论文-基于TOC的平遥开关厂在制品库存控制问题的研究

江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）1基于 TOC 的平遥开关厂在制品库存控制问题的研究摘要在制品库存管理是企业管理的重要内容，但是由于一直以来针对在制品库存管理模型的研究很少，所以在制品库存的管理也是很多企业管理的弱项环节，它的好坏直接影响了企业的核心竞争力。因此本文运用定性判别法，有效识别瓶颈工序，提出了在瓶颈工序前使用拉动模式，而在瓶颈工序后使用推动模式的生产控制模式Pull&Push 生产控制模式。将最低的总生产成本当作生产系统的大约束条件，分别给出该模式中瓶颈工序前、瓶颈工序和瓶颈工序后的加工和运输批量，从而达到生产成本最低化和在制品库存成本最低化的目的，有效的控制了在制品库存。关键词：在制品；约束理论；加工和运输批量江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）2RESEARCH ON INVENTORY OF WIP CONTROL BASED ON TOCAbstract WIP inventory control management is the most important characteristic of EMS.But due to the study of WIP inventory management model have been rare, it is also the weak link of enterprise management.It is good or bad directly affect the enterprises core competitiveness.So this article effectively identify the bottleneck process in qualitative discriminant method,then we put forward the “pull mode” which before the bottleneck process and “push mode” which after the bottleneck process for production controlPull&Push production control mode.With minimum total production cost for the production system of constraint condition, the model is given the batch of production and delivery in the bottleneck process, bottleneck process before and after the bottleneck process , so as to achieve the lowest cost of production and the purpose of the WIP inventory minimization of cost, effectively control the WIP inventory.Keywords:work-in-process (WIP); TOC; the batch of production and delivery江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）3目录0 引言 .50.1 课题研究的背景 .50.2 课题研究的目的和意义 .50.3 国内外研究动态 .60.4 研究思路和框架 .91 相关理论基础 .101.1TOC(Theory of Constraint)的主要思想和方法 .111.1.1TOC 系统控制方法 DBR 系统 .111.2DBR 系统的瓶颈识别方法 .121.2.1 瓶颈 .121.2.2“瓶颈”识别算法 .121.3TOC 的动态批量处理方法 .131.3.1 加工批量 .131.3.2 传输批量 .131.4 推式生产系统简介 .141.5 拉式生产系统简介 .142 平遥开关厂企业现状及存在问题分析 .152.1 企业基本情况 .152.1.1 企业整体存在问题分析 .152.1.2 高、低压成套开关的加工流程图 .162.2 企业在制品库存问题的现状 .162.3 影响公司在制品库存控制的参数设置 .182.3.1.