約束理論的管理方法及其在生產物流中的應用

丁　雯　文　莉　張　煒

摘要:約束理論(TOC)認為,任何系統至少存在著一個約束,如果這個約束決定一個企業或組織達成目標的速率,則必須從克服該約束著手,才能以更快速的步伐在短時間內顯著地提高系統的產出。TOC給出了管理改善的起點和路徑,使得企業避免了不必要的彎路。因此,TOC對企業優化管理具有方法論上的意義。

關鍵詞:約束理論;瓶頸;思維流程

中圖分類號:F2731文獻標識碼:A

作者簡介:丁雯(1988-),女,河南鹿邑人,華南理工大學工商管理學院碩士研究生,研究方向:工業工程與管理工程;文莉(1986-),女,四川達州人,華南理工大學工商管理學院碩士研究生,研究方向:工業工程與供應鏈管理。

基金項目:國家自然科學基金資助項目,項目編號:70272047;廣東省軟科學項目,項目編號:2006B70101014,2007B07090031。

約束理論(TOC)是由以色列物理學家埃利?格特拉特(Eli Goldratt)博士于20世紀80年代中期在他的最優生產技術(OPT)基礎上創立和發展起來的。TOC在OPT的基礎上已發展為:(1)使瓶頸產能最大化,從而使系統有效產出最大化的生產管理技術;(2)系統地解決問題的一套思維流程;(3)辨識系統核心問題并持續提升系統限制的管理哲學。TOC認為任何系統至少存在著一個約束,如果這個約束決定一個企業或組織達成目標的速率,則必須從克服該約束著手,才能以更快速的步伐在短時間內顯著地提高系統的產出。TOC給出了管理改善的起點和路徑,使得企業避免了不必要的彎路。因此,TOC對企業優化管理具有方法論上的意義。

一、約束理論(TOC)

(一)約束理論的基本原則

(1)平衡物流,而不是平衡能力。所謂物流平衡就是使各個工序都與瓶頸機床同步,以求生產周期最短、在制品最少。(2)非瓶頸資源的利用程度不是由它們自己的潛力決定的,而是由系統的約束決定的。約束資源制約著系統的產出能力,而非約束資源的充分利用不僅不能提高有效產出,而且會使庫存和運行費增加。(3)資源的“利用”和“活力”不是同義詞?！袄谩笔侵纲Y源應該利用的程度,“活力”是指資源能夠利用的程度。(4)瓶頸上一小時的損失,則是整個系統一個小時的損失。(5)非瓶頸獲得的一個小時是毫無意義的。非瓶頸資源利用率的提高,可能會造成系統物流的不平衡或庫存的增加,并不能提高系統的整體效率。(6)瓶頸控制了庫存和產銷率。(7)轉運批量可以不等于加工批量。加工批量應是可變的,而不是固定的。(8)安排作業計劃應同時兼顧所有的約束,提前期是作業計劃的結果,而不是預定值。(9)只有同時考慮到系統的所有約束條件后,才能決定生產優先權。提前期是一個生產計劃的結果。以上9條原則是實施OPT的基石。

(二)約束理論的現場控制工具

TOC認為一個企業的計劃與控制的目標就是尋求顧客需求與企業能力的最佳配合,一旦一個被控制的工序(即瓶頸)建立了一個動態的平衡,其余的工序應相繼地與這一被控制的工序同步。TOC的計劃與控制是通過DBR系統實現的,即“鼓”(drum)、“緩沖器”(buffer)和“繩子”(rope)系統。瓶頸控制著企業生產的節奏——“鼓點”。要對瓶頸工序進行保護,使其能力得到充分利用。為此一般要設置一定的“緩沖”。“繩子”起的是傳遞作用,以驅動系統的所有部分按鼓的節奏生產。在DBR的實施中,“繩子”是由一個涉及原材料投料到車間的詳細的作業計劃來實現的。

