約束理論與ＭＲＰＩＩ、ＪＩＴ理論在物流中的結合應用

摘要：TOC與MRP II#65380;JIT等生產管理技術是在不同時代#65380;不同經濟與社會環境下產生的不同的企業管理方式，在許多企業中被證明為提高生產經營水平的有效工具。本文通過比較MRPII#65380;JIT#65380;TOC三者在處理生產優先級#65380;處理能力約束#65380;計劃管理與控制#65380;處理能力約束等方面的異同，對比了MRPII#65380;JIT#65380;TOC三者各自的適用性和優缺點，提出把三者結合起來則能發展成為一種適應性較廣的生產管理方式，并且通過企業的實際應用例子作了說明。

關鍵詞：約束理論； 準時化生產； 制造資源計劃

中圖分類號：F069.9

文獻標識碼：A

文章編號：1004-0544(2007)05-0168-03

在不同的時代#65380;不同的經濟環境下產生的物料需求計劃(Material Requirement Planning，MRP)#65380;制造資源計劃(Manufacture Resource Planning，MRPII)#65380;準時化生產(Just in Time，JIT)#65380;約束理論(Theory of Constraints，TOC)等生產管理技術在不同時期#65380;不同生產環境中都發揮了重要的作用，在我國，這些生產管理技術也有著不同程度的應用和發展，在許多企業中被證明是提高企業生產經營水平的有效工具，但如果能把他們集成為一個有機的整體，充分發揮三者的優勢，將能更大地提高企業效益。許多學者對三者性能進行了模擬對比，但是很難推斷TOC#65380;JIT#65380;MRP哪個生產管理技術更占優，因為三個系統各有各自適應的環境。 因此，對比MRPII#65380;JIT#65380;TOC三者各自的適用性和優缺點，進而更好地為生產計劃與控制服務是當前學者和企業研究和實踐的熱點。

一、TOC#65380;MRPII#65380;JIT三者比較

TOC與MRP II#65380;JIT是在不同時代#65380;不同經濟與社會環境下產生的不同的企業管理方式。作為生產組織管理領域當今最流行的先進管理思想與方式，三者有明顯不同但又有其相通之處。

(一) 在處理生產優先級方面的比較

生產計劃指的是在給定一段時期的需求和給定生產資源的條件下以最小的成本滿足需求的生產排程或者說生產次序。因此，生產計劃的核心是在資源的約束下以最小的成本安排生產的優先次序問題。生產的優先次序不僅與需求特征相關(如交貨期#65380;訂貨量#65380;用戶類型)，而且與產品的特征，生產能力狀況有關。MRP是使用標準的提前時間來實現其優先級的。而且標準提前時間是預設的常數，由于在生產過程中經常出現偶然性因素，如廢品#65380;機器損壞#65380;工人缺席等，為此MRP設置了安全庫存以保證生產的正常進行。MRP系統中生產效率是在部門層次上衡量的，追求局部最優造成部門之間的在制品庫存，使得部門之間缺乏有效的聯系。追求局部最優導致MRP往往采用專用設備#65380;批量轉換時裝設時間往往相當長，批量也很大。對于一個不完善的生產系統而言，MRP方法所能做的似乎只是增加庫存和提前時間，結果由于庫存多，批量大，提前時間過長，使MRP的優先級功能失效。從保護生產優先級這點看，MRP方法不象想象的那樣好。

JIT系統是通過看板來實現其優先級計劃的。取貨看板由最終生產工序推向前工序取貨。取多少生產多少，不多也不少，不提前也不拖后。JIT生產系統通過一系列的不斷改善(如減少庫存#65380;減少設置時間等)來實現JIT的目標：生產系統以最小的批量#65380;最小的提前時間實現流水線一般的均勻生產。JIT生產系統采用柔性化的機器和具有多種技能的工人，使得在需求產品組合變化時生產過程不受其大的干擾。質量管理小組也有助于JIT生產的實現。總之，JIT生產系統是通過不斷的消除系統的障礙(試誤法)來實現剛好及時的生產目標，從而實現生產優先級的。

TOC方法不把提前時間作為其實現優先級的手段，TOC認為生產優先級依賴于瓶頸資源上生產批量的調度。在具有能力約束的環境中如果不考慮能力，提前時間和優先級不可能被確定。因此，在TOC方法中生產優先級是在與能力約束同時考慮才能被確定和實現的。