安全库存设置 .182.3.2 平遥开关厂加工批量和运输批量的设置现状 .193 提出解决方案 基于 TOC 理论的在制品库存控制模型的构建 .193.1 以 TOC 为纽带集成推式和拉式生产的必要性 .203.2 基于瓶颈驱动的 Pull&Push 生产控制模式 .20江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）43.3 瓶颈工序前缓冲在制品库存数量设置研究 .213.4 基于总成本最小化的运输与加工批量 .224 具体方案的实施 .254.1 平遥开关厂某车间基本资料收集 .254.1.1 工时测量 .254.1.2 高、低压开关柜体壳体的生产费用统计 .254.2 瓶颈工序分析 .264.3 基于瓶颈的 Pull&Push 生产控制模式下的总生产费用和总库存费用 .264.3.1 计算 Pull&Push 生产控制模式下的加工批量和运输批量 .264.3.2Pull&Push 模式下总生产费用和库存费用 .274.4 平遥开关厂现有生产控制模式下的总生产费用和库存费用 .284.5Pull&Push 控制模式和公司现有模式的费用结果对比 .29结论 .31致谢 .33参考文献 .34江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）50 引言引言部分主要说明了课题研究的背景、课题研究的目的和意义以及国内外的研究动态和本文的研究思路和框架。0.1 课题研究的背景平遥开关厂是一个离散型的制造企业，由于在生产中各个加工中心的负荷不可能达到完全平衡的状态，所以企业为了有效的运用生产中的资源，常常会有工件排队的情况发生，由此会产生大量的在制品库存。在制品定义为原料或零件已被处理成半成品，但尚未成为成品，尚未完成入库手续的产品。在制品库存定义为第一道工序加工完成后直到最后一道工序结束前这一过程间的库存1。在制造型企业中，在制品定额是指在一定技术组织条件下，各生产环节为了保证生产衔接所必需的、最低限度的在制品储备量。流水线内在制品占用量包括工艺占用率、运输占用率、周转占用量和保险占用量四种。工艺在制品是保证流水线全部工作地同时开始工作所必需的在制品数量，即分布在各加工、装配、检验工位上的毛坯、零件、部件、产量的数量。运输在制品定额是指流水线内处于运输过程中的在制品数量，它取决于运输方式、运输批量、运输间隔期、产品（零部件）体积及存放地情况等因素。 在制品库存的存在一直都是利弊共存的。存在在制品库存，可以保证生产的连续进行，但是也会造成在制品费用占用过多，使得企业的周转资金减少，造成企业连续生产的困难 3。如果没有在制品库存的介入，两个相邻的加工工序节拍必须完全相同，否则就会存在干涉，造成生产率的损失。如果因为操作者请假和缺少辅料等原因，造成设备突然的停机。这样整个的加工系统损失会更大。此时，在制品库存的存在，可以为两个加工段之间生产不同的产品创造出条件。对于平遥开关厂来说生产成本在整个企业的经营费用中占有很大的比例。因此，由于市场竞争的加剧，平遥开关厂严格管理在制品库存，减少库存资金的占用，已成为此公司亟待解决的课题。0.2 课题研究的目的和意义任何公司的生产都必然存在零部件和产品从投入到产出的过程（如图 0.1） ，江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）6也就是说必然都有在制品的存在。在平遥开关厂的生产过程中，在制品以各种不同形态大量存在于各个生产环节，直接影响着企业的成本和生产。原 材 料 成品工艺 N工 艺 1 在 制 品图 0.1 企业的物流图此外，在制品库存与生产率和生产节拍也有着密不可分的关系，相邻工序生产率接近，在制品数量就少。相邻工序生产率相差较大，工序间的在制品数量就会增多。为了缩短系统的生产周期，同时提高企业的交货和及时响应能力，就必须不断降低并维持在制品库存在一个适当的水平。而且当生产现场在制品库存较少时，操作者更容易寻找加工工件，生产现场混乱的局面也会随之改善。平遥开关厂的管理者虽然也意识到了在制品库存控制的重要性，但是受限于无适合企业本身的系统的作业方法和评价指标，所以一直没有收到良好的效果。因此，有效控制生产过程中的在制品状态，降低在制品库存数量，加快资金周转，对提高企业核心竞争力具有举足轻重的意义。0.3 国内外研究动态 由于在制品库存与成品和半成品的库存还是有较大的区别，它是存在于生产过程中的产品。国内外对单纯的在制品库存管理的研究还不是很多，但是不同的企业生产物流运作模式影响着不同的在制品库存控制方式，所以将在制品库存控制方式基本上分为两类推动模式下的在制品库存控制与拉动模式下的在制品库存控制。 5目前，国内外的对在制品库存管理的主要研究方法有:物流需求计划MRPMRP 首先在美国提出，经由美国生产与库存管理协会（APICS）的倡导而发展起来的。 6在 20 世纪 40 年代到 60 年代，美国在生产运作管理方面进行了改革，变过去以产品为中心的生产方式为以零件为中心的生产方式。物料需求计划（Material Requirements Planting，MRP）是一种以计算机为江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）7基础的生产计划与控制系统，它根据总生产进度计划中规定的最终产品的交货日期，规定必须完成各项作业的时间，编制所有较低层次零部件（构成最终产品的装配件、部件、零件）的生产进度计划，对外计划各种零部件的采购时间与数量。