（管理科学与工程专业论文）同步制造sm理论及与mrp、jit系统的比较研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 产系统的优化管理这一课题自二十世纪五十年代以来在国际上开始了迅 猛的发展。本文在对国际上先进生产管理系统一一m r p 系统和j i t 系统研究分 析的基础上，探讨了一种更新、更为有效的生产计划与库存控制系统一一同步制 造( s m ) 系统。 首先a 本文依据o p t 的思想与原则探讨了s m 的研究基础、基本原理及目 标和主要评价指标等，研究了s m 的计划与控制系统一一d b r 系统。其次，本 文对s m 作业计划中若干重要问题作了初步的探讨，内容包括：瓶颈资源的判别， d b r 系统中时间缓冲大小的确定，深入研究了单一瓶颈资源条件下的主生产计 划问题，并改进了一种瓶颈资源加工批量模型，给出了该批量模型的求解方法。 最后，本文从运用背景、运用准则、管理手段、运行效果等几个方面对s m 、 m r p 、j i t 三种生产管理系统进行了比较研究，并通过实例对这三种系统进行仿 真比较，验证了s m 用于生产计划与库存控制的有效性。 关健词：同步制造瓶颈资 _ 卿控制系统 、d f 主生产计划 厂哆 、_ 墼问赍时p源扮 垩蔓查堂堡主堂些堕奎 a b s t r a c t t h es t u d yo nt h e o p t i m i z a t i o no fp r o d u c t i o ns y s t e m sm a n a g e m e n t h a sd e v e l o p e dr a p i d l yi nt h ew o r l dw h i c hb e g a na t19 5 0 s b a s e do nt h e s t u d y o fm r pa n dj i t ，t w om a i na d v a n c e d p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m s ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e sam o r ee f f e c t i v ep r o d u c t i o np l a n n i n ga n d i n v e n t o r yc o n t r o ls y s t e m - - - - s y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n g ( s m ) f i r s t l y ，a c c o r d i n g t ot h e t h o u g h t s a n d p r i n c i p l e s o f o p t i m i z e d p r o d u c t i o n t e c h n o l o g y ( 0 p t ) ，t h i sp a p e rp r o b e s i n t ot h e s t u d yb a s i s ， b a s i cp r i n c i p l e s ，o h 3 e c t i v e sa n dc r i t e r i o no fs m ，s t u d i e st h ef u n d a m e n t a l m e t h o do fs m p r o d u c t i o n a n dc o n t r o l 一一d b rs y s t e m s e c o n d l y , t h i s p a p e r m a k e s p r i m a r y d i s c u s s i o na b o u ts o m e m a j o r s u b j e c t si ns m p r o d u c t i o n s c h e d u l e t h ec o n t e n ti n c l u d e s i d e n t i f y i n g b o t t l e n e c k r e s o u r c e s ，e n s u r i n gt h el e n g t ho ft i m eb u f f e ri nd b rs y s t e m ，s t u d y i n g t h ep r o b l e mo fm p su n d e rs i n g l eb o t t l e n e c kr e s o u r c e s ，i m p r o v i n gas o r t o fl o tm o d e lo fb o t t l e n e c kr e s o u r c e s ，a n dp r e s e n t i n gt h ew a yt os o l v et h e l o tm o d e l f i n a l l y ，t h i sp a p e rm a k e s c o m p a r i s o na m o n gs m ，m r p a n dj