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1、-1-Theory of Constraints (TOC)陆志强副教授陆志强副教授上海交通大学上海交通大学 工业工程与管理系工业工程与管理系约束理论约束理论-2- OPT与TOC概述OPT的生产计划与控制方法TOC与MRP以及JIT的比较分析TOC与其它职能领域的关系研究实例分析内容内容-3-TOC是TheoryofConstraints的简称，中文译为“约束理论”。美国生产及库存管理协会(APICS)又称它为约束管理(ConstraintManagement)。简单来讲，TOC就是关于进行改进和如何最好地实施这些改进的一套管理理念和管理原则，可以帮助企业识别出在实现目标的过程中存在着哪些制
2、约因素TOC称之为“约束”，并进一步指出如何实施必要的改进来一一消除这些约束，从而更有效地实现企业目标目标。 TOC 概述概述TOC是用来增加产销率产销率，实现企业文化从“成本核算型”转化为“产销增加型”的一套有机结合的工具和技术，是继MRP,JIT之后的又一项组织生产的新方法。-4-约束：企业实现目标的过程中的制约因素约束：企业实现目标的过程中的制约因素TOC：识别约束，改进并消除约束识别约束，改进并消除约束识别和消除识别和消除“约束约束”管理理念和管理原管理理念和管理原则则-5-qTOC认为，任何系统至少存在着一个约束约束，否则它就可能有无限的产出。因此要提高一个系统的产出，必须要打破系统
3、的约束。任何系统可以想像成由一连串的环所构成，环与环相扣，这个系统的强度就取决于其最弱的一环，而不是其最强的一环。q相同的道理，我们也可以将我们的企业或机构视为一条链条，每一个部门是这个链条其中的一环。如果我们想达成预期的目标，我们必须从最弱的一环，也就是从瓶颈从瓶颈(或约或约束束)的一环下手，才可得到显著的改善的一环下手，才可得到显著的改善。q如果这个约束决定一个企业或组织达成目标的速率如果这个约束决定一个企业或组织达成目标的速率，我们必须从克服该约束着手，才可以更快速的步伐在短时间内显著地提高系统的产出。 “约束约束”管理理念的理解管理理念的理解-6-q TOC认为，企业的约束是多方面的，
4、有市场、物料、能力、工作流程、资金、管理体制、员工行为等，其中，市场、物料和能力是主要的约束。q 企业生产必然受到其生产过程中存在的最薄弱的环节约束的制约。因此，若某约束决定了企业实现目标的速率，则必须从克服该约束着手，才能在短时间内以更流畅的生产节奏显著地提高企业的产销率。TOC 的的“约束约束”-7-TOC的的组成结构图组成结构图约束理论日常管理工具“约束”解决流程应用实证方案改进什么？改成什么样子？怎样使改进得以实现有效沟通双赢方案团队协作权力分配。生产分销营销销售项目管理。-8-q约束理论根植于约束理论根植于OPT原指最优生产时刻表：OptimizedProductionTimetab
5、les后指最优生产技术：OptimizedProductionTechnologyqOPT是Goldratt博士博士和其他三个以色列籍合作者创立的，他们在1979年下半年把它带到美国，成立了CreativeOutput公司。接下去的七年中，OPT有关软件得到发展，同时OPT管理理念和规则（如“鼓缓冲器绳子”的计划、控制系统）成熟起来。q1986年Goldratt博士和他人共同创立Goldratt研究机构研究机构，演进和发展出现今TOC。q第一本有关TOC的著作于1984年出版，书名为“目标目标” (The Goal)。TOC 的形成历史和发展现状的形成历史和发展现状-9-车间层最优生产排程车间
6、层最优生产排程（Scheduling）最优生产时刻表最优生产时刻表 Flow-shop的的scheduling 问题问题11223344M1M2M31234每个生产订单通过系统中每台设备的顺序是唯一的。系统中涉及3台或3台以上的最优化排层是困难问题。-10-最优生产时刻表最优生产时刻表 Job-shop的的scheduling 问题问题CBDDAAM1M2M3CBAB生产订单A:M1M2M3生产订单B:M3M1M2生产订单C:M1M3生产订单D:M2M1-11-qEliyahu M. Goldratt, 以色列物理学家、企管顾问q以小说形式著目标，以逻辑的推演和系统的方法解决复杂的管理问题。英
