（管理科学与工程专业论文）同步制造方式下dbr控制机制研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文 第1 页 摘要 、 制造业作为一个国家经济发展的基础和支柱产业，随着科学技术发展和社会经济进步， 制造业面临着巨大的竞争压力。作为制造业的竞争之本生产系统，自然受到人们的重 视。生产效率的高低直接决定了产品的市场竞争力。而高效率的生产系统，除了先进的生 产技术外，还需要相应的控制机制来支撑。因此研究生产控制对企业管理具有重大的意义。 企业的资源都是有限的，如何在有限的资源下取得最大的收益是每个企业关注的问题。 而同步制造生产方式就是解决资源约束与市场需求之间的矛盾。因此，本文在兼收国内外 与同步制造有关的研究成果基础上，对在这一生产方式下的生产计划与控制方法d b r 系 统中的控制机制作了具体研究。本文的工作共分五部分： 第一部分为绪论部分，简要介绍论文的选题背景及研究意义，对相关内容进行文献综 述，并概述论文的研究内容及框架。 第二部分是理论基础，着重介绍同步制造的基本概念，基本原理以及评价指标；同时， 对d b r 系统进行了简单阐述。 第三部分主要介绍d b r 控制机制，首先与其他典型的控制机制进行比较，然后详细分 析d b r 控制机制在生产系统中的优越性，进而分析d b r 撒i 机制的管理，即分析投入控制 点的必要性。 第四部分为本文的重点，主要讨论d b r 控制点控制计划表的设计，针对四个控制点的 不同情况分别进行讨论。 第五部分为结论和展望部分，对论文做出了一个明确而精练的总结，指出了论文不足 之处，并提出未来研究的展望。 关键词：生产控制同步制造d b r 系统c c r 投入控制点 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h ef o u n d a t i o na n dp i l l a ri n d u s t r yo f t h ed e v e l o p m e n to f n a t i o ne c o n o m y , m a n u f a c t u r i n g i n d u s t r yf a c eh u g eo fc o m p e t i t i o np r e s s u r e w i mt h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c et e c h n i q u ea n dt h e e c o n o m i c a st h eo r i g i nt oc r e a t et h ec o m p e t i t i o no fm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e ，t h ep r o d u c e s y s t e mi sp a ya t t e n t i o n t h ee f f i c i e n c yo f p r o d u c t i o ns y s t e m sd i r e c t l yd e t e r m i n e st h el e v e lo f t h e p r o d u c tc o m p e t i t i v ei nt h em a r k e t p l a c e e f f i c i e n tp r o d u c t i o ns y s t e m s ，n e e dn o to n l y i ns c i e n t i f i c a n dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s s ，b u ta l s oi ni t sp r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t a n dp r o d u c t i o nm a n a g e m e n tm o d e li n n o v a t i o n a d v a n c e dp r o d u c t i o nm a n a g e m e n tm o d e l r e q u i r e sac o r r e s p o n d i n gc o n t r o ls t r u c t u r e st os u p p o r t t h e r e f o r et h er e s e a r c ho nt h ep r o d u c t i o n c o n t r o lo fe n t e r p r i s em a n a g e m e n ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c e t h er e s o u r c ei sl i m i t e d ，s oe v e r ye n t e r p r i s ep a y sa t t e n t i o nt ot h ep r o b l e mt h a th o wt om a k e f u l lu s eo ft h er e s o u r c e t h e r e f o r e ，s y n c h r o n o u sm a n u f a c t l m n gm a i n l ys o l v e dt h ep a r a d o x b e t w e e nt h ec o n s t r a i n tr e s o u r c ea n dt h em a r k e td e m a n d s ot h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e st h e c o n t r o lm e c h a n i s mu n d e rt h i sm o d eo fp r o d u c t i o n d b rc o n t r o lm e c h a n i s m ，b a s e do nt h e r e s e a r c ho fs y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n ga b r o a da n di no u rc o u n t r y t h i sp a p e rm a i n l yi n c l u d e s f i v ep a r t s ： t h ef i r s tp a r ti sa ni n t r o d u c t i o n w h i c hb r i e f l yi n t r o d u c e dt h eb a c k g r o u n do ft h et o p i ca n dt h e r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ，a n dd i dt h ed o c u m e n ts u r v e yo f t h ec o r r e l a t i o nc o n t e n t ，o u t l i n e dt h em a i n c o n t e n to f t h ea r t i c l e t h es e c o n dp a r ti st h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o n ，w h i c he m p h a t i c a l l yi n t r o d u c e dt h ep r o p o s i o n ， t h em a i nt h o u g h t sa n dt h ee v a l u a t i o nt a r g e t so fs y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n g ；m o r e o v e r ， e l a b o r a t e dt h ed b r s y s t e m t h e 廿1 i r dp a r tm a i ni n t r o d u c e sd b rc o n t r o lm e c h a n i s m a tt h ef i r s t c o m p a r e dw i t ho t h e r t y p i c a lm o d e lo fc o n t r o lt h em e c h a n i s m ，t h e nd e t a i l e da n a l y s i st h es p e c i a lc h a r a c t e r so fd b r c o n t r o lm e c h a n i s mi np r o d u c es y s t e m ，p r o m o t e da n a l y s i st h em a n a g e m e n to fd b rc o n t r o l m e c h a n i s m ，i nt h a ts a y ，a n a l y s i st h en e c e s s i t yo f d e v o t i o nc o n t r o lp o i n t t h ef o u r t hp a r tm a i n l yd i s c u s s e st h ed e s i g no ft h es c h e d u l eo fd b rs y s t e m d u et ot h e d i f f e r e n c eo ff o u rc o n t r o lp o i n t ，t h ec o n t r o lp l a n sa r ed i f f e r e n t t h ef i f t hp a r ti st h ec o n c l u s i o na n dt h ef o r e c a s t ，w h i c hm a d eac l e a ra n dc o n c i s es u m m a r yo f t h i sp a p e r ，a n dp o i n t e do u tt h ei n n o v a t i o na n dd e f i c i e n c yo ft h i sp a p e r ，a n dp r o p o s e dt h ef o r e c a s t o f t h ef