約束理論的管理方法及其在生產(chǎn)物流中的應(yīng)用

丁　雯　文　莉　張　煒

摘要:約束理論(TOC)認(rèn)為,任何系統(tǒng)至少存在著一個約束,如果這個約束決定一個企業(yè)或組織達(dá)成目標(biāo)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(nèi)顯著地提高系統(tǒng)的產(chǎn)出。TOC給出了管理改善的起點(diǎn)和路徑,使得企業(yè)避免了不必要的彎路。因此,TOC對企業(yè)優(yōu)化管理具有方法論上的意義。

關(guān)鍵詞:約束理論;瓶頸;思維流程

中圖分類號:F2731文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

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

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目,項(xiàng)目編號:70272047;廣東省軟科學(xué)項(xiàng)目,項(xiàng)目編號:2006B70101014,2007B07090031。

約束理論(TOC)是由以色列物理學(xué)家埃利?格特拉特(Eli Goldratt)博士于20世紀(jì)80年代中期在他的最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)(OPT)基礎(chǔ)上創(chuàng)立和發(fā)展起來的。TOC在OPT的基礎(chǔ)上已發(fā)展為:(1)使瓶頸產(chǎn)能最大化,從而使系統(tǒng)有效產(chǎn)出最大化的生產(chǎn)管理技術(shù);(2)系統(tǒng)地解決問題的一套思維流程;(3)辨識系統(tǒng)核心問題并持續(xù)提升系統(tǒng)限制的管理哲學(xué)。TOC認(rèn)為任何系統(tǒng)至少存在著一個約束,如果這個約束決定一個企業(yè)或組織達(dá)成目標(biāo)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(nèi)顯著地提高系統(tǒng)的產(chǎn)出。TOC給出了管理改善的起點(diǎn)和路徑,使得企業(yè)避免了不必要的彎路。因此,TOC對企業(yè)優(yōu)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(jī)床同步,以求生產(chǎn)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(tǒng)的約束決定的。約束資源制約著系統(tǒng)的產(chǎn)出能力,而非約束資源的充分利用不僅不能提高有效產(chǎn)出,而且會使庫存和運(yùn)行費(fèi)增加。(3)資源的“利用”和“活力”不是同義詞?！袄谩笔侵纲Y源應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)物流的不平衡或庫存的增加,并不能提高系統(tǒng)的整體效率。(6)瓶頸控制了庫存和產(chǎn)銷率。(7)轉(zhuǎn)運(yùn)批量可以不等于加工批量。加工批量應(yīng)是可變的,而不是固定的。(8)安排作業(yè)計(jì)劃應(yīng)同時兼顧所有的約束,提前期是作業(yè)計(jì)劃的結(jié)果,而不是預(yù)定值。(9)只有同時考慮到系統(tǒng)的所有約束條件后,才能決定生產(chǎn)優(yōu)先權(quán)。提前期是一個生產(chǎn)計(jì)劃的結(jié)果。以上9條原則是實(shí)施OPT的基石。

(二)約束理論的現(xiàn)場控制工具

TOC認(rèn)為一個企業(yè)的計(jì)劃與控制的目標(biāo)就是尋求顧客需求與企業(yè)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(tài)的平衡,其余的工序應(yīng)相繼地與這一被控制的工序同步。TOC的計(jì)劃與控制是通過DBR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的,即“鼓”(drum)、“緩沖器”(buffer)和“繩子”(rope)系統(tǒng)。瓶頸控制著企業(yè)生產(chǎn)的節(jié)奏——“鼓點(diǎn)”。要對瓶頸工序進(jìn)行保護(hù),使其能力得到充分利用。為此一般要設(shè)置一定的“緩沖”?！袄K子”起的是傳遞作用,以驅(qū)動系統(tǒng)的所有部分按鼓的節(jié)奏生產(chǎn)。在DBR的實(shí)施中,“繩子”是由一個涉及原材料投料到車間的詳細(xì)的作業(yè)計(jì)劃來實(shí)現(xiàn)的。

