約束理論在復雜電子裝備生產計劃管理中的應用

張靜波，葉 菁，劉宗濤

一、引言

復雜電子裝備是集成了多種電子信息單元的綜合系統裝備，其產品線具有型號繁多、研產混線的特點，產品又具有形態差異大、零部件種類多、工藝路線復雜、加工精度高、組裝集成精密度高的特點。 對于生產管理而言，一般為“多品種、小批量”離散型生產模式，經常面臨著生產計劃不易管控、生產效率低、制造成本高、質量不易保證等突出難點。

約束理論(Theory of Constraints，TOC)是以色列物理學家戈德拉特博士(Dr Eliyahu M Goldratt)在優化生產技術(Optimized Production Technology，OPT) 的基礎上發展起來的。TOC 作為一種制造管理理念，最初被人們理解為對生產運營進行管理并解決瓶頸問題的方法，并最終覆蓋到企業管理的所有職能方面。 通常認為，企業運用約束理論管理是通過系統性識別和消除瓶頸資源約束，使得企業的改進方向和改進策略明確化，從而促進企業更有效地實現其持續改進的目的。

在“一帶一路” 倡議的推動下，目前多品種小批量的復雜電子裝備生產制造企業面臨著前所未有的挑戰和機遇，企業的管理理念轉變、管理模式升級、管理方法創新是大勢所趨，不斷引進和學習新的成功管理實踐已是各企業的共識。TOC 約束理論與精益生產理論、六西格瑪管理理論，并列世界三大生產管理理論，如何在生產計劃管理中應用約束理論，其做法仁者見仁。 本文探討了約束理論在多品種小批量復雜電子裝備生產計劃管理中的應用，闡述了具體的做法，對關鍵問題進行了論述，旨在為同樣生產模式的生產制造企業提供新的管理途徑。

二、約束理論在生產計劃管理的應用

生產計劃管理就是應用計劃管理模式控制制造的流程，調度相應的生產資源和保障資源，從原材料、設備、人力等輸入開始，經過生產轉換系統，直到產品輸出為止的一系列管理工作。 常規的管理業務主要包括生產策劃、生產作業計劃和生產調度。

在生產計劃管理中應用約束理論，首先要確定約束，約束可從企業內部和外部查找，一般有人員、設備、場地、儀器儀表、原材料、生產能力等。 其次要消除約束，即盡可能提高瓶頸的利用效率。 可根據造成瓶頸的原因來解決，如增加原材料在生產過程中的及時投入、增加相應的生產資源、優化改善工藝流程和生產能力等。 對于關鍵資源要留出必要的緩沖以提高資源的利用率，對于生產計劃管理，緩沖就是計劃裕度，所有消除約束的措施最終都反映在計劃節點上。

(一)約束理論在生產策劃中的應用

生產策劃是每個項目運行前必須開展的一項工作，生產策劃是對項目的生產過程進行一次系統性的策劃，以保障產品最終的質量和交付能夠滿足用戶要求。 在生產策劃中，需要對項目的實現過程所需的一系列資源進行逐一的識別，確定瓶頸資源約束。 一般可從質量、進度、成本、采購、能力、技術狀態、工藝、外包等管理業務入手初步確定約束，并將所有約束疊加到主生產計劃上，通過關鍵路徑識別瓶頸資源約束。

識別出瓶頸資源，就必須在項目上增加必要的緩沖，常規而言，項目的緩沖就是項目計劃的裕度，以保障最終的交付能滿足合同要求，計劃裕度可以根據瓶頸資源的影響性，按項目生產周期的8%～15%確定。

(二)約束理論在生產作業計劃管理中的應用

生產作業計劃管理是依據生產策劃的結果對生產作業的計劃、組織和控制工作，主要的管理動作包括生產作業計劃編制、下達、調整、監測等管理，這是在生產任務下達至制造環節前的重要步驟。 目前有相當多的制造型企業都采用了ERP 企業資源管理系統，基于MBOM 進行生產訂單編制，但面臨的問題是，ERP 排程一般基于無限資源分解需求，然后根據實際齊套情況不斷被動調整計劃，生產計劃的科學合理性不足，生產主管調整生產計劃會耗費大量時間。 因此必須將計劃管理模式由無資源限制的倒排計劃模式轉型升級為基于有限資源約束的正向計劃排程模式，由強調“需求”的單向管理模式提升為“需求”與“資源”約束平衡的雙向管理模式。 在生產計劃管理環節，可以將生產制造能力、采購能力等確定為約束，由制造部門和采購部門針對生產訂單計劃進行確認，從而識別出瓶頸資源約束。

