同，因此在比較設備或其他資源的利用率前，應該先了解公司對準備時間是如何進行歸類的。

週期（已在本章的前半部分給出定義）是指一項工作從開始到完工所需的時間。另一個相關的概念是流程時間 （f low time）。流程時間包括產品的實際加工時間和產品在隊列中等待的時間。實際上，通常可以用週期代表流程時間。因此，在流程分析時需要特別注意指標的使用場景。

舉個簡單的例子，一條生產線上有6個工作站，節拍是30秒。如果6個工作站是串聯在一起的，每30秒就有一個產品從一個工作站傳到下一個，那麼流程時間就是3分鐘（=30秒/站×6站÷60秒/分鐘）。

產出效率 （throughput rate）指的是在一定時間內流程的期望產出率。在上例中，生產線的產出效率是120單位/小時（=60分鐘/小時×60秒/分鐘÷30秒/單位）。可見，產出效率是節拍的倒數。

通常，流程中的產品不是每時每刻都在加工。由於流程各個工作站的週期各不相同，因此需要加入緩衝區，使各個活動在某種程度上能夠獨立運行。在剛才提到的6個工作站的生產線中，假如我們另外安插10個緩衝工位，會產生什麼影響呢？假設在第一個和第二個工作站之間有兩個緩衝工位，第二個和第三個工作站之間也有兩個，依此類推。如果這些緩衝工位都必須經過，那麼流程時間將會變為8分鐘（假設裝配線上總共有16個工作站，每個工作站的平均節拍都是30秒）。

流程速度 （process velocity），也稱產出比例（throughput ratio），是指增值時間和流程時間的比值。增值時間 （value-added time）指在產品上投入的真正有效的工作時間。假如流程中的所有活動都是增值活動，那麼增值時間就應該是流程中所有活動時間的總和。對於前面提到的包括10個緩衝工位的裝配線，如果每個工位的時間利用率都是100%，那麼生產線的流程速度（即產出比例）就是0.375（=3分鐘/8分鐘）。

11.2.4　生產流程圖和利特爾法則

下面我們來看一下如何快速地製作高水平的流程圖，這有助於我們理解物料流動和庫存佔用。這個方法是分析生產過程中物料流動的第一步。這一點在第12章中有詳細闡述。

我們首先來看一個簡單的系統，它是面向庫存生產型企業的一個代表。如圖11-4所示，物料從多個供應商處購得後先存放在原材料庫，這些物料是產品生產過程所需要的。在製造結束後，產品會存放在成品庫，然後再根據顧客的訂單從此庫存中發貨。

圖11-4　面向庫存生產的流程圖

對於流程中的製造部分，其績效分析比較關注庫存投資和物流的速度。物料在流程中的狀態可以簡化為兩者之一，要麼物料處於移動或“轉運”狀態，要麼物料作為“緩衝”存放在庫房中，以備使用。

在第一個狀態下，物料正在流程中移動。這時物料在不同企業之間轉運，比如說在供應商和製造商的原材料庫存之間。處於工廠製造過程中的物料也可以認為是處在轉運狀態。實際中，我們稱這種物料為“在製品庫存”（work-in-process inventory）。在第二種狀態下，物料被放在倉儲區等待使用。對於原材料庫存來說，其使用是依賴於工廠需要，而“緩衝”庫存使流程中不同實體的操作變得相對獨立。

流程中用的比較多的一種評價指標是總平均庫存價值 （total average value of inventory）。從會計角度來看，它是原材料、在製品以及成品庫存價值（以成本計）的總和。這個數值通常在會計系統中有記錄，並且是企業財務報告的一部分。另外，除了庫存的總價值，另一個評價指標是企業庫存週轉率 （inventory turn），指的是所售商品的成本除以平均庫存價值。

總平均庫存價值儘管在會計上很有用，但它並不能很好地反映流程的績效。假設一個企業的總平均庫存價值200萬美元，而另一個企業擁有價值400萬美元的庫存價值，那麼哪個企業更好呢？這主要取決於企業的規模、採取的戰略類型（比如是面向訂單生產還是面向庫存生產）以及產品的相對成本。

一個比總平均庫存價值更好的測量指標就是庫存週轉率，因為庫存週轉率是所售商品成本與庫存價值之比，它提供了一個可比較的度量，至少可以在相似企業之間比較。對於兩個生產類似消費產品的廠商，每年庫存週轉率為6次的企業當然優於庫存週轉只有2次的企業。一個相對直接的測量指標是供給天數 （days-of-supply），即以天計算的庫存週轉率的倒數。比如說，一家企業的庫存週轉率是一年6次，那麼供給天數就等於每年的1/6，約為61天（即1/6×365=60.8天）。

