生产控制系统概述

生产限制系统概述

生产限制的对象是生产过程,是经济限制系统中微观层次的一个分支，但它也是一个困难系统。它的经济活动要素主要包括人、物资、设备、资金、任务和信息。这些要素一方面分布在企业的全部部门各个环节，另一方面每时每刻处于运动之中。由于要素分布的分散性管理手段又基本上采纳手工作业，所以生产限制系统具有自身的特点，这些特点主要是：限制的整体性、限制活动的分散特性、限制活动中人的重要性等。

对新的生产安排和限制方法的要求

为了克服实际中遇到的困难，越来越多的计算机公司、软件公司和管理询问机构都正在供应越来越多的，或多或少的生产安排和限制的解决方案。这些方法总的来说具有如下的发展趋势：

●在车间中或接近车间的交互模式中采纳工作站；

●能够与主机或下层的计算机系统进行集成；

●供应越来越多的标准软件用于大量数据的数据处理和保存；

●集成了分析和表示方法程序，尤其是采纳图形表示的方法；

●采纳价格便宜的数据库系统。

除了这些系统之外，运行数据采集和处理系统（PDR-PDP系统）的快速发展也令人注目。其基本想法是尽可能实际地采集加工和运输过程的起先和完成时刻，通过一个全自动的计算机限制器对这些数据进行自动的采集和记录。在其次步将这些数据进行综合和处理，从而得到关于工作进度的报告和关键数据。在离散加工型生产车间中，常常是完全不运用生产调度模块，而代之以显示在安排板上的生产进展状况。这种限制台已渐渐被具有交互功能的彩色图形显示器所代替--称之为电子限制。

自80年头初以来，可以看到一个明显的趋势，即将生产限制结合进一个全面的、集成的制造企业模型中去。这种方法在60年头中在集成的数据处理这一概念下进行过探讨，但由于不同硬件和软件系统之间联结的巨大困难而未能实现。今日这种集成的想法又通过计算机集成制造（CIM）、后勤供应技术（Logistics）和准时生产（JIT）概念从不同的角度被重新提起，并且在实际中越来越多地被实现。CIM思想强调的是在一个计算机应用的工厂内设计功能（计算机协助设计）、加工安排（计算机协助安排）、制造（计算机协助制造）和质量保证（计算机协助质量管理）功能的计算机化和集成。后勤供应和JIT考虑的则是完整的物流以及与其伴随的选购 和销售市场之间的信息流，其目的是为了能够使企业以最短的时间、在正确的时刻和地点、以尽可能低的成本满意市场的需求。它要求与供应商和重要客户之间进行在线连接。值得留意的是，在这些解决方法中没有提到限制方法本身的问题。在较新的文献中，除了极个别的例外之外，也没有看到有限制方法新的报导。一个例外是日本的看板限制系统，另一个是在美国影响较大的最优化生产技术（OPT）系统。但必需指出的是，在发表的全部关于这些方法的文章中都没有介绍其普遍适用的模型。然而，只有借助模型才能够简洁理解其相应的规则和公式，并保证取得有针对性的结果。

另一个值得留意的对生产限制方法的探讨是Plossl对生产限制的说明。他强调输入、输出对限制库存和生产周期的重要性，并将其用一个很有劝服力的模型进行了表示：任务的输入速率必需依据相应的输出速率进行定义和限制。输出速率同样受到实力（本身也是一个变量）的影响。生产过程中的在制品数量由输入和输出确定，它又进一步确定了生产周期。Plossl事实上已经表示出了这个本质的相互关系，只是没有将它构造成为一个形式化的（数学）模型。

因此，在以往发表的论文对生产限制的探讨的基础上，我们首先应当确定现在和将来对生产限制系统的要求。这些要求可以分成3类（如下表1所示），考虑到完整性，对硬件和软件发展趋势同时进行了描述：对新的生产安排和限制方法的主要要求是：

1、要能够用计算机依据随机过程模型表示和处理生产过程；

2、另外，要能够依据市场和所运用的制造设备（成本中心和工作中心）的状况采纳不同的限制策略。例如在生产任务饱满状况下强调的是设备的利用率，而在任务不足的状况下短生产周期更重要。安排和限制方法不能去试图通过将任务向前推移来提高那些无法满负荷运用的机床的利用率，因为这样反而会进一步使瓶颈机床的负荷更加加重。

