《工厂物理学》之拉式计划体系

XJTU-IE,2007.9-2008.9,M:[e-mail](徐琛),[e-mail](李慰祖)第三篇实践的原则Inmattersofstyle,swimwiththecurrent;Inmatersofprinciple,standlikearock.——托马斯·杰斐逊第十三章拉式计划体系Wethinkingeneralities,weliveindetail.——AN怀特海13.1引言回忆起我们在本书的开始指出运营教育的三大基本要素是1.基础知识（Basics）2.直觉（Intuition）3.综合（Synthesis）第一篇和第二篇中，我们几乎全部在讨论前两项。例如，第一篇中引进的工具和术语（如，EOQ、（Q，r）、BOM、MPS）与第二篇中变动性的量度（如，变异系数）和基本的排队概念都是对于制造经理极为重要的基础知识。传统库存模型提供的洞察力，MRP，在第一篇中观察的JIT，产出、WIP与周期时间的工厂物理学关系以及在第二篇中开发的变动性原理都是制定良好运营决策所需要的强有力直觉的重要组成部分。然而，除了运营与第十一章的行为科学的比较，以及第十二章的质量的广泛方面有一些综合之外，我们几乎没有涉及过第三项，综合（synthesis）。现在我们要通过建立一个将第一篇和第二篇中发展的原则应用到实际制造问题的框架来填补这个重要的空白。我们的方法建立在两个前提之上：1.组织不同层级处的问题需要不同水平的细节、建模建设和计划频率。2.不同层级之间的计划和分析工具必须一致。第一个前提促使我们针对具体的问题使用不同的工具。不幸的是，在体系内使用不同的工具和程序容易与第二个前提冲突。由于这种潜在的不一致性，常常可以看到工业中的某些计划工具被扩展应用到了它们不适合的场所。例如，我们曾工作过的一家工厂使用的排配工具计算各台机器处细节的、一分钟一分钟的（minute-by-minute）产量来产生两年的集结生产计划。这个工具对于短期计划（如，一条或一周）可能还是合适的，但用于长期计划就太麻烦了（输入数据和调试就用了一周时间！）。此外，向前几周之后它就非常不精确了，以致1千辛万苦得到的排配实际上根本没有在车间内实施。（408|409）为了开发既适合于具体应用又在应用中彼此一致的方法，我们介绍以下的计划体系开发步骤：1.适当地将划分系统（Dividetheoverallsystemappropriately）。针对流程的不同部分、不同的产品类别、不同的计划展望期、不同的转产（shift）等等，可以使用不同的计划方法。关键是寻找一套区划（divisions），使得每一部分可以管理，而各个部分又能够整合。2.确定各区划之间的联系（Identifylinksbetweenthedivisions）。例如，如果共享同一加工中心的两种产品分别制定生产计划，它们应当通过共享的加工中心的产能联系起来。如果使用不同的工具计划不同展望期的生产需求，就应当确保各个计划与其对产能、产品组合、人力等等的假定相调和。3.使用反馈来加强协调（Usefeedbacktoenforceconsistency）。所有的分析、计划和控制工具都使用估计的参数（如，产能、机器速率、产出、失效与修复速率、需求速率以及其他许多的）。当系统运行时，我们应当持续更新对这些数值的知识。应当明确地使用已更新的知识来促使系统使用实时的、一致的信息，而不是以非正式、不匹配的方式来估计各种工具的输入。在本章余下的部分，我们来预览一个与这些原则以及先前给出的工厂物理学原则一致的计划体系。我们并不认为它是与这些原则一致的唯一体系。相反地，我们将它看作是途径之一，并致力于从充分宽广的视野提出各个层级的议题从而为各种具体制造环境的定制留下余地。第三篇中的余下章节将会更加详细地讨论这个体系的主要组块。13.2拆分（Disaggregation）建立计划结构的第一步是将各种决策问题分解成可管理的子问题。