第20讲约束理论

第20讲约束理论本讲重点：约束理论的概念和起源约束理论的几个基本思想什么是约束理论(TheoryofConstraints，TOC)约束理论(TheoryofConstraints,TOC)是以色列物理学家、企业管理顾问戈德拉特博士(Dr.EliyahuM.Goldratt)在他开创的优化生产技术(OptimizedProductionTechnology,OPT)基础上发展起来的管理哲理，该理论提出了在制造业经营生产活动中定义和消除制约因素的一些规范化方法，以支持连续改进(ContinuousImprovement)0同时TOC也是对MRPII和JIT在观念和方法上的发展。戈德拉特创立约束理论的目的是想找出各种条件下生产的内在规律，寻求一种分析经营生产问题的科学逻辑思维方式和解决问题的有效方法。可用一句话来表达TOC,即找出妨碍实现系统目标的约束条件，并对它进行消除的系统改善方法。约束理论(TheoryofConstraints,TOC)的基本理念是：限制系统实现企业目标的因素并不是系统的全部资源，而仅仅是其中某些被称之为“瓶颈”的个别资源。约束理论认为，系统中的每一件事都不是孤立存在的，一个组织的行为由于自身或外界的作用而发生变化，尽管有许多相互关联的原因，但总存在一个最关键的因素。找出制约系统的关键因素加以解决，起到事半功倍的作用。管理的艺术就在于发现并转化这些瓶颈，或使它们发挥最大效能。约束理论就是一种帮助找出和改进瓶颈，使系统(企业)效能最大化的管理哲理，是事半功倍的管理哲理0TOC:任何系统至少存在着一个约束，否则它就可能有无限的产出。因此要提高一个系统(任何企业或组织均可视为一个系统)的产出，必须要打破系统的约束。任何系统可以想像成由一连串的环所构成，环与环相扣，这个系统的强度就取决于其最弱的一环，而不是其最强的一环。相同的道理，我们也可以将我们的企业或机构视为一条链条，每一个部门是这个链条其中的一环。如果我们想达成预期的目标，我们必须从最弱的一环，也就是从瓶颈(或约束)的一环下手，才可得到显著的改善。换句话说，如果这个约束决定一个企业或组织达成目标的速率，我们必须从克服该约束着手，才可以更快速的步伐在短时间内显著地提高系统的产出。TOC有一套思考的方法和持续改善的程序，称为五大核心步骤。这五大核心步骤是：第一步找出系统中存在的约束第二步寻找突破约束的办法。此时要给出解决第一步中所提出的种种问题的具体办法，从而实现产销率的增加。例如，若某种原材料是约束，就要设法确保原材料的及时供应和充分利用；若市场需求是约束，就要给出进一步扩大市场需求的具体办法；若某种内部市场资源是约束，就意味着要采取一系列措施来保证这个环节始终高效率生产。当我们要突破某台瓶颈设备利用率不高这个约束时，要采取的行动包括：设置时间缓冲。多用于单件小批生产类型。即在瓶颈设备紧前工序的完工时间与瓶颈设备的开工时间之间设置一段缓冲时间，以保障瓶颈设备的开工时间不受前面工序生产率波动和发生故障的影响。缓冲时间的设置，与前面非瓶颈工序波动的幅度和故障出现的概率及企业排除故障恢复正常生产的能力有关。成批生产类型的企业可以设置在制品缓冲。在瓶颈设备前设置质检环节，统计瓶颈设备的产出的废品率，找出出废品的原因并根除之。第三步，解决约束。例如，工厂的一台机器是约束，就要：缩短设备调整和操作时间；改进流程；加班；增加操作人员；增加机器等等。第四步：企业与解决约束的措施同步，所有非瓶颈其他活动服从于第二步中提出的各种措施。以实现系统其他部分与约束部分同步，从而充分利用约束部分的生产能力。正是这一点，使得TOC不单单是一种制造理念，而是一种管理理念或经营理念，可以应用于营销、采购、生产、财务等企业经营各方面的协调。第五步，开始新的循环，周而复始的进行改进过程。