ボトルネック（生産）

生産管理と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うち、限られた能力が全体のチェーンの能力を低下させるプロセスを指します。ボトルネックが発生すると、生産が停滞し、供給過剰、顧客からのプレッシャー、従業員の士気が低下します。^[1]ボトルネックには短期と長期の両方があります。短期の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。短期のボトルネックの例としては、熟練した従業員が数日休むことが挙げられます。長期のボトルネックは常に発生し、累積的に生産を大幅に減速させる可能性があります。長期のボトルネックの例としては、機械の効率が悪く、その結果待ち行列が長くなることが挙げられます。^[2]

一例としては、製錬所や精製所の供給不足が上流でのボトルネックを引き起こしていることが挙げられます。

もう 1 つの例は、複数の装置が並んだ表面実装技術の基板組み立てラインです。通常、常識的な戦略は、ボトルネック要素をプロセスの終わりに向けて設定および移動し、より高性能で高速なマシンが常にプリント回路基板(PCB) の供給を継続するように誘導し、低速のマシンが完全に停止しないようにすることです。この戦略は、プロセス全体に有害 (または損害を与える) で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、たとえ小さなものであってもボトルネックがあります。すべてのシステムがフル稼働していれば、少なくとも 1 台のマシンでプロセスが蓄積されていることになります。^[3]ボトルネックを特定することは、生産ラインの効率を向上させるために重要です。ボトルネックを特定することで、蓄積が発生する領域を特定できるからです。通常、最も長いキューを蓄積するマシンまたはプロセスがボトルネックになりますが、常にそうであるとは限りません。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、各マシンがフル稼働しているかどうかを評価し、待機時間が長いマシンを見つけることで見つけることができます。^{[4] [5]}

入力がプロセスの速度よりも速くなってくると、蓄積が始まります。これは、マシンの容量が十分でないか、十分に活用されていないか、オペレーターの資格が不足していることを意味します。この方法は、蓄積のあるプロセスが複数あるため、キューが複数のプロセス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リンクされているため、製造プロセスの主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、一連のプロセスにおけるボトルネックを特定することができます。^[6]

各生産ユニットの稼働率を使用することで、どの機械が最も高い稼働率で稼働しているかを特定できます。この機械は他の機械を「強制的に」低い稼働率で稼働させることでボトルネックになっています。しかし、一連のプロセスにあるすべての機械が同様の稼働率で稼働している場合、最も稼働率の低い機械の稼働率を上げてみても、総生産量に大きな改善は見られません。^[4]

複数の生産ユニットがすで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機時間または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、機械が十分に活用されなくなります。^[4]

フィッシュボーンダイアグラムは、一連のプロセスで起こりうる問題を見つけるためのグラフィカルな手段です。問題に関連するさまざまなデータを収集し、ダイアグラムに入力することで、使用順にデータを分析し、問題の根本原因を特定することが容易になります。これは、生産の遅延の原因となっている機械を正確に特定できるため、一連のプロセスにおけるボトルネックを見つけるためによく使用されます。^[7]

生産にボトルネックがあると、生産の停滞、供給過剰、従業員の士気の低下、顧客の喪失などの結果を招く可能性があります。ボトルネックにより、機械に過負荷がかかる可能性があります。機械に過負荷がかかると、機械が損傷したり摩耗したりすることがあり、その結果、長期的にはダウンタイムが長引く可能性があります。

生産の停滞は、1台の機械がプロセス全体の速度を低下させ、他の機械が継続的に処理を続行できない状態になり、大きなキューが蓄積される結果です。この非効率性により、時間、人、機械などの多くのリソースが待機に費やされるため、生産が大幅に遅くなります。^[1]

長期にわたる蓄積の場合、ボトルネックとなっているマシンの稼働能力が非常に低くなるため、キューに蓄積されたリソースを保管する必要があります。リソースを保管するコストは、材料を輸送するためのリソースと、スペースを必要とするため、かなりのコストがかかります。これは、別の潜在的なコストです。^[1]