当作业不能按时完成时，MRP 系统可通过重新计算，对采购和生产进度时间与数量加以调整，使各项作业的优先顺序符合实际情况。 7但是 MRP 根据需求与预测，事先将零部件生产出来存放于仓库中，一旦接订货，就立即将零部件组装起来迅速完成订货，但这样就会使得库存过多，给企业的盈利带来很大的影响 8。因此，在制品库存控制的管理在采用推动方式生产的企业中一直是一个难题，在制品的数量得不到控制，实际情况的统计数据与系统中的数据就会很难保持一致。JIT 准时化生产在 20 世纪后半期，整个汽车市场进入了一个市场需求多样化的新阶段，而且对质量的要求也越来越高，随之给制造业提出的新课题即是，如何有效地组织多品种小批量生产，否则的话，生产过剩所引起的只是设备、人员、库存费用等一系列的浪费，从而影响到企业的竞争能力以至于生存。在这种历史背景下，1953 年，日本丰田公司的副总裁大野耐一综合了单件生产和批量生产的特点和优点，创造了一种在多品种小批量混合生产条件下高质量、低消耗的生产方式即准时生产（Just In Time，简称 JIT） 。 9JIT 生产方式的基本思想是“只在需要的时候，按需要的量，生产所需的产品”也就是追求无库存，或库存达到最小的生产系统。JIT 的基本思想是生产的计划和控制以及库存的管理。JIT 生产方式以准时生产为出发点，首先暴露出生产过量和其他方面的浪费，然后对设备、人员等进行淘汰、调整，达到降低成本、简化计划和提高控制的目的。JIT 将传统生产过程中前道工序向后道工序送货，改为后道工序根据“看板”向前道工序取货，看板系统是 JIT 生产现场控制技术的核心，但 JIT 不仅仅是看板管理。 10JIT 的基础之一是均衡化生产，即平均制造产品，使物流在各作业之间、生产线之间、工序之间、工厂之间平衡、均衡地流动。为达到均衡化，在 JIT 中采用月计划、日计划，并根据需求变化及时对计划进行调整。JIT 提倡采用对象专业化布局，用以减少排队时间、运输时间和准备时间，在工厂一级采用基于对象专业化布局，以使江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）8各批工件能在各操作间和工作间顺利流动，减少通过时间。以此减少生产中在制品的数量，向“零库存”的目标迈进。定常在制品库存CONWIP（Constant WIP）CONWIP（Constant Work-In-Process)定常在制品库存控制系统，它是由 Spearman 等人于1990年提出的。 11Spearman 等通过分析指出，拉式系统的成功在于在制品的控制，而不是在各处均采用拉动方式。因此，他们提出的CONWIP 系统以在制品为控制变量，使每条生产线上保持一定量的在制品，但并不是在生产线各工序均采用拉动方式。在 CONWIP 系统中，生产线的初始工序只有生产线的在制品数量降到某一水平以下时才能开始工作，生产线上的其他工序以推动方式进行工作。CONWIP 中在制品数量是用流通卡数量开标识的，每个流通卡代表一个“标准件” 。 12CONWIP 系统有更高的灵活性，它会使在制品数量保持在相对较低的水平，而且相对 MRP 和看板管理，CONWIP更容易发现企业中存在的问题。运筹学方法。运筹学方法可以解答许多与在制品有关的生产模型，从而减少在制品数量。在考虑诸如设备故障率、设备修复率等与生产有关的因素的基础上，建立线性规划、非线性规划、排队论、动态规划等与运筹学相关的方程，接着对模型进行求解，达到生产系统中在制品数量最少的目的。 13控制理论模型方法。控制理论对生产物流系统的研究主要以制造系统加工过程的在制品为研究对象，将比例积分 PI(proportional and integral)控制算法应用于串行生产过程的控制，建立 PI 控制的级联控制模型，为了持久改善过程质量，又将统计过程控制（SPC ）与 PI 集成应用在串行生产线在制品库存控制。从而建立了一种集成化的生产物流控制系统（I-PLCS）实现了在制品的库存的有效控制。 14,15以上 5 中方法有着各自的应用条件和适用范围，而且我们容易发现它们都是针对公司整个生产系统的，它们将系统中的所有工序都同等对待，而缺少了对系统中“瓶颈”工序的关注。然而每个生产系统中的瓶颈工序恰恰是影响整个系统的关键，因为整个系统的产出率都会受到瓶颈工序的生产影响，因此会造成在制品控制成本的提升，使得库存控制的效果降低。江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）9因此，本文提出了基于 TOC 的在制品库存控制的想法，并运用到了具体企业平遥开关厂。0.4 研究思路和框架任何生产系统中无一例外地都存在着瓶颈环节，生产系统中工序间的生产节拍完全相等是不可能的。而生产系统中的瓶颈，与“木桶原理”相同，它就是一个木桶中最短的一根木板，决定了整个生产系统的产能。所以，本论文使用 TOC 的思想，运用其动态批量处理的方法，认为加工批量和运输批量会直接影响企业生产过程中的在制品，并且本文将对在制品数量的控制转化为了对在制品费用的控制。