突破一个约束以后，一定要重新回到第一步，开始新的循环。就象一根链条一样，改进了其中最薄弱的一环，但又会有下一个环成为最薄弱的。随着客户需求和市场的变化，约束是层出不穷的。突破一个约束采取的措施，对于新的约束可能是无能为力的！约束总是存在。设法将约束转移到方便解决的环节，然后决定相应的突破方案(产品设计、营销、投资、员工招募等)。通过TOC，对约束进行控制，而不被约束所控制。2.约束理论来自于OPT约束理论的前身是OPT(最优生产技术：OptimizedProductionTechnology)。OPT是Goldratt和其他三个以色列合作者创立的，他们在1979年下半年把它带到美国，成立了Creative/Output公司。最优生产技术(OptimizedProductionTechnology,OPT)是由一组管理理念和规则(如瓶颈资源与非瓶颈资源的划分，“鼓一缓冲一绳”计划、控制系统等组成的理论体系，最初被理解为“对制造企业进行管理，解决瓶颈的方法”。后几经改进发展成为“产销率、库存、运行费”为基础的指标体系，逐渐形成了一种面向增加产销率而不是传统的面向减少成本的管理理论工具，并且最终覆盖到企业管理的所有职能方面。OPT的主要概念是：识别约束识别企业的真正约束(瓶颈)所在是控制物流的关键。一般来说，当需求超过能力时，排队最长的机器就是“瓶颈”。瓶颈约束整个系统的出产计划产品出产计划(MasterSchedule)的建立，应该使受瓶颈约束的物流达到最优。一般按有限能力，用顺排方法对关键资源排序。为了充分利用瓶颈的能力，在瓶颈上可采用扩大批量的方法，以减少调整准备时间，提高瓶颈资源的有效工作时间。“缓冲器”的管理。其目的是防止系统内外的随机波动造成瓶颈出现等待任务的情况。一般要设置一定的“库存缓冲”或“时间缓冲(TimeBuffer)”。控制进入非瓶颈的物料。进入系统非瓶颈的物料应与瓶颈的产出率同步。一般是按无限能力，用倒排方法对非关键资源排序。非关键资源上排序的目标是使之与关键资源上的工序同步。倒排时，采用的提前期可以随批量变化，批量也可按情况分解。0PT的计划与控制系统又称为DBR系统(Drum—Buffer—Ropeapproach，"鼓”、"缓冲器”和“绳子”简称DBR法)，TOC的计划与控制是通过DBR系统实现的。Bottleneck(Drum),A一B一。一D一E_F—MarketInventorybuffer(timebuffer)Communication(rope)Inventorybuffer(timebuffer)Communication(rope)鼓Inventorybuffer(timebuffer)Communication(rope)Inventorybuffer(timebuffer)Communication(rope)鼓Drum“鼓Drum”在DBP方法中是“鼓点”即节拍的意思。在行进的队列中，鼓点起着指挥、驱动、统一步调的作用。“鼓”是OPT生产计划的驱动。2"缓冲Buffer”“缓冲”的设置是为了保证“瓶颈”的高产出率：“喂饱”瓶颈。使瓶颈利用率最高，费用最低。“缓冲”一般有2种：“时间缓冲”和“库存缓冲”。”。“库存缓冲”指安全险在制品，其位置、数量的确定原则同“时间缓冲”。“时间缓冲”则是将所需的物料比计划提前一段时间提交，以防随机波动，以瓶颈上的加工时间长度作为计量单位。DBR的缓冲和一般意义的MRP的安全库存、安全提前期不同，它是针对瓶颈资源设置的。3"绳子Rope”“绳子Rope”建立“鼓”与其上游工序的联系，起的是传递生产指令的作用，以驱动系统的所有部分按“鼓”的节奏进行生产。在DBR的实施中，“绳子”是由一个涉及原材料投料到各车间的详细的作业计划来实现的°OPT的“绳子”相当于MRP的指令或JIT的“看板”。