i t s y s t e m s f r o mt h e a p p l i c a t i o nb a c k g r o u n d ，a p p l i c a t i o ns t a n d a r d ， m a n a g e m e n tm e t h o d ，a n do p e r a t i n ge f f e c t m e a n w h i l e ，t h i sp a p e rm a k e s a s i m u l a t i o nc o m p a r i s o na m o n gt h e mt od e m o n s t r a t et h ee f f e c t i v e n e s so f s m b yu s i n ga ne x a m p l e k e yw o r d s ：s y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n g ，b o t t l e n e c kr e s o u r c e s ， t i m eb u f f e r ，p r o d u c t i o na n dc o n t r o ls y s t e m ， l o t ， s i m u l a t i o n 学位论文版权使用授权书 论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本文授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入相关的数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密叫 学位做作者签名水等 炒。年占月i 妇 指导老师签名： 张杪 护虎月砂 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲水竿 炒、年6 月馏开 江苏大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 引言 自二十世纪五十年代以来，随着系统科学、运筹学和计算机技术的发展，生产 系统的优化管理这一课题在国际上开始了迅猛的发展，并逐渐形成了当前两种较为 成熟的生产计划与库存控制系统m r p 系统和j i t 系统。近年来，这两种生产 管理技术被引入我国，促进了我国制造企业生产管理水平的提高。但应当看到，这 两种系统本身也还存在着一些不足甚至弱点i ”。 m r p 、j i t 系统都追求在需要的地点和时间提供所需求物料的目标，与传统的 计划与库存控制方法比较前进了一大步。但由于两种系统依据的系统假设和运行逻 辑不同、对生产行为的评价不同，在应用中取得的效果也不同。 在m r p 系统中，主生产计划( m a s t e rp r o d u c _ ( i o ns c h e d u l i n g ，简称m p s ) 是通 过两个步骤确定的( 如图1 1 ) 。 工厂需求计划 ， 能力需求计划 上 主生产计划 图1 1m p s 制定的两个步骤 首先拟订工厂需求，然后对企业资源的实际能力与需求负荷进行分时区的平 衡。经过能力平衡以后主生产计划便披输入到物料需求模块。能力计划假定各制 程( 制造设备) 的加工工时是常数。在实际生产中由于加工时间的统计波动及前后 制程的相互影响会打破设想的能力平衡。而且，实际的生产能力柔性也是有限度的。 一旦能力平衡被打破，将造成车间在制品库存增多，延长产品加工周期，导致产品 不能按时交货。所以，m r _ p 的能力需求计划具有局限性。另一方面，m p , p 系统以 生产系统中单个人员、资源的利用率作为评价标准，以成本决定批量选择的依据， 往往造成单个资源的利用与系统整体的要求不一致。因此，m r p 作为生产控制系 统并不十分有效。 江苏大学硕士学位论文 j i t 系统采用拉动式生产控制方法，前工序根据后工序的需要决定其生产品种 与数量，并通过购置备用机器和扩充机器的能力、培训具有多种技能的工人来增加 柔性、消除生产系统中的瓶颈；j i t 系统中单个资源的利用从属于整个系统的执行， 为实现在制品库存为零的目标，尽量减少批量，使多品种生产达到单一品种流水线 生产的效果。因此，j i t 方法大大降低了在制品库存，减少了生产提前时间，增强了 生产系统对市场变化的反应能力。但从另一个角度看，j i t 是人工管理系统，需要较 长的实施周期才能取得成效，目前且仅适用于产品类型变化较小、需求稳定的重复 性较高的生产环境中，这些限制了j i t 的应用范围与取得成效的程度。 在多品种小批量生产环境中，随着需求产品的不断变化，对生产设备的能力需 求也不断变化，而且往往具有严格的能力限制，在产品生产过程中总是存在瓶颈资 源。对这种环境下的生产和库存控制问题，m r p 和j i t 系统均难以提供有效的解决 方案。需要寻找、研究一种更为有效的生产控制系统。 约束理论( t h e o r yo fc o n s t r a i n t s ，简称t o c ) 中的同步制造( s y n c h r o n o u s m a n u f a c t u r i n g ，简称s m ) 即是种很好的生产计划与库存控制系统。