u t u r er e s e a r c h k e y w o r d ：p r o d u c tc o n t r o l s y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n g d b rs y s t e m c c r c o n t r o lp o i n t 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 1 1 选题背景 第一章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，科学技术的不断进步和经济的不断发展、全球化信息网络和全球 化市场的形成及技术变革的加速使得市场竞争也日趋激烈。技术进步和需求的多样化使得 产品寿命周期不断缩短，企业面临着缩短交货期、提高产品质量、降低成本和改进服务的 压力。所有这些都要求企业能对不断变化的市场做出快速反应，源源不断地开发出满足客 户需求的、定制的“个性化产品”去占领市场以赢得竞争。综上所述，企业面临的环境有 如下几个特点( 马士华等，2 0 0 0 ) “1 。 ( 1 ) 信息爆炸的压力。大量信息的飞速发展和通信技术的发展迫使企业把工作重心 从如何迅速获得信息转到如何准确过滤和有效利用各种信息。 ( 2 ) 技术进步越来越快。新产品、新技术不断涌现，一方面使企业受到前所未有的 压力，另一方面也使每个企业员工受到巨大挑战。 ( 3 ) 市场和劳务竞争全球化。企业在建立全球化市场的同时也在全球范围内造就了 更多的竞争者。发展中国家不仅需要订单，同时也需要高新技术。商品市场国际化的同时 也创造了国际化的劳动力市场。 ( 4 ) 客户的要求越来越苛刻。客户的要求和期望越来越高，消费者的价值观发生了 显著变化，需求结构向高层次发展。一是对产品的品种规格、花色品种、需求数量呈现多 样化、个性化要求，而且这种多样化要求具有很高的不确定性；二是对产品的功能、质量 和可靠性的要求日益提高，而且衡量用户满意度的尺度具有不确定性；三是要求在满足个 性化的同时，产品的价格要低廉。 总之，在此背景下，企业在生产管理方面面临着严峻考验和挑战，对于企业的生产计 划与控制工作提出了更高的要求，企业要能根据客户需求的不断变化，能够快速、准确而 有效的调整自己的生产作业计划，以充分利用企业的有限资源，并最大限度的满足客户的 要求，为企业获取最大的赢利。 1 2 研究意义 管理学中的控制职能是指对业绩进行衡量和纠正，以便确保企业目标能够实现和为达 到目标所制订的计划能够得以完成。1 。生产控制作为生产管理的重要职能，是实现生产计 划和生产作业计划的重要手段。在传统的生产计划和控制系统中，生产计划处于支配地位， 生产控制则主要是对生产过程中的基本数据进行收集和处理。在发现偏离生产计划的时 候，由于缺乏有效的控制点和相应的控制手段，往往难以采取有效的控制措施或是为时已 晚。因此研究生产控制对有效提高企业产出具有重大的意义。 特别是在当今这种面向订单、多品种、小批量生产方式中，在企业资源有限的情况下， 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 如何有效地利用有限的资源，高效地实施生产，对任何一个企业而言都具有极其重要的意 义。同步制造生产方式的主要难题就是解决资源约束与市场需求之间的矛盾，而d b r 是同 步制造方式下生产计划控制的主要实施工具。它的假设条件就是生产系统中存在着制约系 统有效产出的瓶颈，由于瓶颈决定了企业实现目标的程度，因此其它所有工作都必须以瓶 颈为中心，根据瓶颈的能力来决定自身的产出水平，这样才能使系统内的物流保持平衡。 研究表明，应用d b r 技术能够在提高系统有效产出，降低在制品库存和缩短生产提前期 方面能取得显著成效3 1 。因此研究d b r 能够更好地为企业提供实施同步制造的具体策略和 运作方法，帮助企业提高市场竞争力。 1 3 国内外研究现状 生产控制作为生产管理过程中不可缺少的环节，在理论和应用方面都引起人们的注 意，是永远不断探索的一个话题。国内外学者和生产实践者都为此而不断探索。 1 3 1 国外研究现状 m c l e a n ( 1 9 8 6 ) 认为，生产系统有两类基本的控制模式，它们分别是递阶控制和分散控 制。递阶控制模式和制造企业的递阶组织结构是相对应的。控制结构中每一个控制层对应 者组织中的一个管理层，一个控制模块由一个职能部门来完成。这与传统的运行机制相一 致，因此容易被人们接受。这种模式包括了二种基本控制模式，推动式和拉动式“。 p i p c r ( 1 9 8 7 ) 则认为，典型的分散式控制模式是与递阶控制模式相对立的，在控制上要 让每个制造单元完全自治，成为一个自主的控制单元。在这种模式下，所有的单元都是平等 的、自治的，没有主从关系。他们通过网络进行单元之间信息交换和控制调协，是建立在合 同、信用等关系上的。推动式生产控制模式、拉动式生产控制模式和分散式控制模式是三 种主要的生产控制模式。 p u s h 、p u l l 推拉式生产控制方法各有优缺点，于是，很多学者试图将二者结合起来，以 集成两者的优点。h o d g s o n a n d w a n g ( 1 9 9 1 ) 提出了p u s h p u l l 混合控制方法”。 