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，又因为平遥开关厂的生产中设备大多是从国外进口的，因此本文主要研究的在制品库存控制问题，是以设备能力为制约条件的。在此基础上，本文首先对平遥开关厂高、低压成套开关壳体生产中的瓶颈进行定性辨别。然后设置了瓶颈工序前的库存缓冲，计算了瓶颈工序前、瓶颈工序和瓶颈后工序的加工和运输批量，最后以总生产成本最低作为整个生产系统的约束条件，有效控制了在制品库存。本文各章节内容安排如下：(如图 0.2）0 引言介绍本文研究背景、目的、意义和国内外研究现状以及论文的思路和结构1相关理论基础2平遥开关厂公司现状及存在问题分析3提出解决方案基于 TOC 理论的在制品库存控制模型的构件4具体解决方案：实例验证5总结和展望首先，文章引言部分主要说明了课题研究的背景、课题研究的目的和意义以及国内外研究动态和研究的思路和框架。其次，通过对约束理论 TOC 的主要思想和方法 DBR 的介绍，为整篇论文奠定了理论基础。江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）10紧接着，简要分析了平遥开关厂公司的整体现状，详细分析了平遥开关厂公司在在制品库存控制这一薄弱环节的现状。在此同时，根据公司在制品库存控制方面的弱点，提出了基于 TOC 理论的模型。然后，本文计算了 TOC 理论模型在平遥开关厂公司的具体实践结果，并与之前公司采取的控制模式下的结果进行了对比。最后，根据所得的结论总结了文章主要解决的问题和解决问题所使用的方法。同时也提出了这篇文章在讨论在制品库存控制问题时，由于精力和时间的有限，文章没有涉及的地方，并对此进行展望。0 引 言3 提 出 解 决 方案 基 于T O C 理 论 的 模型 构 件1 相 关 理 论 基础 T O C2 公 司 现 状 及 在制 品 控 制 问 题的 分 析4 具 体 解 决 方 案5 总 结 与 展 望图 0.2 论文框架图1 相关理论基础相关理论基础部分，简要介绍了 TOC 的主要思想，详细介绍了 TOC 方法DBR 的思路，同时根据后文的需要，提出了“瓶颈”识别的算法。最主要江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）11的是，运用 TOC 动态批量处理的方法，建立基于瓶颈驱动的 Pull&Push 生产控制模型，有效减少在制品的库存。1.1TOC(Theory of Constraint)的主要思想和方法TOC 是在 20 世纪 80 年代中期，犹太人物理学家 Eliyahu M.Goldratt 博士提出的。他在 20 世纪 70 年代末先提出“最优生产技术（optimal production technique,OPT)”，后在 OPT 基础上发展为约束理论。简单的讲，约束理论是关于企业应作哪些变化以及如何最好地实现这些变化的理论。具体一些，约束理论是帮助企业找出目标实现过程中存在的障碍，并实施必要的改变来消除这些障碍。约束理论认为，对于任何一个系统来说，如果它的投入/产出过程可以按环节或者阶段进行划分，而且一个环节的产出依赖于前面一个或多个环节的产出的话，那么，这个系统最终的产出将受到系统内生产率最低的环节的限制。理论的目的是想找出各种条件下生产的内在规律，寻求一种分析经营生产问题的科学逻辑思维方式和解决问题的有效方法。该理论提出了在制造业经营生产活动中定义和消除制约因素的一些规范化方法，以支持连续改进。1.1.1TOC 系统控制方法DBR 系统以瓶颈工序为中心的计划编制方法又称击鼓缓冲绳索（drum-buffer-rope)方法。Goldrant，他举过一个非常形象的例子。将企业的生产过程类比作行军中的士兵队伍。DBR 是一种计划，排程和执行方法，在 TOC 被用于制造工厂排程时出现。鼓是指生产系统中的控制点，如果系统中存在瓶颈，那么瓶颈就是最好的控制点，如果系统没有瓶颈，就选择次瓶颈资源。如果一个系统既没有瓶颈，也不存在次瓶颈资源，那么控制点的位置可以任意选择。但最好的位置是物流分叉点，即该处资源的产出流向好几个下游作业。缓冲器是指在瓶颈前面设置的库存缓冲。缓冲器是一种时间缓冲，其目的是希望加工中心总有工作要做，至于何种产品正在被加工并不重要。绳子是指瓶颈已加工的情况传递给上游作业的信息的传递，其目的是为了按需生产，以避免库存增加。作为信息传递的绳子既可以是正式的，也可以是非正式的。江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）12TOC 的生产计划与控制是通过 DBR（Drum-Buffer-Rope）系统实现的。如图 1.1 所示，其工作原理为：首先是识别企业的瓶颈，然后针对瓶颈建立生产计划，确定“鼓的节拍” ；而且在瓶颈前设置缓冲，并对缓冲进行管理；并通过绳子的信息传递作用使非瓶颈资源都受制于瓶颈资源的产出率，以有效的减少系统的在制品库存数量。