DBR體現了持續改進五步法的前3步,通過對瓶頸環節的有效控制,其它環節相繼與瓶頸環節同步,需要顧客需求與企業能力的最佳配合,達到物流平衡、準時交貨和有效產出最大化的目標?！肮摹睕Q定系統的生產節奏,控制系統的有效產出,通過對瓶頸編制詳細的生產作業計劃,保證瓶頸的充分利用;緩沖將鼓與物料的投放、顧客需求的交貨關聯起來,吸收瓶頸處與非瓶頸處生產的波動,以使瓶頸免受生產波動的影響,保護瓶頸調度,同時控制合理的庫存水平,防止瓶頸前庫存短缺或超產,保持物流平衡;繩子協調控制信息,保證其他環節的生產節奏與瓶頸資源同步,控制物料投放節奏和非瓶頸的按需準時適量生產。

DBR計劃與控制的步驟為:(1)把資源及資源利用等信息通過工藝規程全部關聯起來構建生產網絡;(2)在生產網絡的基礎上,辨識系統瓶頸;(3)以瓶頸為基準,把生產網絡分裂為瓶頸資源網絡和非瓶頸資源網絡;(4)對瓶頸資源按照工藝順序約束、瓶頸產能約束、交貨期約束等,結合一定的優先調度規則對任務進行排序;(5)在關鍵點設置緩沖保護,確保系統的有效產出不受任何影響;(6)設置繩子,確定物料投放計劃,控制非瓶頸與瓶頸生產同步;(7)根據瓶頸所設定的生產節奏安排其他環節的生產。對瓶頸資源之前的任務采用無限能力倒拉法進行計劃編制,瓶頸資源之后的任務采用有限能力順推法進行計劃編制。

(三)企業目標和作業指標

一個企業的最終目標是在現在,也在將來賺取更多的利潤。 TOC認為實現目標有三條途徑:增加產銷率(亦即有效產出)、減少庫存、降低費用。

1.財務指標體系。判斷一個企業是否獲得了更多的利潤,通常將企業目標分解成下列3個衡量指標:(1)凈利潤(Net Profit ,NP) 即一個企業賺多少錢的絕對量。一般來說,凈利潤越高的企業,其效益越好。(2)投資收益率(Return on Investment,ROI) ,表示一定時期的收益與投資的比。當兩個企業投資不同時,單靠凈利潤是無法比較他們效益的好壞的。 (3)現金流量(Cash Flow,CF),表示短期內收入和支出的錢。沒有一定的現金流量,企業也就無法生存下去。

對于企業日常決策和作業管理而言,由于財務指標的滯延性、局限性和指導生產的不適性,企業有必要建立起更具有操作性和便于統計的,并與財務指標直接相關的作業指標體系。

2.作業指標體系。戈德瓦特將企業運行的全過程概況分為3類基本活動,即制成品的銷售、原輔物料的采購、從物料變為制成品的轉換?；谶@3類活動,TOC的作業指標體系主要由3個重要概念組成。(1)產銷率(Throughput,T)。按OPT的規定,它不是一般的通過率或生產率,而是單位時間內生產出來并銷售出去的量,即通過銷售活動獲取金錢的速率,生產出來但未銷售出去的產品只能是庫存。(2)庫存(Inventory,I) 是指一切暫時不用的資源,它不僅包括為滿足未來需要而準備的原材料,加工過程的在制品和一時不用的零部件,未銷售的成品,而且還包括扣除折舊的固定資產,庫存占用了資金,產生機會成本及一系列維持庫存所需的費用。(3)運行費(Operating Expenses,OE) 是生產系統將庫存轉化為產銷量的過程中的一切花費,其中包括所有的直接費用和間接費用。

3.作業指標體系與財務指標體系之間的關系。三個作業指標與NP、ROI、CF之間有以下關系:NP=T-OE,ROI=(T-OE)/I,如圖1所示。

(四)TOC持續改進五步法

1.識別系統約束。如果系統有多個約束則要對這些約束進行排序,企業的約束一般包括原料、能力、市場、政策等。

2.確定如何最大限度地利用約束的方法。挖掘約束未被充分利用的潛能,使系統盡可能高效運行。例如,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;若市場需求是約束就要給出進一步擴大市場需求的具體辦法;若某種內部市場資源是約束,就意味著要采取一系列措施來保證這個環節始終高效率生產。

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,這樣才可以實現系統其他部分與約束部分同步,從而充分利用約束部分的生產能力。正是這一點,使得TOC不單單是一種制造理念,而是一種管理理念或經營理念,可以應用于營銷、采購、生產、財務等企業經營各方面的協調。

