14-最优生产技术与TOC理论

最优生产技术与TOC理论邱灿华同济大学经济与管理学院OutlineOPT技术与TOC理论OPT的九条原则OPT的计划与控制──DBR系统OPT软件产品实施OPT的要求及条件车间现场：斯卡摩波格的车间工作绩效背景斯卡摩波格的HDS部门生产电子机械传感器(记录工具)，该传感器收集和处理用于石油和天然气开发的地质数据，该部门按传统车间的要求运作。这个部门的霍斯顿(Houston)工厂生产200种不同的产品，其各种生产用原件的库存达30000个。工程变化（有时是主要变化）是生产中不可回避的事实。记录工具必须根据他们所采用的钻孔类型，地下构造和其他地质的、气候的和业绩这些因素而专门定做。每种产品的月产量在1到20件之间，价格范围为5000美元到15000美元。月销售量在100万至1500万之间(有时低于100万)，这反映了石油和天然气行业的周期性特点。1985年夏天是HDS的困难时期。生产混乱，成本居高不下，产品质量不符合接收标准，这造成了顾客极大的不满。大约有15%的记录工具未能通过最终检验。大多数产品按老早就制定的计划生产，但按期交货的不超过70%，平均提前期超过12个月。高层管理对此也不满意。销售成本高得惊人(销售成本超过直接劳动力成本两倍可以说明这一点)，而且工厂库存激增，仅是在制品库存一项就平均相当于5个月的产量。大多数车间管理人员立即认识到这些麻烦情况。在HDS车间，情况一直是这样，没有例外。在我们的经历中，按主生产计划准时交货的项目很少超过75%，还有可能低到20%。提前期在过去的十年中在不知不觉地增加，而且大多数车间在经营周期中未能有效地响应周期性交替。积压的货物(和提前期)在萧条时期减少了，但在稳定的经济增长时期又迅速增加。管理人员们将这种现象用一个口号解释为：“积压总是在复苏时期增加。”究竟如何解释车间面临的这些慢性的难以解决的问题呢？在HDS，大多数产品按批进行最终装配和检验，这些批量通常能满足两到三个月的需求。因此，按订单生产的提前期就至少是两到三月--并且在实际中要更长一些--即使大多数记录工具能在两周内装配和检验完毕。为什么要按批装配和检验呢？因为管理人员想要尽可能提高效率----极小化直接人工工资。在生产过程的每一个阶段，成批生产确实形成了短期的节约。但实际上，批量生产使得工厂的工人一直忙碌不停。然而从长期来看，批量生产成为进一步提高效率的巨大障碍。较长的生产提前期，大批量和较长的排队等候总是会导致批量分割、损坏装置、部件丢失或缺陷、拖延交货和造成大的在制品库存发生。在每一个计划期末有一大批产品离开工厂。由于受到来自定额要求的压力，该厂便放松了质量标准；需要彻底返工的作业隐藏在在制品库存当中；生产优先顺序不断变化；车间每天都存在危机。解决方法在于取消批量生产和人工的经济批量规模，并组织车间使其能够快速而有效地从生产一种产品转换到生产另一种产品而不致引起太大的拖延和增加太多的成本。HDS正是采纳了这种生产思想。它强调缩短生产提前期(从批量体系下的平均三个月减少到现在的两周)、减少直到不存在排队等待、低库存以及迅速发现和纠正缺陷。该工厂现在更能响应外在产品组合和批量上的外部变化。通过这种变化、该工厂也更便于管理，在任一特定时间的工作任务数量也变小了，因此其状态也就更易于监控。同样，问题的数量也变小了，因此它们能够被更快地处理。车间得到了控制，多余人员因而被削减。在1985年夏天，该部门的820个雇员中有520名雇员是白领雇员或非直接生产人员。现在非直接生产人员数是220名。人员裁减幅度最大的有三个部门一一质量控制部门，发运、接收和仓库部门以及生产控制部门(督件员和调度人员)----他们的作用随着质量和准时交货行为的改进而消失。遵循的具体的指示和行动包括:使质量成为强制性的。质量的定义包括产品缺陷与拖延和部分交货两个方面。对每一时刻都作计划。接计划是指每项作业按计划开始并按计划完成。