这一新原理和 方法的逻辑机理起源于最优生产技术( o p t i m i z e d p r o d u c t i o r it e c h n o l o g y ，简称o p t ) ； 作为t o c 理论生产理论核心部分的o p t ，由于其在管理思想上别树一帜，并且在生 产实践中取得了明显的经济效益，已被企业界和理论界所接受。o p t 系统软件是一 项专利产品，它的主要技术内容和具体的计划算法规则目前仍是保密的；而这些尚 未公开的内容对于企业管理实践来说是相当实用的，值得我们去进行研究，这正是 本文的研究背景和意义所在。 1 2 论文的主要研究内容 本文首先简要介绍了当今先进生产管理技术的两大支柱m r p 系统和j i t 系 统，针对它们的不足与局限，探讨了一种更新、更为有效的生产计划与库存控制系 统同步制造( s m ) 系统。其次，依据o p t 的思想与原则，探讨了s m 的含义、 基本原理、计划与控制系统及目标和主要评价指标等；对s m 作业计划中若干重要 问题进行了初步的探讨。本文最后从运用背景、运用准则、管理手段、运行效果等 几个方面对s m 、m r p 、j i t 三种生产管理系统进行了比较研究，并通过实例对这三 种系统进行仿真比较。 2 江苏大学硕士学位论文 第2 章m r p 系统和j i t 系统简介 2 1m r p 系统简介 m r p 系统是指由物料资源计划m r p 发展而来的一系列生产计划与库存控制系 统。它包括m r p ，闭环m r p ，m r p i i 和新一代m r p i i e r p 。m r p 系统的主 题是：“在适当的时间和适当的地点取得适当的物料”。 2 1 1m r p 系统的发展过程3 j 1 m r p 与闭环m r p 物料资源计划m r p 产生于二十世纪六十年代末期，以非独立需求为基础，针 对成品需求情况，根据物料清单( b i l lo fm a t e r i a l ，简称b o m ) 和库存信息确定成 品各组件的数量和生产( 或采购) 时间。图2 1 所示为m r p 的输入输出逻辑。可 以看出，这是一个开环的只将生产和库存纳入管理的系统。随着计算机水平的提 高以及m r p 应用范围的扩大，它的功能不断增强，后来的m r p 中加入了能力约 束的条件。闭环m r p 的形成是将运行结果反馈到各层计划当中( 见图2 2 ) 。 图2 1 m r p 输入输出逻辑 江苏大学硕士学位论文 图2 2 闭环m r p 反馈流程 2 m r p i i m r p l i 是在m r p 基础上概念的延展。它结合了企业所有有关的资源制造、 市场、财务、人力等，形成了一个对外部环境能主动适应对内部条件能反馈调节的 计算机管理系统。经过几十年的发展，m r p i i 所包含的模块不断增加。如今一套完 整的m r p l l 系统包括2 0 个左右的模块，通过生产排程、库存管理、成本财务核算 等，计划和控制着整个生产系统( 见图2 3 ) 。但m r pi i 的基本系统和运行逻辑依 然与最初的m r p 是一致的。 输入 图2 3m r p i i 的功能模块 3 e r p e r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g ：企业资源计划) 作为新一代m r pi i ，其概 念由美国g a r t e rg r o u p 于二十世纪九十年代初酋先提出，仅经过几年的时间，e r p 已由概念发展到应用。并被认为将成为新的形势下制造业发展的基本动向。 从本质上看，e r p 仍然是以m r p i i 为核心，但与m r p i i 相比，它具有功能上 更大范围的集成，对制造环境更强的适应性，功能更具能动性和采用开放技术四个 特点；它是以顾客驱动的，基于时间的，面向整个供应链的企业资源计划。 4 江苏大学硕士学位论文 2 1 2 小结 图2 4 所示为整个m r p 系统在功能上的扩展情况。从m r p 经过闭环m r p 直 到m r pi i ，其发展基本上是两个方面的延伸，其一是资源概念内涵的不断扩大， 其二是计划闭环的形成( 见图2 5 ) 。但这种发展均没有突破两个局限，一是资源 仅限于企业内部的资源，尽管从物料资源扩展到制造资源：二是功能上以优先级计 划以及需求和能力平衡的计划为核心，基本上是结构化决策。e r p 的发展突破了这 两个局限，它的资源计划已不仅限于企业内部，而是把供应链内的供应商等外部资 源也看作受控对象被集成进来；另外，时间被作为资源计划的一部分，且被当作最 关键的资源考虑。d s s 作为e r p 不可缺少的部分，使它的功能扩展到企业经营管 理中的半结构化和非结构化问题。 图2 4m r p 系统在功能上的扩展 江苏大学硕士学位论文 图2 5 m r p 系统的发展过程 2 2 j i t 系统简介 2 2 1 拉式系统【5 1 j i t 系统产生于1 9 7 3 年，它是由丰田英二和大野耐一在日本丰田汽车公司首先 采用的系统，又称为看板生产或精益生产。这一系统的目的在于通过使用最少的原 料库存、在制品库存和成品库存获得高产出。