7、国的经济学人：最成功的一本企管小说。 出版商：物理学家写企管书没人会读？科学的方法应用到制造业？ 企业主： 这是我一直寻找的书q 创立了Goldratt研究机构，办事处遍布世界许多国家。专门从事企业咨询、教育培训、著书等工作q 独树一帜独树一帜：为了改进生产流程，必须找出流程中的瓶颈环节，然后突破这些环节，其结果是增加该环节的产出率，或者是利用其他系统来绕过这个麻烦的环节。Goldratt 其人及其人及Goldratt研究机构研究机构-12-OPT制造业瓶颈的解决方案面向产销率的理论与方法TOC管理理念与思维工具产销率为主的指标体系TOC的思维流程（TP）TOC的的简要形成过程简要形成过程-1
8、3-基于产销率的经营战略生产采购销售设计市场财务营销战略决策人事管理质量管理物流库存单靠一个部门是难以增加产销率的，需要其他部门合作基于产销率的经营战略基于产销率的经营战略-14-瓶颈是指实际生产能力小于生产负荷（或对其的需求量）的一切资源，它是系统内部制约产销率的约束因素，是制造过程中流量最小的地方,瓶颈可能是一台机床，劳动力和专用设备。（能力：生产中可用的时间）非瓶颈是指实际生产能力大于生产负荷的一切资源。因此，非瓶颈资源不应该连续不断地工作，因为它的生产能力超过需求量。非瓶颈包含空闲时间次瓶颈资源是指利用率已接近实际生产能力，并且如果作业计划制定得不太好就可能成为瓶颈的资源OPT的的主要
9、概念瓶颈和非瓶颈主要概念瓶颈和非瓶颈-15-瓶颈和非瓶颈瓶颈和非瓶颈(例子例子)某某产品产品P的生产流程的生产流程-16-29瓶颈和非瓶颈瓶颈和非瓶颈(例子例子)-17-瓶颈和非瓶颈理解瓶颈和非瓶颈理解q生产能力小于外部对其的需求量（不一定指市场需求，也可以是为了保证生产，其他资源对其的需求量）的资源。生产能力小于市场的需求的资源，按OPT的定义不一定为瓶颈。qOPT的管理思想是首先抓重中之重，使最严重的制约因素凸现出来，从而从技术上消除了避重就轻、一刀切等管理弊病发生的可能。短期的效果是抓大放小，长期的效果是大问题、小问题都没忽略，而且企业整体生产水平和管理水平日益提高。q瓶颈资源是动态转移
10、的，这就给管理者的惰性敲了警钟。q瓶颈可能是一台机器，也可能是缺乏高技能的工人，或者是缺乏专业化工具，或外部的市场需求，或者工作安排不妥，也可能是次瓶颈资源成为瓶颈资源。-18-1.企业的生产过程可以看作是从原材料到成品的活动链，虽然用MRP可以安排活动链的程序。但MRP计划系统事实上并没有真正地考虑系统各种资源的能力约束，或者是只是粗略地来考虑。因此，它的计划需要在实际生产中加以调整，同时计划好的活动程序常会被大量存在的随机事件的干扰所打乱，如机器故障，次品等，生产活动往往不能真正按照计划进行。2.MRP计划系统没有提供一种识别能力约束，找出系统应该改进的地方。1.要识别干扰，找出问题在何处
11、，手段之一是从“物流”着手。因此按物流可把企业分为三类： V型企业，A型企业，T型企业按物流对企业的分类按物流对企业的分类-19-流程工业如：钢铁行业、化学工业、药品工业、纺织工业V型企业型企业由一种原材料加工为多种最终产品由一种原材料加工为多种最终产品-20-特征特征与原材料种类相比，最终产品的种类多产品的加工顺序和工艺基本相同设备一般是资金密集型的而且高度专业化加工路线数量有限通常每个零件每次只占用一种资源倾向于少量的时间里进行大量生产设备总的利用水平唯一受限于库存大小存在的问题存在的问题成品库存过于庞大顾客服务或交货状况很差生产管理人员抱怨顾客需求经常变化销售经理抱怨制造部门反应太慢部门
