TOC全面约束理论

TOC(Theory of Constraints)约束理论简介约束理论（TheoryofConstraints，简称TOC）是戈德拉特博士（Dr.EliyahuM.Goldratt）在他的优化生产技术（OptimizedProductionTechnology，简称OPT）的基础上发展起来的。戈德拉特最初开发的OPT软件用了有限能力排程、车间控制和决策支持，由一家叫CreativeOutput公司经销。由于戈德拉特把重点从经销软件转移到强调管理哲理和培训教育上，他被迫离开了这家公司。因此，当前存在早期以OPT命名的商品软件和戈德拉特博士进一步发展的OPT哲理或TOC，不要混淆。OPT有9条基本原则，这些原则在约束理论中得应用。它们是：1.重要的是平衡物流，不是平衡能力；2.非瓶颈资源的利用率是由系统的其它约束条件决定的，而不是由其本身能力决定的；3.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一一个涵义；4.瓶颈资源损失一小时相当于整个系统损失一小时，而且是无法补救的；5.想方设法在非瓶颈资源上节约下一小时以提高生产率只是一种幻想，非瓶颈资源不应满负荷工作；6.产量和库存量是由瓶颈资源决定的；为保证瓶颈资源负荷饱满并保证企业的产出，在瓶颈工序和总装配线前应有供缓冲用的物料储备。瓶颈工序前可用拉式作业，其后可用推式作业。7.传送批量可以不等于甚至多数情况是不应等于加工批量；8.批量是根据实际情况动态变化的，而不是固定不变的；加工批量应当是一个变数；9.只有同时考虑到系统所有的约束条件后才能决定加工件计划进度的优先级。提前期只是排进度的结果。TOC是在OPT的基础上发展起来的，它是一种在能力管理和现场作业管理方面的哲理，把重点放在瓶颈工序上，保证瓶颈工序不发生停工待料提高瓶颈工作中心的利用率，从而得到最大的有效产出。根据不同的产品结构类型、工艺流程和物料流动的总体请况，设定管理的控制点。约束是多方面的，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。根据市场的约束制订物料的初步生产规划，同步地用能力约束修订，生成主生产计划（MPS）；MRPCRP也同步运行。TOC把MPS比喻为“鼓”，根据瓶颈资源的可用能力确定物流量，作为约束全局的“鼓点”，控制在制品库存量；所有瓶颈和总装工序前要有缓冲，保证起制约作用的瓶颈资源得以充分利用，以实现企业最大的产出；所有需要控制的工作中心如同用一根传递信息的绳子牵住的队伍，按同一节拍（保持一定间隔，按同一一步伐行进）。也就是在保持均衡的在制品库存，保持均衡的物料流动条件下进行生产。戈德拉特称之为“鼓点一缓冲储备一绳”方法（drumbufferropeapproach，简称DBR法）。TOC的理论还应用于航空公司、医院和其它非制造业领域。约束理论的理论核心之四九条管理原则TOC的基本思想在九条管理原则上得到了具体体现，这九条原则是实施TOC的基石。与TOC相关的生产计划与控制的算法和软件，也是按照这九条原则提出和开发的。此外，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。下文将逐条分析这九条原则。原则l追求物流的平衡，而不是生产能力的平衡。追求生产能力的平衡是为了使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。但是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。TOC则主张在企业内部追求物流的平衡。所谓物流平衡就是使各个工序都与瓶颈机床同步，以求生产周期最短、在制品最少。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；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，并在这种前提下追求物流平衡。原则2 “非约束”的利用程度不由其本身决定，而是由系统的“约束”决定的。图1 约束资源与非约束资源的关系约束资源制约着系统的产出能力，而非约束资源的充分利用不仅不能提高有效产出，而且会使库存和运行费增加。从图1所示的约束资源与非约束资源的四种基本关系中，我们可以看出，关系（a）、（b）、（c）中非约束资源的利用程度是由约束资源来决定的。如：o 关系（a）：非约束资源为后续工序，只能加工由约束资源传送过来的工件，其使用率自然受约束资源的制约； o 关系（b），虽然非瓶颈资源为前道工序，能够充分地使用，使用程度可以达到100，但整个系统的产出是由后续工序，即约束资源决定的，非约束资源的充分使用只会造成在制品的连续增加，并不改变产出； o 关系（c），由于非约束资源与约束资源的后续工序为装配，此时非约束资源也能充分地使用，但受装配配套性的限制，由非约束资源加工出来的工件其中能够进行装配的，必然受到约束资源产出的制约，多余部分也只能增加在制品库存； o 关系（d）：非约束资源的使用程度虽不受约束资源的制约，但显然应由市场的需求来决定。 从以上分析，容易看出，非约束资源的使用率一般不应该达到100。原则3资源的“利用”（Utilization）和“活力”（Activation）不是同义词。“利用”是指资源应该利用的程度，“活力”是指资源能够利用的程度。按传统的观点，一般是将资源能够利用的能力加以充分利用，所以“利用”和“活力”是同义的。按TOC的观点，两者有着重要的区别：因为做所需要的工作（应该做的，即“利用”）与无论需要与否，最大程度可做的工作（能够做的，即“活力”）之间是明显不同的。所以对系统中“非约束”的安排使用，应基于系统的“约束”。例如，一个非约束资源能够达到100的利用率，但其后续资源如果只能承受其60的产出，则其另外40的产出，将变成在制品库存，此时从非约束资源本身考察，其利用率很好，但从整个系统的观点来看，它只有60的有效性。