3、另一个重要的要求是要能够对生产周期、库存、安排实力和利用率这4个目标参量进行测量和限制，对出现的偏差进行诊断。

4、最终，还要求能够在限制回路中对反馈数据的质量进行检查。

假如不遵守这些基本原则，任何生产安排与限制系统在实际应用中都会失败，因为它们不能满意现代生产企业的需求。

除了以上技术要求之外还必需考虑人的作用，还必需定义对运用方法的要求。首先，必需给决策和安排肯定的自由空间。由于过程本身的随机特性而使得进行精确到分钟或小时的安排显得毫无意义。更重要的是，进行安排的和安排设计的员工应当在规定的工作内容和安排范围内主动地参加生产过程的安排和限制。因此，须要有一个能够清晰表示过程的方法，并通过不同的安排方法和用户友好的监视和诊断手段对其进行支持。另外，必需有意识地放弃下面的做法：即每一项活动都非通过系统不行。通过交谈、电话等进行的人员之间的沟通是完全必要的，过多的形式化会窒息整个系统。最终在进行数据采集的初期就将有关人员的数据（用于进行工资的计算）和有关过程的数据（用于任务监控的目的）分开是比较志向的做法，在今日的技术水平下，这也是可能的。

将调度归并到质量管理的范畴中去是实现这种想法的好方法。在质量管理的发展过程中产生的各种方法也可以用于生产安排和限制中去。例如：将统计方法用于安排和监控；通过偏差进行分析和诊断；以及通过质量管理目标和组织来保证其质量。当一个企业对它的安排系统产生的结果和产品质量和成本具有同样的责任感和骄傲感时，企业才可能在这方面取得明显的进步。

现代生产安排和限制方法所提出的要求的本质是：能够正确地表示实际生产过程模型，对生产限制中4个基本目标参量（高利用率、低库存、生产周期短、按时交货）之间的依靠关系能够正确予以表述。当然，为了做到这些，首先必需对生产周期进行具体的考察。

生产限制的含义

一个生产限制系统最重要的任务首先是限制基本库存和流量库存，即平衡输入和输出。然后再运用精确限制的方法减小限制库存。同时还可以考虑实行一些实力安排和批量安排的措施。

生产周期和脱期（脱期等于任务的实际完成日期减去安排完成日期）是两个不同的目标参量，对它们分别监控，分别采纳不同的措施进行限制生产周期只是平均库存与生产实力的函数，脱期却受到另外两方面的影响，即：安排生产周期和实际生产周期的偏差；安排与实际任务投放日期的偏差。

流量图特殊适用于作为生产限制系统的模型，因为它能够清晰地表示变更某个参量（如生产周期）的措施对其它参量（如利用率和脱期）的影响，尤其是可以通过监控和诊断系统进行检验。流量图的基本结构和它们的表示形式看起来很简洁，但实践表明，要从安排和实际值的偏差找出其真正的缘由，并由此得到正确的改进措施并不总是那么简洁的。

有一种用于单件和批量生产限制的一种新的理论方法，这种理论方法被称为“面对负荷的任务投放方法”。它主要是考虑限制平均库存，并进一步间接地影响工序或任务的平均生产周期。该方法可首见于Jendralski的仿真探讨。Bechte将它发展成一种简洁运用的方法。Buchmann将这种方法集成到了一个PPC系统中，并由Erdlenbruch对一些重要的地方进行了完善。

生产限制的主要活动

限制贯穿于生产系统运动的始终。生产系统凭借限制的动能，监督、制约和调整系统各环节的活动，使生产系统按安排运行，并能不断适应环境的变更，从而达到系统预定的目标。

生产系统运行限制的活动内容特别广泛，涉及生产过程中各种生产要素、各个生产环节及各项专业管理。其内容主要有：对制造系统硬件的限制（设备修理）、生产进度限制、库存限制、质量限制、成本限制等等。