p u s h p u l l 生产控制有其优越性坦也有其局腥性，为了获得更优越的生产控制效 果，郎e a r r n a n 等人( 1 9 9 0 ) 提出了c o n w i p 混合控制方法”：对于给定的生产线，通过控制 生产线看板的总数来控制在制品的总量，即实现定量在制品( c o s w w ) 生产。 c o n w i p 虽然具有较多的优点，但也有其缺陷：当生产中有一台机器出现故障时，其上 游的工作中心会照常运行，直至在制品的库存量超过确定值时才会停止运行，特别当该机 器位于瓶颈工序时，瓶颈工序前的工作中心会形成大量的库存积压。为了解决c o n w i p 的 这一缺陷。b o n v i k ( 1 9 9 7 ) 提出了c o n w i p ，l p b l l 混合控制方法”3 ，c o n w i p p u l l 混合控制方 法结合了c o n w i p 和k a n b a n 的优点，这样更有利于控制在制品的数量。 h a n s - p e t e r , w i e n d a h l ( 1 9 9 9 ) 在分析现有主要的生产控制方法不足之处的基础上提出了 生产过程中的通用模型漏斗模型，将每个工作中心或系统视为一个漏斗，用“流通图” 武汉：科技大学硕士学位论文第3 页 的形式加以描述，提出了“面向负荷的生产控制”概念脚。 d b r 控制模式是同步制造方式下的控制技术，理论基础是约束理论。以色列物理学 家g o l d r a t t 博士于2 0 世纪7 0 年代末提出o p t ，最初它被称作最优生产时间表，后来改称 为最优生产技术。一般认为它综合了m r p 和j 1 1 r 系统的优点，借助计算机等现代化管理工 具，是一种比较有效的生产控制方式。事实上o p t 不仅仅是生产时间表，它还是综合生产 计划，是市场策略的一部分。8 0 年代末，g o l d r a t t 在o p t 的基础上，对整个企业的经营进 行深入研究，在理论上突破了生产管理的范畴，初步提出了追求持续优化的管理决策思想， 并以约束理论( t o c ) 对这一理论正式加以命名。g o l d r a t t ( 1 9 8 4 ) 在所著的m g o a l 一 书中最早介绍了约束理论( t o c ) 在制造业环境下的应用“，引起读者的广泛兴趣和实施这 套理念的热情。 目前，约束理论在西方国家己引起了各方面的重视。主要表现在：美国生产及库存管 理协会( a p i c s ) 对t o c 的有效性和重要性给予了充分肯定，并于1 9 9 5 年成立了专门研究小 组w i g ，以举行国际性年会和出版物的形式，进行t o c 思想及实践经验的交流、t o c 在不 同行业的成功应用案例不断涌现；t o c 研究的市场竞争开始出现：相应软件产品的开发与 应用m 1 。 约束理论的发展分为五个阶段：1 最优生产技术阶段秘密算法；2 t h eg o a l 阶段 一d b r 计划：3 t h eh a y s t a c ks y n d r o m e 阶段t o c 成本计算；4 t h ei ti sn o tl u c k 阶段 一t p 思维方法；5 t h ec r i t i c a lc h a i n 阶段一t o c 项目管理“”。 ( 如图1 1 所示) 这五个阶段以g o l d r a t t 的书的标题作为进行划分，并不是仅仅因为他所作的贡献。下面主 要对d b r 进行介绍： 圈1 1t i m e l i n eo fm a j o re r a si n t h ed e v e l o l m e n to ft o c d b r 首先在1 kg o a l 、t h er a c e 中被定义( g o l d r a t ta n df o x ，1 9 8 6 ；l a m b r e c h t a n dd e c a l u w e ，1 9 8 8 ；s c h r a g e n h e i ma n dr o n e n , 1 9 9 0 ；g a r d i n e re t a l ，1 9 9 3 ；u m b l ea n d s f i k a n t h ，1 9 9 5 ) ，详细描述了这一方法各个元素；d b r 是针对约束环节进行运作的， b l a c k s t o n e ，c o x 在i a p i c sd i c t i o n a r y 中对约束一词进行了定义：约束是任何组织系统为 达到目标而更好运作的成分或因素。 b o a z r , s t a r rmk ( 1 9 9 0 ) 利用线性规划方法，对一个小型生产系统进行模拟分析。 计算出给定时期内系统中各资源的任务量，与它们的能力进行比较后得出短缺资源和非短 缺资源，分别对应于约束理论中的约束资源和非约束资源“”。 s c h r a g e n h e i m ，r o n e n ( 1 9 9 0 ) 提出要挖掘瓶颈资源，在瓶颈和其他控制点有必要设置 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 战略性缓冲，以确保计划的实施“”。 l e s l i ek d u c l o s ，m i c h a e ls s p e n c e r ( 1 9 9 5 ) 分析了在流程车间环境下d b r 控制机制的实 际运行结果n ”。 