在j i t 系统中，工件准时到达下一加 工点，加工完毕后迅速移走。j i t 的根本点在于“在必要的时候按必要的数量生产 必要的产品”。“不需要的时候不生产”是它的基本逻辑。图2 6 给出了这种流程的 示意图。 原 料 供 应 _ 顾客 图2 6j r r 拉式生产系统 6 江苏大学硕士学位论文 j i t 系统中，每一工序的“需要”由它的后序工序产生。图2 6 中，最初的需 要由顾客发出，触发整个生产线，层层“拉”向原料供应商。它是以最终工序来平 衡全部生产系统的拉式系统。 为了保证此拉式系统的平滑运行，j i t 要求制程每一阶段的高质量生产、良好 的供应商关系、以及可预测的成品需求。 2 2 2 全面质量管理 j 1 t 系统的运行离不开全面质量管理( t o t a lq u a l i t ym a n a g e m e n t ，简称t q m ) 。 将质量保证在制程中是t q m 的宗旨。t q m 的实施建立在雇员对自己产品高度负 责的条件之上。它不主张依靠专门的质检人员来保证质量。但雇员对质量负责时， 好的产品在系统顺利“拉”动，系统才能达到j i t 准时的境界。此时“以防万一” 的多余库存便不再需要了。因此，如图2 7 所示能在较少的人力和物力投入下达到 高生产率。 高度重视次品成因 对次品产生快速反馈 j i t 库存控制l 二二习质量控制r _ 叶物料浪费减少 平滑系统输出 库存缓冲区减少 返工工时减少 用较少的物料和人力产生相同或较高的输出= 更高的生产率 图2 7j 1 t 系统与t q m 的关系 2 2 3 杜绝浪费 杜绝浪费，不断提高是j 1 t 系统的目标，按丰田公司f u j i oc h o 所下的定义， 浪费是指“除对生产绝对必要的最小数量的设备、物料、组件及工人( 工时) 以外 的任何其它东西。”为杜绝浪费，j r r 系统采取了七种措施： 1 集中的工厂网络；( 消除运输造成的浪费) 7 江苏大学硕士学位论文 2 成组技术；( 消除移动造成的浪费) 3 源点质量管理：( 消除次品造成的浪费) 4 j i t 生产；( 减少库存造成的浪费) 5 统一的机器负荷：( 减少加工造成的浪费) 6 看板生产控制：( 消除过量生产造成的浪费) 7 减少装设次数。( 减少等待时间造成的浪费) 正是这些措施使得j i t 系统依靠强有力的技术支持取得了低耗高产的效果，并 且处在不断的动态完善之中。 2 3m r p 系统和j i t 系统评述 2 3 1m r p 系统评述 m r p 系统从产生至今，为应用它的企业带来了诸多的效益，如降低成本，减 少库存，改善企业结构等。m r p 系统适用于各种“j o b s h o p ”性生产环境。它的良 好的数据库管理使之在具有多种产品选择、工艺经常改变、产品需求不断变化的环 境中，优势更为明显。但是m r p 系统具有以下弱点 6 ： 1 缺乏有效的能力控制。m r p 系统的哲学是，必需的物料( 缺乏将会引起整 个生产排程的延迟的物料) 应被赶工。传统上，m r p 系统将尽力使之赶上原进度， 但反之，当由于某种原因工序超前时，往往不作适当的调整。这就产生了一个单面 效果慢的工序加快，快的工序并不重新排程使之减慢。在这种哲学指导下，必 然不能消除在制品库存和成品库存的存在。此外m 】肿系统用无限能力法安排生 产计划，然后编制能力需求计划，再根据能力与负荷的平衡对计划进行大幅度的调 整。实际上，任何生产系统的能力都不是无限的。当存在瓶颈资源时，m r p 系统 显得无能为力，它只能被动地增加缓冲库存。 另一方面，m r p 按照系统的主题：“在适当的时间适当的地点取得适当的物 料”，为避免系统中随机因素的影响，保证在规定的期限内完工，m r p 系统在设定 提前时间时总是留有余地不可避免地成为在制品和成品库存存在的根源。 从以上几方面来看，m r p 系统不能进步降低库存系统的水平。 2 缺乏自我完善的能力。m r p 系统中，各制程生产设备往往是专用的，装设 时间较长；系统的主生产计划产生终端需求，然后按照库存记录中存贮的固定的提 前时间，按照物料清单( b i l lo fm a t e r i a l ，简称b o m ) 一层层产生各阶段的产品需 求：系统中批量的确定依据固定的装设费用和存贮费用确定；m r p 和m r p i i 中未 纳入质量管理的概念。这说明m r p 系统本身是一个静止的系统需要高度精确地 8 江苏大学硕士学位论文 运行。e r p 作为目前m r p 系统发展的最高形式，扩展了资源的概念，纳入了质量 管理，成为一个能动性很强的系统，但依然存在着上述基本m r p 所固有的其它弱 点，需要不断地更新资料，以实现企业运营的改进。 3 m r p 系统由于需要对大量的信息和数据进行全面准确的处理，没有先进的 计算机与信息处理技术是无法实现的。这在我国当前计算机管理系统比较落后的情 况下是重要的实施限制。 2 3 2j i t 系统评述 j i t 系统是一个不断进行自我完善的系统。它的“杜绝浪费，不断改进”的目 标充分体现了这一点。在此目标下，j i t 系统取得了显著效果：提自i 时间缩短，库 存水品降低，产品质量高报废少，以及长期以来企业形成的团结合作精神等，这些 效果与企业发展的长远目标是一致的。 