数字化工厂中生产物流的瓶颈理论分析江衡仿真

瓶颈理论在生产物流系统中的应用1引言1.1选题背景我国加入WTO后，中国作为世界制造中心的地位越来越明显。生产物流是企业进行生产的必备条件，是整个物流的关键环节。认识和研究生产物流活动，将有利于企业物流优化，有利于降低生产物流成本，从而降低产品成本，增强企业的市场竞争力。然而，目前国内的大多数企业的生产物流缺乏合理规划，造成了生产资源的浪费和生产效率的低下。过去三十年，产品的品种成数百倍增长，客户可选择的产品越来越多，对产品交货期要求越来越短。在这种环境中公司会承受以下困扰：(1)客户经常变更订单，生产体系面临越来越多的风险和挑战；(2)急单插单出现频率越来越高，生产计划经常改变；(3)公司的交货期没有保证，客户经常抱怨；(4)由于客户无法满意公司不稳定的表现而离去；(5)公司的实际产能远远达不到设计产能，而生产人员已经处于高负荷工作状态；(6)成品质量不稳，耗尽公司的利润；(7)公司的在制品库存占用了大量的资金和空间；(8)材料和部件短缺致使生产计划无法按期完成；(9)产成品在供应链体系中同时出现积压和短缺；(10)紧急采购和发货增加额外资金消耗；(11)供应链反应周期太长，没办法实现和市场的良性互动。1.2国内外研究现状目前，大多数制造企业把生产物流规划的重点放在了对流体的性能识别、流向的分析和流程的控制上，按照均衡生产的无限能力进行规划。这种生产物流设计规划的前提是整个生产物流系统的资源都能够提供足够大的物流能力，但是在实际生产中各种资源的能力不可能是设计得完全相等的即不可能最初就实现最大能力的均衡生产。此时，整个生产系统的产出水平便取决于有效产出最低的环节—瓶颈。1.3论文的研究方法和目的本论文利用TOC（约束理论）对生产物流中的物流瓶颈进行识别，然后利用DBR系统计划与控制模式，立足瓶颈并寻找突破，在此基础上按照有限能力对物流资源进行逆排序并得出实现生产物流同步的几点建议，同时引入需求拉动生产计划，初步建立并完善企业内部物流准时化管理和供应链一体化管理系统。最后，给出生产物流系统优化设计的一般指导思想，以期达到内部物流和外部物流一体化、均衡化，促使货畅其流、节省空间、消除浪费、合理高效，为物流现代化做好准备。2企业生产物流系统的基本原理2.1生产物流的含义及特征生产物流是指企业在生产工艺中的物流活动即物料不断地离开上一工序，进入下一工序，不断发生装卸搬运、暂时停滞等活动。企业生产系统中物流的边界起于原材料，外构成件的投入，止于成品仓库。它贯穿生产全过程，横跨整个企业的车间、工段，其流经的范围是全厂性的、全过程的。物料投入生产后即形成物流，并随着时间进程不断改变自己的实物形态和场所位置。生产物流具有连续性、流畅性、并行性、协调性、节奏均衡性、柔性、准时性等特征。2.2生产物流的计划与控制2.2.1生产物流的计划的内容和作用生产物流计划是企业在计划期内应完成的产品生产任务和进度的计划。它具体规定着企业在计划期内应当完成的产品品种、质量、数量和出产期限等一系列指标。企业应根据内外环境变化，即时安排产品及零部件在各个工艺阶段的生产进度，同时也要为企业内部各个生产环节安排短期的生产任务并做好前后环节的衔接工作。生产物流的计划对保证企业实现均衡生产，按期、按量、按质地完成生产任务，及时提供适销对路的产品，满足市场需求，提高企业效率和经济效益都起着非常重要的作用。2.2.2生产物流的控制生产物流控制是指在生产作业计划执行过程中，对有关产品或零部件的数量和生产进度进行控制。生产物流控制是物流控制的核心，是实现生产作业计划的保证。生产物流控制的主要内容有：(1)物流进度控制生产物流进度控制是对物料从投入到成品入库为止的全过程进行的控制。生产物流进度控制是生产作业控制的关键。它包括物料投入进度控制、物料出产进度控制、和工序物料控制等内容。(2)在制品占用量控制在制品占用量控制，主要包括：控制车间内各工序之间在制品的流转和跨车间协作工序在制品的流转，加强工序间检验对在制品流转的控制。