DBR體現(xiàn)了持續(xù)改進(jìn)五步法的前3步,通過對瓶頸環(huán)節(jié)的有效控制,其它環(huán)節(jié)相繼與瓶頸環(huán)節(jié)同步,需要顧客需求與企業(yè)能力的最佳配合,達(dá)到物流平衡、準(zhǔn)時交貨和有效產(chǎn)出最大化的目標(biāo)?！肮摹睕Q定系統(tǒng)的生產(chǎn)節(jié)奏,控制系統(tǒng)的有效產(chǎn)出,通過對瓶頸編制詳細(xì)的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)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(guān)聯(lián)起來,吸收瓶頸處與非瓶頸處生產(chǎn)的波動,以使瓶頸免受生產(chǎn)波動的影響,保護(hù)瓶頸調(diào)度,同時控制合理的庫存水平,防止瓶頸前庫存短缺或超產(chǎn),保持物流平衡;繩子協(xié)調(diào)控制信息,保證其他環(huán)節(jié)的生產(chǎn)節(jié)奏與瓶頸資源同步,控制物料投放節(jié)奏和非瓶頸的按需準(zhǔn)時適量生產(chǎn)。

DBR計(jì)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(guī)程全部關(guān)聯(lián)起來構(gòu)建生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò);(2)在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,辨識系統(tǒng)瓶頸;(3)以瓶頸為基準(zhǔn),把生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)分裂為瓶頸資源網(wǎng)絡(luò)和非瓶頸資源網(wǎng)絡(luò);(4)對瓶頸資源按照工藝順序約束、瓶頸產(chǎn)能約束、交貨期約束等,結(jié)合一定的優(yōu)先調(diào)度規(guī)則對任務(wù)進(jìn)行排序;(5)在關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置緩沖保護(hù),確保系統(tǒng)的有效產(chǎn)出不受任何影響;(6)設(shè)置繩子,確定物料投放計(jì)劃,控制非瓶頸與瓶頸生產(chǎn)同步;(7)根據(jù)瓶頸所設(shè)定的生產(chǎn)節(jié)奏安排其他環(huán)節(jié)的生產(chǎn)。對瓶頸資源之前的任務(wù)采用無限能力倒拉法進(jìn)行計(jì)劃編制,瓶頸資源之后的任務(wù)采用有限能力順推法進(jìn)行計(jì)劃編制。

(三)企業(yè)目標(biāo)和作業(yè)指標(biāo)

一個企業(yè)的最終目標(biāo)是在現(xiàn)在,也在將來賺取更多的利潤。 TOC認(rèn)為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)有三條途徑:增加產(chǎn)銷率(亦即有效產(chǎn)出)、減少庫存、降低費(fèi)用。

1.財(cái)務(wù)指標(biāo)體系。判斷一個企業(yè)是否獲得了更多的利潤,通常將企業(yè)目標(biāo)分解成下列3個衡量指標(biāo):(1)凈利潤(Net Profit ,NP) 即一個企業(yè)賺多少錢的絕對量。一般來說,凈利潤越高的企業(yè),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(dāng)兩個企業(yè)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(xiàn)金流量(Cash Flow,CF),表示短期內(nèi)收入和支出的錢。沒有一定的現(xiàn)金流量,企業(yè)也就無法生存下去。

對于企業(yè)日常決策和作業(yè)管理而言,由于財(cái)務(wù)指標(biāo)的滯延性、局限性和指導(dǎo)生產(chǎn)的不適性,企業(yè)有必要建立起更具有操作性和便于統(tǒng)計(jì)的,并與財(cái)務(wù)指標(biāo)直接相關(guān)的作業(yè)指標(biāo)體系。