但是，j i f 系统的实现对于环境、设备和能力的要求决定了它的适用范围的限 定性 ”。 1 环境要求：j i t 系统的实现依赖于较为稳定的内外部环境。对内，j i t 系统 适用于重复性生产的企业或是企业内部的重复性生产部门；对外，j i t 系统要求相 对稳定、可预测的需求条件。 2 设备要求：j i t 系统的实现需要j i t 的设备流程布置。设备布置的原则是， 在最小的在制品库存占用下确保平衡的工作流。同时，要求设备的装设与换装时矧 缩短以获得系统的平滑运行。 3 能力要求：j i t 系统对整个系统的生产能力及人员能力要求很高。j i t 不允 许生产线中存在瓶颈，也不作详细的能力计划，而是用增加能力的方法消除生产线 中出现的不平衡，所以j i t 的成功实施要求能力比较充足。另外，j 1 t 要求系统中 的人员具有多面手的能力。j r r 系统要求他们既是生产者，也是产品质量监督者和 机械师( 包括设备的维修和换装) ；同时，他们直接参与企业的管理和新技术的开 发。 由上述对i v l r p 和j i t 系统的分析可以发现，它们自身都还存在着一些不足与 缺陷，也不能很好的解决生产系统中的瓶颈问题。需要研究一种更为有效的生产控 制系统，以实现对瓶颈资源的控制，提高生产系统的产出，降低生产过程中的库存 量。 9 江苏大学硕士学位论文 第3 章同步制造( s m ) 理论 3 io p t 简介 o p t 是以色列物理学家g o l d r a t t 博士于二十世纪7 0 年代术提出的【8 1 。最初它 被称作最优生产时间表( o p t i m i z e dp r o d u c t i o nt i m e t a b l e ) ，8 0 年代才改称为晟优生 产技术。一般认为它综台了m r p 和j i t 系统的优点，借助计算机等现代化管理工 具，是一种比较有效的生产控制方式。事实上o p t 不仅仅是生产时问表，它还是 综合生产计划，是市场策略的一部分。八十年代末，g o l d r a t t 在o p t 的基础上，对 整个企业的经营进行深入研究，在理论上突破了生产管理的范畴，初步提出了追求 持续优化的管理决策思想于1 9 8 7 年以约束理论( t o c ) 对这一理论正式加以命 名。 t o c 认为，在企业系统中，总是关键的极少数( 即约束因素) 制约或主导着 普遍的绝大多数，企业中最薄弱的环节决定着企业经营的成效p j 。抓住关键的极少 数薄弱环节，进行系统调控，就可以收到事半功倍的效果。作为t o c 核心部分的 o p t ，对传统的计划编制与排产方法提供了一种新的概念。与强调生产作业优先级 的确定、能力计划的编制和对整个工厂管理的传统系统不一样，o p t 技术强调物流 的优化。o p t 的支持者正确地认识到，瓶颈环节控制着整个系统的产出率。因此o p t 技术试图优化通过瓶颈的物流然后对所有支持瓶颈环节排产计划的其它工作环节 进行排产。 o p t 方法采用帕累托规则( p a r e t o sl a w ) 选择订单和生产资源，并按优先级将 选出的订单分配到各生产资源上，直到太多数资源都被分配有加工任务【l “。由于只 对少数几个关键的订单和资源排产把许多其它的琐事放在以后处理，这样可以较 快的找到一个解决方案。然后再用这个相当于o p t 生产计划( m p s ) 的排产计划， 编制非关键资源的生产计划。在编制计划时，可以强调不同的参数，以改进生产加 工的效率，减少库存或提高按时发货服务水平等任何一个最关键的环节。对非关键 资源进行欠负荷排产，以便在任何时候都有象安全库存一样的富余加工能力，以随 时满足关键资源上计划的必要调整。 运用o p t 可以大幅度减少在制品，提高用户服务水平，加强市场的竞争能力j 。 o p t 的基本原理原本是合乎逻辑的，但它又往往与生产管理的传统概念不一致。作 为一项新技术，它总会有一些问题让人感到迷惑不解。但总的来讲，o p t 对传统的 1 0 江苏大学硕士学位论文 计划编制与排产方法提出了一种新的概念，与其说它是一种技术，还不如说它是一 种管理思想。 表3 1 对m r p i i 、j i t 和o p t 这三种生产控制系统进行了比较。 表3 1m r p l i 、j i t 、o p t 系统属性比较 系统属性m r p i i o p tj i t 负荷无限负荷能力有限负荷能力不考虑负荷问题 批量固定批量适应瓶颈变化批量不考虑批量 提前期预设提前期提前期因瓶颈决定不考虑提前期 数据要求要求精确度很高介于m r p 与j i t 之问不依靠数据支持 作业计划精确但速度慢精确且速度快无作业计划 柔性系统柔性很小介于m r p 与j i t 之间柔性最大 系统不允许波动 波动不允许系统波动允许系统波动 否则停止运转 表3 1 从系统负荷特点、批量的可变性、提前期、系统波动、数据要求、作业 计划、系统柔性等方面对o p t 、m r p i i 、j i t 进行了比较。