12、之间经常发生冲突V型企业的特点型企业的特点-21-库存水平库存水平大量的库存存在于瓶颈的前面。这些库存通常是由于错误的安排和过量生产所造成在瓶颈的前面有少量的排队，因为前面工序有过量的生产能力管理部门往往把不需要的库存归咎于需求的变化企业不能迅速响应市场需求不需要的成品库会不断积累如果系统中没有瓶颈，存在大量的不需要的成品库存V型企业的特点型企业的特点-22-n因为企业使资本密集型的，而且生产准备时间很长，所以批量很大。n为了获得高水平的利用率，原材料过早地向生产部分发放。n管理人员用劳动利用率和设备利用率作为绩效衡量指标。n不同的加工任务合在一块儿，或成组生产以获得较大的生产批量。(试图通过
13、加大批量来获得一定的规模生产效应，但另一方面的问题有产生了 上游环节不是按照下游的需求进行生产，产生库存。)n计划的不合理性（特别是中期计划）。n瓶颈要匆匆忙忙完成大量工作。V型企业的特点型企业的特点原因原因-23-解决办法解决办法减小生产批量缩短生产提前期。要做到这一点，需要提高预测精度和对需求变化的响应能力加强产品混合投产计划的合理性解决好各环节物料供给在不同种类产品之间的匹配。从以下两个方面提高顾客服务水平可靠的交货承诺缩短生产提前期采取以下措施降低生产成本销售更多的产品精减库存不断提高产品质量V型企业的特点型企业的特点-24-如：飞机制造业造船业汽车工业重工业由多种原材料加工成一种产品
14、由多种原材料加工成一种产品A型企业型企业-25-特征特征装配特点非常突出大量采用通用机器，而不用专用设备装配时间长资源共享突出零件库存大量存在，但有些零件严重短缺加工时间通常短于生产周期瓶颈出现的位置不固定抱怨需求发生变化，导致工厂混乱和供应不良运作费用令人头痛A型企业的特点型企业的特点-26-传统的改善办法传统的改善办法严格控制加班时间加工自动化加强劳动需要量的管理生产系统集成化实际原因实际原因瓶颈出现的位置发生变化利用率低经常加班装配所需的各种零件不能同时具备，装配作业经常缺乏装配产品所需的零件经常仓促地加工短缺的零件A型企业的特点型企业的特点-27-解决办法解决办法物料供应瓶颈（不同物料
15、，量和时间的匹配），包括外包；模块化和结构化产品，推迟策略，以消除市场需求变化所造成的生产瓶颈。与分销商的合作，加强信息的透明和共享，实行订单生产。以装配环节的节拍，拉动物料的供应（内部、外部），同步化生产。均衡化生产，均衡各种物料的需求速度，减少上游企业和供应商的压力（瓶颈）。用鼓缓冲器绳子作为控制手段A型企业的特点型企业的特点-28-消费品生产行业如：家用电器业、阀门生产、汽车备件由多种原材料制造为多种产品由多种原材料制造为多种产品T型企业型企业-29-特征特征存在两个明显的阶段制造装配交货状况差：有很早和很晚两种情况（40过早，20按时，40过晚）制造过程的加班与赶工现象随时发生而且频繁
16、通用零件占支配地位哪些零件用来完成哪个订单安排得很晚批量制造在制造与装配之间存在大量的库存一般根据预测和订单进行中小批量的生产，面向库存生产。管理比较复杂、再制品库存大，效率低，物流在企业中不通畅。T型企业的特点型企业的特点-30-问题产生的原因问题产生的原因企图通过增加成品和半成品库存的数量和种类来改善交货状况提高效率和节省运费的驱使，库存大破坏了根据交货要求和订单进行装配的目标破坏了根据需求预测进行采购和制造的目标对部装和总装零部件进行错误地分配核心问题核心问题交货状况差，管理部门好象对其束手无策T型企业的特点型企业的特点-31-解决办法解决办法预测的准确性，中长期计划的重要性，均衡企业在
17、中长期的能力需求。车间层作业计划和安排的重要性，消除由于排程不当、批量不当、订单下发的时间不当引起的资源瓶颈；成组技术与成组单元的应用，简化物料流，简化生产安排，缩短不同产品生产之间的更换费用和时间等待。在制造过程中运用鼓缓冲器绳子来控制物流T型企业的特点型企业的特点-32-V型企业型企业资本密集机械化程度高专用性强缺乏柔性专业化程度高A型企业型企业资本密集程度低通用性强机器有柔性加工过程多样T型企业型企业有制造和装配两个阶段制造阶段：加工路线短、机器多为通用型装配阶段：装配是主要活动、装配提前期短管理问题：管理问题：V型企业型企业成本是关注的焦点A型企业型企业需要加强控制与协调T型企业型企业