所以“利用”注重的是有效性，而“活力”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。原则4“约束”上一个小时的损失则是整个系统的一个小时的损失。一般来说，生产时间包括调整准备时间和加工时间。但在约束资源与非约束资源上的调整准备时间的意义是不同的。因为约束资源控制了有效产出，在约束资源上中断一个小时，是没有附加的生产能力来补充的。而如果在约束资源上节省一个小时的调整准备时间，则将能增加一个小时的加工时间，相应地，整个系统增加了一个小时的产出。所以，约束资源必需保持100的“利用”，尽量增大其产出。为此，对约束资源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。增大约束资源物流的方法可以有如下几种：减少调整准备时间和频率，约束资源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；在约束资源前设置质量检查站，保证投入约束资源的工件100是合格品；设置缓冲环节，使约束资源不受非约束资源生产率波动的影响。原则5“非约束”节省的一个小时无益于增加系统有效产出。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。节约一个小时的生产时间，将增加一个小时的闲置时间，而并不能增加系统有效产出。当然，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，依然牢牢受制于约束资源。原则6“约束”控制了库存和有效产出。因为，有效产出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，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，即它们受由资源约束和市场约束瓶颈所控制的。如果“约束”存在于企业内部，表明企业的生产能力不足，相应的有效产出也受到限制；而如果当企业所有的资源都能维持高于市场需求的能力，那么，则市场需求就成了“约束”。这时，即使企业能多生产，但由于市场承受能力不足，有效产出也不能增加。同时，由于“约束”控制了有效产出，所以企业的“非约束”应与“约束”同步，它们的库存水平只要能维持“约束”上的物流连续稳定即可，过多的库存只是浪费，这样，“约束”也就相应地控制了库存。以上六条原则都是涉及资源的。原则7运输批量可以不等于（在许多时候应该不等于）加工批量。车间现场的计划与控制的一个重要方面就是批量的确定，它影响到企业的库存和有效产出。TOC所采用的是一种独特的动态批量系统，它把在制品库存分为两种不同的批量形式，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。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）； 合理的在制品库存（减少资金积压和在制品库存费用）。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， 减少工序间的等待时间和减少运输工作量与运输费用。两者考虑的出发点不同，所以运输批量不一定要与加工批量相等。根据TOC的观点，为了使有效产出达到最大，约束资源上的加工批量必须大。但另一方面，在制品库存不应因此增加，所以转运批量应该小，即意味着非约束资源上的加工批量要小，这样就可以减少库存费用和加工费用。原则8批量大小应是可变的，而不是固定的。原则8是原则7的直接应用。在TOC中，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。同一种工件在约束资源和非约束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。以上两条是涉及物流的。原则9编排作业计划时考虑系统资源约束，提前期是作业计划的结果，而不是预定值。MRP II制定作业计划的方法一般包括以下几个步骤：确定批量；计算提前期；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，再重复前三个步骤。可见MRP II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，MRP II也因此招致了许多有关“期”的批评。在这点上，TOC与MRP正好相反，即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，先安排约束资源上加工的关键件的生产进度计划，以约束资源为基准，把约束资源之前、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，TOC中的提前期是批量、优先权和其它许多因素的函数，是编制作业计划产生的结果。约束理论的管理技术之二TOC五大核心步骤上文已经谈到了“约束”的判别，但这只是完成了第一步，为了切实地实现系统改进，TOC提出了识别并解决“约束”的五大核心步骤，即：第一步，找出（Identify）系统中存在哪些约束。企业要增加有效产出的话，一般会在以下方面想办法：o 原料（Materials）：即增加生产过程的原材料投入；o 能力（Capacity）：如果由于某种生产资源的不足而导致市场需求无法满足，就要考虑增加这种资源；o 市场（Market）：如果由于市场需求不足而导致市场能力过剩，就要考虑开拓市场需求；o 政策（Policy）：找出企业内部和外部约束有效产出的各种政策规定。第二步，最大限度利用（Exploit）瓶颈，即提高瓶颈利用率。此时要给出解决第一步中所提出的种种问题的具体办法，从而实现有效产出的增加。例如，若某种原材料是约束，就要设法确保原材料的及时供应和充分利用；若市场需求是约束，就要给出进一步扩大市场需求的具体办法；若某种内部市场资源是约束，就意味着要采取一系列措施来保证这个环节始终高效