综合上表，在o p t 、m r p 1 1 、j i t 中，o p t 是最佳的物流优化技术，本文的目的就是根据o p t 物流优化技术 的原理和方法对o p t 生产作业计划的若干重要问题作进一步的探索和讨论，并通 过仿真比较的方法进一步验证这种物流优化技术的优越性。本文将用同步制造 ( s m ) 一词表示o p t 的物流优化技术，以生动表现其基本思想和特征。 为了更好地研究s m 理论，必须对以下几个问题有比较清醒的认识。 3 2 1 生产过程的基本现掣”i s m 认为，工业生产中有两个基本现象，一个是依赖性事件，一个是统计波动。 依赖性事件是指各项生产活动之间的相互依赖关系一由于生产工艺条件等的制 约，这种相互依赖表现为生产活动运行的有序性。统计波动是指由于生产过程中存 在的种种随机因素，生产要素在运行中表现出的不确定性。 这两个基本现象看似简单，却包含了生产活动中深刻的内涵。事件的相互依赖 性客观上要求把生产系统作为一个整体看待，统计波动则要求对各生产要素运行中 表现出来的不确定性不能孤立视之，因为这种波动在生产过程中具有累加的传递性 而不会相互抵消。 江苏大学硕士学位论文 显然，工业生产中的这两个基本现象必然对缺乏有效控制的生产系统产生破坏 性的影响( 如有效产出的降低，在制品的增加) 。这种不可预知的、令人不愉快的 结果，我们通常称为莫非( m u r p h y ) 事件，莫非现象或莫非定律。s m 认为，两个 基本现象是客观的，难以消除的，s m 的任务是通过科学的计划使两个现象下不良 因素的扩散性降低至最低限度，莫非事件是可以控制的。 3 2 2 瓷源的价值 这里资源的价值是指资源的运作对系统的贡献或运行效果。传统的管理观念认 为，使生产系统所有资源满负荷运行是实现资源价值的最理想模式，然而生产实践 证实，在生产系统中客观存在的瓶颈现象，是实现这一理想模式的最大障碍。因而 “瓶颈”现象成了生产管理关注的问题，但s m 对此加以独特的关注，把对“瓶颈” 的研究与生产活动中的基本现象联系起来，认为生产系统中“瓶颈”资源的作用对 整个生产系统有着决定性的意义。 传统的生产管理理论都把解决问题的立足点放在能力的扩充上，试图建立一个 能力平衡的生产系统来完成预期的产出率。s m 认为，能力的不平衡是绝对的，即 使能够做到能力平衡由于生产活动中两个基本现象的作用，生产系统中的瓶颈现 象总是存在的。 在企业生产环境中，瓶颈资源指的是实际生产能力小于或者等于生产负荷的资 源i ”。这一类资源限制了整个企业出产产品的数量，其余的资源则为非瓶颈资源。 通常，瓶颈资源可以涉及人力、设备能力、原材料、运输能力、行为方式、管 理方式等。因为关键设各的生产能力常常是企业生产中最主要的制约资源，所以本 文主要讨论在设备能力制约下的管理控制问题。 3 2 3 帕曩托规则( p a r e t o sr u l e ) 1 4 1 帕累托规则是管理中常用的规则，也称8 0 2 0 原则a b c 法或重点管理法【i “。 这种方法的主要优点是从错综复杂、数量众多的事务中找出主要矛盾，抓住主要矛 盾进行管理，可以收到事半功倍的效果。 o p t 成功地把这一规则融入自己的管理体系，作为确定瓶颈资源，挖掘瓶颈潜 力，改进生产系统绩效的主要工具。在当今如此动荡变化的生产环境中，我们很难 获取全部准确的数据信息，而在于抓住关键的事项，基于这样的一种理解，o p t 认 为。管理上不可能也不需要总是得到全部准确的数据信息，管理的决策过程在于抓 住重要的数据信息，核实重要的事项。 o p t 认为m r p 系统的致命弱点是：m r pi i 系统认为所有的数据信息是需要的， 并且都是同等重要的。而o p t 则是一种系统的方法，把重要的事项与次要的事项 区别对待。 江苏大学硕士学位论文 3 3s m 基本原理的总结 本文根据o p t 的九条管理原则j ，总结出了s m 的十一条原理。 原理i 追求物流的平衡，而不是生产能力的平衡 追求生产能力的平衡是为了使企业的生产能力得到充分利用。因此在设计一个 新厂时，自然会追求生产过程各环节的生产能力的平衡。但是对于一个己投产的企 业，特别是多品种生产的企业，如果一定要追求生产能力的平衡，那么即使企业的 生产能力充分利用了，但是产品并非都能恰好符合当时市场的需求，必然有一部分 要积压。 s m 则主张在企业内部追求物流的平衡。所谓物流平衡就是使各个工序都与瓶 颈资源同步，以求生产周期最短，在制品最少。它认为生产能力的平衡实际是做不 到的。因为波动是绝对的，市场每时每刻都在变化；生产能力的稳定只是相对的。 所以必须接受市场波动这个现实，并在这种前提下追求物流平衡。 原理2瓶颈资源决定系统的有效产出和库存。 一般情况下，在瓶颈资源之前有一个较高的等待加工的在制品库存，而后道工 序没有零件或只有很少的零件可加工。实际上并不能比瓶颈所允许的速度更快的使 用这些零件，那么为什么还要在需要之前生产他们昵。 从零件本身的角度看，在零件加工中有四个阶段：生产准备、加工、排队、等 待。一般来讲，生产准备和加工时间是整个消耗时间中很小的部分，一般估算实 际有效时间低于2 0 ，所以大部分的时间是零件在排队或等待。无论哪种情况，一 个零件要多长时间才能加工完，是由瓶颈资源决定的。零件加工的越快，则在制品 库存越低。所以零件加工完成的时间也确定了系统中的总库存。从这个逻辑出发 得出s m 的第二个原理，瓶颈资源决定了系统的有效产出和库存。 