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生産管理やプロジェクト管理において、ボトルネックとは、一連のプロセスの中で、その処理能力の制限によって全体の処理能力が低下するプロセスのことです。ボトルネックが発生すると、生産の停滞、供給過剰、顧客からの圧力、従業員の士気の低下といった問題が発生します。[ 1 ]ボトルネックには短期的なものと長期的なものがあります。短期的なボトルネックは一時的なもので、通常は大きな問題にはなりません。短期的なボトルネックの例としては、熟練した従業員が数日間休暇を取る場合などが挙げられます。長期的なボトルネックは常に発生し、累積的に生産を大幅に遅らせる可能性があります。長期的なボトルネックの例としては、機械の効率が悪く、結果として長い待ち行列が発生する場合などが挙げられます。[ 2 ]
例えば、製錬所や精製所への供給不足は、上流工程におけるボトルネックを引き起こす。
別の例として、複数の装置が整列した表面実装技術基板組立ラインが挙げられます。通常、常識的な戦略としては、ボトルネックとなる要素を工程の終盤に配置し、より高性能で高速な機械が常にプリント基板（PCB）の供給を維持し、低速な機械が完全に停止しないようにすることが挙げられます。しかし、この戦略は、工程全体において有害（または損害）かつ重大な欠点をもたらす可能性があります。
ほとんどすべてのシステムには、たとえ軽微なものであってもボトルネックが存在します。すべてのシステムがフル稼働している場合、少なくとも1台の機械で処理が蓄積されます。[ 3 ]ボトルネックを特定することは、蓄積が発生する領域を特定できるため、生産ラインの効率を向上させる上で非常に重要です。最も長い待ち行列を蓄積する機械またはプロセスが通常はボトルネックですが、常にそうとは限りません。ボトルネックは、蓄積が発生する領域を特定し、スループットを評価し、各機械がフル稼働しているかどうかを評価し、待ち時間が長い機械を見つけることによって見つけることができます。[ 4 ] [ 5 ]
入力が処理速度よりも速く到着すると、蓄積が発生し始めます。これは、機械の能力が不足しているか、十分に活用されていないか、オペレーターのスキルが不足していることを意味します。この方法は、蓄積が発生しているプロセスが複数あるため、キューが複数の処理ステップにあるボトルネックを特定するのに効果的ではありません。[ 4 ]
生産ラインは機械の出力に直接結びついているため、製造プロセスにおける主要なボトルネックを特定することができます。各機械のスループットを変更することで、どの機械が全体の出力に最も影響を与えるかを評価し、それによってプロセスチェーンにおけるボトルネックを特定することが可能になります。[ 6 ]
各生産ユニットの利用率を用いることで、能力を最も多く利用している機械を特定することができる。この機械は、他の機械を低い能力で稼働させることでボトルネックとなっている。しかし、一連の工程におけるすべての機械が同様の能力レベルで稼働している場合、最も能力の低い機械の能力を上げてもよく、総生産量に大きな改善は見込めない。[ 4 ]
複数の生産ユニットが既にフル稼働している場合、機械のダウンタイムを追跡することで、どの機械がボトルネックになっているかを特定できます。通常、一連のプロセスの中で最も待ち時間やダウンタイムが長い機械の前の機械がボトルネックになります。その結果、機械の利用率が低下します。[ 4 ]
フィッシュボーン図は、一連のプロセスにおける潜在的な問題を特定するための図解的な手段です。問題に関連するさまざまなデータを収集し、図に入力することで、データが使用される順序で分析しやすくなり、問題の根本原因を特定しやすくなります。これは、生産遅延の原因となっている機械を正確に特定できるため、一連のプロセスのボトルネックを見つけるためによく使用されます。[ 7 ]
生産工程にボトルネックが生じると、生産の停滞、過剰在庫、従業員の士気低下、顧客の喪失といった事態が発生する可能性があります。ボトルネックは機械の過負荷につながることもあります。機械の過負荷は機械の損傷や摩耗を引き起こし、長期的には操業停止期間の長期化につながる恐れがあります。