生产进度限制，是对生产量和生产期限的限制，其主要目的是保证完成生产进度安排所规定的生产量和交货期限。这使生产限制的基本方面。其它方面的限制水平，诸如库存限制、质量限制、修理等都对生产进度产生不同程度的影响。在某种程度上，生产系统运行过程的各个方面问题都会反映到生产作业进度上。因此，在实际运行管理过程中，企业的生产安排与限制部门通过对生产作业进度的限制，协调和沟通各专业管理部门（如产品设计、工艺设计、人事、修理、质量管理）和生产部门之间的工作，可以达到整个生产系统运行限制的协调、统一。

修理，是对机器设备、生产设施等制造系统硬件的限制。其目的是尽量削减并刚好解除物资系统的各种故障，使系统硬件的牢靠性保持在一个相当高的水平。假如设备、生产设施不能保持良好的正常运转状态，就会阻碍生产任务的完成，造成停工损失，加大生产成本。因此，选择恰当的修理方式、加强日常设备维护保养、设计合理的修理程序是特别重要的。

库存限制，是使各种生产库存物资的种类、数量、存储时间维持在必要的水平上。其主要功能在于，即要保障企业生产经营活动的正常进行，又要通过规定合理的库存水平和实行有效的限制方式，使库存数量、成本和占用资金维持在最低限度。

质量限制，其目的是保证生产出符合质量标准要求的产品。由于产品质量的形成涉及生产的全过程，因此，质量限制是对生产政策、产品研制、物料选购 、制造过程以及销售运用等产品形成全过程的限制。

成本限制，同样涉及生产的全过程，包括生产过程前的限制和生产过程中的限制。生产过程前的成本限制，主要是在产品涉及和研制过程中，对产品的设计、工艺、工艺装备、材料选用等进行技术经济分析和价值分析，以及对各类消耗定额的审核，以求用最低的成本生产出符合质量要求的产品。生产过程中的成本限制，主要是对日常生产费用的限制。其中包括：材料费、各类库存品占用费、人工费和各类间接费用等。事实上，成本限制是从价值量上对其它各项限制活动的综合反映。因此，成本限制，尤其是对生产过程中的成本限制，必需与其它各项限制活动结合进行。

传统生产限制的缺点

生产安排的发展促进了制造性能的改善，但是还有很多问题没有解决。这主要是因为生产限制系统的问题。简而言之，传统的生产限制系统主要存在着三方面的缺点：尽管用于计算机系统和数据处理的费用很高，但是安排和实际结果却差别很大；不恰当的性能数据报告，对生产周期、安排性能、库存几乎没有实际限制实力；安排与操作人员决策责任很小。下面对这三方面缺点予以具体阐述：

1、尽管生产的安排、反馈和生产活动限制系统中广泛地应用了数据处理技术，尽管为实力调度和精确调整花费了很多计算时间，由计算机计算得到的“最佳”生产过程与实际的生产过程却很少相符和。很多专家认为，“通常，计算得到的周安排常常由于紧急订单、技术意外和故障很快就过时。”“通常必需在很短的时间以后重新修订精确调度”。因此，为“赶日期”而“绕开系统”进行的特殊行动在实际中常常可见。

2、通常的生产限制系统不能供应干脆可利用的信息和指示，从而不能帮人们有针对性地对生产周期、脱期、库存和产出率等目标进行关于和限制。另外，生产限制系统在其介绍中，好像有足够的依据并且初看上去很明白，但事实上常常不能够对其宣称的限制参量进行测量，也不具有合适的限制参数。

3、越来越困难的系统使“正在工作的人”进行自治决策的空间越来越小。安排人员或安排所涉及到的人员没有足够的信息或未经充分的培训和缺少能够胜任的专业调度人员，可能会使得花了很多钱安装起来的系统被丢弃在一旁。在这种状况下，车间主任会转向运用非正式的系统，在他的笔记本上保存一个数据库和一组分发规则。

人们总是认为：生产限制系统的性能不好是由于订单的安排生产周期不够和缺少反馈信息。这说明白为什么在线数据采集系统得到特别广泛的应用。然而很多企业中在引入这种系统之后只是更明显地看到了这些缺点，有关解决这些问题的生产限制方法还有待于进一步找寻。

70年头末，日本工业的胜利和有关看板限制系统（在日本，看板的含义是卡片、招贴栏、符号）的报告证明：西方很多关于安排系统的思维方法完全是错误的。1980年以来，联邦德国的很多企业相继引进了看板限制系统，并部分地获得了显著的胜利。有些企业也相识到：由于其产品和生产结构不满意或不能满意应用看板限制系统的必要条件，他们不能运用这种方法，尤其是单件、小批量和多品种批量生产的企业。