原理3 在瓶颈资源上损失- d , 时就等于整个系统损失- d , 时。 瓶颈资源是限制整个生产系统有效产出率的薄弱环节，其时间损失是无法补偿 的；而瓶颈资源工作的每一分钟都直接贡献于企业的有效产出。所以在瓶颈资源上 损失一小时，就使整个系统损失- d , 时；同样，在瓶颈资源的生产准备方面节省的 时间变成加工时间也就会增加整个系统的有效产出。这一原理告诉我们，瓶颈资 源应是整个系统中管理控制的重点，应最大限度挖掘瓶颈资源潜力并使他满负荷工 作。 原理4 非瓶颈资源的利用水平不由其本身决定，而由瓶颈资源的能力决定。 瓶颈资源决定了整个系统的生产速率，系统的总物流量取决于系统内瓶颈资源 1 3 江苏大学硕士学位论文 的通过能力。非瓶颈资源负荷或利用率决定于通过瓶颈资源的物流量。由于瓶颈资 源控制了有效产出所以仅仅在瓶颈环节保持机器满负荷运行。所有非瓶颈资源的 排产不应当按它本身的潜在能力，而应当按系统的约束条件来进行。 原理5 在非瓶颈资源上节约时间并没有意义。 在非瓶颈资源上节省时间采用高效率设备或节约辅助生产时间以转换成生 产加工时间，只能生产出瓶颈资源无法加工处理的过多的零件，并不能增加系统的 有效产出和生产效率。实际上这种时间节约不如不生产及转换成闲置时间。这表明 非瓶颈资源的时间节约实际上增加了企业开支而损失资金。因此，在非瓶颈资源上 节省时间不会带来收益，是没有意义的。 这一原理告诉我们，在非瓶颈资源上，可以按较小的批量运行。这样做并不增 加系统有效产出但可以减少在制品库存和生产性开支。使非瓶颈资源在欠负荷条 件下运行还有一个优点：避免对瓶颈资源形成可能的干扰。 原理6 让生产行动转化为劳动。 在s m 中所谓劳动是特指对系统目标( 有效产出) 有贡献的生产活动。衡量 一项生产活动是否为劳动取决于其生产成果是不是瓶颈资源所需要的：任何生产活 动，如果生产出的东西不是瓶颈资源需要的，这实际上是以多余库存的形式制造“废 品”和浪费。这种生产活动仅仅只是所谓行动。所以进行生产单纯提高作业率并不 总是等于有效地利用了生产资源，必须围绕瓶颈资源的需要使其“行动”转化为“劳 动”。 原理7 为提高整个系统的有效产出，保证瓶颈资源满负荷工作，系统中设置 缓冲环节。 在系统中设置缓冲环节，是有效防止瓶颈资源的工作不受相关环节干扰的有效 方法，缓冲环节应设置在瓶颈工序之前，以及与通过瓶颈工序的物流相关的装配工 序之前。缓冲环节通常有能力缓冲、时间缓冲和库存缓冲等形式。s m 倡导用时间 缓冲来保障瓶颈工序的开工时间不受前面工序生产率波动和发生故障的影响。 原理8 对瓶颈工序的前导工序和后续工序应采用不同生产方式组织生产。 为使工件不在瓶颈工序过多的积压和在瓶颈工序后能迅速成套，对于瓶颈工序 之前的工序按拉动( p u l l ) 方式组织生产，而瓶颈工序之后的工序则按推动( p u s h ) 方式组织生产。 原理9 转运批量并不总是等于加工批量 生产活动中的批量通常有两种不同类型：转运批量和加工批量。 确定加工批量的大小应考虑资源的合理利用( 减少设备调整次数) 和合理的在 制品库存( 减少资金积压在在制品库存费用上) 。确定转运批量的大小则是考虑提 1 4 江苏大学硕士学位论文 高生产过程的连续性、平稳性，减少工序间的等待时间和减少转运工作量与转运费 用，两者考虑的出发点不同，因此转运批量不一定要与加工批量相等。送给瓶颈工 序的工件是以较小的转运批量分批到达的。这样可以减少工件在工序间的等待时 问，减少在制品积压，保持生产过程物流的同步化。同时为了减少生产中的在制品 量，保持物流平衡，在非瓶颈工序上常用较小的加工批量，但是在瓶颈资源上则常 把较小的转运批量组合成较大的加工批量，以最大限度利用瓶颈资源，提高其有效 能力。 原理1 0 加工批量的大小不是固定的而是根据实际情况动态地变化。 在生产过程中，一些任务要碰到瓶颈环节和非瓶颈环节，所有这些环节都有不 同的生产准备时间和加工时问，这样就必须检查确定任务批量所用参数的有效性。 为实现物流平衡，减少生产过程中的等待与积压，各工艺阶段的加工批量应当是随 时可变的。 原理1 1编制作业计划时考虑系统瓶颈资源约束，提前期是作业计划的结果， 而不是预定值。 m r p i i 制订作业计划的方法一般包括以下几个步骤：确定批量：计算提前 期安排优先权，据此安排作业计划；根据能力限制调整作业计划，再重复前三 个步骤。可见m r p1 i 是按预先制订的提前期，用无限能力计划法编制作业计划。 但当生产提前期与实际情况出入较大时，所得的作业计划就脱离实际难以付诸实 施，m r p i i 也因此招致了许多有关“期”的批评。在这点上，s m 与m r p l i 正好 相反，即不采用固定的提前期，而是考虑计划期内系统瓶颈资源的约束，用有限能 力计划法，先安排瓶颈资源上加工的关键件的生产进度计划，以瓶颈资源为基准， 把瓶颈资源之前、之间、之后的工序分别按拉动、工艺顺序、推动的方式排定，并 进行一定的优化，接下来编制非关键件的作业计划。所以s m 中的提前期是批量、 优先权和其它许多因素的函数，是编制作业计划产生的结果。 咀上这些原理是以o p t 的思路来分析观察企业的生产提出的，是s m 的核心 内容，也是s m 作业计划与控制的理论基础。 