如我们将要讨论的，这一点可以通过建立规范计划层级来明确地实现。它也可以通过使用不同的模型和假定逐个地解决各种决策问题来模糊地实现。不管远见的水平如何，某种形式的拆分都是必须的，因为现实世界所有的生产系统都太复杂而不能用单一模型来解决。（409|410）13.2.1生产计划的时间尺度制造系统的典型拆分沿用的重要维度之一就是时间。其首要原因是，制造决策因其各自结果的持续时间而大为不同。例如，新厂的建设可能在几年或几十年内对企业的位置有影响，而在某一工站处选用某一部件来加工的影响在几小时或几分钟内就消失了。这使得在决策制定过程中使用不同的计划展望期（planninghorizon）尤为重要。因为建设新厂的决策将在数年的时间内影响运营，所以我们必须向前数年预测这些影响从而得出合理的决策。故而，这个问题的计划展望期应该很长。显然地，我们不必为评估在工站处加工什么而向前想得如此长远，故而它的计划展望期较短。计划展望期的合适长度也因产业和组织的层级而不同。某些产业，如石油和长途电话，往往使用长达数十年的计划展望期，因为它们业务决策的后果将会持续那么长的时间。对于给定的公司，较长时间的展望期一般用在负责长期业务计划的企业办公室里，而不是用在制定每日任务的工厂里。在本书中，我们主要关注与经营工厂相关的决策，并在这种情境下将计划展望期划分为长期（long）、中期（intermediate）和短期（short）。在工厂层级，长期的计划展望期可能2是从一年到五年，以两年为典型。中期的计划展望期可能是从一周到一年，一以月为典型。短期的计划展望期可能是从一小时到一周，以一天为典型。（410|411）表13.1列举了制定于长期、中期与短期的计划展望期的制造决策。注意到在一般情况下，长期决策通过考虑生产什么、如何生产、如何融资、如何销售、在哪生产、从哪获取物料以及运营这个系统的一般原则等等问题指出战略（strategy）。中期决策通过决定加工什么、谁来加工、设备维护采取什么措施、什么产品由销售推动等等问题指出战术（tactics）。这些战术决策必须在战略性的长期决策设立的物理或逻辑约束内制定。昀后，短期决策通过移动物料与工人、调整制程和设备以及采取为使系统持续朝向目标运行而需要的任何措施指出控制（control）。长期战略和中期战术决策建立了控制决策制定时必须遵守的约束。表13.1战略、战术和控制决策时间范围长度典型决策长期（战略）一年到几十年财务决策营销策略产品设计加工技术决策资本决策设施选址供应商合约个人发展项目工厂控制政策品质保证方针中期（战术）一周到一年作业排程人员分配预防性检修促销采购决策短期（控制）一小时到一周物料流动控制操作员指派机器换模决策流程控制品质一致性决策事故设备修复不同的计划展望期意味着不同的更新频率（regenerationfrequency）。基于未来数年的信息的长期决策不需要经常重新审议，因为对如此之久的未来将发生的事的估计不会很快改变。例如，工厂重新评价它该生产什么产品是件好事，却不是每周都该做的事。一般地，长期问题一季度至一年评议一次，非常长期的议题（如，我们应当位于何种业务领域？）则更不频繁地提起。中期问题通常一周至一月评议一次。短期问题实时或一天评议一次。当然了，这些仅仅是典型的数值，它们在不同的企业和决策问题中变化很大。除了更新频率不同之外，有着不同计划展望期的问题在细节的水平（levelofdetail）上也不同。一般地，计划展望期越短，建模和数据收集所需的细节就越多。例如，如果制定关于即将建立的工厂的规模的长期战略性产能决策，我们不需要对部件要经过的工艺路线知道3太多。对各部件在各制程处所需的时间有个粗略估计就足够用来估计产能需求了。昀后，在短期的控制层级，我们需要清楚地知道部件的工艺路线，包括某一部件是否需要重工和特殊的关注，从而引导部件通过系统。与这种战略/战术/控制的区分很相似的例子是绘图法（mapmaking）。长期问题就像长途旅行。我们需要覆盖很远距离却不很详细的地图。