ボトルネックの結果、従業員の労働時間が増え、労働時間も長くなる可能性があります。さらに、ボトルネックの機械とそのオペレーターに対するストレスやフラストレーションの要因もあります。従業員の仕事に対する意欲があまりないため、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、そのボトルネックの程度を評価することが、ボトルネックの管理方法を決定する上で重要です。ボトルネックは軽微な場合も深刻な場合もあります。軽微なボトルネックはすぐに対処する必要はありませんが、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。その方法としては、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、同じアクションを実行する機械にさらに投資する、ボトルネックとなっている作業を最適化するなどがあります。^{[10] [11]}他の情報源でも同様に、ボトルネックが特定されたら、それを適切に維持管理すること、^[12]ボトルネックの上流に一定のバッファー ストックを用意すること、セットアップや切り替えに費やす時間を減らすこと、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ことが最善であると示唆されています。^{[13] [14]}これらについては、以下でさらに説明します。効率を最適化するように生産スケジュールを設定することも、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。また、スケジュール管理により、組織化が進み、生産計画が立てられるため、人員不足で生産が停止する状況も減ります。また、空き時間を利用して、週にできるだけ多くの時間機械を稼働させておくことができるため、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、全員が異なるシフトで働くことができるため、ボトルネックとなっているマシンをより長時間稼働させることができるため、効率が向上します。^[14]さらに、1人の作業員が病気になったり、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、ボトルネックとなっているマシンの操作の一部に再割り当てできるためです。ボトルネックとなっているマシンの操作は、より小さな活動に分割して再割り当てすることで、マシンの作業負荷を軽減し、蓄積を減らすことができます。^{[10] [11] [13]} 他の作業を別のマシンに再割り当てすると、ボトルネックとなっているマシンの蓄積や遅延を減らすことができます。これにより、プロセスチェーンに沿ったマシンの待ち時間が短縮され、生産性が向上するため、生産が大幅にスピードアップします。^[17]

工程チェーンの中で最も弱いリンクであることを補うために、ボトルネックマシンはより長い時間稼働する必要があります。マシンの稼働時間を少し長くしてボトルネックの影響を軽減するために、切り替えとセットアップ時間を最小限に抑える必要があります。^[14]ボトルネックマシンを早い時間から遅い時間まで稼働させて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、これによりマシンが過負荷になり、定期的なメンテナンスが必要になる可能性が高くなります。^[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実行する冗長なタスクの量を減らし、効率を最大化することができます。無駄な操作を排除することでサイクルタイムが短縮され、機械は各プロセスをより短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、生産性を高めるために、機械をできるだけ長く稼働させ、材料や在庫を待たせることがないようにする必要があります。これは、機械が常に何らかのタスクを実行できるように、バッファーストックを配置することで実現できます。この戦略の欠点は、プロセスチェーンで前の機械が稼働しているときにバッファーストック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]

将来ボトルネックを管理して解決する必要がないようにするには、ボトルネックを予防するのが理想的です。生産環境を計画する際に、ボトルネックを回避する方法があります。従業員に小さな意思決定の自由を与えると、従業員は最も効率的だと感じる決定を下すことができます。また、機械のオペレーターとして、経験を積むことで、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により、生産ラインの適応性が向上し、将来の潜在的なダウンタイムが削減されます。パフォーマンスの高い従業員を雇用すると、割り当てられた機械を非効率的に使用するパフォーマンスの低い従業員によってボトルネックが形成される可能性が減ります。^[19]生産環境を設計する際に、より高い潜在的出力を計画することは、すべての機械を稼働させる必要がある大口注文の発生に備えて、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、常に理想的であるとは限りません。生産を円滑に進める方法を深く理解している刺激的なリーダーがいると、生産チェーンのさまざまなプロセスすべてをより適切に制御できます。さまざまなプロセスのレイアウトを考慮すると、輸送段階で発生する遅延を最小限に抑えることができるため、効率も向上します。適切なレイアウトを使用すると、機械のオーバーヘッドが削減され、材料処理時間が短縮されます。^[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、将来の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潜在的な混乱が軽減され、効率が向上し、原材料の到着が遅れる可能性も減ります。^[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（システムの切り替え時や故障時に発生するような変動）が発生しないシステムのことです。静的システムの動作は変化しないため、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マシンまたはプロセスを見つければよいだけです。静的システムは実際には存在しません。何があっても、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を防ぐ方法がないためです。この例としては、電力不足や自然災害が挙げられます。^[22]どのシステムの動作もランダムなイベントに対して脆弱であるため、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。動的システムのコンテキストにおける重要な違いは、ボトルネックが変化する可能性があることです。ボトルネックが変化する速度は、プロセス間のバッファによって異なります。^[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、これにより出力の大幅な遅延による制御上の問題が発生します。ボトルネックの移動は、計画が不可能な、避けられない予期しないイベントの結果です。^[23]

ボトルネックの変化を回避または防止するために提案される手順は次のとおりです。

ステップ 1) 新しい注文を受け入れるときに、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、その余剰容量を特定します。

ステップ 3) ボトルネックの余剰容量を埋めます。

ステップ 4) 新しいボトルネックのスケジュールの結果としての材料のリリース時間を調べます。

これらの手順に従うことで、注文生産は可能な限り最短の時間枠で完了します。^[24]

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