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1.2 国内外生产优化相关理论进展

1.2.1 生产优化理论的研究与应用情况

生产就是利用生产要素转换成产品以实现预定目标任务的所有相互关联活动的一个集合体。具体来说,它是由生产增值过程与生产运营过程有机结合的实体。如图1.1所示为生产系统示意图。由图可知,生产过程处于执行层,完成将资源转换成产品的功能,是一个“投入—转换—产出”的过程,是一个劳动过程或者说是价值增值过程;生产运营过程包括计划、指挥和控制的决策层,由它为生产过程制定目标和计划,并对计划的实施进行组织和控制,同时,它还从外界环境取得需求、机会、约束和威胁等信息,来制定或调整目标和计划,对生产进行优化,以不断适应环境的变化。这样两个过程的结合,使生产具有了改善和发展自身的活力,真正成为在一定环境下实现预定生产目标的有机系统。

图1.1 生产系统示意图

1.2.1.1 企业生产优化的初期概况

自从有了人类,就有了生产活动,伴随着生产活动,就有了生产优化方法,也就是通过一定手段实现生产系统持续改善。但是近代生产优化的历史始于产业革命。产业革命始于18世纪70年代的英国,随后扩展到欧洲其他国家,19世纪传到美国。产业革命前,生产活动是手艺人和他们的徒弟在手工作坊中进行的,在这种生产方式下,没有明确的分工,靠人工使用简单的工具进行操作。产业革命后,标准度量制度的产生,促进了产业革命的快速发展,定制品的需求大大减少,工厂得以迅猛发展,开始了大量生产(Mass Production)。

大量生产开始后需要对工厂进行系统研究以保持生产能持续得到优化。蒸汽机车的诞生、汽油发动机汽车的诞生以及规模化汽车制造厂的建立,标志着生产优化的发展进入了一个新的阶段。汽车的生产直接带动了钢铁制造业的发展,所以继汽车之后,钢铁企业也较早地进入了生产优化的新时代。理论来自实践,最初的生产优化理论多半也来自汽车产业和钢铁制造业。

(1)科学管理运动

企业生产优化研究的创始人是泰勒。泰勒将科学理论用于对工作方法的观测、分析和改进以及经济刺激,将优化方案建立在科学的基础上。1911年,泰勒出版了《科学管理原理》,在这一书中,泰勒指出影响生产效率的首要问题是怠工,为了消除怠工、提高效率,泰勒认为对工人的每一项操作都要进行客观的科学的动作分析,得出最佳操作方法,并通过标准化,使之成为必须遵守的操作规程,并通过培训让大家都学会最佳操作方法,使工人在付出同等体力劳动的条件下,成倍地提高生产效率。另外还有很多先驱者也对生产优化研究做出了重大贡献,如吉尔布雷斯夫妇从事动作研究并提出了动作经济原理;甘特认识到非金钱奖励对激励工人的价值,并提出了获得广泛应用的“甘特图”生产进度安排法。

(2)福特的大量生产方式

福特认为阻碍汽车业生产率提高的主要原因是:汽车结构自身的复杂性、不同的汽车之间缺乏标准化通用零部件以及技术工人之间在技艺水平上存在差异。针对这些问题,他对汽车制造业提出了所谓的“3S”化,即:标准化(Standardization)、简单化(Simplification)、专门化(Specialization)的生产优化措施。这样,福特科学推进生产系统改善,并将亚当·斯密的劳动分工理论发挥得淋漓尽致,实行大量生产,极大地提高了生产效率,降低了成本。福特T型车,如图1.2所示,1908年至1927年的19年间共生产了1500多万辆,售价从最初的850美元降到265美元,使汽车进入了美国普通居民家庭。

图1.2 福特T型车

(3)通用汽车的生产管理方式

福特品种单一,已不能满足日益增长的需求,它原有的市场份额逐渐被通用汽车公司取代。为解决多品种生产降低规模经济效益的问题,通用一方面追求产品的款式新颖和产品高质量,以满足经济富裕的顾客群,另一方面,要在不同车型之间尽量扩大通用零部件的应用,以便在通用零部件这一层面上保持规模经济效益。1921年,通用成立了特别顾问委员会,提出了新的产品政策:从低档车到高档车按其价位建立完整的子品牌系列,且使高档车能保持一定的批量进行生产;从最低价到最高价要形成一个价位系列,不能出现断层,同时价位相差不宜太小,否则太分散,就无法维持批量生产了;按各个价格段设计相应的产品品种,在整个系列内不允许出现品种上的重复。直到现在,这种产品子品牌系列化政策仍然是行之有效的,且在各行各业中广泛采用。