s a t y as c h 均& r a v o r t y ( 2 0 0 1 ) 分析了在加工车间环境下d b r 控制机制的实际运行结果，与 m i l ( m o d i f i e d i n f i n i t el o a d i n g ) 控制机制相对比：四个不同的生产车间。各有六条路径， 共有2 4 种不同路径，每个车间有不同的瓶颈资源，在这种复杂的环境下，分别在不同的加 工顺序( f c f s ，s p t ) ，对两种控制机制的控制效果进行对比。结果表明：与m i l 控制机制 相比，d b r 控制机制运行的更好“。 文献 1 7 和文献 1 8 3 的仿真研究结果表明，与j i t 和m r p 的生产管理方式相比，d b r 在在制品库存、平均生产周期时间以及总产出优于前两者；文献 1 9 在b a l s e a l 公司采用 d b r 生产控制方法，使生产周期时间从6 周降到8 天，订单交货期由8 0 8 5 提高至1 j 9 7 ， 现场在制品减少了1 2 ；文献 2 0 在研究中指出，v f f g i i l i as e m i c o n d u c t o r 公司实施d b r6 个 月后，在制品下降了9 0 9 6 ，生产周期减少了8 2 ，产能增加了2 3 ，按时交货率从7 0 9 6 提高到 9 9 9 ，同时非瓶颈设备全力配合瓶颈设备，减少了不必要的使用率，使公司电费支出减少 了2 7 。 1 3 2 国内研究现状 国内生产控制主要是应用国外的先进技术，对于d b r 同样也是引进。最早进行研究的 是尹柳营，他在美国接触约束理论，并认为这一理论将对我国的企业产生重要的影响，回 国后致力于此理论的研究，先后取得了一系列成果，将国外8 0 年代后期形成的约束理论和 我国传统文化的整体思辩优势有机地熔为一炉，结合我国企业管理的实践进行了深入系统 的分析和冷静深刻的思考，使约束理论形成了一套自己独特的理论架构和核心内容。包括 指导思想、决策理念、管理原理、工作步骤、识别约束环节的方法，保护约束环节的途径 等。“。 王玉容( 2 0 0 2 ) 敏锐地把握了国际发展动态，总结了t o c 较之其他管理理论和技术的新 颖之处，深入研究了t o c 的三种重要管理技术，并结合案例对这些技术的使用进行介绍。 周峰( 1 9 9 8 ) 提出用矩阵方法识别系统中的瓶颈，于2 0 0 2 年对单一瓶颈环节条件下的 协同生产主生产计划( m p s ) 进行了探讨，阐述了研究协同生产m p s 问题的基本思路；建 立了单一瓶颈条件下最小传输批量的基本算法及编制m p s 的有关算法1 ，同时就d b r 的 控制机制进行研究，提出了基本解决思路渊。 李爱华、尹柳营( 1 9 9 8 ) 对缓冲保护设置及其大小的确定作了详细的研究后，考虑瓶 颈工序前的设备出现故障的概率以及企业排除故障恢复正常生产的能力建立了相应的数 学模型。 郭永辉、钱省三( 2 0 0 6 ) 提出优化d b r 理论中的瓶颈资源的生产安排，首先采用后推方 法，利用传统的e d d 或s p t 法则对瓶颈资源上的负荷堆积进行推平，将推平后的订单加工顺 序作为禁忌算法的初始解。同时，给出了瓶颈作业的双目标函数，即提高瓶颈产出率的同时 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 减少订单延迟时间。在此基础上，利用禁忌优化算法，对瓶颈作业安排进行优化乜力；在指出 现有的鼓一缓冲器一绳子理论不足的基础上，提出了一种基于鼓一缓冲器一绳子理论的整合式 生产作业控制系统，将生产作业计划与生产控制加以集成。另外，为有效应对生产系统的动 态变化，采用仿真技术，以及时调整系统缓冲区大小。同时，为兼顾多个绩效指标，针对瓶颈 前设备、瓶颈设备、瓶颈后设备提出了一个三段式调度策略嘲。 徐学军( 2 0 0 1 ) 指出当前较为成熟的生产与库存控制系统中，m r p i i 强调生产能力的 平衡与利用，而忽视了物流效率；j r r 重视物流效率，而以生产能力的闲置为代价。依据 约束管理的理论，构建了以瓶颈资源为基础的生产与库存控制系统，使得在有效利用生产 资源的同时，提高了物流的效率。 叶涛蜂( 2 0 0 3 ) 在阐述漏斗模型和鼓一缓冲一绳子两种生产控制技术的工作原理的基础 上，根据对上述两种生产控制技术的融合提出了瓶颈条件下生产控制的漏斗模型，并给 出了瓶颈条件下生产控制的数学模型，以定量描述生产控制过程中的变量。 申耀军( 2 0 0 1 ) 在深入理解约束理论生产管理理论的基础上，结合中国企业的实际情 况，从软件技术的角度，尽可能采用成熟的计算机技术、网络技术，采用c s 、b s 混合结构 的分布式计算环境分别处理企业内部问题和企业外部问题，设计并开发了商品化软件一利 玛d b r 生产管理系统。该系统以约束理论为理论基础，以“鼓缓冲器一绳子( d b r ) ”为 核心，为企业提供对生产系统的全面管理o ”。 陈坚( 2 0 0 5 ) 从企业的实际运作出发，设计了一种以合理的库存为有限缓冲，实现在具 有装配和机加工工序的汽车发动机厂内，将m r p i i ，j r r 的思维及控制方法互补应用于制定 各阶段生产计划和物料拉动计划”。 国内还有一些学者在研究d b r 的不同部分，并取得了一定的研究成果，在这并不多述。 