18、交货状况差，管理部门对此无能为力三类三类企业的特征及其问题总结企业的特征及其问题总结-33-“V”型企业型企业“A”型企业型企业“T”型企业型企业原材料种类原材料种类单一或较少多较多产成品种类产成品种类多单一或较少较多产品加工过程产品加工过程基本相同不相同不相同零部件零部件一般不是装配型企业一些零部件对特殊的成品是唯一的许多成品的零部件是相同的设备设备高度专业化通用型介于专业化与通用型之间工艺流程工艺流程比较清楚、简单存在物料清单、较复杂、在制品库存较高生产提前期生产提前期较短较长企业的瓶颈识企业的瓶颈识别别相对容易相对困难生产控制、协生产控制、协调调相对容易相对困难典型行业典型行业炼油厂、钢
19、铁厂造船厂、汽车厂制锁厂、汽车备件三类三类企业的不同特点比较企业的不同特点比较-34-瓶颈非瓶颈瓶颈非瓶颈（a）（b）瓶颈非瓶颈瓶颈非瓶颈装配中心市场（c）（d）瓶颈资源和非瓶颈资源的关系瓶颈资源和非瓶颈资源的关系-35-OPT生产计划与控制生产计划与控制qTOC认为，一个企业的计划与控制的目标就是为了寻求顾客需求与企业能力的最佳配合。qMRPII计划模式是建立在固定的批量、固定提前期和能力平衡的基础上。q由于面对的市场需求不断在变化，也就是说对能力的需求也是不断变化，因此要作到能力平衡是很困难的。qOPT计划模式追求物流平衡，实现物流的同步化，以求生产周期最短、在制品最少。强调要遵循的九条原
20、则。 -36-1. 要追求物流平衡，而不是生产能力平衡要追求物流平衡，而不是生产能力平衡追求生产能力的平衡是为了是企业的生产能力得到充分利用。因此在设计一个新厂时，自然会追求生产过程各环节的生产能力的平衡。对于一个已投产的企业，特别是多品种生产的企业，如果一定要追求生产能力的平衡，那么即使企业的生产能力充分利用了，但是产品并非都能恰好符合当时市场的需求，必然有一部分要积压。OPT的九条的九条原则原则-37- OPT则主张在企业内部追求物流的平衡。它认为生产能力的平衡实际是做不到的，因为波动是绝对的，市场每时每刻都在变化；所以必须接受市场波动这个现实，并在这种前提下追求物流平衡。所谓物流平衡就是
21、使各个工序都与瓶颈机床同步，同所谓物流平衡就是使各个工序都与瓶颈机床同步，同时以求生产周期最短、在制品最少。时以求生产周期最短、在制品最少。2. 非瓶颈资源的利用水平不由自身决定，而是由系统中的约束非瓶颈资源的利用水平不由自身决定，而是由系统中的约束(瓶瓶颈资源）来决定颈资源）来决定OPT的九条的九条原则原则-38-3. 资源的利用（资源的利用（utilization)与活力与活力(activation)不是一码事不是一码事利用是应该利用的程度，活力是能够利用的程度。利用是应该利用的程度，活力是能够利用的程度。因为做所需要的工作（应该做的，即“利用”）；无论需要与否，最大程度可做的工作（能够做
22、的，即“活力”）。追求非瓶颈资源利用率追求非瓶颈资源利用率100，只会增加在制品库存，而整个系，只会增加在制品库存，而整个系统的利用率并非统的利用率并非100。 利用利用注重的是有效性，而注重的是有效性，而活力活力注重的则是能行性，注重的则是能行性，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。OPT的九条的九条原则原则-39-4. 瓶颈损失瓶颈损失1小时相当于整个系统损失小时相当于整个系统损失1小时小时瓶颈必需保持被充分瓶颈必需保持被充分“利用利用”，尽量增大其产出。，尽量增大其产出。为此，对瓶颈还应采取特别的保护措施，不使其因管理不善而中断或等工。增大瓶颈物流的方法一般有如
23、下几种：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。OPT的九条的九条原则原则-40-5. 非瓶颈上节约非瓶颈上节约1小时无实际意义小时无实际意义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。节约一个小时的生产时间，将增加一个小时的闲置时间，而并不能增加系统产销率。但是，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。OPT的九条的九条原则原则-41-6