此外，还可以采用看板管理法控制在制品的占用量。采用“看板方式”生产与一般方式生产的一个显著区别是，它不是采用前道工序向后道工序送货，而是实行后道工序在需要的时候向前道工序领取需要的部件，前道工序只生产被后道工序取走的那部分零部件，严格控制零部件的生产和储备。看板作为取货指令、运输指令、生产指令，用以控制生产和微调计划有着重要的作用。它是随物流运动而发挥作用的。(3)偏差的测定与处理在生产物流计划实施过程中，按照预定时间及顺序检测计划执行的结果，即计划量与实际量的差距，根据发生差距的原因及程度，采用不同的方法进行处理。2.2.3生产物流控制的类型(1)MRP、MRPII和ERP的“推动式”物流管理模式在生产物流组织控制上，根据ERP/MRPII的运作原理，通过预测计算物料的需求量和各个生产阶段对应的提前期，确定原材料、零部件和产品的投入产出计划，向相关车间或工序以及供应商发出生产和订货指令。各个生产车间或工序以及供应商，按计划安排进行生产，把加工完的零部件送到后续车间和工序，并将实际完成情况反馈到计划部门，通过“送料制”，最终产品逐渐形成。计划信息流同向指导推动物流。对于“推动式”生产物流系统，进行生产控制就是要保证各个生产环节的物流输入和输出都按计划要求按时完成。但是由于各类因素的干扰，外部需求经常波动，内部运行也时有异常事件发生，各种提前期的预测也不尽准确，造成“计划变化滞后”的情况，各车间、工序之间的数量和品种都难以衔接，交货期难以如期实现。为了解决这些矛盾，通常采用调整修改计划，设置安全库存，加班加点，加强调度控制力度，增加计算机辅助管理系统等措施。与此对应，要发生相关的库存费用、人工费用、管理费用和投资。尽管这样，还是不能完全挽回由于不确定性因素带来的损失。(2)JIT“拉动式”物流管理模式从最终产品装配出发，由下游工序反向来启动上游的生产和运输。每个车间和工序都是“顾客”，按当时的需要提出需求指令；前序车间和工序成为“供应商”按顾客的需求指令进行生产和供应，没有需求就不进行作业，实行“领料制”需求信息流逆向拉动物流。JIT“拉动式”物流系统的最大特点是市场供需关系的工序化。它以外部市场独立需求为源点，拉动相关物料需求的生产和供应。生产系统中的上下游、前后工序之间形成供应商—顾客关系，下游和后工序“顾客”需要什么，上游和前工序“供应商”就“准时化”提供什么，物流过程精益化，市场需求导向的理念在拉动式物流中得到充分体现。JIT的最终目标是消灭库存或至少是把库存降到最小值。JIT的“拉动式”物流管理模式的实施需要一定的企业管理基础，它主要考虑了人的因素，注重员工的多功能和合作。但是，JIT“拉动式”物流系统的成功运行是在与生产相关的物流系统资源都能够提供足够大的物流能力的前提下进行的。在实际生产中各种资源的能力不可能一开始就是是完全相等的即不可能一开始就实现最大能力的均衡生产。所以，JIT的顺利实施也就受到了整个生产系统中有效产出最低的环节—瓶颈的限制。(3)TOC的“瓶颈控制”物流管理模式TOC瓶颈理论把企业看作是一个完整的系统，认为任何生产系统都会产生瓶颈因素。正是各种各样的制约因素，限制了企业生产产品的数量和利润的增长。因此，企业在实现其目标的过程中，应逐步识别和消除这些现存或潜伏的瓶颈，使得企业的改进方向和改进政策明确化，从而实现其“有效产出”的目标。2.2.4TOC与MRPII、JIT相比的特点TOC与MRPII、JIT是在不同时代、不同经济与社会环境下产生的不同的企业管理方式，其内涵的物流活动的原理也不尽相同。这几乎涉及到企业经营规划、业务运作、决策模式以及持续改进管理等企业运作管理的方方面面。(1)计划方式MRPII采用集中的计划方式，计算机系统首先建立一套规范、准确的零件、产品结构及加工工序等数据系统，并在系统中维护准确的库存、订单等供需数据，MRPII据此按照无限能力计划法，集中展开对各级生产单元及供应单元的生产与供应指令。