在实践中，国内也有一些企业运用了约束理论加强企业的管理，如武汉钢铁集团、吉林铁 合金和吉林炭素厂的领导和管理者都充分肯定了约束理论在企业中的可行性。济南钢铁公 司的领导对约束理论非常重视，在实践基础上总结的资源集约型道路，是约束理论在我国 企业应用的一个良好开端。但d b r 宅e 我国的发展时间毕竟不长，在生产控制实践方面还有 待进行研究和应用。 1 4 小结 本文的研究路线如图i 2 所示。 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 查阅园外文献查阅国内文献及调查现 1i d b r 控制机制研究现状 比较控制机制 上上 d b r 控制机制实施必要性 工 d b r 在生产控制方面的控制计划研究 上 研究不足及继续研究方向 图i 2 研究路线 在跟踪国内外的生产控制研究的基础上，全面论述生产控制的重要性，弓i 出同步制造 方式下的d b r 控制机制。与其它控制策略的比较证明了其优势所在，并详尽介绍投入控 制点控制计划的制定。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 第二章同步制造与d b r 在市场经济条件下，企业为了自身的生存和发展必须争取尽可能多的利润，以此为目 标，才有可能对资源加以合理配置和有效利用。为了让组织中的全体成员都能清楚理解企 业目标的含义并能指导其行为方式，对企业目标最简单而容易接受的解释就是：为了赚钱， 为了现在和将来赚更多的钱。企业管理的任务就是努力最大限度地实现其目标。为更好 地实现其目标，一种新的管理思想一同步制造出现了。 2 1 同步制造 同步制造是依据企业日标来评价各项生产经营活动的系列原理、程序和技术的全方 位的生产管理思想，同步制造旨在实现这样一种生产环境：生产系统的物流是同步运作的； 也就是说，产品在生产过程中连续而平稳的运动，平准地到达指定的位置，从而产品在流 动中的等待时间和生产提前期较短。因此同步制造以物流同步化为基本特征，以低水平的 生产在制品和较短的生产提前期为显著特点。通过拉式生产方式与推式生产方式的有机结 合，同步制造将企业生产系统的瓶颈作为重要分析与研究对象，以物流同步化为基本手段， 确保瓶颈资源的利用率达到最大从而使整个生产系统的有效产出率达到最大”。作为一种 新的管理思想，从以下几个方面进行介绍： 2 1 1 同步制造的观念 传统的管理观念认为：使生产系统的所有资源满负荷运行是实现资源价值的最理想模 式；然而生产实践证实，在生产系统中客观存在的瓶颈现象，是实现这一理想模式的最大 障碍。因而瓶颈现象成为生产管理关注的问题，同步制造对此加以独特的关注，把对瓶颈 的研究与生产活动中的基本现象联系起来，认为瓶颈资源对同步制造有着决定性的意义。 1 生产活动的基本现象 生产活动中有愿个基本现象：一个是依赖性事件，另一个是统计波动。 依赖性事件就是工业生产中生产活动之间是相互依赖的；由于生产工艺条件的制约， 这种相互依赖表现为生产活动运作的有序性。 统计波动由于生产过程中存在着种种随机因素，生产要素在运行中表现出不确定性。 这两个基本现象看似简单，却包含了生产活动中深刻的内涵，时间的相互依赖性客观 上要求把生产系统作为一个整体看待，统计波动则要求对各生产要素运行中表现出的不确 定性不能孤立视之，因为这种波动在生产过程中具有累加的传递性而不会相互抵消。 这两个基本现象必然对缺乏有效控制的生产系统产生破坏性的影响( 如有效产出的减 少，w 口的增加) ，并且这种破坏性常常是出现在最“好”的时间，最“好”的场所( 这 种不可预知的、令人不愉快的结果，我们通常称为莫非事件，莫非现象或莫非定律) 。同 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 步制造认为：两个现象是客观的。难以消去的。通过科学的计划使两个现象下的不良因素 的扩散性降低至最低限度，莫非事件是可以控制的。 2 瓶颈资源 同步制造认为生产系统的瓶颈资源有两种：静态瓶颈和动态瓶颈。 定义1 ：静态瓶颈资源( b o t t l e n e c kr e s o u r c e ) 任何能力等于或小于需求的资源成为瓶颈资源。这是从静态的观点来描述生产系统中 一类特殊的资源，指的是负荷率达到或超过1 0 0 的资源。 几乎所有生产管理理论都注意到瓶颈资源是限制整个生产系统有效产出率的薄弱环 节，并都把解决问题的立足点放在能力的扩充上，试图建立一个能力平衡的生产系统来完 成预期的产出率。同步制造认为：能力的不平衡是绝对的，即使能够做到能力平衡，由于 生产活动中两个基本现象的作用，生产系统中的瓶颈现象总是存在的。 定义2 ：动态瓶颈资源( w o n d e r i n gb o t t l e n e c kr e s o u r c e ) 我们把由于计划或管理不当造成实际物流与计划物流发生显著偏差、使生产系统有效 产出率降低的资源成为动态瓶颈。 生产系统中的动态瓶颈并不一定是由于能力不足造成的，但其效果与静态瓶颈是相同 的。如果可能的话，静态瓶颈往往可以通过能力扩充来解决，但解决动态瓶颈就不容易了。 由于瓶颈资源限制着整个生产系统的有效产出率，因此瓶颈资源工作的每一分钟都直 接贡献于整个生产系统的有效产出，在瓶颈资源上损失一小时，就使整个系统损失一小时： 而非瓶颈资源的利用水平不仅决定于自己的潜力，更重要的是受瓶颈资源的制约，在非瓶 颈资源上节约时间是没有意义的。 