原 料 工 序 4工 序 3 （ 瓶颈 ）工 序 2工 序 1 成 品绳 子缓 冲图 1.1 DBRTOC 的处理逻辑主要就在于找出系统的“瓶颈”因素，使系统中非瓶颈资源的利用要依赖系统的瓶颈资源，这样就能充分发挥瓶颈工序的生产能力，使得物流进行顺畅，同时将在制品库存的积压减少到最低程度，实现增大产出率、缩短生产周期和减少库存的效果。1.2DBR 系统的瓶颈识别方法1.2.1 瓶颈瓶颈一般是指在整体中的关键限制因素。瓶颈在不同的领域有不同的含义。生产中的瓶颈是指那些限制工作流整体水平（包括工作流完成时间，工作流的质量等）的单个因素或少数几个因素。通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”(Bottleneck)。更广义地讲，所谓瓶颈是指整个流程中制约产出的各种因素。 18所以从管理的角度来说，这些薄弱环节都应该列为管理的重点，以保证这些环节的能力得到充分合理的应用。这里从实现计划目标的角度，把凡是设备的负荷率是 100%或者接近100%（例如达到 97%以上）的设备称作是瓶颈资源。 19因为这些设备的能力如不能充分利用，如有浪费，计划就完不成了。1.2.2“瓶颈”识别算法辨别生产系统中瓶颈的研究很多，总结起来，主要有定性辨别法、运筹学方法、形式化定义法、以及计算机仿真方法 14。这些方法各有优缺点，在实际江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）13应用时，如果条件允许，应该综合考虑多种方法来辨别生产系统真正的瓶颈所在。本文考虑到实际操作的方便性，主要采用定性辨别法。我们可以通过观察企业的生产加工过程，一直处于忙碌状态的工序和工序前在制品尤其多的工序，根据定性辨别法，容易找到它就是系统的瓶颈工序。在平遥开关厂的生产控制系统中，因为设备大多是从国外进口的，如果某设备的生产能力最小，那么该设备很可能是生产中的“瓶颈”因素。因此本论文只按设备生产能力来区分瓶颈资源。1.3TOC 的动态批量处理方法批量，一种量的概念，一般指成批、数量很多。TOC 采用的是一种动态的批量处置办法。 20第一，TOC 动态批量处置办法认为：生产中有两种批量形式，即加工批量和传输批量；第二，无论是哪种批量，其值都不是固定的数值，它们是根据实际的生产情况确定的。1.3.1 加工批量保证瓶颈资源得到充分的利用是 TOC 理论的精髓。为了使得有效产出达到最大化，对于瓶颈资源，因为加工批量必须大，所以一般采用最小批量法，最小批量法是指以保证设备充分利用为主要目标的一种批量计算方法。最小批量法是确定批量和生产间隔期时常用的一种以量定期法。此方法从设备利用和生产率方面考虑批量的选择，要时的选定的批量能够保证一次准备结束时间对批量加工时间的比值不大于给定的数值。对于非瓶颈资源，因为加工批量应较小，所以一般采用经济批量法。经济批量又称“经济订货批量” ，指的是在保证生产或销售需要的前提下,从耗费成本最小这一目标出发所确定的每批材料采购数量或产品投产数量。在确定材料采购或产品投产批量时,既要考虑材料采购费用或产品投产生产准备费用,又要考虑材料、产品保管费用。 1.3.2 传输批量由于传输批量和加工批量考虑的出发点不同，所以两者不一定相等。传输批量是由工序间路程以及物料的加工时间决定的，加工时间越长，路程越短，传输批量就会越小。为了减少整个系统的传输费用，要致力于减少工序间的路江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）14程以及物料的等待时间。另外，要尽量使得加工批量是传输批量的整数倍。提高生产过因此，同一种工件可以采用不同的加工批量在瓶颈资源和非瓶颈资源上加工，本文主要从总生产系统总费用最低为限制条件出发，求出各工序最优的加工批量和工序间的传输批量 19。1.4 推式生产系统简介推动式生产（Push Production）是根据某个时期的市场需求，预测在制品库存，计算出计划的生产数量，根据各工序的标准资料，确定生产提前期，并从前面的工序开始推动后面的工序，一步一步地生产出产品。 （如图 1.2）推动式生产，一方面是用超量的在制品保证生产不断地进行，每个生产环节都规定在制品定额和标准交货期，在制品管理被看成是组织均衡生产的重要环节。另一方面，生产指令是生产作业计划，当预先安排的作业计划与实际需要脱节的时候，就会出现一些无用或暂时不用的零件大量堆积，而一些短缺零件又供不应求，迫使工人不得不加班加点赶急件，产生一系列无效劳动和浪费，造成了每个工序间过多的在制品。 20（如图1.2） 因此，推动式生产是一种从工序上最初的生产部门，由前向后，向工序最终的生产部门推动的过程。工 序 1 工 序 2 工 序 3 完 成在 制 品 在 制 品生 产 计 划产 品原 材 料需 求 预 测NY图 1.2 推动式生产计划与控制方式图江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）151.5 拉式生产系统简介拉式生产就是指一切从市场需求出发，根据市场需求来组装产品，借此拉动前面工序的零部件加工。