生産の停滞は、1台の機械がプロセスチェーン全体を遅くし、他の機械が作業を続けられなくなることで、大量の待ち行列が蓄積されることが原因で発生します。この非効率性により、時間、人員、機械などの多くのリソースが待機のために使われてしまうため、生産速度が著しく低下します。[ 1 ]
長期的に蓄積が発生した場合、ボトルネックとなっている機械の稼働能力が非常に遅くなり、キューに蓄積されたリソースを保管する必要が生じる可能性があります。リソースの保管コストは、材料の往復輸送にリソースが必要となるだけでなく、スペースも必要となるため、大きなコストとなります。[ 1 ]
ボトルネックの結果、従業員の作業量が増え、労働時間も長くなる可能性があります。さらに、ボトルネックとなっている機械とそのオペレーターに対するストレスや不満も要因となります。これにより、従業員の作業意欲が低下し、効率が低下する可能性があります。[ 4 ]
ボトルネックが特定されたら、ボトルネックの管理方法を決定するために、ボトルネックの程度を評価することが重要です。ボトルネックは軽微なものから深刻なものまであります。軽微なボトルネックはすぐに対処する必要がないかもしれませんが、深刻なボトルネックはすぐに対処する必要があります。ボトルネックを解消する方法はいくつかあります。その方法には、ボトルネックとなっている作業にリソースを追加する（人員を増やす）[ 8 ] 、ダウンタイムを最小限に抑える[ 9 ]、価値のない活動を排除する、同じ動作を実行する機械に投資する、ボトルネックとなっている作業を最適化する[ 10 ] [ 11 ]などがあります。他の情報源も同様に、ボトルネックが特定されたら、ボトルネックが適切に維持されていることを確認する[ 12 ]、ボトルネックの上流に一定のバッファ在庫を提供する、セットアップと切り替えで無駄になる時間を減らす、ボトルネックとなっている機械のオペレーターを増やす[ 13 ] [ 14 ]のが最善であると示唆しています。これらについては、以下でさらに詳しく説明します。生産スケジュールを最適化して効率を高めることは、ボトルネックとなっている機械を効果的に活用するもう1つの方法です。これにより、生産ノルマが達成されない可能性が最小限に抑えられます。スケジューリングは、組織化の強化と計画的な生産の促進により、人員不足による生産停止の回数も減らします。また、機械を1週間でできるだけ多くの時間稼働させるための時間を見つけることができるため、利用可能な時間を最大限に活用できます。[ 15 ]
オペレーターの数やスタッフの数を増やすことは、さまざまな理由で有益です。オペレーターの数を増やすと、全員が異なる時間帯のシフトで働くことができるため、効率が向上し、ボトルネックとなっている機械をより長時間稼働させることができます。[ 14 ]さらに、従業員の1人が病気になったり、働けなくなったり、辞めたりした場合でも、常に代わりの人がいます。従業員の数を増やすことは、効率の向上に役立ちます。[ 16 ]これは、従業員をボトルネックとなっている機械の操作の一部に再割り当てすることができ、その操作をより小さなアクティビティに分割して再割り当てすることで、機械の作業負荷を軽減し、蓄積を減らすことができるためです。[ 10 ] [ 11 ] [ 13 ] 他の作業を別の機械に再割り当てすると、ボトルネックとなっている機械の蓄積や遅延が減少します。これにより、プロセスチェーンのさらに先にある機械の待ち時間が短縮され、生産性が向上するため、生産が大幅に加速されます。[ 17 ]
一連のプロセスの中で最も弱いリンクであることを補うために、ボトルネックとなる機械はより長い時間稼働する必要があります。切り替え時間とセットアップ時間を最小限に抑えることで、機械を少し長く稼働させることができ、ボトルネックの影響を軽減できます。[ 14 ]ボトルネックとなる機械を早い時間から遅い時間まで稼働させることでダウンタイムを最小限に抑えることは、この問題を回避するための一般的な戦略ですが、これにより機械の過負荷や定期的なメンテナンスが必要になる可能性が高まります。[ 10 ]