鉴于瓶颈资源在生产系统中具有决定意义的作用，并且生产系统的瓶颈现象总是存在 的，因此瓶颈资源应是整个生产系统中管理控制的重点，立足点应是如何挖掘瓶颈资源的 潜力，使其满负荷工作，使生产系统的有效产出率达到最大。 通常，瓶颈资源可以涉及人力、设备能力、原材料、运输能力、行为方式、管理方式 等等。因为关键设备的生产能力常常是企业生产中最主要的制约资源，因此本文主要讨论 在设备能力制约下的同步制造控制问题。能力制约资源通常用c c r ( c a p a c i t yc o n s t r a i n t r e s o u r c e ) 表示。 2 1 2 同步制造的基本原理 同步制造的基本原理是以o p t 的思路来分析观察企业的生产提出的，是同步制造的核 心内容，也是同步制造生产作业计划与控制的理论基础阻“。 原理1 追求物流平衡，而不是能力平衡。 长期以来，企业生产都力求能力平衡，然后力求保持物流畅通。为保持物流畅通，企 业通常是让剩余的人和机器总是满负荷运行，当然能否保持物流平衡，这是值得怀疑的。 其结果是犯了“为生产而生产”的综合症，其特点是大量的库存不能转换成市场产品。与 此相反，按照市场经济的准则，应该是“如果不需要它，则不要生产它”。因此，生产管 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 理应强调追求物流过程的平衡，即要求实现物流的同步化，以求生产周期最短、在制品最 少，确保生产管理的结果与企业目标的实现相一致。 原理2 瓶颈资源决定系统的有效产出和库存。 一般情况下，在瓶颈资源之前有一个较高的等待加工的在制品库存，而后道工序没有 零件或只有很少的零件可加工。实际上并不能比瓶颈所允许的速度更快的使用这些零件， 那么为什么还要在需要之前生产它们呢? 从零件本身的角度看，在零件加工中有四个阶段：生产准备、加工、排队、等待。一 般来讲，生产准备和加工时问是整个消耗时间中很小的一部分。一般估算实际有效时问低 于2 0 9 6 ，所以8 0 的时间是零件在排队或等待。无论哪种情况，一个零件要多长时间才能加 工完成是由瓶颈资源决定的。零件加工得越快流动得越快，则在制品库存越低。所以零件 加工完成的时间也确定了系统中的总库存。从这个逻辑出发，得出同步制造的第二个原理： 瓶颈资源决定了系统的有效产出率和库存。 原理3 在瓶颈资源上损失一小时就等于整个系统损失一小时。 瓶颈资源是限制整个生产系统有效产出率的薄弱环节，其时间损失是无法补偿的；而 瓶颈资源工作的每一分钟都直接贡献于企业的有效产出。所以在瓶颈资源上损失一小时， 就是整个系统损失一小时；同样在瓶颈资源的生产准备方面节省的时问变成加工时闻，也 就增加了整个系统的有效产出。这一原理告诉我们，瓶颈资源应是整个系统中管理控制的 重点，应最大限度挖掘瓶颈资源潜力并使其满负荷运行。 原理4 非瓶颈资源的利用水平不由其本身决定，而由瓶颈资源的能力决定。 瓶颈资源决定了整个系统的生产效率，系统的总物流量取决于系统内瓶颈资源的通过 能力。非瓶颈资源的负荷或利用率决定于通过瓶颈资源的物流量。由于瓶颈资源控制了有 效产出，所以仅仅在瓶颈环节保持机器满负荷运行。所有非瓶颈资源的排产不应当按它本 身的潜在能力，而应当按系统的约束条件来进行。 原理5 在非瓶颈资源上节约时间并没有意义。 在非瓶颈资源节省时间一采用高效率设备或节约辅助生产时间以转换成生产加工时 间，只能生产出瓶颈资源无法加工处理得过多的零件，并不能增加系统的有效产出和生产 效率。实际上这种时间节约不如不生产即转换成闲置时间。这表明非瓶颈资源的时间节约 实际上增加了企业的开支而损失资金，因此，在非瓶颈资源上节约时间不会带来收益，是 没有意义的。 这一原理告诉我们，在非瓶颈资源上，可以按较小的批量运行。这样做并不增加系统 的有效产出，但可以减少在制品库存和生产性开支。使非瓶颈资源在欠负荷条件下运行还 有一个优点：避免对瓶颈资源形成可能的干扰。 原理6 进行生产并不总是等于有效的利用了资源。 任何生产，如果生产出的东西不是瓶颈需要的，这实际上是以多于库存的形式制造废 品和浪费。 原理7 为提高整个系统的有效产出，保证瓶颈资源满负荷工作，系统中应设置缓冲环 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 节。 在系统中设置缓冲环节，是有效防止瓶颈资源的工作受相关环节干扰的有效方法，缓 冲环节应设置在瓶颈工序之前，以及与通过瓶颈工序的物流相关的装配工序之前。缓冲环 节通常有两种形式：时间缓冲和在制品缓冲。同步制造倡导用时间缓冲来保障瓶颈工序不 受前面工序生产率波动和发生故障的影响 原理8 对瓶颈工序的前导工序和后续工序应采用不同生产方式组织生产。 为使工件不在瓶颈工序前过多地积压和在瓶颈工序后能迅速成套，对于瓶颈工序之前 的工序按拉动方式组织生产，而瓶颈工序之后的工序则按推动方式组织生产。 原理9 传输批量并不总是等于加工批量。 生产活动中的批量通常有两种不同类型： 传输批量一从零件的角度考虑的批量 加工批量一从生产资源的角度考虑的批量 确定加工批量的大小应考虑资源的合理利用( 减少设备调整次数) 和合理的在制品库 存( 减少资金积压和在制品库存费用) 。确定传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传输工作量与传输费用。