每个生产部门、工序都根据后向部门以及工序的需求来完成生产制造，同时向前部门和前道工序发出生产指令。在拉式生产方式中计划部门只制定最终产品计划，其他部门和工序的生产是按照后向部门和工序的生产指令来进行的。根据“拉动”方式组织生产，可以保证生产在适当的时间进行，并且由于只根据后向指令进行，因此生产的量也是适当的量，从而保证企业不会为了满足交货的需求而保持高水平库存产生浪费。 （如图 1.3）工 序 1 工 序 2 工 序 3看 板 看 板生 产 计 划完 成产 量NY需 求 预 测订 货原 料图 1.3 推动式生产计划与控制方式图2 平遥开关厂企业现状及存在问题分析企业现状部分简要介绍了企业的整体基本情况，主要介绍了企业在在制品库存控制方面的薄弱环节。2.1 企业基本情况山西省平遥县电器开关厂始建于 1959 年，是一个总资产 3.1 亿，拥有 460余名员工的民营企业，占地 10 万平方米，拥有各类机械加工和检测设备 300 余台套，企业的主要从事高压电器、高低压开关设备、成套开关设备、电磁线和电器智能化产品等。近年来，随着企业的不断发展壮大，原有的闲散型生产模江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）16式已经不能满足企业快速发展的需要，生产计划制定、车间现场控制和自动化技术方面都亟需改进以适应企业发展的需要。2.1.1 企业整体存在问题分析企业内部由于疏于管理，机构比较臃肿，上下级关系不是很明朗，存在多头指挥和领导的现象，管理效率低下。由此造成了企业计划决策速度较慢，企业内的信息传递由于经过的层级较多，信息容易失真，沟通不够及时。而且由于企业的奖励机制制定的不够完善，员工不能充分发挥其积极性和创造性。此外，由于企业生产方面还存在许多不成熟的方面，与外部供应商的沟通不及时，造成原材料和机器的缺货和送货不及时，使得生产不能连续进行，企业间没有形成明确和密切的合作关系。2.1.2 高、低压成套开关的加工流程图这篇论文主要讨论高、低压成套开关的加工过程，其工艺流程如图 2.1：入库检验拼台废品出厂检验成品包装1 ) 常 规 检 验2 ） 机 械 操 作 试 验3 ） 电 器 性 能 试 验4 ） 工 频 耐 压 试 验5 ） 特 种 性 能 或 参 数（ 用 户 提 出 ） 检 验及 试 验电 器 元 件 、 标 准 件 及 外 协件 、 外 购 件 采 购元 器 件 装 配壳 体 加 工 生 产二 次 装 配 线一 次 母 线 加 工1 ） 用 户 提 供 原始 资 料2 ） 技 术 协 议 或技 术 条 件3 ） 合 同 备 忘 录4 ） 生 产 说 明设计依据成品出厂试验图 2.1 高、低压成套开关生产过程2.2 企业在制品库存问题的现状平遥开关厂由于之前采用的是 MRP 推动方式生产，企业为了保证生产的连续进行，在制品数量一直保持在较高的水平，这样做尽管使得生产可以连续江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）17进行，但是却占用了公司大量的流动资金，而且造成了生产现场的混乱，不便于生产现场工作人员的操作和生产。采用因果分析图，从人、机、料、法等方面着手分析，造成在制品数量大的原因如图 2.2 所示。新 人 多主 管 教 导 不 够熟 练 度 不 够更 新 不 及 时老 化模 具 设 计 不 合 理平 时 保 养 不 够外 购 材 料 不 准 时不 良 品 多管 理 不 佳瓶 颈 工 程前 推 式 生 产人机料 法在制品库存量大图 2.2 在制品库存量大的鱼刺图从上图可以看出，从企业员工方面分析，主要在于企业没有完备的人才管理机制，新人比较多，而主管教导不够，使得招了新人不能够及时进行培训，由于他们不熟悉车间生产，使得生产线中的各道工序只是根据各工序本身的生产能力进行生产，不能够平衡生产，造成了大量的在制品；从机器设备方面考虑，平遥开关厂的设备大多是从国外进口的，而且价格非常昂贵，保养所需的费用也很高，企业为了贪图小便宜不经常保养，造成了机器设备的老化。而且设备模具的摆放不是很合理，使得各作业工程直接相互独立，各工程加工出来的产品积累到一定数量后才送到下个工程，必然导致工程间大量在制品出现。此外，由于采购部分外购产品时不够负责人，外购材料不及时，甚至有大量的不合格品购回，使得生产过程中发现停顿，造成生产的延迟和大量的在制品堆积。本文主要讨论高、低压成套开关柜壳体加工过程中在制品的优化问题。其江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）18生产工艺过程如图 2.3：喷墨冲孔化学前处理检验入库壳体装配剪切切边板材固化焊接折弯检验图 2.3 高、低压成套开关柜壳体加工工艺流程为了方便计算，我们将其总结为三个工序（板加工化学处理组装）分别定义为工序 1、2、3。