(二) 在處理能力約束方面的比較

JIT系統中把最終裝配順序的選擇當作一個關鍵問題。[1]順序一旦確定很少改變，通常固定一個時期以形成均勻平穩的生產負荷。生產設施的布置需要認真的設計以便產生均勻的物料流。這樣得到的生產系統是既有剛性的一面又有柔性的一面。在短期內它是剛性的，因為為獲得均勻而且高效的能力利用生產順序必須固定。同時，為使得每天具有同樣的產量，每個生產設施必須有柔性的生產能力。即使生產的產品組合變化時，生產能力可能做相應的調整以消除這種變化的影響。這表明，在JIT計劃的開始階段，能力限制就需要做十分仔細的考慮。

在MRP系統中制定生產計劃時首先假設具有無限的可用能力，然后使用能力需求計劃來調整生產計劃使之符合現實，但這樣兩步的方法忽略了批量#65380;在制品庫存和在加工產品 對實際裝載能力所造成的影響。MRP使用靜態的負荷平衡方法，固定的提前時間，較大批量往往造成對生產設施的能力需求過大，容易出現生產波動，可以說，有限能力計劃的缺乏是MRP系統的主要缺陷之一。[2]

TOC方法使用瓶頸來確定生產能力，TOC將生產資源分為瓶頸資源與非瓶頸資源，瓶頸指的是限制整體生產的制程或生產設施。TOC認為，非瓶頸資源不應該100%地利用其能力，應該根據瓶頸來安排其能力的利用。TOC強調：不應僅僅為了生產而生產。因此，TOC方法可以根據現實可行的生產排程。

(三) 在計劃管理與控制方面的比較

MRPII編制計劃的思想是：按預先制定的提前期，用無限能力排產法編制作業計劃。MRPII的優勢在于其中長期計劃能力，注重前期規劃，用盡可能周密的計劃集中安排各環節的人#65380;物等資源以及生產加工，以應對生產的不確定性。相應地，MRPII存在如下問題：第一，提前期#65380;批量等參數的預先靜態設定，很可能造成與實際情況不符，在制品庫存大幅度增加，影響訂單的流動時間和提前期；第二，能力約束考慮不足，往往造成生產計劃無法完成#65380;物料需求不切實際等情況；第三，生產計劃與控制相分離，無法動態保證每道工序間的關聯，造成工序間產量的不平衡#65380;在制品庫存增加以及需求與生產不一致等問題；第四，底層功能較弱，計劃調整時，一改全改，問題由底向上層層反饋和所有計劃從頂到底層層重排，造成生產計劃的抗擾動能力差。

JIT編制計劃的思想是：采用看板管理方式，按照無限能力排產法，逐道工序地倒序傳遞生產中的取貨指令和生產指令，各級生產單元依據上級所需再組織生產進行物料補充。不像MRPII每道工序都排計劃，JIT從某一點倒排計劃，且各工序間密切相關，保證了在制品庫存水平低#65380;需求與生產一致，使工序間問題反映敏感，以利于現場的改善。JIT生產管理存在如下問題：第一，JIT整體計劃性弱，缺少中長期計劃的指導，生產控制只是被動跟隨；第二，JIT計劃編制的源頭#65380;控制點僅僅放在交貨期#65380;交貨數量上，這樣定義“瓶頸”可能導致部門間哄搶系統資源，出現有限資源并未用在最需改善的環節上的情況；第三，JIT在生產管理中反對和致力于消除任何形式的浪費，追求零庫存，卻未考慮到庫存對系統的產銷率#65380;物流平衡等方面的正面影響；第四，JIT強調人#65380;機#65380;企業間的相互協作來保證生產的穩定和能力的盡量平衡，這對于任何企業來說都是一個很高的要求。

TOC編制計劃的思想是：考慮計劃期內的系統資源約束，先用有限能力排產法安排瓶頸上加工工序的生產作業進度計劃，再以瓶頸工序為基準，把瓶頸工序之前#65380;之間#65380;之后的工序分別按拉動#65380;工藝順序#65380;推動的方式排定，并進行一定優化，最后設置緩沖#65380;繩子等，使非瓶頸的作業計劃與瓶頸資源上的工序同步。最后打破系統約束，如此周而復始。

TOC的優勢在于：第一，正視瓶頸的存在并充分利用瓶頸把瓶頸計劃調度和非瓶頸的計劃調度區別對待，TOC以瓶頸為核心進行生產管理。第二，TOC不需要預先設定提前期，TOC以瓶頸為基準編排計劃，提前期就成為加工時間#65380;批量#65380;優先權#65380;生產能力和其他因素的函數，隨生產實際的變化而變化。第三，TOC以推拉結合的方式編制計劃，綜合利用了推拉各自優缺點。第四，TOC承認能力不平衡的絕對性，在考慮最大產銷率的基礎上，滿足物流平衡這個重要的約束條件，使非瓶頸與瓶頸生產同步，以求生產周期最短，在制品最少。第五，TOC是集計劃與控制于一體的方法，實現了生產計劃和控制的和諧與統一。