JIT采用看板管理方式，按照有限能力计划，逐道工序地传递生产中的取货指令和生产指令，各级生产单元依据所需满足的上级需求组织生产。而TOC的计划方式不同，它先安排约束环节上关键件的生产进度计划，以约束环节为基准，把约束环节之前、之间、之后的工序分别按拉动、工艺顺序、推动的方式排定，并进行一定优化，然后再编制非关键的作业计划。(2)能力平衡方式MRPII提供能力计划功能。由于MRPII在展开计划的同时将工作指令落实在具体的生产单元上，因此根据生产单元的初始化能力设置，可以清楚地判断生产能力的实际需求，由计划人员依据经验调整主生产计划，以实现生产能力的相对平衡。JIT计划展开时基本不对能力的平衡作太多考虑，企业密切协作的方式保持需求的适当稳定并以高效率的生产设备来保证生产线上能力的相对平衡。总体能力的平衡一般作为一个长期的规划问题来处理。TOC首先按照能力负荷比把资源分为约束资源和非约束资源，通过改善企业链条上的薄弱环节来消除“约束”，同时注意到“约束”是动态转移的，通过TOC管理手段的反复应用以实现企业的持续改进。(3)库存的控制方式MRPII中一般设有各级库存，强调对库存管理的明细化、准确化。库存执行的依据是计划与业务系统产生的指令，如：加工领料单、销售领料单、采购入库单、加工入库单等。JIT生产过程中一般不设在制品库存，只有当需求期到达时才供应物料，所以库存基本没有或只有少量。而TOC的库存控制是通过合理设置“时间缓冲”和“库存缓冲”来实现的。缓冲器的存在起到了防止随机波动的作用，使约束环节不至于出现等待任务的情况。缓冲器的大小由观察与实验确定，再通过时间，进行必要的调整。(4)质量的管理方式MRPII将出现的质量问题视为概率性问题，并在最终检验环节加以控制。系统可以设置默认质量控制参数，借助生产中质量信息的反馈，事后帮助分析出现质量问题的原因。JIT质量控制中，进入下一道工序时要确保上一道送来的零件没有质量问题，一级级控制直至最后成品。对于发现的质量问题，一方面立即组织质量小组解决，另一方面可以停止生产，确保不再生产出更多废品。在TOC中，一方面，在约束环节前设置质检，以避免前道工序的破洞对约束环节的影响。另一方面，当“质量管理”因素成为一个无形约束时，通过一系列工具来找到突破点。(5)物料采购与供应方式MRPII的采购与供应系统主要根据由计划系统下达的物料需求指令进行采购决策，并负责完成与供应商之间的联系与交易。此类采购与供应部门的工作主要围绕如何保证供应的同时降低费用。JIT将采购与物料供应视为生产链的延伸部分，即为看板管理向企业外传递需求的部分。实际生产过程中，由于企业多已建立密切的合作关系，所以供应商一般亦根据提出的需求组织生产，保证生产链的紧密衔接。此种情况，采购供应部门更像协作管理部门。TOC软件的集体运行和MRPII一样需要大量的数据支持，如产品结构文件、加工工艺文件以及加工时间、调整准备时间、最小批量、最大库存、替代设备等。物料采购提前期不是事先固定，由上述数据共同决定的函数，物料的供应与投放则按照一个详细作业计划来实现，即通过“绳子”来同步。2.3生产物流系统绩效衡量的指标体系生产物流系统衡量的作业指标有以下三种：(1)有效产出（Throughput,T）—企业在某个时期通过销售获得的货币。它同产出量的概念不同，没有销售的产品只能作为库存处理，是没有实现目标的货币投入，也是一种浪费。(2)库存（Inventory,I）—企业为了实现有效产出，在所有外购物料上的投入的资金。(3)运行费用（OperationExpenses,OE）—运行费用包括了除材料费以外的成本，库存保管费也包括在运行费用中，是企业在某个时期为了将库存转化为有效产出的费用。若用S表示销售收入，NP表示净利润，ROI表示投资收益率，C表示产品总成本,各作业指标与财务指标的关系用公式表示为：T=S-I;OE=C-I;NP=T-OE;ROI=(T-OE)/(I+OE);另外，一个与企业经营息息相关的重要财务指标—现金流量