24、. 瓶颈制约（控制）了系统的产销率和库存瓶颈制约（控制）了系统的产销率和库存 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润额，所以，很明显它受到企业的生产能力和市场的需求量这两方面的制约，即它们受由内部瓶颈和外部瓶颈所控制的。 如果市场需求就成了瓶颈，即使企业能多生产，但由于市场承受能力不足，产销率也不能增加。由于瓶颈控制了产销率，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瓶颈也就相应地控制了库存。OPT的九条的九条原则原则-42-7
25、. 转运批量可以不等于转运批量可以不等于 而且在大多数情况下不应该等于加工批量而且在大多数情况下不应该等于加工批量 现场的计划与控制的一个重要方面就是批量的确定就是批量的确定，它影响到企业的库存和产销率。OPT把批量分为两种不同形式，即：运输批量，是指工序间运送一批零件的数量；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。在自动装配线上，转运批量为1，而加工批量很大。OPT的九条的九条原则原则-43- OPT采用了一种独特的动态批量系统采用了一种独特的动态批量系统，确定加工批量的大小应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（减少资金积压和
26、在制品库存费用）。确定运输批量的大小则是考虑提高生产过程的连续性、平行性，确定运输批量的大小则是考虑提高生产过程的连续性、平行性，减少工序间的等待时间和减少运输工作量与运输费用减少工序间的等待时间和减少运输工作量与运输费用。与加工批量考虑的出发点不同，所以运输批量不一定要与加工批量相等。 根据OPT的观点，为了使瓶颈上的产销率达到最大，瓶颈上的加瓶颈上的加工批量必须大工批量必须大。但另一方面，在制品库存不应因此增加，所以转运转运批量应该小批量应该小，即意味着非瓶颈上的加工批量要小。这样就可以减少库存费用和加工费用。OPT的九条的九条原则原则-44-8. 批量不是固定的，应该随时间而变化批量不是
27、固定的，应该随时间而变化原则8是原则7的直接应用。在OPT中，运输批量是从在制品的角度来考虑的，而加工批量运输批量是从在制品的角度来考虑的，而加工批量则是从资源类型的角度来考虑的则是从资源类型的角度来考虑的。同一种工件在瓶颈资源和非瓶颈资源上加工时可以采用不同的加工批量，在不同的工序间传送时可以采用不同的运输批量，其大小根据实际需要动态决定。OPT的九条的九条原则原则-45-9. 计划只能根据系统的约束来编制，提前期是作业计划的结果，而计划只能根据系统的约束来编制，提前期是作业计划的结果，而不是预置值。不是预置值。MRPII制定作业计划的方法一般包括以下几个步骤：确定批量；计算生产提前期（一般
28、预先设定）；安排优先权，据此安排作业计划；根据能力限制调整作业计划。MRPII是按预先制定的提前期，用无限能力计划法编制作业计划。但当生产提前期与实际情况出入较大时，所得的作业计划就脱离实际难以付诸实施。OPT与MRP正好相反。在OPT中，不采用固定的提前期，而是考虑计划期内的系统资源约束，用有限能力计划法，先安排瓶颈工序上加工的关键件的生产进度计划，以瓶颈工序为基准，把瓶颈工序之前、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。接下来编制非关键件的作业计划。所以，OPT中中的提前期是批量、优先权和其它许多因素的函数，是编制作业计划的提前期是批量、优先权和其它许多因素的
29、函数，是编制作业计划产生的结果。产生的结果。 OPT的九条的九条原则原则-46-q OPT强调的是车间的现场，着眼点是车间现场的一些决策量上。并据此来实现对生产的计划与控制。使用一些重要的判定准则（评价指标的加权函数）来决定每个作业的批量、优先权数和先后顺序。这些指标涉及产品组合、交货期、库存水平和瓶颈资源的利用等。 q制定计划后的落实、工作绩效的考评。（传统的成本会计的考核体系，其考核一般是通过设备和操作工人的利用率及生产成本，而不是通过整个系统的有效性整个系统的有效性来进行的，它着重于局部的优化局部的优化，这必然助长了人们盲目生产的作法，其结果是无论对瓶颈资源还是对非瓶颈资源都力求充分地使