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。例如,工廠的一臺機器是約束,就要縮短設備調整和操作時間,改進流程,加班,增加操作人員,增加機器等。

5.重返(Repeat)第一步,別讓惰性成了瓶頸,即持續改善。

(五)約束理論的思維過程與解決方法

以約束理論為基礎進而發展出來的思維流程(Thinking Processes,TP),可用來思考及回答三個問題:(1)改進什么?(2)改成什么樣子?(3)怎樣使改進得以實現。

1. TP技術工具。(1)利用“當前現實樹”(Current Reality Tree,CRT)找出核心問題。(2)以“消霧法”(Evaporating Cloud)指出為何核心問題一直不能解決。(3)用它構建新的構想,由它產生“未來現實樹”(Future Reality Tree,FRT)來描述這個構想可以達到的預期成效。(4)再以“必備樹”(Prerequisite Tree)指出要實現新構想的過程中可能遭遇的障礙及中間目標。(5)最后以“轉變樹”(Transition Tree)由提案者具體擬定所要采取的必要行動。

2.思維過程的六個步驟。(1)列出不良結果(Undesirable Effects,UDE),建立當前現實樹。(2)應用消霧法,找出制約不良結果的核心問題的原因,以及解決問題的突破點-“注入”。(3)建立未來實現樹,檢驗“注入”是否為令人滿意的解決方案。(4)剪去負效應枝條,保證“注入”的實施。(5)建立必備樹。找出“注入”的實施路徑。(6)建立轉換樹,找出配合最初“注入”的其他“注入”,并集中所有有效活動,保證實施成功。

3.思維過程步驟與TOC約束處理步驟的關系。TP六個步驟既是約束處理的過程,也是對約束處理核心步驟的補充和細化,其目的都是為了解決前面提出的3個問題,如表1所示。お

通過比較發現,TP六個步驟是一個約束處理過程,而約束的核心步驟是不斷的循環過程。

企業界的實踐表明了TOC生產管理技術的實用和有效。文獻[9]對分布在83種不同期刊雜志中的310篇TOC相關文章和32本著作進行了總結和研究,篩選了100多個案例進行統計分析。其中提供了量化數據的77個案例,不僅包括波音、通用汽車等大型跨國工業巨頭企業,還包括美國空軍等軍事機構,另外還包括一些小的民營企業等,涉及的范圍之廣,足以覆蓋TOC所有的應用領域。

通過統計結果可知,TOC應用主要集中在制造業,尤其是航空、服裝、汽車、電子、家具、半導體、鋼鐵和一些重工業領域,應用部門主要集中在制造生產部門,部分集中在行政部門。在統計分析中,采用實例分析法進行數據收集整理,得出的統計結果是:TOC平均增加有效產出68%,減少庫存50%,減少提前期69%,減少制造周期66%,提高客戶滿意度60%,提高利潤80%。

二、約束理論的思維流程在企業中的應用實例分析

基于TOC管理方法的核心就是系統的優化圍繞系統的最薄弱環節-瓶頸或約束進行,它的分析工具和分析方法是建立在邏輯思維過程上的。因此,TOC的管理哲學和管理技術較之其他的管理理論更具有普適性。

下面是一家生產冰箱的公司應用TOC管理方法改善生產經營的實例。該企業是一家正在走向國際化的生產制造業,由于國際市場需求的多樣性,以及地域、風俗習慣的差異性,對企業的生產提出了很大的挑戰。通過對企業生產內部物流狀況的調研,列出以下企業生產物流的主要不良效果(UDE):(1)冰箱生產過程中需要的原材料的種類過多。(2)供應商的生產積極性不高,采購難度加大。(3)物資采購計劃期長,信息準確性差,采購風險大。(4)庫存增多。(5)顧客響應速度慢。(6)產品生產成本較高。(7)產品質量不夠穩定。(8)生產的現場管理不夠穩定。根據上面的UDE建立當前現實樹。