“绳子”应保证库存量或在制品数量最小。Goldratt用了7年时间发展OPT软件，也使OPT的管理理念和规则成熟起来。但是由于Goldratt与他的合作伙伴不停的争论，Creative/Output公司的发展几起几落，最后破产关闭。OPT的软件所有权转让给一家英国公司（STG）。1986年，Goldratt和RobertE.Fox共同创立了Goldratt研究机构，经过十年发展演进形成约束理论TOC。最优生产技术OPT的管理哲理向许多传统的管理思想发出挑战，从而拉开了论战的序幕。高德拉特的合伙人之一RobertE.Fox曾经以“OPT,MRPorJIT—What’sBest?”为题，将OPT作为一种计划方法向MRP的霸主地位提出挑战，并在APICS协会引起很大轰动。随后，制造业社会试图要求高德拉特公开OPT软件的“黑箱”算法逻辑，又引起了论战。关于OPT的最后论战是由EliGoldrattandGeorgePlossl在1984年APICS的国际会议上顶着巨大压力发布白皮书"ATownWithoutWalls”引起的，这篇文章间接批评了APICS的领导层。OPT管理思想具体体现在生产排序原则上。有九条原则是实施OPT的基石。这些原则独立于软件之外，直接用于指导实际的生产管理活动。OPT有关生产计划与控制的算法和软件按照这九条原则提出和开发的：追求物流平衡而非生产能力的平衡重要的是平衡物流，不是平衡能力。物流平衡使各个工序与瓶颈同步，能力平衡是生产能力充分开动；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。对于一个已投产的企业，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，产品也并非都能恰好符合当时市场的需求OPT认为生产能力的平衡实际是做不到的，必须在市场波动这个前提下追求物流平衡。所谓物流平衡就是使各个工序都与瓶颈环节同步，以求生产周期最短、在制品最少制造系统的资源可分为瓶颈和非瓶颈两种。非瓶颈资源的利用率是由系统的其它约束条件决定的，而不是由其本身能力决定的；只有瓶颈制约着系统的产销率。系统的约束就是瓶颈。因为系统的产出是由所能经过瓶颈的产品量决定的，即瓶颈制约着产销率。而非瓶颈资源的充分利用不仅不能提高产销率，而且会使库存和运行费增加资源“利用”和“开动”不是同义的；应该反对盲目的使所有的机器或工人忙起来。“利用”是指资源应该利用的程度，“活力”是指资源能够利用的程度；“利用”注重的是有效性，而“活力”注重的则是可行性按传统的观点，一般是将资源能够利用的能力加以充分利用，所以“利用”和“活力”是同义的。按OPT的观点，两者有着重要的区别：因为做所需要的工作（应该做的，即“利用”）与无论需要与否，最大程度可做的工作（能够做的，即“活力”）之间是明显不同的。所以对系统中非瓶颈资源的安排使用，应基于系统的约束从平衡物流的角度出发，应允许在非关键资源上安排适当的闲置时间瓶颈资源损失一小时相当于整个系统损失一小时，而且是无法补救的。重点应该抓提高瓶颈的利用率。-生产时间包括调整准备时间和加工时间。但在瓶颈资源与非瓶颈资源上的调整准备时间的意义是不同的。而如果在瓶颈资源上节省一个小时的调整准备时间，则将能增加一个小时的加工时间，相应地，整个系统增加了一个小时的产出-瓶颈必需保持100%的“利用”，如增加批量等以尽量增大其产出-对瓶颈还应采取特别的保护措施，不使其因管理不善而中断或等工想方设法在非瓶颈资源上节约时间以提高生产率只是一种幻想，非瓶颈资源不应满负荷工作。产销率和库存量是由瓶颈资源决定的。为保证瓶颈资源负荷饱满并保证企业的产出，在瓶颈工序和总装配线前应有供缓冲用的物料储备。