30、用，最终必然导致高库存和浪费。）q 力求从全局的观点来进行考核（其考核体系对瓶颈与非瓶颈是分别对待的，认为对非瓶颈的考核不应以生产量为依据，而应以它生产的有效的产品量有效的产品量来考核。按OPT观点，成本会计注重的是活力而非利用，而正确的做法应该是注重利用而非活力。 ）q 需要大量的数据支持；同时需要领导的支持、观念的转变实施实施OPT的的要求及条件要求及条件-47-q OPT适用条件为：瓶颈要相对稳定；瓶颈要保证达到100的负荷能力；需求是相对稳定的；员工愿意而且能够服从计划的调度安排。 OPT对于瓶颈资源和近似于瓶颈的资源的数据要求精确。q 需对员工进行培训，使他们能在不同的生产岗位上及时
31、发现问题，跟踪问题，最终用OPT方法来解决问题。 实施实施OPT的的要求及条件要求及条件-48-平衡各工序的生产能力，试图使生产能力与市场需求相匹配平衡各工序的生产能力是一个糟糕的主意，因为这种平衡只有物料在各工作站的加工时间为常数或波动很小的情况下才有可能出现。当上游工作站的加工时间延长时，下游工作站就会出现空闲时间。反之，上游工作站之间就会产生库存。消除波动的办法要么是增加在制品，或者是增加下游的工序能力（通过多生产）来补偿上游工序加工时间的拖延。前者不是一个好的选择，后者即为平衡物流。应该平衡的是物流而不是生产能力错误 观念正确 观念TOC同步制造观念生产能力不平衡问题生产能力不平衡问题
32、非独立事件（dependentevents）指的是某过程中有依赖关系的工序。如果一个加工过程是从工序A向工序B，再向工序C，最后向工序D流动，则A为独立事件，B、C和D为非独立事件统计波动指的是围绕均值的正常变动，当统计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。当某道工序的出现的某些零部件的加工时间比平均加工时间长时，其下道工序就不能弥补上道工序丧失的时间。生产能力不平衡问题生产能力不平衡问题假设要加工5件产品，加工顺序是从工序A到工序B，工序A，B之间无库存，工序A的平均加工时间为10小时，标准差为2小时，加工时间有95.5%的概率落在6小时与14小时之间（102
33、）；工序B的加工时间为常数，即10小时（工序A、B的加工时间分布见图所示）工序A工序B6810121468101214生产能力不平衡问题生产能力不平衡问题产品号开始时间加工时间完工时间12345014263644141210861426364450产品号开始时间加工时间完工时间12345142636465610101010102436465666平均加工时间=10小时平均加工时间=10小时加工顺序从工序A到工序B。工序A的平均加工时间为10小时，标准差为2小时，工序B的加工时间为常数，即10小时。从工序A到工序B的加工与完工时间生产能力不平衡问题生产能力不平衡问题工序A工序B681012146
34、8101214生产能力不平衡问题生产能力不平衡问题产品号开始时间加工时间完工时间1234501020304010101010101020304050产品号开始时间加工时间完工时间123451020304052681012141628405266平均加工时间=10小时平均加工时间=10小时加工顺序、工序A的操作时间颠倒从工序B到工序A的加工与完工时间生产能力不平衡问题生产能力不平衡问题-54-说明所有的制造过程均可简化为4种制造基本类型初始形成A)瓶颈供给非瓶颈B)非瓶颈供给瓶颈C)瓶颈与非瓶颈的产品装配成成品D)瓶颈与非瓶颈独立向市场提供产品XY市场YX市场XY最终装配市场X市场Y市场X是瓶颈