一般月度生產作業計劃應提前兩個月下達至制造部門和采購部門，各部門可以有兩個月的緩沖時間進行內部資源調配，保證生產訂單的計劃執行。 如果不能保證生產訂單的計劃，就需要與生產策劃進行比對，一般不能突破生產策劃的計劃裕度，否則需要重新調整生產策劃。

(三)約束理論在生產調度中的應用

生產調度就是以生產訂單計劃為依據，統籌生產制造過程中的資源進行作業排程保障生產作業計劃的按期實現。在多品種小批量的離散型制造企業中，涉及的制造專業很多，導致生產資源分散，這需要生產調度能夠及時了解制造現場出現的資源沖突，并實現快速響應。 針對生產制造過程中的約束，需要企業制造單元和生產主管部門共同識別和確定常規或非常規的約束，由于多品種小批量企業制造現場生產問題往往具有“多發性、多變性、多關聯性”，導致很難在生產制造開工前就能準確完整的確定約束，而是必須建立現場問題快速處置的運行網絡，各部門均設立現場問題負責人，負責指派、監控、反饋需本部門處置的現場問題，確保責任到人并在確定的緩沖時間內完成，緩沖時間可以規定在1天內。

三、基于約束理論的信息系統開發

有了基于約束的生產計劃管控機制，就需要在項目生產管理中實施，針對多品種小批量的復雜電子裝備的生產計劃管理，需要利用信息化的手段提高管理效率。 目前大部分制造企業都具有信息化的基礎，企業資源管理系統ERP、制造運行管理系統 MOM、供應商管理系統SRM、產品數據管理系統PDM 等是很多企業生產管理必備的信息系統。 結合信息化手段，通過采集SRM 系統和MOM 系統中的數據，與ERP 系統中的數據雙向數據貫穿，建立相應的算法模型使 ERP 計劃基于 SRM/MES 反饋，保障生產計劃的排程與資源有效約束，精準定位生產計劃中存在的投產、技術狀態變更、物資齊套、生產外包中存在的問題和制約生產計劃的關鍵路徑，實現了項目生產策劃、生產計劃、生產調度和項目交付的一體化管理路徑，顯著提高了生產計劃管理的科學合理性。

四、約束理論應用生產計劃管理中需要關注的問題

(一)基于約束理論的生產計劃管理是持續改進的過程

約束理論提供了一種管理理念和方法論，在運用過程中需要不斷地迭代，這與質量管理中的PDCA 是一致的，不斷地確定約束，并采取措施去消除約束，以達成最終管理效益不斷提升的企業運行終極目標。

(二)應以系統工程的理念對生產計劃過程進行管理

約束理論將管理對象設定為一個系統，這就需要我們以系統思維對計劃管理過程進行分析，內外部環境的變化、企業戰略的調整，都會造成約束的產生和更新。 一方面要不斷識別出關鍵路徑上的瓶頸資源約束，另一方面解決了當前的關鍵瓶頸資源約束，原來的非關鍵資源約束有可能會成為新的關鍵資源約束。

(三)應充分利用信息化工具實施約束管理

多品種小批量的復雜電子裝備制造，本身就是一個復雜的系統，涉及的制造專業廣，生產過程較多，造成瓶頸資源涉及的生產數據煩冗，利用信息化系統去識別資源約束和管理資源，無疑能提高生產計劃管理的效率和準確性。

(四)應注重多種管理工具的融合

約束理論不是萬能的，和精益管理、六西格瑪等管理理念及工具一樣，具有一定的局限性，在生產計劃管理中約束理論的確能夠發揮一定的作用，但絕不可能解決企業生產管理中的所有難題，任何管理理念在運用過程中都不能生搬硬套，而需要我們審時度勢、因地制宜、活學活用，才能持續改進。

五、結束語

多品種小批量復雜電子裝備制造企業在生產計劃管理中應用約束理論，其管理效益的提升是潛移默化的，以某復雜電子裝備生產制造企業為例，實施了約束理論的生產計劃管理，不合理的月度生產計劃數量下降約60%，年度生產任務完成量提升了約9%，裝備的生產周期縮短約10%，項目生產管理增效約30%。

在國家制造戰略的大背景之下，每個電子裝備制造企業都肩負著國家和民族的使命和責任，需要更多的管理創新思路和做法，秉承“揚棄”精神，在管理上力求自主創新，不斷結合國情進行本地化、本土化的變革，在生產組織、生產排程、生產調度、資源平衡、生產決策等管理維度上適應智能制造的特點，不斷創新和完善生產計劃管理體系，追求企業管理效益的最大化。