相應地，TOC生產管理存在如下問題：第一，TOC的瓶頸漂移為生產管理提供了有效的依據，但也為生產管理增加難度；TOC強調一切從瓶頸出發，一切以瓶頸為中心，因此，瓶頸的識別就成為系統的關鍵，也因此成為TOC的潛在隱患，如同JIT的交貨點#65380;MRPII的MPS(Master Production Schedule，MPS)，這些源頭信息的偏差可能會導致后續工作的極大的偏差。第二，TOC強調短期最優化，可能不會對長期戰略決策有幫助；[3]TOC注重瓶頸的利用和提升，且生產決策如產品組合優化等決策都是基于瓶頸進行的，所以，短期的決策可能不會對長期決策提供指導和幫助，因為長期戰略決策不能只重視產出貢獻。

二、TOC#65380;MRPII#65380;JIT三種生產管理方式的結合

比較以上三種生產管理方式可以看出，他們都有各自的優勢，而且各自發揮作用的領域不完全相同。如果能把他們結合起來，則能發展成為一種適應性較廣的生產管理方式。

在引入約束理論這一管理理論與技術時，需要注意借鑒MRPII#65380;JIT應用中出現的歷史問題，結合企業具體實際，三者互通有無，這對于企業健康#65380;有序地提高管理水平是十分必要的。MRP II與TOC結合的系統可以考慮在企業級的生產計劃中應用MRPII，計劃周期可以為周，車間級的作業計劃由TOC中的DBR來完成，計劃周期可以為天，對重點控制的環節還可以進一步細化。兩者的結合在于，BOM#65380;工序描述#65380;資源能力等數據的共享和溝通。TOC與JIT結合主要應考慮在“瓶頸”前環節設置合理緩沖，以“瓶勁”工序為“看板”的指命，在企業級仍然采用MRPⅡ來制定生產計劃，國內這樣的案例比較缺乏，所以互相結合的具體模式尚有待于探討。

根據實證研究和實踐檢驗，以下思路能夠較好地適應我國企業的實際環境：以MRPII為主線，進行生產計劃的制定和控制，計劃周期可以為月或周，但車間級的作業計劃由TOC中的DBR來完成，計劃周期可以為天，重點是對制約環節進行計劃和控制，兩者的結合在于，BOM#65380;工序描述#65380;資源能力等數據的共享和溝通。以JIT為主線，進行生產控制和改善，對制約環節前設置一定的緩沖，以充分利用制約環節，降低對生產管理及設備的要求。在運用JIT進行生產的時候，可以充分暴露制約環節，協助TOC活動的開展。

三、實際應用

A汽車有限公司是一家大型合資轎車生產經營企業。該公司生產廠房#65380;機器設備#65380;加工工藝在我國國內都是一流的。公司產品系列不斷拓展，但單車型產量都不高，多車型多系列共線生產，在生產與運作系統出現了一系列的問題。面對當前形勢和未來發展趨勢，A公司結合自己的企業在生產計劃與控制領域已經使用MRPII與JIT相結合的工業背景，在作業層計劃引入TOC管理方法和技術，并歷時一年多，逐步建立起了MRPII#65380;JIT#65380;TOC結合的運作方式。

總體上來說，A公司主生產計劃的制定仍是采用MRPII和JIT原理，但注重了瓶頸資源約束的限制。TOC的理論基礎是OPT，A公司在改善生產運作方式，制定合理生產計劃時，主要運用了OPT的基本思想的幾個原則：在制定主生產計劃時追求物流平衡而非生產能力的平衡。隨著A公司車型品種的豐富，生產線工藝條件和布局的不斷調整，多品種車的共線生產帶來了一系列的物流困難。所有的困難最突出的矛盾就是生產線邊的零件存放面積不足，同一工位無法同時存放所有車型的同一類零件。為了解決線邊面積問題，A公司大力推進零件物流技術的改善，比如，大力推進同步供貨和看板供貨。同步供貨和看板供貨運行的前提就是必須要有一個穩定的物流。按照OPT的原理，追求生產能力的平衡是為了使企業的生產能力得到充分利用。對于一個已投產的企業，特別是多品種生產的企業，如果一定要追求生產能力的平衡，那么即使企業的生產能力充分利用了，產品也并非都能恰好符合當時市場的需求。OPT認為生產能力的平衡實際是做不到的，必須在市場波動這個前提下追求物流平衡。所謂物流平衡就是使各個工序都與瓶頸環節同步，以求生產周期最短#65380;在制品最少。