簡單系統可以通過利特爾法則 （Little’s law）進行分析。利特爾法則刻畫了生產系統處於穩定狀態時，其庫存、產出效率以及流程時間之間的關係。它們之間的關係具體為：

如前所述，產出效率是物品在流程中流動的平均速率，而流程時間是一個單位產品從流程開始到結束所需要的時間。假設一個工廠的流程如圖11-4所示，送到工廠的原材料經生產轉換後作為成品庫存存儲。我們的分析假定流程的運營處於“穩定狀態”，也就是說經過較長的一段時間之後，工廠生產的產品數量與發給顧客的產品數量一致，即流程的產出效率等於平均需求，不會生產多餘的產品也不會出現缺貨。如果不是這樣，比如說產量大於需求，那麼成品庫存就會越來越大。所以，如果每天的平均需求是1 000單位產品，而單位產品流經整個工廠流程的時間為20天，那麼工廠的在製品庫存就是20 000單位。

我們可以將利特爾法則看作產品數量與生產時間之間的關係。庫存用產品數計量，流程時間以天計，而產出效率指的是每天生產的產品數。所以，我們用庫存除以產出效率就可以得到流程時間。舉個例子，用20 000單位產品除以每天1 000單位產品就是20天。我們也可以用庫存除以流程時間，這樣可以求得產出效率。這裡我們用20 000單位產品除以20天就等於1 000單位產品每天。這種轉換在我們分析某個工廠的運營績效時是十分有用的。

工作人員在倉庫掃描存貨

我們來考慮一下這個法則的主要限制。假設一個流程剛開始運行，還沒有庫存。需要通過最初的生產來“填滿”這個系統，此時的產出效率為零。這種情況下利特爾法則就不成立。但是在流程運行一段時間以後，每個步驟上都有庫存時，即流程趨於穩定之後，這個時候利特爾法則成立。

利特爾法則的應用範圍不僅限於簡單的產品轉換，它還可以應用到單個工作站、多步驟生產線、工廠甚至是整條供應鏈，而且它還可以用於到達率（或需求率）和加工時間存在變動的流程。單產品或多產品系統均可用。它甚至還可以用於非生產系統，這些系統中的庫存就用人、財務訂單或者其他實體表示。

工廠會計系統習慣用正在工廠內加工的庫存的價值（以成本計）來衡量平均在製品。舉個例子，如果說平均的在製品為200 000美元，每單位產品的成本價值為10美元，這就意味著工廠中存在20 000個產品（=200 000美元/10美元每單位）。

下面的例子顯示如何應用這些概念快速分析簡單的流程。

例11-1

一家汽車製造商從事汽車裝配，並且從中國某供應商處採購電池。每個電池的平均成本為45美元。當電池運到工廠時，該汽車製造商就擁有了電池的使用權。每輛汽車的裝配時間為12小時，工廠8小時的一個輪班可以裝配200輛汽車（該工廠目前每天只工作一個班）。每輛車都需要裝配電池。該製造商原材料庫存中平均擁有8 000個電池，以作緩衝之用。

任務： 請算出平均存在於工廠內的電池總數（包括在製品和原材料庫存）。這些電池價值為多少？原材料庫存的平均供給天數是多少？

解答

我們可以分兩種庫存討論——在製品和原材料。對於在製品，可以直接用利特爾法則來計算在製品庫存的數量：

庫存=產出效率×流程時間

產出效率就是工廠的生產速度，即每班200輛或者每小時25輛。因為每輛車要裝配一個電池，所以電池的產出效率就是每小時25個。流程時間為12小時，所以在製品庫存為：

在製品庫存=25×12=300（個）

我們已知原材料庫存中有8 000個電池，所以整個流程中電池的總數為：

總庫存=8 000+300=8 300（個）

這些電池的價值為8 300×45=373 500（美元）。

原材料庫存的供給天數是電池作為原材料庫存的“流程時間”（或者說是電池作為原材料庫存儲存時間的平均值）。這裡，我們假定電池使用的順序與它們到達的順序一樣。改變一下利特爾法則的形式：

流程時間=庫存/產出效率

所以，流程時間=8 000/200=40（天），也就是庫存供給為40天。