1.2.1.2 近期先进生产优化理论的现状及水平

(1)国内外关于精益生产的理论与实践

精益生产就是及时制造、消灭故障、消除一切浪费,力求零缺陷、零库存。精益生产方式既是一种以最大限度地减少企业所占用资源和降低企业管理与运营成本为主要目标的生产方式,又是一种新的理念、一种文化。“消灭浪费、创造价值”是精益生产方式核心思想的精髓。

① 精益生产在国内外的研究现状及水平

1950年,日本工程师丰田英二到美国底特律对福特的鲁奇厂进行参观,鲁奇厂是当时世界上最大、效率最高的汽车制造厂。他对鲁奇厂的每一个细微之处做了全面的考察后,回到日本和大野耐一一起分析总结,很快得出了大量生产方式并不适合日本国情的结论。首先,当时日本国内市场较小,因此多品种、小批量可能不适合大量生产方式的要求;其次,第二次世界大战后的日本没有能力购买西方大量的技术与设备,不能简单地模仿美国鲁奇厂;最后,日本缺乏大量的廉价劳动力。针对以上日本当时的国情,丰田英二和大野耐一一起研究适合日本国情的汽车生产方式。大野耐一先在自己管理的工厂实行了现场管理改进的方法,如目视管理、一人多机、U型设备布置等,这些是丰田生产模式的雏形。

随着大野耐一式的管控方法取得初步成效,大野耐一式的方法在更大的范围内得以应用,并进一步完善。通过对生产现场的观察和思考,又提出了一系列革新,例如三分钟换模法,现场改善,自动化,五问法,供应商队伍重组及伙伴合作关系,拉动式生产等。这些方法在生产中不断地完善,最终建立了丰田生产方式(TPS,Toyota Production System)。

1985年,美国麻省理工学院的Daniel Roos教授等耗资500万美元,组织了53名专家、学者,用了将近5年的时间对14个国家的90多家汽车制造厂进行研究考察,并将大量生产方式与丰田生产方式进行对比分析,并于1990年出版了《改变世界的机器》(The Machine That Change the World)一书,书中将丰田生产方式定名为精益生产方式(Lean Production System),并对其思想的特点和内涵进行了详细的描述。精益生产方式的提出,把丰田生产方式从汽车制造行业扩展到各类产品制造、商业、服务业等领域,贯穿于企业的整个生产经营的过程,从此,精益生产的提法在全世界迅速传播开来。其实,在丰田汽车公司内部,仍然叫丰田生产方式,二者无本质区别。

在国内学术研究领域,近些年理论研究也取得了重大发展。清华大学的罗振壁教授对精益生产进行了大量的研究,对许多概念进行了澄清,如“看板的真正含义”,并提出了一些新的观点,如“拉动式生产一定优于推动式生产吗?”。许多中国企业,也开始从更高的层面进行思考,例如要使企业持续发展,就要将精益生产与蓝海战略结合起来。这些研究,对于人们理解和应用精益生产理论,越来越具有指导和启发作用。

② 精益生产在国内外的应用情况

在21世纪前10年,精益生产理论与方法随着研究和应用的不断深入,受到越来越多的专家学者关注,出现了百花齐放的现象。许多世界级大公司将精益生产方式长期运用,如德尔福、戴尔等,都取得了重大经济效益。据统计,当今世界500强企业中,多半在推行精益生产。离散性制造业、流程型制造业,甚至服务业都从精益生产中获益。其中有很多美国大企业将精益生产方式与本公司实际相结合,创造出了适合本企业需要的管控体系,例如:1999年美国联合技术公司(UTC)的获取竞争性优势管理(ACE,Achieving Competitive Excellence),摩托罗拉的精益六西格玛(LSS,Lean Six Sigma),波音的群策群力管理,通用汽车1998年的竞争制造系统(GM,Competitive MFG System)等。这些管控体系的实质就是应用精益生产的思想,并将其与企业实际情况相结合,以指导公司内部各个工厂、子公司顺利地推行精益生产方式。每一个精益生产管理工具在实施过程被分解为一系列的图表,员工只需要按照图表的要求逐步实施,每一工具对应有一套标准以评价实施情况,且可用于母公司对子公司的评估。从到目前为止的情况来看,对精益生产方式理解最为深刻、运用最为娴熟的依然是一些日本公司,其创造者丰田汽车公司更是持续推行精益生产方式的典范。在此阶段,精益思想跨出了制造业,作为一种普遍的哲理在各个行业传播和应用,先后成功地在建筑业、服务业、民航运输业、医疗保健领域、通信和邮政管理以及软件开发等方面获得应用,使精益生产系统更加完善。