相应的政策是决不提前开始作业。不为成本而追求能力的平衡和充分使用。这要求管理人员按实际的人力需求而不是理想的生产力水平制定计划。缩短准备时间。这包括加强工人交叉作业培训，简化生产指导和接JIT方式布局。注重制造部件而不是运转追求机器。机器利用率不再是衡量车间绩效的指标。可视化工作执行情况。使所有的工人了解每个作业的进度、纠正缺陷的速度和目前的以及预期的短缺情况。一、OPT技术与TOC理论最优生产技术OptimizedProductionTechnology，OPT是以色列物理学家EliGoldratt（高得拉特）博士于20世纪70年代提出的。进一步发展成为约束理论TheoryofConstraints：TOCTOC理论和OPT技术产生时间不长，却取得了令人瞩目的成就，是继MRP和JIT之后出现的又一项进行生产组织与计划的新技术。对公司目标的重新考察目标：赚钱。中间目标：机器利用率工时利用率成本指标其他目标：提供就业机会增加销售额市场份额发展技术TOC的思想企业目标：最终目标是现在及将来赚取更多的利润。衡量指标：净利润（NetProfit，简称NP）：即一个企业赚多少钱的绝对量。投资收益率（ReturnonInvestment，简称ROI）：表示一定时期的收益与投资的比。当两个企业投资不同时，单靠净利润是无法比较他们效益的好坏的。现金流量（CashFlow，简称CF）：表示短期内收入和支出的钱。没有一定的现金流量，企业也就无法生存下去。TOC的思想（续）实现目标：TOC的理论的运作评价产销率（Throughput）企业通过销售获取资金的速率，必须实际发生销售，产成品不是产销率，而是库存。库存（Inventory）企业以销售为目的采购各种物资所占用的资金，不论是产成品还是在制品，只以包含的原材料成本来估价。运行费（OperatingExpense）企业将库存转化为产销率的一切费用。包括生产成本（直接人工、间接人工、存储成本、折旧、其他物料与供应）和管理费用。生产率传统的考虑：是根据单位工时的产出量来衡量的，导致高效率地生产卖不出去的产品。TOC理论：生产是否提高了产销率？是否降低了库存？是否减少了运作费用？生产率是公司向目标进军的一切行为。指标之间的关系Goldratt指出，要想通过减少库存和运行费来实现多赚钱的目标是有限度的，因为极限的情况下也只能把库存和运行费减少到零，而通过增加产销率来增加利润却有着无限的可能。二、是否要平衡生产能力？平衡生产能力适用情境各工作站的加工时间为常数；波动很小情况下；多工序工作系统受非独立事件与统计规律的影响，工序之间的波动形成累积。下道工序的加工能力的发挥依赖上道工序；当波动发生在相互依赖的没有库存的工序之间时，就会丧失获得平均产出的机会；约束（Constraint）TOC认为，对于任何一个分阶段的系统来讲，如果各阶段是相互依赖的话，那个产出率最低的环节决定着整个系统的产出水平。一个链条的强度是由它最薄弱的环节来决定的。在企业的整个经营业务流程中，任何一个环节只要它阻碍了企业去更大程度的增加产销率，或减少库存和运行费，那么它就是一个约束。约束可以来源于企业内部，也可以来源于企业外部。有三种类型的约束：资源Resources）、市场（Markets）和法规（Policies）。成本世界=链锁的重量部分最优的总和=全体最优边际收益世界＝连锁的強度部分最优的综合≠全体最优制约条件约束的分析瓶颈与非瓶颈资源（OPT的主要概念）任何一个制造组织都可以看作是将原材料转化为产品的系统。按一般的假设，在设计一个企业时，可以使生产过程中各阶段的生产能力相平衡。但这只是一个理想的状态。因为，生产是一个动态的过程，随机波动时时存在，使得能力的平衡，在实际中实现极其困难，也可以说是达不到的。生产过程中必然会出现有的资源负荷过多的环节。这样，一个企业的制造资源就存在瓶颈与非瓶颈的区别。