值得留意的是，关于看板限制系统和其接着发展的文章都不具备自成体系的生产过程理论，而仅是应用步骤的描述。

另外，无论是传统的生产限制系统还是像看板限制系统这样的新方法都不具备一个牢靠的、一般适用的生产过程模型作为其理论基础。因此也不能在此基础上逻辑地推导出特地的方法、所须要的必要条件和适用的范围。而且，迄今为止的一些生产限制方法对生产周期所做的假设太简洁了。

限制活动中人的重要性

生产限制系统的又一重要特性是限制作业基本上是手工操作，使得在限制系统中扮演着重要角色的信息难以刚好地精确地处理，因此人的素养在限制活动中起着重要的作用。与人的因素有关的问题主要在以下几个方面。

1、限制目标可变性

至此，我们的探讨集中在限制目标恒定的系统内，而一个动态的生产系统在实施过程中限制目标常常须要调整，其缘由是多方面的。如市场需求发生较大变动，不得不调整目标；因内部管理缘由原目标已无法达到，必需对目标作调整。生产目标的调整涉及到整个系统，调整的好坏会影响到企业经营效果，而此项工作没固定的决策程序与方法，主要取决于人的阅历和实力。

2、信息处理

由于限制活动的分散性以及大量的手工作业，信息的传递速度很慢，当天的生产现场信息从现场传送到厂级主管手中，一般要等到其次天，这迟到的信息，对于限制是很不利的。在人工系统中，当信息通过人们的接受、说明和传递时，信息很简洁被有意无意地错误理解，甚至丢失，使反馈的信息失去真实性，失真的信息是无法保证限制质量的。刚好限制要求要求对系统实施连续地测量，但往往由于人力资源的限制，测量成为间断性的，其结果，信息的反馈也是断续的、迟到的。

3、推断的主观随意性

在工程技术限制系统中，限制功能是由肯定的元器件构成的限制回路执行的，一旦系统的特性参数确定完毕，限制将不偏不倚地执行。在生产限制中却很难做到这一点。虽然对限制系统的稳定范围、灵敏度和反应性都可以在系统设计中加以规定。但企业系统是个开放系统，环境对系统的影响是随机的、多变的，因此限制系统的特性参数须要敏捷地调整，而调整活动几乎是完全凭借管理人员的人为推断，这种推断与人的阅历、学问等有关，不同的人会有不同的推断，主观随意性很大。

生产限制系统受人为因素的影响程度依生产系统的差异而变。当生产系统是装置型的连续性的，如发电厂、炼油厂、化工厂等，他们更多地依靠技术而不是人力。只有当那些生产过程依靠于人力限制的系统，限制活动中人的因素就显得特殊重要。服务企业一般多具有这个特点。

限制的整体特性

企业系统具有整体特性，同样，作为企业的重要一项职能管理--生产管理也具有整体性。它既包括了生产管理的安排、组织、限制三大职能之间的整体性，也包括了生产管理与市场、财务等职能管理之间的整体性。

1、生产限制与安排、组织职能的关系

生产过程的基本活动（即输入-转换-输出）联系着安排、组织和限制三个职能。安排的主要功能是确定目标和指标，选择合适的生产方案，制订达到目标的手段。组织的功能是依据安排确定的目标，合理组织生产要素，即把员工、设备、物资组合起来去完成生产任务，它发挥着执行安排的功能。而限制的功能则是检测生产系统的输出状态，推断其稳定性，最终作出是否须要限制，以及如何限制的决策。这三个管理职能相对独立，又相互联系，在三者的共同作用下，生产系统才能正常运转，运转质量的优劣与三者之间整体协调的好坏亲密相关。下面我们通过企业中普遍存在的流淌资金限制问题来说明生产系统的整体性。