価値のない活動をすべて排除することで、ボトルネックとなっている機械が行う冗長な作業の量を減らし、効率を最大化できます。無駄な作業を排除することでサイクルタイムが短縮され、機械が各プロセスをより短い時間で完了できるようになります。[ 10 ]
機械の使用を最適化するには、機械をできるだけ長く稼働させ、材料や在庫を待つ必要がないようにして生産性を向上させる必要があります。これは、バッファ在庫を設けることで実現できます。バッファ在庫があれば、機械は常に何らかの作業を行うことができます。この戦略の欠点は、工程チェーンの前の機械が稼働している間、バッファ在庫を保管するための在庫スペースが必要になることです。[ 10 ]
将来的にボトルネックを管理・解決する必要がないように、ボトルネックを未然に防ぐことが理想的です。生産環境を計画する際には、ボトルネックを回避する方法があります。従業員に些細な意思決定を自由に任せることで、最も効率的だと思う決定を下すことができ、機械の操作者である彼らの経験によって、時間の経過とともに機械の使用に特化できるようになります。[ 18 ]従業員のクロス・トレーニングは、生産ラインの適応性を高め、将来のダウンタイムの可能性を減らします。高パフォーマンスの従業員を採用することで、割り当てられた機械を効率的に使用できない低パフォーマンスの従業員によってボトルネックが形成される可能性を減らします。[ 19 ]生産環境を設計する際に、より高い潜在的生産量を計画することは、すべての機械を稼働させる必要がある大規模な注文が発生する場合に、長期的には重要です。すべての機械をフル稼働させることは、故障が発生して生産が停止する状況があるため、常に理想的ではありません。生産を円滑に進める方法をよく理解している意欲的なリーダーがいれば、生産チェーンのすべてのさまざまなプロセスをより適切に管理できます。さまざまなプロセスのレイアウトを考慮することで、輸送段階で発生する遅延を最小限に抑え、効率を高めることもできます。適切なレイアウトを使用することで、機械のオーバーヘッドを削減し、材料の取り扱い時間を短縮できます。[ 20 ]
標準化された交換プロトコルを確立することで、ダウンタイムを最小限に抑え、将来ボトルネックが発生する可能性を最小限に抑えることができます。これにより、異なるセクター間の混乱の可能性が減り、効率が向上し、原材料の到着遅延の可能性が低減されます。[ 21 ]
静的ボトルネックとは、ランダムまたは予期しない変動（切り替え時やシステム障害時に発生するような変動）が発生しない場所のことです。静的システムは動作が変化しないため、システムは一定のままです。静的システムでボトルネックを見つけるのは非常に簡単で、最も長い一定のサイクル時間を持つ機械またはプロセスです。静的システムは現実には存在しません。なぜなら、どんな場合でも、サイクル時間には常にわずかな変動があるからです。これは、システムを遅くするすべての変動の発生を防ぐ方法がないためです。その例としては、電力不足や自然災害が挙げられます。[ 22 ]システムの挙動はあらゆるランダムイベントの影響を受けやすく、したがってすべてのシステムは動的です。動的システムは、安定と不安定の 2 つの主要なグループに分けられます。動的システムの文脈における重要な違いは、ボトルネックが移動する可能性があることです。ボトルネックが移動する速度は、プロセス間のバッファに依存します。[ 22 ]生産エリア内の作業センターの位置が変わるとボトルネックが移動し、出力の大幅な遅延により制御上の問題が発生する。ボトルネックの移動は、計画不可能な避けられない予期せぬ出来事の結果である。[ 23 ]
ボトルネックの変動を回避または防止するために推奨される手順は以下のとおりです。
ステップ1）新規注文を受ける際に、すべての機械、プロセス、または作業センターの最大負荷を再評価します。
ステップ2）システムのボトルネックを見つけ、その余剰能力を特定します。
ステップ3）ボトルネックの余剰能力を補充する。
ステップ4）新しいボトルネックのスケジューリングの結果として、資材のリリース時間を調べます。
これらの手順に従うことで、注文生産は最短時間で完了します。[ 24 ]