瓶颈与次瓶颈资源资源的含义瓶颈资源是实际生产能力小于或等于生产负荷的资源。这一类资源限制了整个企业出产产品的数量，其余的资源则为非瓶颈资源。判别一个资源是否为瓶颈，应从该资源的实际生产能力与它的生产负荷来考察。次瓶颈资源指利用率已接近实际生产能力，如果作业计划制定不好就可能成为瓶颈的资源。例：假设某产品P的生产流程如图如果相对市场需求来说A、B、C都应该为瓶颈。但根据OPT的定义，当前只有A为瓶颈，因为C生产能力虽然每周生产20个单位，但每周只能接到A所能生产的15个单位的最大生产负荷，即其生产能力超过了对其的需求量，为非瓶颈。B其生产能力每周生产25个单位，达不到市场的要求，但它产出的中间品已经在机器C前积压了，即其生产能力超过了后续环节对其的需求量，也是非瓶颈。A:15B:25C:20P:28生产加工时间的构成生产周期的构成生产准备时间加工时间排队时间等待时间空闲时间对于等待通过瓶颈资源的零件来说，排队时间最长；对于非瓶颈资源来说，零件的等待时间很长；通过增加生产批量的方法来减少生产准备时间，则其他所有的时间意味着增大，则在制品增大。三、OPT的九条原则任何企业只应该存在着少数的瓶颈资源。OPT的基本思想具体体现在九条原则上。这九条原则是实施OPT的基石。OPT有关生产计划与控制的算法和软件，就是按照这九条原则提出和开发的。这些原则也可以独立于软件之外，直接用于指导实际的生产管理活动。原则一:追求物流的平衡，而不是生产能力平衡。生产能力平衡实际是做不到的。因为市场每时每刻都在变化；生产能力的稳定只是相对的。所以必须接受市场波动这个现实，在这种前提下追求物流平衡。所谓物流平衡就是使各个工序都与瓶颈工序同步，以求生产周期最短、在制品最少。原则二:非瓶颈资源的利用程度不由其本身决定，而是由系统的约束决定的。系统的约束只是瓶颈，因为系统的产出是由所能经过瓶颈的产品量决定的，即瓶颈制约着系统的产销率。而且，非瓶颈资源的充分利用不仅不能提高产销率，还会使库存和运行费增加。非瓶颈资源的使用率一般不应该达到100％。原则三:资源的“利用”（Utilization）和“运用（Activation）不是同义词。让一项资源充分开动运转起来同使该项资源带来效益不是同一个涵义；“利用”是指该项资源带来效益，“运用”是指资源使用的程度，。从平衡物流的角度出发，应允许在非关键资源上安排适当的闲置时间。原则四:瓶颈上一个小时的损失则是整个系统的一个小时的损失。瓶颈资源与非瓶颈资源上的调整准备时间的意义是不同的。瓶颈资源必需保持100％的利用。减少调整准备时间和频率，瓶颈上的批量应尽可能大；实行午餐和工修连续工作制，减少状态调整所需的时间损失；在瓶颈工序前设置质量检查站，保证投入瓶颈工序的工件100％是合格品；设置缓冲环节，使瓶颈资源不受非瓶颈资源生产率波动的影响。原则五:非瓶颈资源节省的一个小时无益于增加系统产销率。因为非瓶颈资源上除了生产时间（加工时间和调整准备时间）之外，还有闲置时间。如果节约了一个小时的生产时间，可以减少加工批量，加大批次，以降低在制品库存和生产提前期。但这些结果能在多大程度上有益于系统追求的根本目标，依然牢牢受制于瓶颈资源。原则六:瓶颈制约了库存和产销率。产销率指的是单位时间内生产出来并销售出去的产品所创造的利润额。瓶颈控制了产销率，所以企业的非瓶颈应与瓶颈同步，它们的库存水平只要能维持瓶颈上的物流连续稳定即可，过多的库存只是浪费，这样，瓶颈也就相应地控制了库存。原则七:运输批量可以不等于（在许多时候应该不等于）加工批量。OPT采用一种独特的动态批量系统，分为两种不同的批量形式，即：①运输批量，是指工序间运送一批零件的数量；②加工批量，指经过一次调整准备所加工的同种零件的数量，可以是一个或几个转运批量之和。确定加工批量：考虑资源的合理应用（减少设备的调整次数）和合理的在制品库存。确定运输批量：考虑提高生产过程的连续性、平行性，减