企業內部物流的核心問題是“產品的CODP點靠前”,造成這一問題的主要原因是產品的產品多樣化需要與技術產生的沖突。應用消霧法對此進行了分析,一方面企業希望能夠滿足顧客多樣化的產品需求;另一方面,企業現有的設計生產能力不能很好地滿足這些產品生產的要求,企業生產的柔性不夠。這種情況的產生的原因如下:(1)在產品開發的設計流程中,標準化的審核僅為技術法規的審核、標準實施的監督、圖紙標注及表示方法的審核,而對于推行標準化、通用化顯得力不從心。(2)產品數據管理手段落后,產品數據庫管理查詢困難,產品設計人員不知道已有什么零件,即使已經有完全相同的零件,他們還會常常把“新的”零件“添加”到數據庫中,即使猜想可能會有所需要的零件。也可能會提出一個新的外購件,甚至設計一個新零件,而不愿花費稍多的時間去查找現有的零件。工程師們經常發現從使用不方便的數據庫里查找一個零件,比設計或購買一個新的零件更困難。存在不少同一個零件有多個不同的零件編號定義的版本,而在可以用一個“相近”零件代替新零件的時候,這種情況就更多了。(3)因為產品型號的不同會導致生產流程的差異化,而目前冰箱的客戶需求點(CODP)處于制造供應鏈上游,即從零部件開始便存在差異化,采用的是推動式的生產方式。因此,整個生產流程是一個差異化的過程,生產不同型號需要不斷更換模具。多批次、小批量的訂單生產模式更是導致生產環節產品轉換的頻次增加,增大了模具調整的頻次和調試費用,降低了設備效率和生產效率。(4)公司與供應商地位的不平等,由于公司不能及時支付貨款,或采用以冰箱抵貨款等方式支付,造成供應商由于貨款和定貨量均得不到保證,生產積極性不高。目前,已有許多外協廠聯合抵制供貨,造成冰箱生產廠的采購難度越來越大,供應商對廠家忠誠度已經越來越低,許多多年的供應商轉為其他廠家供貨。冰箱廠在材料價格談判過程中處在一個很被動的地位,往往價格很難壓下,使產品的成本下降遇到巨大困難。

針對以上三個問題,公司采取了以下解決方案,即找到了解決問題的“注入”:(1)在產品的設計方面增強實力,對產品零部件的標準進行規范。(2)引進專門的軟件對產品數據進行管理,并對產品數據進行了規范。(3)推行基于模塊化的延遲生產方式,一方面運用模塊化的思想降低產品零部件的種類,同時把顧客的訂單分離點往生產的下游推進。(4)與供應商建立起合作伙伴關系,充分尊重供應商。

但是在實施了以上“注入”之后,也隨之出現了一些問題,(1)由于對產品的零部件進行標準規定是一項很繁雜的工作,所以需要投入一些研發設計人員;(2)對產品進行數據管理需要投入資金購買相關軟件,同時要配備專業的數據管理人員;(3)基于模塊化的延遲生產方式是對企業生產過程的一次很大的變革,需要很專業的技術人員,以及采購、研發、生產等部門的緊密合作。建立與供應商的緊密合作伙伴關系是一個長期的過程,不是一蹴而就的事情。因此,需要公司制定嚴密的供應商選擇規程,同時還要解決拖延付款的問題,這些對企業和供應商都是非常重要的。

為此,企業采取了以下具體的實施方案:(1)引進高級產品設計人才;(2)對現有的采購、生產、研發人員進行模塊化與延遲生產方式的培訓;(3)引入了高級的數據產品管理軟件;(4)采取每周會議以及座談的形式,加強各個部門之間的溝通協調;(5)實行全員參與的形式,廣泛聽取員工的意見和需要,方案制定的相關人員要通過多種渠道與各個部門的員工進行溝通。(6)對現有的生產過程柔性進行投資改進。

三、結論

TOC理論最終就是要尋求顧客需求與企業能力的最佳配合,對約束環節進行有效的控制,其余的環節相繼地與這一環節同步。一種管理思想總是需要相應的管理技術的支持。思維流程(TP)是TOC主要的工作方法之一,通過實例的應用分析可以發現TP對于發現解決約束問題是一種很有效的工作方法?，F在的TP已經突破了TOC在創立初期只能應用于生產制造環境的限制,開始被廣泛應用于識別各種行業,各種組織甚至個人在實現目標過程中存在的瓶頸。

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(責任編輯:石樹文)