瓶颈工序前可用拉式作业，其后可用推式作业。转移批量可以不等于甚至多数情况是不应等于加工批量。加工批量是可变的，而不是固定不变的。每个工序的批量按实际情况是动态决定。提前期应该是可变的而不是固定的。考虑到系统所有的约束条件后才能决定计划进度的优先级。提前期只是排进度的结果。3约束理论内容约束理论TOC从OPT的老根生长起来，首先作为一种制造管理理念出现°《TheGoal》、《TheRace》这两本最初介绍TOC的书引起了读者的广泛兴趣和实施这套理念的热情。TOC最初被人们理解为对制造业进行管理、解决瓶颈问题的方法。“约束”的定义：TOC认为，对于任何一个由多个过程构成的系统来讲，整个系统的产出水平是由其中产出率最低的环节所决定的。“约束”是一个广义的概念，通常也称作“瓶颈”(Bottleneck)。高德拉特在他的“目标”中比喻道：一个链条的承载能力是由它最薄弱的环节来决定的。在制造企业的整个业务流程中，任何一个环节只要它阻碍了企业更大程度的增加有效产出，或者减少库存和运行费，那么它就是一个“约束”。约束来自多个方面，可以来自于企业内部、也可以来自于企业外部。一般分三种类型:资源(Resources)＞市场(Markets)和法规(Policies)一般来说，市场、供应商、物料、能力、工作流程、资金、管理体制，员工行为等都可能成为约束。其中，市场和资源(物料和能力)是主要的约束。过去约束理论主要解决企业内部的资源瓶颈问题，而对于由外部造成的约束是不能化解而只能通过自身的改造来适应之。而现，市场约束和供应商的约束都可以采用新的管理理念如CRM和SCM来解决。法规性强制约束的解决方案是“依从性管理”。约束理论的这种定位显然弥补了MRP方法的不足。在企业生产环境中，所谓“约束资源”，指的是实际生产能力小于或等于生产负荷的资源。这一类资源限制了整个企业出产产品的数量。其余的资源则为非约束资源。要判别一个资源是否为瓶颈，应从该资源的实际生产能力与它的生产负荷(或对其的需求量)来考察。这里所说的需求量不一定是市场的需求量，而可能是为保证生产，其他相关资源对该资源的需求量。TOC的管理思想是首先抓“重中之重”，使最严重的制约因素凸现出来，从而从技术上消除了“避重就轻”、“一刀切”等管理弊病发生的可能。短期的效果是“抓大放小”，长期的效果是大问题、小问题都没忽略，而且企业整体生产水平和管理水平日益提高。任何企业只应该存在着少数的约束资源，从而避免了管理者陷入大量的事务处理当中而不能自拔。约束资源是动态转移的，这就给管理者的惰性敲了警钟。约束理论的关键链思想约束理论认为，对于一个生产产品的企业来说，可以认为它的整个经营过程是由若干个相互联系的环节所组成的链条。从市场营销、接受定单、采购原料、生产制造、产品包装直到产品发运，一环扣一环，一个环节的产出受其前面的环节的制约。面对企业中更加复杂的环节组合，传统的管理模式习惯于把链条断开，对每个环节进行局部优化。这种做法认为：对任何一个环节的改进就是对整个链条的改进；系统的整体改进等于各个环节的改进之和；对链条的管理水平以链条的“重量”来衡量。结果是每个环节都在同时抢夺系统的资源。与之相反，约束理论认为：对多数环节所进行的改进对整个链条是无益的；整体改进不等于各个环节的改进之和；应该着眼于整个链条的“力量”。这样才能识别出最薄弱的一环（即企业的“约束”），将企业有限的资源就应该用于改进这个约束，避免企业内部各部门进行“资源大战”。企业才有可能用最少的投入，赚最多的钱。约束理论又成为一种思想方法至1991人们才刚刚认识和习惯了TOC的时候，又发生了新的变化。在一个晚上，TOC又变成成为一组“思维过程（ThinkingProcess，即TP）”。在Jonah学习班上向来学习所以“瓶颈”和“鼓点、缓冲和绳子”的听众介绍“因果树、消雾法”等一系列指导人们怎样进行思考。