A公司為了實現物流的均衡，在主生產計劃的制定過程中，還充分考慮到了以下工作原則：

1. 非瓶頸資源的利用程度不由其本身決定，而是由系統的約束決定的。系統的約束就是瓶頸。因為系統的產出是由所能經過瓶頸的產品量決定的，即瓶頸制約著產銷率。而非瓶頸資源的充分利用不僅不能提高產銷率，而且會使庫存和運行費增加。A公司油漆車間底漆線的生產能力就是一個瓶頸，其他車間生產能力均高于底漆線能力。在安排生產計劃時，就需要充分考慮其瓶頸工序的能力。當其他車間生產計劃高于底漆線的生產能力時，焊裝到油漆之間就會造成車身庫存增加或生產線阻塞，而總裝車間則會出現缺車身而等待的現象。若生產計劃安排低于底漆線的生產能力，則是整個系統資源的浪費。因此，在滿足市場需求的情況下，A公司的生產節拍就一直穩定在低漆線的生產能力。

2. 資源的“利用”(Utilization)和“活力” (Activation)不是同義詞。“利用”是指資源應該利用的程度，“活力”是指資源能夠利用的程度；“利用”注重的是有效性，而“活力”注重的則是可行性。按OPT的觀點，兩者有著重要的區別：因為做所需要的工作(應該做的，即“利用”)與無論需要與否，最大程度可做的工作(能夠做的，即“活力”)之間是明顯不同的。所以對系統中非瓶頸資源的安排使用，應基于系統的約束。從平衡物流的角度出發，應允許在非關鍵資源上安排適當的閑置時間。瓶頸上一個小時的損失則是整個系統的一個小時的損失，非瓶頸資源節省的一個小時無益于增加系統產銷率。生產時間包括調整準備時間和加工時間。但在瓶頸資源與非瓶頸資源上的調整準備時間的意義是不同的。而如果在瓶頸資源上節省一個小時的調整準備時間，則將能增加一個小時的加工時間，相應地，整個系統增加了一個小時的產出。瓶頸必需保持100%的“利用”，如增加批量等以盡量增大其產出。對瓶頸還應采取特別的保護措施，不使其因管理不善而中斷或等工。非瓶頸資源上除了生產時間(加工時間和調整準備時間)之外，還有閑置時間。節約一個小時的生產時間，將增加一個小時的閑置時間，而并不能增加系統產銷率。當然，如果節約了一個小時的生產時間，可以減少加工批量，加大批次，以降低在制品庫存和生產提前期。但這些結果能在多大程度上有益于系統追求的根本目標，依然牢牢受制于瓶頸資源。

MRPII是按預先制定的提前期，用無限能力計劃法編制作業計劃。但當生產提前期與實際情況出入較大時，所得的作業計劃就脫離實際難以實施。在經歷了2004年汽車銷售寒流后，2005年一季度銷售形勢呈回暖趨勢，A公司的生產計劃在一季度也發生了很多變化調整。根據調研情況，主要分析其如何使用MRPII與TOC相結合的方式進行主生產計劃的制定。在實際應用過程中，對照2004年底確定的2005年生產預算，銷售大幅提升后帶來生產需求要提升50%以上，如何提高生產量及產銷率。A公司主要遵循了以下步驟：(1)找出生產系統中存在哪些約束；(2)尋找突破(Exploit)這些約束的辦法；若某種原材料是約束，就要設法確保原材料的及時供應和充分利用；比如由于某新車型的推出，市場響應熱烈，市場需求節節攀升。隨之而來的就是與這款車生產相關的所有專用零件供應告急，A公司就緊急與國內外供應商聯系，確保物料資源供應不發生中斷。(3)使企業的所有其他活動服從于第二步中提出的各種措施；為了保證第二步的實施，營銷#65380;采購#65380;生產#65380;財務等企業經營各方面進行協調，確保實施落實到位。(4)具體實施第二步中提出的措施，使第一步中找出的約束環節不再是企業的約束。

通過調整工廠的工作作息時間解決了底漆線能力不足的問題，在具體計劃過程中，A公司再逐一分析其他車間的瓶頸工位，采取局部加班；增加操作人員；增加機器等等途徑逐個解決。通過以上措施，A公司一季度實現了產量比預算增加了40%，產銷率達到了126%。

參考文獻：

[1]柏杰.MRPⅡ與JIT相結合的生產管理模式及其應用[J].工業工程與管理，2003，(1).

[2]張宗茂，葉飛帆.MRP和JIT兩種生產管理系統的比較研究[J].工業工程與管理，1998，(3).

[3]Hanssmann F. and Hess S. W. A linear programming to productionand employment scheduling[J]. Management Technology，1960，(1).

責任編輯 仝瑞中