某厂的流淌资金平均占用量为1500万元，年周转次数1次，经分析主要缘由是库存量大，以及生产周期长。该厂做出压缩流淌资金20%的安排，并把指标下达到供应科和生产车间。各部门接受到安排指标后，纷纷实行限制措施，如削减库存量，细心制订生产作业安排等等。但很快出现很多问题，因原材料库存品种不足，缺料次数明显增加，影响生产进度安排和生产周期。严峻时不得不中断某项制造任务，被迫投入另一项任务，这时又要有新的投入。结果生产现场在制品数量大大增加，生产周期变得更长，压缩流淌资金的安排无法实现。在本例中，原本的资金限制转化为库存限制和进度限制。物资部门为限制库存资金，实行削减库存品种的措施。但是由于库存安排与生产安排协调不力，材料库存不足影响了生产安排的正常执行，生产次序打乱了，在生产现场滞留了过多的资金。也会出现另外一种状况，安排是合理的，限制措施也是得当的，但因为组织实施不利而不能实现安排目标。诸如此类的现象在企业中常常可见，因此，要把生产系统状态有效地限制在预定目标上，安排、组织、限制三者间的整体协作协调是必需的。

2、进度、质量、库存、成本四种限制之间的关系

从字面上看，这四种限制相互之间的关系并不特别清晰，但当你面对任何一项具体的限制任务时，就会发觉他们之间存在着亲密的联系，互为因果，牵一发而动全身。

在制造业进度限制几乎每时每刻都在进行着，是一项工作量很大的日常管理活动。生产进度安排执行与其它三项限制活动亲密相关。如因质量限制不善，产生了超安排不良品，会影响生产进度；因库存限制不善，发生了停工待料，会导致生产中断；也可能为了限制成本而削减库存，进而影响了生产进度。

质量限制是一项得到普遍重视的管理活动，“质量管理是一项全员全过程的管理”这个命题，就足以说明它的整体特性。具体地讲，为了赶进度可能影响产品质量；不合理的库存量会掩盖质量管理上的种种缺陷；为了降低成本可能会取消某些质量限制活动而影响产品质量。

库存为生产而存在，是必不行少的。但过量的库存会增加成本，并且过多的库存还会掩盖管理上的问题，使系统恶化。

成本是反映企业经营管理状况的综合性指标。通过上面三项限制活动的简洁分析，已足以理解成本限制与其它三者的关系了。

从以上分析赐予我们的启示是，任一项限制活动都不是孤立的，进行任何一项限制活动都会影响到其它活动，所以要作全面的整体的考虑。还必需明白，全部的限制活动最终的目的是按时、按质、按量和低成本地制造产品，使生产系统具有竞争力。

3、生产限制与其它管理职能的关系

假如理解了全面质量管理，就很简洁理解生产限制与企业中其它管理，如与市场管理、财务管理、人事管理等之间的关系。全面质量管理理论告知我们，质量形成于企业经营活动的全过程，与全体员工的工作质量有关，因此质量限制再也不是生产管理一家的事情。现代管理理论认为质量管理属于机能管理，而不是职能管理，它不是某个职能管理部门可以担当的，须要企业全部部门、全体员工通力合作才能完成的。成本限制与质量限制具有同样的属性，它也是机能管理，成本也是形成于企业经营活动的全过程。我们把成本限制作为生产限制的一项业务活动，是因为大部分的成本支动身生在生产过程。

限制的整体性特点告知我们，既须要企业最高层领导从整体上进行协调，也须要中层以及基层管理者从整体利益动身主动调整自己的行为。

限制活动的分散特性

从限制活动的整体特性很简洁使我们意识到管理的系统原理，这是很重要的一条原理。但是，从目前企业生产限制的现状分析，限制不力往往与限制活动的分散特性有关。所以，客观相识生产限制活动的分散特性，对于提高限制活动的有效程度，满意整体特性的要求是特别重要的。

1、组织结构的分散性

企业的经营管理系统按管理职能分可得到纵向结构，主要有市场、财务、生产三个子系统，在水平方向可划分为高层、中层和基层三个层面。假如广义地理解生产管理，在组织结构上还包括产品设计部门、物资供应部门、设备管理部门、动力部门等等。在车间层面上，又分成若干个车间，车间内又建成了很多的班组。这些小的生产单元依据各自的隶属关系，由上而下组成了一个企业系统。反过来，自上而下分解成几个相对独立的单元。企业既是系统的又是分散的，它的分散特性给限制带来困难。

2、限制职能的分散性

组织结构的固定划分，规定了相应的管理职能，由于结构上的分散性，在管理职能上也势必是分散的。以质量限