表 2.1 工序名称表工序号 工序名1 板加工2 化学处理3 组装2.3 影响公司在制品库存控制的参数设置主要包括对安全库存量的设置、加工批量和运输批量的设置2.3.1.安全库存设置安全库存也称安全存储量，又称保险库存，是指为了防止不确定性因素（如大量突发性订货、交货期突然延期、临时用量增加、交货误期等特殊原因）而预计的保险储备量（缓冲库存） 。安全库存用于满足提前期需求。在给定安全库存的条件下，平均存货可用订货批量的一半和安全库存来描述。 安全库存对于企业满足一定的客户服务水平是重要的，在企业产品供应上起到缓冲的作用，企业往往根据自身的客户服务水平和库存成本的权衡设置安全库存水平。江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）19平遥开关厂在其实际的生产过程中，各工序间的生产节拍与生产能力很难做到相等，因此会造成生产中除了有工艺在制品、保险在制品、运输在制品之外还有周转在制品。当过度强调生产连续性时，管理人员会因为避免生产线中断引起的损失，刻意加大各道工序前的在制品库存数量。通常，设置 16H 的工作时间，即工序生产一天所需的缓冲库存量。由于各道工序生产能力不平衡，为了保证连续的生产，生产计划人员会在每道加工工序前设置足够多的安全库存量。经过调查得知，由于工序 1、2 的生产能力比较相近，所以工序 1 提前一天的生产时间。即该缓冲库存量设置为板加工工序一天的生产能力，即：（公式 2.1）)(1621HRBU其中 R1 为工序 1 的生产能力；BU 1-2 为工序 1 和工序 2 间的缓冲库存因为工序 2 和工序 3 生产能力相差比较大，根据公司不换线、不停线的原则，工序 2 和工序间的安全库存表达式一般设置为：（公式 2.2）23*234RQBU其中 R2、R 3 为工序 2、3 的生产能力；BU 2-3 表示工序 2 和工序 3 之间的缓冲库存；Q *为订货批量，同时也是加工批量。2.3.2 平遥开关厂加工批量和运输批量的设置现状正常情况下该公司的不区分瓶颈工序前、瓶颈工序和瓶颈后工序的加工批量，全部等于订货量 Q*运输批量是与各道工序的生产能力相关的，平遥开关厂通常 3H 运输一次，即运输批量为（公式 2.3）321Rq其中 q1 工序 1 和工序 2 直接的运输批量：q2 为工序 2 和工序 3 直接的运输批量江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）203 提出解决方案基于 TOC 理论的在制品库存控制模型的构建本章主要是结合国内外研究动态和 TOC 的相关理论基础，构建了基于TOC 的在制品库存控制模型Pull&Push 生产控制模型，并且定义了模型中瓶颈前安全库存量、加工批量和运输批量的表达方式。3.1 以 TOC 为纽带集成推式和拉式生产的必要性MRP 和 JIT 是在不同的社会经济背景下产生的，有着各自独特的计划和控制思想。它们作为当前主要的生产管理模式，有各自的优势，也有各自的不足。通过比较推式生产和拉式生产，综合考虑 MRPII、JIT 和 TOC 这三种生产管理模式的优缺点 21，本章在考虑在制品数量的控制问题的基础上，提出在瓶颈工序前使用拉式生产，在瓶颈工序后使用推式生产。这样既可以减少总体的在制品数量，又可以保证瓶颈资源的充分利用，使瓶颈工序持续不断进行生产，从而保证企业整体的生产过程不停顿。TOC 是在这两者的基础上发展起来的，从一般意义上来说，综合了“Push”和“Pull ”系统的优势。那么将 TOC 作为纽带，把 MRPII 推动式生产和 JIT 拉动式生产的两方面优势结合起来，同时尽量摒弃两者的不足，建立起一种更优的生产计划模式，更好的控制生产中的在制品库存数量。3.2 基于瓶颈驱动的 Pull&Push 生产控制模式为了有效减少系统总体的在制品库存，并避免像 JIT 中由于在制品库存过少而产生的种种问题，本章以 TOC 思想为纽带，把 MRPII、JIT 和 TOC 这三种生产管理思想的优势结合起来，并尽量弥补各自的不足，设计了以瓶颈为驱动的 Pull&Push 生产控制模式 22。本文在定性地辨别出系统瓶颈的前提下，以瓶颈为中心，把推“(Push)”和“拉(Pull)”的思想有机的结合起来。如图 3.1 所示。江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）21工 序 1看 板瓶 颈 工 序 2生 产 计 划瓶 颈 缓 冲完 成完 成 量工 序 3YNP u l lP u l lP u s h图 3.1 基于瓶颈驱动的 Pull&Push 计划与控制模式通过上图可以看出，生产计划直接传达给了瓶颈工序 2，在瓶颈工序 2 之前采用看板管理的拉式生产，并在瓶颈工序 2 之前设置一定量的瓶颈缓冲，以保证生产持续不断的进行。在瓶颈工序 2 之后，采用推式生产，将预先的生产计划与实际需求接轨。由图可知，瓶颈工序 2 之前设置的瓶颈缓冲中的在制品数量就是整个生产系统中的静止在制品。