35、，Y是非瓶颈XABCD市场YABCDX市场YABCDYX最终装配市场X市场ABCD市场Y制造的基本类型制造的基本类型-55-例：资源X和资源Y都是生产多种产品的工作中心，每个工作中心每个月都有200个小时可以利用，为简化起见，假设我们只生产一种产品，并且根据条件不同分为4种情况。X加工每单位产品要用1小时，市场每月对该产品的需求为200单位，Y加工每单位产品要用45分钟，(如果Y是独立需求的话，市场每月对该产品的需求也为200单位)。如何对瓶颈资源与非瓶颈资源加以管理？控制方法控制方法-56-A)XY市场200单位产品（200小时）200单位产品（150小时）X利用率为200/200=100%
36、Y利用率为150/200=75%B)YX市场在制品Y只能利用75%的可用时间，否则就会出现在制品控制方法控制方法-57-C)XY市场D)YX市场Y只能利用75%的可用时间否则就会积累零部件装配市场成品Y只能利用75%的可用时间否则就产生完工产品库存结论：用资源利用率作为衡量绩效的指标会诱导非瓶颈资源结论：用资源利用率作为衡量绩效的指标会诱导非瓶颈资源生产多余的库存生产多余的库存控制方法控制方法-58-（1）生产准备时间（2）加工时间（3）排队时间：等待机器的时间（4）等待时间：等待别的零件配套的时间（5）空闲时间计划人员通常被要求去减少生产准备时间，而把生产批量增计划人员通常被要求去减少生产准
37、备时间，而把生产批量增加。实际上批量增加，往往会增加排队时间、等待时间和在加。实际上批量增加，往往会增加排队时间、等待时间和在制品库存。制品库存。生产周期的时间构成生产周期的时间构成-59-两种方法：两种方法：（1）列工序负荷比较表（2）运用有关工厂的专门知识，考察系统的运行，并与管理人员和工人交谈。例如，通过VAT分类法，将工厂分为V,A,T型，通过调查分析寻找瓶颈。工序负荷比较法：工序负荷比较法：例如产品沿着M1流到M5，工序负荷比较的初步计算M1生产能力的130%M2生产能力的120%M3生产能力的105%M4生产能力的95%M5生产能力的85%M1,M2,M3任务过重，计划超过实际生产
38、能力。可能在某个方面出现了错误，如物料单有误，工艺路线记录有误等。寻找瓶颈寻找瓶颈-60-nM1生产能力的110%nM2生产能力的115%nM3生产能力的105%nM4生产能力的90%nM5生产能力的85%改正错误，修正后的工序负荷表：M1,M2,M3能力还是不够，M2最严重，则M2为瓶颈。寻找瓶颈寻找瓶颈-61-瓶颈资源节约1小时相当于整个生产系统生产时间增加了1小时非瓶颈资源节约1小时没有意义，只是使空闲时间增加了1小时因为非瓶颈资源有超出系统现有产销率的生产能力，所以它已经包含空闲时间。对其采取节省时间的任何措施都不能增加系统的产销率，只能增加其空闲时间。节省瓶颈资源可用的方法：使用更好
39、的工具更优秀的工人加大生产批量减少生产准备时间等节省时间节省时间-62-利用率70%Y2Y3利用80%Y1零件B零件AY1,Y2,Y3都是非瓶颈资源Y1:零件A：批量=500件，生产准备时间=200分，加工时间=1分钟/件零件B：批量=200件，生产准备时间=150分，加工时间=2分钟/件Y2：利用率70；Y3：利用率80试图增加Y1生产A的生产批量到1500以减少生产准备时间400分，但生产一次要1700分钟，此时Y2,Y3只好停工待料。可能会超过原来的空闲时间（30，20），使系统不能生产原来的产量。Y2，Y3成为瓶颈。加大非瓶颈资源的生产批量可能会使非瓶颈资源转化为瓶颈。例：避免非瓶颈转
40、化为瓶颈避免非瓶颈转化为瓶颈-63-（1）识别企业的真正约束（瓶颈）所在是控制物流的关键）识别企业的真正约束（瓶颈）所在是控制物流的关键一般来说，当需求超过能力时，排队最长的机器就是瓶颈。如果我们知道一定时间内生产的产品及其组合，就可以按物料清单计算出要生产的零部件。然后，按零部件的加工路线及工时定额，计算出各类机床的任务工时，将任务工时与能力工时比较，负荷最高、最不能满足需求的机床就是瓶颈。找出瓶颈之后，可以把企业里所有的加工设备划分为关键资源和非关键资源。（2）基于瓶颈约束，建立产品出产计划）基于瓶颈约束，建立产品出产计划产品出产计划（MasterSchedule）的建立，应该使受瓶颈约束