尽管这是TOC发展到了一个新的更重要的阶段的标志，但不能不引起了在场者的困惑、恼怒和反对，甚至发生重要的追随者的叛离。但是最终，“思维过程”技术经过精化和磨练，成为有用和驯服的工具。所以，现在的TOC具有双重含义：一方面是基于产销率的管理理念，产销率将成为制造企业头号优先的任务，约束理论又是一系列的思维工具。终于在OPT软件首次发布18年以后，TOC的有效性和可信性开始为人广泛接受，成为与MRP/ERP、精益制造/JIT并列的管理方法。APICS最终也接纳了TOC。并在一个专门研究小组（SpecialInterestGroup,简称SIG）里每年召开年会。TOC与MRPII、JIT产生背景的比较比较项目TOCMRPIIJIT市场需求产生初期面临的是一种内右生产能力不平衡的情况，1应用于离散型生产环境。枝着经济环境向买方市场过渡，来自企业外部的约束U及企业内部的无形约束日3重要起来，同时应该也拓有到酿酒等流程型环境。|3初期考虑采用MRPH的企业，♦大多处于市场对产品种类的变爵化要求基本不大的情况。产品结构基本稳定、成品类型少而Z组合件类型多的企业，随着iMRPH向ERP的拓展，亦逐渐半面临产品变化多，特别是多配置项的生产与市场要求。产生:为多】市场j市场产生_步匕战。高柔大型求。•初期的社会需求基本品种、少批量。随着，的发展，企业面临的嚅求更加多样化，而.的多样化则为企业进•增强竞争力提出了挑因此大批量基础上的一性是采用IJIT生产的.企业所面临的市场需企业间协作环境产左经a衡§转k无日化发链」环%企'匕初期E常明E际上可追求盯随之展，匕的一牛给企L要设，市场的多变性t显，生产能力的%是做不到的，企』彼此间物流的通用着全球经济的一彳各个企业都是供销环，当某个薄弱&业带来不通畅时，法突破这一瓶颈。"MR2于L环』淳^的］套§同＜运4等，①11系统是在整个一个比较完善、规9竟下（以美国为代方隹行的，企业间不弓一办作关系，但一般都规范的市场运行程序执行规范、财务往3俞管理规范、生产t等社会处后的市场Q产生蜃调密切爪遵循-R如合七规范、小作规范产生初期」，与需求都I1个社会基，J作的方式-而未采用:'竞争方式在此基础一i合作配合;的发展，彳间协作氛i上处于彳不足的布本上采用展开密切完全自E寡行社4上建立、关系。R整个社4围正日为上会资金字况整札分级协〃合作，1的市场孕分工，JIT的起着经济孕的企业新强。企业内人员协作环境当曰管国往*业、E指标业选代知凸t体彳理U寸企业＜者从3视企可迫切瓦把舛目口识经叭创亍为，匚具进间多是部门林立，局部利益出发，彳一业整体的目标。4需要一套中间管壬日常管理决策与4标联系起来90年济社会的特点日3新成为持续性的考强调借助科学的管行共同管理决策。源-匕业企!争1潸［务§开F集，于西方的个人主义土内部与外部一样强调业的人事管理以建）的制度为目标。企』里多处于严格的控制运作强调集权，即*强有力的控制之下，自由竞争因此MRPII权式管理。卜境，企H竞争，二公平竞k的内部弟下，业E企业高员工展倾向于、起源具有：较西5体对C时建^身雇:能够氛围人事内部于东】-较强4-方更1-个人（:立社£•用制J，产生三。企'豳度］合作;方的文化烈的集体直视社4的长期评会半强制变，使4非常和谐业的组织也有效地关系的匕环境，i观念，孕以及团珂介。同的性的终卜业内部1的合作只机构与颛保了呈持。