3 4s m 的计划与控制系统 s m 提供了在复杂生产环境下开发和实施有效生产控制系统的基本原理，按照 这些原理的启示，实行s m 的关键是建立一个有效的计划与控制系统，以对瓶颈资 源进行有效的控制，其余的环节相继地与这一环节同步。d b r 系统是实现生产系 统同步制造的一个非常有效的计划与控制系统。 江苏大学硕士学位论文 d ( d r u m ) 、b ( b u f f e r ) 、r ( r o p e ) 原意是指实现步调一致行军的三个措旌，在d b r 系统中分别代表三个有机组成部分2 ”l 。 3 4 1 行军模型1 2 6 1 d b r 系统是借助于行军模型来描述生产活动中的两个基本现象及客观效果， 并借助于步调一致的行军措施来启示实现s m 所应采取的技术措施。图3 1 、3 2 是有关的两个示意图。 的地 产成品 l ! ! ! i 原材料 生产目标 ( 有效产出) l在制品 蠡：类比生产资源 行军的能量消耗类比经营费用 图3 1 行军模型 d r u m 图3 2 步调一致的行军模型 要达到步调一致的行军措施，有三个措施是有效的。 击鼓( d r u m ) ：由走的最慢的士兵根据自己的步伐击鼓，所有的士兵按鼓点 行军。 牵绳( r o p e ) ：防止队伍拉长。 缓冲( b u f f e r ) ：防止行走最慢的士兵受前面士兵的影响。 3 4 2d b r 系统 将上述行军模型的三个措施应用于生产系统( 把离散生产作为典型情况) ，就 能得到如图3 3 所示的d b r 系统。 行军拉练模型生动描述了生产活动两个基本现象下的客观效果。多数管理工作 者都认识到生产系统中的“矮胖子”瓶颈资源在生产系统中的特殊作用，并大 1 6 江苏大学硕士学位论文 ：原材料 一：加工路线 口：一般工序 一：瓶颈工序 一：缓冲环节 ：绳子 圈：局部装配 国：总装配 o ：产成品 图3 3 d b r 系统 多数采用扩充增加生产能力建立能力平衡生产系统的办法，试图消除瓶颈资源在生 产过程中的不良影响。正如行军队伍中的“矮胖子”不可能变成高个子一样，生产 系统中瓶颈资源的成因既可能是能力不足，也可能是园计划、管理不当等引起的。 如果我们动态的去看生产活动中的基本现象不难发现能力不平衡是绝对的，与其 追求能力平衡，不如追求物流平衡，即通过生产系统的协同作业实现物流同步化。 基于这种认识，d b r 系统把重点转移到瓶颈资源的挖潜上，并使系统其它所有生 产资源的运作与保证瓶颈资源潜力的最大发挥相协调来进行全方位的管理。 3 4 3 。鼓。缓冲器。和。绳子” 1 鼓( d r u m ) 在d b r 系统中鼓是个企业应用s m 的开端，即识别一个企业的瓶颈所在， 瓶颈控制着企业同步制造的节奏“鼓点”。 从计划和控制的角度看，“鼓”反映了系统对瓶颈资源的利用。对瓶颈资源应 编制详细的生产作业计划，以保证对瓶颈资源的充分合理的利用。 要对瓶颈资源加以充分合理的利用，需要考虑三个关键因素，这三个关键因素 构成瓶颈资源物流计划的基本内容，它们是：加工批量，转运批量，生产次 序。加工批量决定资源的利用水平，转运批量的大、小对生产提前时间有直接的影 响，生产次序则影响交货水平。这三个因素共同决定系统的有效产出，同时它们也 是相互关联的。一般来说，决定转运批量相对独立一些，但要受到加工批量大小的 限制。而加工批量和生产次序之间则是高度相关的，这是因为加工批量的增加实质 1 7 江苏大学硕士学位论文 上是把将来的任务提前，加工批量的减少意味着把一部分现在的任务推迟。从理想 的角度看，生产次序应基于一个有效的优先级体系，而优先级通常是生产任务的交 货期以及任务离开瓶颈资源后的完工提前期派生的。在有些情况下，合理确定生产 次序、加工批量和转运批量是一项十分复杂的工作。这里一个基本考虑是瓶颈资源 是否需要生产准备时间【2 ”。 ( 1 ) 瓶颈资源不需要生产准备时间 这种情况下制订瓶颈资源物流计划比较简单。生产优先级基本上可以由生产任 务的交货期及任务离开瓶颈资源后的计划完工期确定。生产次序就按生产优先级进 行；加工批量就是计戈0 的任务量。需要考虑的是转运批量的大小，一般来讲，希望 转运批量尽量小，因为较小的转运批量可以使物流速度加快，在制品减少。 ( 2 ) 瓶颈资源需要生产准备时间 这种情况制定瓶颈资源物流计划比较复杂。关键问题是如何决定不同生产任务 之间完工与开工的时间衔接问题，也就是说，如何确定合理的加工批量。这是一个 比较复杂的问题，因为所谓最适宜的加工批量随着生产任务的改变而变化。 如果加工批量简单地等于计划的任务量结果就会是多数计划任务的交货期将 被延误，并且对将来的任务产生更坏的影响。加大生产批量可以减少生产准备时间， 但也有缺点，因为增加加工批量使生产过程延长，一些生产任务比预期要提前加工， 而另些任务在瓶颈资源前排队加工过程。则需要等待更长的时间。如果计划不同 的话，这些任务的交货期也有可能被延误。因此，在合理加大加工批量的同时，一 些任务的生产提前期就要被延长。 2 缓冲器( b u f i e r ) 在实际生产过程中，为避免随机因素的干扰，可采用的缓冲通常有三类：能 力缓冲，库存缓冲，时间缓冲。一般来讲，用能力缓冲是不经济的，多数计划