41、的物流达到最优，因为瓶颈约束控制着系统的鼓的节拍（Drumbeat），即控制着企业的生产节拍和产销率。为此，需要按有限能力法进行生产安排、在瓶颈上扩大批量、设置缓冲器。（3）缓冲器缓冲器的管理，以防止随机波动，使瓶颈不致于出现等待任务的情况。的管理，以防止随机波动，使瓶颈不致于出现等待任务的情况。（4）对企业物流进行平衡，使得进入非瓶颈的物料应被瓶颈的产出率所控制）对企业物流进行平衡，使得进入非瓶颈的物料应被瓶颈的产出率所控制（即（即绳子绳子）。）。一般按无限能力，用倒排方法对非瓶颈资源安排作业计划，使之与关键资源上的工序同步。实施计划与控制步骤实施计划与控制步骤-64- 运用TOC哲理分析生
42、产计划与控制的方法是一种称之为“鼓鼓- -缓冲器缓冲器- -绳绳”( (Drum-Buffer-Rope，简称简称DBR) )的系统的系统。 DBRDBR系统实施计划与控制的主要步骤：系统实施计划与控制的主要步骤：(1) 识别企业的真正约束（瓶颈).(2) 基于瓶颈约束来建立生产计划(Drum鼓的节拍).(3) 对Buffer“缓冲”的管理 (4) 非瓶颈的物料的投入受到瓶颈的产出率的控制，即Rope“绳子”所控制. 鼓、缓冲、绳子系统（鼓、缓冲、绳子系统（Drum-Buffer-RopeDrum-Buffer-Rope，DBR)DBR)-65-DBRDBR系统系统-66-q“鼓”是一个企业运
43、行OPT的开端，即识别一个企业的瓶颈所在。q每个生产系统都需要控制点来控制系统中的产品流动控制点来控制系统中的产品流动。系统中的瓶颈就是最好的控制点。q控制点就是“鼓”，因为企业同步生产的节奏企业同步生产的节奏-“鼓点”。 。q安排作业计划时，应按交货期给顾客赋予一定的优先权数，在瓶颈上根据这些优先权数的大小安排生产，并据此对上下游的工序排序，得到交付时间。q为使交付时间与交付期限相符，靠的是权衡在瓶颈资源上的批量规模。增加瓶颈资源上的加工批量，可以减少调整准备时间，使瓶颈的有效能力增强。但会减少系统的柔性，增加库存和提前期。q从计划和控制的角度来看，“鼓”反映了系统对约束资源的利用。对约束资
44、源应编制详细的生产作业计划，以保证对约束资源的充分合理的利用。 鼓鼓(Drum)-67-有两件与瓶颈有关的事要做：1) 在瓶颈前设缓冲库存(buffer)确保瓶颈连续工作，因为瓶颈的产出决定了系统的产出2) 把瓶颈上已加工的信息传递给上游作业，以便按需生产，才能避免库存增加或缺件。这种信息称为绳子（rope)鼓鼓(Drum)-68-q一般来说，“缓冲器”分为“时间缓冲时间缓冲”和“库存缓冲库存缓冲”。“时间缓冲” 是将所需的物料比计划提前一段时间提交，以防随机波动，以瓶颈上的加工时间长度作为计量单位。“库存缓冲”就是保险在制品，其位置、数量的确定原则同“时间缓冲”。q 在设置“时间缓冲”时，一
45、般要考虑以下几个问题：（1）要保证瓶颈上产出率相对较快的工件不致因为在制品少而停工。（2）应考虑加工过程中出现的波动。（3）根据OPT的原理，瓶颈上的加工批量是最大的，而瓶颈的上游工序则是小批量多批次的。（4）要考虑在制品库存费用、成品库存费用、加工费用和各种人工费用。保证瓶颈上加工持续的情况下，使得整个加工过程的总费用最小。 缓冲器缓冲器(Buffer)-69-q“绳子”，为使库存最少，同时又保证瓶颈资源的生产需求。q“绳子”起的是传递作用，以驱动系统的所有部分按“鼓”的节奏进行生产。在DBR的实施中，“绳子”是由一个涉及原材料投料到各车间的详细的作业计划来实现的。q“绳子”控制着企业物料的进入（包括瓶颈的上游工序与非瓶颈的装配），其实质和“看板”思想相同q绳子是瓶颈对其上游机器发出生产指令的媒介绳子绳子(Rope)-70-产品从加工中心A流到G。加工中心D是一个瓶颈ABCDEFG市场库存缓冲器瓶颈（鼓）一个瓶颈的线性流程一个瓶颈的线性流程-71-产品从加工中心A流到H。加工中心E是次瓶颈资源ABCDEFGH市场缓冲FG成品缓冲库存如果鼓不是瓶颈，而是次瓶颈可设置两个缓冲，前者保护系统的产销率，后者增加或减少鼓点以保证满足市场需求一个瓶颈的线性流程一个瓶颈的线性流程