显示了主要的公路，可能就足以满足需求。类似地，长期决策问题需要覆盖很长的时间（即，长的计划展望期）却不很详细的工具。与之相反，短期问题就像短途旅行。我们需要没有显示太远距离却详细展示其内容的地图。显示城市的街道甚至是单个建筑的地图，可能才合适。类似地，对于短期决策，我们需要没有覆盖很长时间（即，短的计划展望期）却对其内容给出许多细节的工具。13.2.2拆分的其他维度除了时间，生产计划与控制问题一般还有其他几种拆分的维度。由于现代工厂很大很复杂，常常不可能在做出具体决策时将其视为一个整体。以下的三种维度可以用于将工厂分解成较易于分析和管理的组块：（411|412）1.制程（Process）。传统上，许多工厂按物理制造过程组织。铸造、研磨、钻孔和热处理等等业在位于不同地点、接受不同管理的独立部门执行。在JIT运动的尾流中这种制程式组织没有以前流行了；但是通过它的流动导向（flow-oriented）的单元布置，制程的区分仍然存在。例如，钢铁厂内铸造与轧制在操作上区别很大，并且有时物理布置离得很远。半导体制造业也有类似的例子。（Likewise,masslaminationofcopperandfiberglasscoresinlargeprocessisdistinct-physically,operationally,andlogistically-fromthecircuitizingprocessinwhichcircuitryisetchedintothecopperinaphoto-optical/chemicalflowlineprocess.）在此类情形下，常常为不同的制程安排各自的经理。使用不同的计划、排配和控制工具也是合理的。2.产品（Product）。尽管存在着专注于单一产品的工厂（如，一家聚苯乙烯工厂），现在的大多数工厂生产多种产品。确实，通过种类与定制来竞争的压力很可能已经提高了一般工厂产品种类的平均数量。例如，有20,000种不同料号（即，合计制成品和子组件）的工厂并不罕见。由于在这种情况下单独考虑每种料号非常困难，许多制造工厂就将料号集结归入大类，以实现计划和管理的目的。一种集结的形式是将相同工艺路线的部件结合起来。一般来说，工艺路线比料号少得多。例如，在一个生产几千种不同电路板的印制电路板工厂，可能只有两种基本工艺路线（basicroutings）（如，小型板线和大型板线）。然而常常也会这样，如果考虑工艺的微小变更（如，额外的测试步骤、个别作业外包（vendoringofindividualoperations）、接触面镀金），实际的工艺路线数目可能比基本路线多出许多。对于计划，一般可取的是通过忽略微小变更来保持“官方”工艺路线昀少。在有显著换模时间的系统中，按工艺路线集结将不合时宜（maybegoingtoofar）。例如，电路板产线有一条特定的工艺路线可能产出1,000种不同的电路板，却可能只有四种不同厚度的铜片。由于传送带的速度随铜片厚度变化（保证蚀刻到位），当产线切换铜片时必须重做生产准备，造成产能损失。另外，这1,000种电路板需要三种冲模在板上打孔。当产线在需要不同冲模的电路板之间切换时，换模再次发生。如果所有可能的铜片厚度与所需冲模的组合出现在1,000种电路板生产过程中，那么工艺路线中将会有4×3＝12种不同的产品族（productfamilies）。族（family）的定义确保族的内部没有明显的换模但不同的族之间可能有换模。正如我们将在第十五中章讨论的，换模将给排配带来重大的分枝结果。由于这个原因，通过族来集结产品常常可以简化计划过程，而不会使其过度单纯化。（412|413）3.人员（People）。有一系列的方法可将工厂劳动力分解：作业员vs.管理人员、工会成4员vs.非工会成员、生产现场人员vs.支持人员、正式工vs.临时工、部门（如，制造、生产控制、工务、人力资源）、班次等等。在一个大型工厂里，人事组织工作计划可