基于TOC理論的多品種小批量制造企業的生產計劃模式研究

吳茄

【摘 要】隨著客戶個性化需求的增強，多品種小批量生產方式逐漸成為制造業的發展趨勢。目前主流的生產計劃模式往往無法滿足生產需求，反而使企業呈現出“高成本”、“高交期”、“高庫存”的亞健康狀態。如何優化企業的生產管理方式，降低生產成本、縮短生產周期，成為多品種小批量制造企業亟待解決的問題，基于TCO理論的生產計劃模式為此提出了新的解決思路。

【關鍵詞】TOC；多品種小批量；生產計劃模式

隨著社會和經濟的發展，制造業不斷轉型，面向用戶個性化需求、快速交付定制化產品、精益生產成為企業穩固和拓展市場的核心競爭力。然而面向訂單、多品種、小批量的生產方式具有產品設計和制造周期長、結構和工藝差異大、生產管理難度高、在制品數量多等特點，如何利用有限的資源，完成各種小批量、定制化產品的生產，需要找到適合的生產管理方法，提高生產管理的效率。

一、多品種小批量制造企業的主要生產計劃模式及優缺點

目前制造企業采用的生產計劃模式主要有兩種：

1）基于MRPⅡ理論的生產計劃模式。MRPII（Manufacturing Resource Planning）即制造資源計劃，以物料需求計劃（MRP）為核心，把市場信息、財務信息、工程數據同生產和庫存信息有效集成，將企業全部制造資源進行全面規劃和優化整合。它是一種“推動式（Push）” 生產系統，就是前道工序按照計劃直接向下游傳遞物料，最大限度的安排各工序的生產。

基于MRPⅡ理論的生產計劃模式在實際應用過程中，存在以下問題：（1）對提前期、批量等基本參數預先進行靜態設定，一旦發生突發情況就會造成生產實際與計劃不符，導致原材料庫存和在制品增加，將會延長產品制造周期和交貨期；（2）產能約束考慮不足，往往造成生產計劃無法完成、物料需求不切實際的情況；（3）生產計劃的抗波動能力差，制定計劃時不考慮控制，生產過程無反饋協調，當生產能力與負荷不平衡時才進行事后反饋，造成嚴重的計劃滯后。

2）基于JIT理論的生產計劃模式。JIT（Just-in-time）即準時生產，以客戶為導向，通過實施看板管理，各工序由后向前倒序傳遞生產中的取貨指令和生產指令，各級生產單元依據指令進行物料補充和生產，從而使各生產環節協調一致。它是一種由市場需求牽引的“拉動式（Pull）”生產系統，就是由市場需求決定產品組裝，再由產品組裝拉動零件加工。

基于JIT理論的生產計劃模式在應用過程中也存在如下問題：（1）制定計劃時按無限產能排產，整體計劃性弱，當生產中出現不確定因素，就會導致生產系統波動甚至停工；（2）計劃制定僅僅依據交貨數量和交貨期，當工序產出小于交貨數量時，可能導致不同產品間哄搶資源，破壞生產秩序；（3）在生產管理中致力于消除任何形式的浪費，追求零庫存，對人員、設備和物流系統要求較高。

二、基于TOC理論的生產計劃模式的提出

綜上，兩種生產計劃模式都以系統無限產能為基礎，導致實際與計劃相脫離，生產計劃的可執行性差。基于MRPⅡ理論的生產計劃模式植根于批量生產方式，更適用于提前期相對穩定、能力需求波動不大的企業；而基于JIT理論的生產計劃模式植根于重復性生產方式，比較適用于少品種、大批量生產企業。對于面向訂單、多品種、小批量的制造企業，兩種方式都難以滿足要求，而基于約束理論（TOC）下的生產計劃模式為之提供了很好的解決思路。

約束理論（TOC，Theory of Constraints）是以色列物理學家高德拉特提出的，認為對于任何一個有多個相關環節構成的系統來講，實際生產能力小于或等于生產負荷的環節，就是系統的瓶頸，這個產出率最低的瓶頸決定著整個系統的產出。