2.作業(yè)指標(biāo)體系。戈德瓦特將企業(yè)運(yùn)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?yōu)橹瞥善返霓D(zhuǎn)換。基于這3類活動,TOC的作業(yè)指標(biāo)體系主要由3個重要概念組成。(1)產(chǎn)銷率(Throughput,T)。按OPT的規(guī)定,它不是一般的通過率或生產(chǎn)率,而是單位時間內(nèi)生產(chǎn)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(chǎn)出來但未銷售出去的產(chǎn)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(zhǔn)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(chǎn),庫存占用了資金,產(chǎn)生機(jī)會成本及一系列維持庫存所需的費(fèi)用。(3)運(yùn)行費(fèi)(Operating Expenses,OE) 是生產(chǎn)系統(tǒng)將庫存轉(zhuǎn)化為產(chǎn)銷量的過程中的一切花費(fèi),其中包括所有的直接費(fèi)用和間接費(fèi)用。

3.作業(yè)指標(biāo)體系與財(cái)務(wù)指標(biāo)體系之間的關(guān)系。三個作業(yè)指標(biāo)與NP、ROI、CF之間有以下關(guān)系:NP=T-OE,ROI=(T-OE)/I,如圖1所示。

(四)TOC持續(xù)改進(jìn)五步法

1.識別系統(tǒng)約束。如果系統(tǒng)有多個約束則要對這些約束進(jìn)行排序,企業(yè)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(tǒng)盡可能高效運(yùn)行。例如,若某種原材料是約束就要設(shè)法確保原材料的及時供應(yīng)和充分利用;若市場需求是約束就要給出進(jìn)一步擴(kuò)大市場需求的具體辦法;若某種內(nèi)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(huán)節(jié)始終高效率生產(chǎn)。

3.使企業(yè)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其他部分與約束部分同步,從而充分利用約束部分的生產(chǎn)能力。正是這一點(diǎn),使得TOC不單單是一種制造理念,而是一種管理理念或經(jīng)營理念,可以應(yīng)用于營銷、采購、生產(chǎn)、財(cái)務(wù)等企業(yè)經(jīng)營各方面的協(xié)調(diào)。

4.具體實(shí)施第二步中提出的措施,使第一步中找出的約束環(huán)節(jié)不再是企業(yè)的約束。例如,工廠的一臺機(jī)器是約束,就要縮短設(shè)備調(diào)整和操作時間,改進(jìn)流程,加班,增加操作人員,增加機(jī)器等。

5.重返(Repeat)第一步,別讓惰性成了瓶頸,即持續(xù)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(chǔ)進(jìn)而發(fā)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(jìn)什么?(2)改成什么樣子?(3)怎樣使改進(jìn)得以實(shí)現(xiàn)。

1. TP技術(shù)工具。(1)利用“當(dāng)前現(xiàn)實(shí)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(gòu)建新的構(gòu)想,由它產(chǎn)生“未來現(xiàn)實(shí)樹”(Future Reality Tree,FRT)來描述這個構(gòu)想可以達(dá)到的預(yù)期成效。(4)再以“必備樹”(Prerequisite Tree)指出要實(shí)現(xiàn)新構(gòu)想的過程中可能遭遇的障礙及中間目標(biāo)。(5)最后以“轉(zhuǎn)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(jié)果(Undesirable Effects,UDE),建立當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹。(2)應(yīng)用消霧法,找出制約不良結(jié)果的核心問題的原因,以及解決問題的突破點(diǎn)-“注入”。(3)建立未來實(shí)現(xiàn)樹,檢驗(yàn)“注入”是否為令人滿意的解決方案。(4)剪去負(fù)效應(yīng)枝條,保證“注入”的實(shí)施。(5)建立必備樹。找出“注入”的實(shí)施路徑。(6)建立轉(zhuǎn)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(shí)施成功。

3.思維過程步驟與TOC約束處理步驟的關(guān)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(bǔ)充和細(xì)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(fā)現(xiàn),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(huán)過程。