比较项目TOCMRPIIJIT生产专业化技术市场的波动已经相当频繁，这种多变性要求企业向柔巾化发展，企业生产中每道二序在库存水平、批量大小、提前期等各项指标都要适应这种动态的变化因此TOC中的这些指标是编制作业t划产生的结果，而不是事先的固定输入。源于大量生产的鼎盛期，蛭产专业化程度较高。由】身局限，适应于产品和生较稳定的环境，因此初期Z于高度专业化的行业。成套计算机管理系统，MRP：卜应用面得以迅速拓宽，对E化依赖性减弱。社会孑于自-产的1产用Z为-I的『专业f初期面临多品的生产需求且J难以建立高度【产线。后期推'-化的程度逐渐场对产品多样［动了对生产柔JIT也逐渐适无生产线适时地化生产线上。种、小批量资金缺乏，专业化的生行生产专业提高，但市化的需求带性的需求，五于强调对干预的柔性信息技术OPT思想提出后不久，就贯彻到了计算机软件编程当中。TOC软件是实现TOC思想的重要工具。tMRPI思想的提出比其计算用提早约20车。MRPI所要高速计算与及时的信息反馈/要先进的计算机与信息技术现。因此说，MRPI运行的就在于信息技术的发展机应求的都需来实基础JIT运用初期以基础的信息系正应用在企业上，、其在计划重视人际协调员组织与信息，反馈信息。但代化的信息技入到JIT的运行^计算机为统并没有真的管理实践协调上更加,即通过人传递媒介来其后期，现术也逐渐引「体系。TOC与MRPII、JIT运用准则比较比较项目TOCMRPIIJIT追求目标企业目标是在现在和将来赚到更多的钱，由增加有效产出、降低库存、降低运行费来实现。有效合理地利用资源，改善计划，压缩库存。追求尽善尽美，消灭一切浪费。成品储备取决于约束环节的位置。例如，如果成品运输是约束，则应允许储备适量的成品作为缓冲。尽量满足客户需求，平衡生产能力，压缩成品库存。生产直接面对客户，追求零库存。在制品库存合理设置“缓冲器”，以配合约束环节的“鼓点”小、。控制少量库存，保证连续生产。属于浪费，应当消灭。原材料库存原材料库存数量与投放速度由“绳子”来控制，与约束环节的“鼓点”相协调。为应付生产与供给的波动，必须有一定的安全库存。不利于降低成本，应尽量减少。

比较项目TOCMRPIIJIT质量管理避免质量问题带来的问题波及到约束环节，因为“约束”上一个小时的损失就是整个系统的一个小时的损失。允许一定的废品，以最终检验加以控制。以生产中的质量控制代替最终检验，消灭废品。提前期TOC的提前期是批量、优先权等多种因素的函数，是编制生产计划产生的结果。从平衡物流的角度出发，允许在非关键资源上安排适当的闲置时间。控制一定的提前期，保证安全生产，事先设定。不利因素，必须压缩至最短。人员使用把资源的“利用”与“活力”加以区别，不认为“满足满岗”就一定是最有效率的。严格执行MRPI的各级计划与指令。弹性配置人员；强调以人的协作作为现场控制的主体，充分发挥人的能动性。TOC与MRPII、JIT管理手段的比较比较项目TOCMRPIJIT计划展开方式先安排约束环节上关键件的生产进度计划，以约束环节为基准把约束环节之前、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优化然后再编制非关键牛的作业计划。采用集中式的伐方■式计算机系统首先建一规范准的零件产品结构及加工序等数据系统并在系统中维护准确的库存、定单等供需数据MRPI据此按照榔加划去集中展开各级生产单元以及供应单元的生产与供应指令采用看板管理方式，按照有限能力计划，逐道工序地倒序传递生产中的取货指令和生产指令各级生产单位依据所需满足物料的上级需求组织生产。能力平衡方式TOC首先按照能力负荷把资源分为约束资源和非约束资源通过“五大核心步骤”来消除“约束'，改善企业链条上最薄弱的一环。同时，注意到“约束'是动态转移的,通过⑶演理手段的反复应用以实现企业的持续改进。提供能力计划功能。由于MRP1在展开计划的同时将工作指令落实在具体的生产单元上，因此根据生产单元的初始化能力置，可能清楚地判断生产能力的实际需求，由计划人员依据经验调整主生产计划，以实现生产能力的相对平衡。计划展开时基本不对能力的平衡作太多考虑，企业以密切协作的方式保持需i求的适当稳定并以