依據TOC理論，企業的資源和產能都是有限的，企業的產出是由它的瓶頸決定。對于一個任務不斷變化的多品種小批量訂貨生產型企業，生產能力不平衡是肯定的，必然存在生產能力上的薄弱環節即瓶頸環節，只有讓瓶頸環節的能力得到最有效的利用，才能使企業的產出最大；因此生產計劃與控制的重點應該放在企業的瓶頸環節上，保證瓶頸環節的能力得到充分合理的利用。

三、基于TOC理論的生產計劃模式的應用

基于TOC理論，企業在進行生產計劃與控制的過程中，應把資源管理和現場改善的重點放在系統的瓶頸工序上。在保持均衡的物料流動條件下，確保瓶頸工序不會發生停工待料。同時通過采取措施提高瓶頸工序的資源利用率和產能水平，從而獲得最優的系統產出。

1.識別瓶頸工序和瓶頸資源，編制瓶頸資源計劃

既然系統的瓶頸決定了系統的產出，那么系統的生產計劃就應圍繞瓶頸來展開，需要編制瓶頸資源計劃，其核心問題是確定計劃期內什么是瓶頸。根據訂單將產品進行分解，把計劃期內每道工序的生產任務和生產能力對比，能力最薄弱的環節就是瓶頸環節，所涉及的資源就是瓶頸資源，依據瓶頸資源的利用率決定計劃期內生產系統的產量，瓶頸資源的生產速度決定了生產系統的節奏，生產批量和生產排序都依據瓶頸環節的產能來確定。

2.按照TOC五大步驟，逐步改善和消除瓶頸

想要提高計劃期內整個生產系統的效率，就必須針對瓶頸，逐一制定改進措施，以期能夠改善甚至消除瓶頸，提升系統的整體運作能力。TOC理論的五大核心步驟：①找出系統約束；②尋找突破約束的方法；③使企業的其他活動均服從第二步；④具體實施第二步中的措施，使第一步找出的約束不再是約束；⑤回到第一步，別讓惰性成為約束，持續改善。措施的制定和改進都要圍繞瓶頸環節來開展，資源的調整和優化也要服從于瓶頸資源的利用。

3.采用DBR思想，實現多瓶頸排產

TOC理論中生產計劃與控制方法DBR（Drum-Buffer-Rope）即“鼓-緩沖-繩”的系統。瓶頸工序的排產計劃是系統的“鼓點”，控制著產品生產的節奏，非瓶頸的生產服從于瓶頸工序.以保證瓶頸資源的最大產出率。“緩沖”分為“時間緩沖”和“庫存緩沖”。前者是提前一段時間準備好瓶頸所需的物料，后者是在瓶頸前增加在制品庫存，兩者都是為了防止隨機波動.為了保障瓶頸工序生產的連續性。“繩子”發揮傳遞作用，使所有工序的生產按照“瓶頸”的“鼓點”節奏進行。

但是現有DBR方法大多考慮單個瓶頸下的計劃與控制，但實際往往存在著多個瓶頸，且這些瓶頸之間存在著一定的工藝順序關聯，這種情況下的DBR系統實現就更為復雜。針對多瓶頸資源下的排產就要考慮針對所有瓶頸資源進行短周期的粗排產，在此基礎上分析瓶頸資源之間是否存在順序關聯，并計算其工序間的松弛分配，根據松弛分配進行調整并得到最終的排產結果。

四、結論

面臨激烈的市場競爭，多品種小批量制造企業在經營過程中建立一套適合其生產方式的生產計劃管理模式是企業制勝的關鍵，基于TOC理論的生產管理模式，摒棄了企業資源和產能無限的假想，從生產實際出發，結合推、拉式生產計劃模式的思想，將成為更加適合多品種小批量制造企業的管理方法。

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