企業(yè)界的實(shí)踐表明了TOC生產(chǎn)管理技術(shù)的實(shí)用和有效。文獻(xiàn)[9]對分布在83種不同期刊雜志中的310篇TOC相關(guān)文章和32本著作進(jìn)行了總結(jié)和研究,篩選了100多個案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中提供了量化數(shù)據(jù)的77個案例,不僅包括波音、通用汽車等大型跨國工業(yè)巨頭企業(yè),還包括美國空軍等軍事機(jī)構(gòu),另外還包括一些小的民營企業(yè)等,涉及的范圍之廣,足以覆蓋TOC所有的應(yīng)用領(lǐng)域。

通過統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,TOC應(yīng)用主要集中在制造業(yè),尤其是航空、服裝、汽車、電子、家具、半導(dǎo)體、鋼鐵和一些重工業(yè)領(lǐng)域,應(yīng)用部門主要集中在制造生產(chǎn)部門,部分集中在行政部門。在統(tǒng)計(jì)分析中,采用實(shí)例分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)收集整理,得出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是:TOC平均增加有效產(chǎn)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(yè)中的應(yīng)用實(shí)例分析

基于TOC管理方法的核心就是系統(tǒng)的優(yōu)化圍繞系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)-瓶頸或約束進(jìn)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(xué)和管理技術(shù)較之其他的管理理論更具有普適性。

下面是一家生產(chǎn)冰箱的公司應(yīng)用TOC管理方法改善生產(chǎn)經(jīng)營的實(shí)例。該企業(yè)是一家正在走向國際化的生產(chǎn)制造業(yè),由于國際市場需求的多樣性,以及地域、風(fēng)俗習(xí)慣的差異性,對企業(yè)的生產(chǎn)提出了很大的挑戰(zhàn)。通過對企業(yè)生產(chǎn)內(nèi)部物流狀況的調(diào)研,列出以下企業(yè)生產(chǎn)物流的主要不良效果(UDE):(1)冰箱生產(chǎn)過程中需要的原材料的種類過多。(2)供應(yīng)商的生產(chǎn)積極性不高,采購難度加大。(3)物資采購計(jì)劃期長,信息準(zhǔn)確性差,采購風(fēng)險(xiǎn)大。(4)庫存增多。(5)顧客響應(yīng)速度慢。(6)產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高。(7)產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。(8)生產(chǎn)的現(xiàn)場管理不夠穩(wěn)定。根據(jù)上面的UDE建立當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹。

企業(yè)內(nèi)部物流的核心問題是“產(chǎn)品的CODP點(diǎn)靠前”,造成這一問題的主要原因是產(chǎn)品的產(chǎn)品多樣化需要與技術(shù)產(chǎn)生的沖突。應(yīng)用消霧法對此進(jìn)行了分析,一方面企業(yè)希望能夠滿足顧客多樣化的產(chǎn)品需求;另一方面,企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力不能很好地滿足這些產(chǎn)品生產(chǎn)的要求,企業(yè)生產(chǎn)的柔性不夠。這種情況的產(chǎn)生的原因如下:(1)在產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計(jì)流程中,標(biāo)準(zhǔn)化的審核僅為技術(shù)法規(guī)的審核、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的監(jiān)督、圖紙標(biāo)注及表示方法的審核,而對于推行標(biāo)準(zhǔn)化、通用化顯得力不從心。(2)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理手段落后,產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理查詢困難,產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員不知道已有什么零件,即使已經(jīng)有完全相同的零件,他們還會常常把“新的”零件“添加”到數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)一個新零件,而不愿花費(fèi)稍多的時間去查找現(xiàn)有的零件。工程師們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)從使用不方便的數(shù)據(jù)庫里查找一個零件,比設(shè)計(jì)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?yàn)楫a(chǎn)品型號的不同會導(dǎo)致生產(chǎn)流程的差異化,而目前冰箱的客戶需求點(diǎn)(CODP)處于制造供應(yīng)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(chǎn)方式。因此,整個生產(chǎn)流程是一個差異化的過程,生產(chǎn)不同型號需要不斷更換模具。多批次、小批量的訂單生產(chǎn)模式更是導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的頻次增加,增大了模具調(diào)整的頻次和調(diào)試費(fèi)用,降低了設(shè)備效率和生產(chǎn)效率。(4)公司與供應(yīng)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(yīng)商由于貨款和定貨量均得不到保證,生產(chǎn)積極性不高。目前,已有許多外協(xié)廠聯(lián)合抵制供貨,造成冰箱生產(chǎn)廠的采購難度越來越大,供應(yīng)商對廠家忠誠度已經(jīng)越來越低,許多多年的供應(yīng)商轉(zhuǎn)為其他廠家供貨。冰箱廠在材料價(jià)格談判過程中處在一個很被動的地位,往往價(jià)格很難壓下,使產(chǎn)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(chǎn)品的設(shè)計(jì)方面增強(qiáng)實(shí)力,對產(chǎn)品零部件的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。(2)引進(jìn)專門的軟件對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,并對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行了規(guī)范。(3)推行基于模塊化的延遲生產(chǎn)方式,一方面運(yùn)用模塊化的思想降低產(chǎn)品零部件的種類,同時把顧客的訂單分離點(diǎn)往生產(chǎn)的下游推進(jìn)。(4)與供應(yīng)商建立起合作伙伴關(guān)系,充分尊重供應(yīng)商。