两者考虑的出发点 不同，因此传输批量不一定要与加工批量相等。送给瓶颈工序的工件是以较小的传输批量 分批到达的。这样可以减少工件在工序间的等待时间，减少在制品积压，保持生产过程物 流的同步化。同时为了减少生产中的在制品量，保持物流平衡，在非瓶颈工序上常用较小 的加工批量，但是在瓶颈资源上则常把较小的传输批量组合成较大的加工批量，以最大限 度利用瓶颈资源，提高其有效能力。 原理1 0 加工批量的大小不是固定的，而是根据实际情况动态的变化。 在生产过程中，一批任务要碰到瓶颈环节和非瓶颈环节。所有这些环节都有不同的生 产准备时间和加工时间，这样就必须检查确定任务批量所用参数的有效性。为实现物流平 衡，减少生产过程中的等待与积压，各工艺阶段的加工批量应当是随时可变的。 原理1 1 同时考虑系统的所有约束确定生产计划，提前期是由计划派生的。 传统计划方式通常是：事先确定批量，给出固定的生产提前期，按照这些参数，用一 些准则来确定零件生产的优先级。最广泛接受的准则是：考虑完成某一订单剩余的工作量 和完成该订单可用的时间，或是离交货期还剩下的时间，这种最初的算法中，并不考虑能 力约束，所以按这样算法编制的计划要重新修订直至可行。在实施过程中，由于多个不同 的任务在同一时间要求在同一工作中心上加工，这样在确定加工优先级上产生了矛盾，为 了满足能力的约束，只好先加工一项任务，而将其他任务推迟，推迟任务的生产提前期也 受到了影响，某项任务的提前期不仅受到不同工作中心生产能力的影响。因此同步制造建 议：同时考虑系统的所有约束，才能确定优先级，提前期是由计划派生的。 2 1 3 同步制造的评价指标 在基本原理的指导下进行生产，目的就是实现企业目标。然而企业目标只是一个总体 武汉科技大学硕士学位论文第1 1 页 范畴，企业的具体经营状况需要有具体的指标来衡量。通常我们用三大财务指标来衡量企 业的经营状况： 绝对指标纯利润n p ( n e tp r o f i t ) 相对指标投资收益率r o i e t u r n0 l i lm 瞄n i l e m ) 现金c ( c a s h ) 卜j p 、r o i 和c 三个指标用来评价企业是否赚钱是相当适合的，但如何把企业各项生产活 动和企业目标之间的关系联系起来，如何评价生产管理的结果对企业目标的贡献时，就显 得不适合、不具操作性。 为了有效得估价企业的各项具体生产活动对企业目标的贡献，同步制造开辟了一条新 的评价方式。同步制造认为评价指标应能够精确的描述支配企业经营绩效的关键活动，这 些关键活动由三种基本形式： 产品的销售活动 原材料等的采购活动 原材料转变成产品的制造活动 同步制造以完全不同于传统会计定义的方式，建立了三个具有可操作性的评价指标把 生产传统的关键活动与企业目标的实现紧密联系起来，这三个指标是： 有效产出t m u g h p u t ) 存量占用i ( h v t o l 奶 运行费用o 聊m f i o ne x p e n s e ) 有效产出是指企业在特定时间内通过销售而获得的资金收入，其大小等于销售收入减 去已售产品的材料费用。如果生产的产品不能实现销售，就不能算作有效产出。存量占用 是指企业为实现销售而购买原材料等投入的全部资金，存量占用仅包括原材料的购入价 值，而不考虑其在生产过程中所产生的附加价值，因而使这一指标的意义清楚容易理解。 运行费用是指在特定时间内为把存量占用转变为有效产出而支付的全部资金，运行费用是 指除原材料购入价之外而在制造过程中发生的全部费用。 三个作业指标与n p ，r o i ，c 的关系可以表示为： n p = t 0 e 和r o i = 口0 e 坍 通常，i 降低可以导致o e 减少，而o e 减少，将导致n p 皿o i 和c 增加，从而使企业赚钱。但 是，通过降低i 来减少o e 的作用是随着i 降低的程度而减弱的。当i 较高时，减少i 可以明显 减少维持库存费，从而减少o e ，然面，当库存降低到一个较低水平时，再继续降低i ，则 对减少o e 作用不大。正如创立者( b l d r a n 博士所指出的那样，要想通过减少库存和运行费 用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用减少到 零，而通过增加有效产出来增加利润却有着无限的可能。可是，为何日本一些公司在已达 到世界上最低的库存水平之后仍然要尽力继续降低库存? 因为降低库存还能缩短制造周 期。产品的品种、质量、价格与交货期是影响竞争力的几大因素，而缩短制造周期是提高 企业竞争能力的一个重要因素。制造周期的缩短，对于缩短顾客的订货提前期，提高对顾 第1 2 页 武汉科技大学硕士学位论文 客订货的响应性以及较高的价格都有很大的作用。于是，制造周期的缩短导致市场占有率 的增加，从而导致未来的有效产出的增加。作业指标、财务指标与制造周期的关系如图2 1 所示。 企业目标： 财务指标： 作业指标： 制造周期 ( c f ) 0 e ) 图2 1 作业指标、财务指标与制造周期的关系 这三个指标把企业的生产经营活动与企业目标的实现有效地联系起来而具有鲜明特 色a 三个指标都以货币作计算单位，并清楚表明运动方向且容易理解接受。有效产出表示 流入企业的钱，存量占用是目前还在企业内的钱，运行费用是已经流出企业的钱，另外， 基于o p t 的观点，产品的价值取决于市场销售，因而制造过程中的附加价值在三个指标中 是不予考虑的。 t 、i 和0