再加上各工序上正在加工中的工艺在制品及运输在制品，即为本生产系统中的整体在制品。所以为了控制生产中的所有在制品主要做好二方面工作。第一，设置好瓶颈工序前的缓冲在制品数量，即使前面工序发生故障，瓶颈工序还可以继续生产，从而保证整个生产的不断进行；其二，设置好生产过程中工序间的加工批量和运输批量，尽量减少动态在制品所占用的在制品费用。3.3 瓶颈工序前缓冲在制品库存数量设置研究由图 3.1 可知，在瓶颈工序前要设置一定的库存缓冲，为了保证非瓶颈资源的波动对瓶颈工序造成影响。然而缓冲库存量设置的太大，不仅会占用掉过多的存储空间，还会使得生产周期延长，制造成本升高等。相反缓冲库存数量设置的过小，又不能满足稳定生产的要求。所以，设计合适的缓冲数量非常重要。因此本文只在瓶颈资源之前设置库存缓冲。生产系统中瓶颈前的在制品库存缓冲的计算公式为：江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）22（公式TRBUb3.1）上式中， BU 表示生产系统中瓶颈工序前的库存缓冲量；Rb 表示瓶颈工序的生产能力；T 表示生产周期的估测值3.4 基于总成本最小化的运输与加工批量TOC 约束理论的基本原则之一是追求物流的平衡，这里的物流平衡指的是各工序都与瓶颈工序同步，使得在制品最少、生产周期最短。而与物流相关的最关键的是批量。在 MRPII 中，批量是预先设置好参数，且加工多少运输多少，运输批量等于加工批量，然而这样做是不合理的，因为这样不仅会造成运输成本和加工成本的上升，还会造成部分工作人员的闲置。在 TOC 约束理论中，规定运输批量可以不等于加工批量。 为了控制在制品库存水平，降低在制品库存费用，需要最大程度的使用瓶颈资源处的生产能力，因为一旦瓶颈资源处发生停工和故障，就会使得整个生产系统遭受巨大的损失。所以，瓶颈处的加工批量要大于非瓶颈资源处的加工批量。我们以总生产费用最小化为目标条件，确定各工序上最优的加工与运输批量。其中，总生产费用=生产加工费用+ 运输费用+库存费用+设备调整费用。以此得出基于瓶颈的 pull&Push 生产控制模式下总生产费用最低时的总在制品库存费用。为了方便，我们将 Pull&Push 生产控制系统分为瓶颈前、瓶颈和瓶颈后三段主要的工序，且瓶颈工序前的库存缓冲量暂且称之为“瓶颈库存缓冲量” 。在 Pull&Push 生产控制模型中，对在制品进行控制，瓶颈工序前采用拉式生产，瓶颈工序后采用推式生产，因此可设瓶颈工序后的加工批量和相邻工序之间的运输批量都与瓶颈上的加工批量相等。设：表 3.1 变量的定义和设置 24江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）23Q* 订货量1瓶颈的前一道工序的加工批量q 瓶颈前的运输批量Q1=rq，r 为运输批次且为整数，即通常要求加工批量为运输批量的整数倍Q2 瓶颈工序以及瓶颈工序以后的加工批量，等于瓶颈工序以后的运输批量BU 瓶颈工序前的缓冲库存量，且 TRBUbtt1，t t2 分别为瓶颈工序前和瓶颈工序后每个运输批量的运输时间；且单位产品的加工时间要大于每批量的运输时间tp1，t p2，tp3分别为瓶颈工序前、瓶颈工序和瓶颈工序后单位产品的加工时间2,1tC分别表示瓶颈工序前、瓶颈工序后的单位运输费用p单位产品的加工费用Cs1,Cs2,Cs3 分别为瓶颈工序前，瓶颈工序和瓶颈工序后设备每次的调整准备费用C 单位时间单位产品的库存占用费用Et 与运输次数有关的运输费用Ep 加工费用Es 设备调整费用E1 库存费用ET 总费用根据上述假设，可得因为加工费用只与订货批量以及加工的单价是正比例关系，故加工费的表达式是：（公式 3.2）ppCQE*江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）24因为运输费用只与工序间运输的批次和单位运输成本是正比例关系，故运输费用的表达式是：（公式 3.3）2*1*ttt CQqBUE因为库存费用与在制品库存在工序间的存储时间以及单位时间的存储费用有关系，所以库存费用的表达式是：（公式232111 tptptqCE3.4）设备调整费用是每次换模成本与换模次数的乘积，所以设备调整费用的表达式是：（公式 3.5）32*11* sSs CQBUE于是，得到总生产费用的表达式是：（公式 23211 32*11*1*1 tptp sstpstTQqQC CQBUCBUEE3.6）将 代入上式，令 ET 对 Q1 的偏导为零，得瓶颈前的加工批量为rq1（公式1*1pstCrBUQ3.7）令 ET 对 Q2 的偏导为零，得瓶颈工序、瓶颈工序后加工批量和运输批量为：（公式 3.8）32*2pstC令 ET 对 r 的偏导为零，得到江苏科技大学经济管理学院毕业论文（设计）25（公式1*1tPCBUQ3.9）将公式 13 代入公式 11 得到瓶颈工序前的运输批次表达式为(公式121*tstppCBUQr3.10）瓶颈工序前的运输批量表达式为（公式2112*1 tpspttCBUQrq3.11）上文主要