但是在實(shí)施了以上“注入”之后,也隨之出現(xiàn)了一些問題,(1)由于對產(chǎn)品的零部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是一項(xiàng)很繁雜的工作,所以需要投入一些研發(fā)設(shè)計(jì)人員;(2)對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)管理需要投入資金購買相關(guān)軟件,同時要配備專業(yè)的數(shù)據(jù)管理人員;(3)基于模塊化的延遲生產(chǎn)方式是對企業(yè)生產(chǎn)過程的一次很大的變革,需要很專業(yè)的技術(shù)人員,以及采購、研發(fā)、生產(chǎn)等部門的緊密合作。建立與供應(yīng)商的緊密合作伙伴關(guān)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(yán)密的供應(yīng)商選擇規(guī)程,同時還要解決拖延付款的問題,這些對企業(yè)和供應(yīng)商都是非常重要的。

為此,企業(yè)采取了以下具體的實(shí)施方案:(1)引進(jìn)高級產(chǎn)品設(shè)計(jì)人才;(2)對現(xiàn)有的采購、生產(chǎn)、研發(fā)人員進(jìn)行模塊化與延遲生產(chǎn)方式的培訓(xùn);(3)引入了高級的數(shù)據(jù)產(chǎn)品管理軟件;(4)采取每周會議以及座談的形式,加強(qiáng)各個部門之間的溝通協(xié)調(diào);(5)實(shí)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(guān)人員要通過多種渠道與各個部門的員工進(jìn)行溝通。(6)對現(xiàn)有的生產(chǎn)過程柔性進(jìn)行投資改進(jìn)。

三、結(jié)論

TOC理論最終就是要尋求顧客需求與企業(yè)能力的最佳配合,對約束環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的控制,其余的環(huán)節(jié)相繼地與這一環(huán)節(jié)同步。一種管理思想總是需要相應(yīng)的管理技術(shù)的支持。思維流程(TP)是TOC主要的工作方法之一,通過實(shí)例的應(yīng)用分析可以發(fā)現(xiàn)TP對于發(fā)現(xiàn)解決約束問題是一種很有效的工作方法?，F(xiàn)在的TP已經(jīng)突破了TOC在創(chuàng)立初期只能應(yīng)用于生產(chǎn)制造環(huán)境的限制,開始被廣泛應(yīng)用于識別各種行業(yè),各種組織甚至個人在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)過程中存在的瓶頸。

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(責(zé)任編輯:石樹文)