在国内应用方面,早在20世纪80年代末90年代初,我国开始学习引入精益生产。我国曾派出人员到日本丰田汽车公司去学习与考察,但是由于多方面的原因,只学得一些皮毛概念,没有深挖其内涵,以为丰田生产方式就是看板系统、零库存等一些表面口号类的东西,更像是空中楼阁,说起来确实令人信服,回到生产实践中做起来却困难重重。

通过对精益生产理论的研究并结合文献分析,可见精益生产的优势在于:第一,强调市场需求拉动、相互合作以及消除浪费和降低成本,注重生产现场改善;第二,精益生产的主要方法—准时制生产方式(JIT,Just in Time)的牵引式生产,确保了较低的在制品库存与较高的客户服务水平。

精益生产存在的问题在于:第一,精益生产计划编制的源头、控制点只放在交货位置上,可能导致生产部门间争夺系统资源,使有限资源未用在最需要优化的环节上;第二,中长期计划性较弱,各生产工序在计划执行过程中缺乏整体计划的指导,盲目跟进和被动顺应后道工序的要求,致使整个生产系统加工情况变化无常,相应的,生产控制也只能被动跟随;第三,精益生产要求生产系统中各工序的绝对稳定和能力的绝对平衡,这对于任何企业来说都是难以实现的;第四,精益生产模式致力于消除生产过程中任何形式的浪费,追求零库存,未考虑库存对系统产销率、物流平衡等方面的作用。精益生产模式简图如图1.3所示。

图1.3 精益生产模式简图

(2)MRPⅡ系统的由来与发展

制造资源计划(MRPⅡ,Manufacturing Resources Planning)是一种科学的管控思想与处理逻辑,它以物料需求计划为核心,以生产计划为主线,集成了对财、物、产、供等企业制造资源的合理规划,迎合了现代制造企业生产计划管理的需求,得到国内外知名企业的青睐。MRPⅡ通过加强企业对企业物料的控制,提高对企业资源的统一管理及优化配置,在产品周期内协调好物料供应、技术准备、车间生产,以满足多变的市场需求,并及时响应市场变化,生产出满足客户“交货期、质量、成本”要求的产品的同时,提高生产效率、缩短产品交付周期,降低企业生产成本,使企业利润最大化,全面提高企业在市场中的竞争力。

MRPⅡ是以企业生产计划与控制为主线,对企业内部包括财、物、产、供、销等各种制造资源,按计划的流程、地点、时间等进行优化配置与管理,提高企业资源的利用率。其发展大致经历了以下几个阶段。

20世纪50年代末,随着计算机与信息科学技术的高速发展,美国许多企业开始应用计算机技术进行旨在降低库存、加快资金周转速度的库存ABC分类管理,其根据“经济批量”和“订货点”的原则,依靠对库存补充周期内的需求量预测,并保持一定的安全库存,对生产所需的各种物料进行采购管控。订货点法是最初期的企业信息化的生产管理模式。

20世纪60年代中期,随着企业生产规模、生产能力不断提高及客户需求不断变化,企业产品多样化及结构复杂化,订货点法不再满足企业物料管理的需求。美国IBM公司的Joseph.A.Orlicky提出了建立在产品订单和材料需求的基础上,以物料为中心,以顾客服务、按需定产为宗旨,以实现准时生产和减少库存为目标,应用计算机系统实施对生产的闭环控制的物料需求计划(MRP)。其基本原理是以企业主生产计划为指导,根据企业库存情况、企业产品物料清单、产品制造工艺等信息制定企业的生产及采购计划。

20世纪70年代,为改进MRP缺失生产能力计划、生产活动控制及采购和物料管控方面的不足,在基本MRP基础上,引进能力需求计划,形成闭环MRP。其指导思想是企业在平衡生产能力的基础上,建立可行的主生产计划,并依据企业主生产计划、库存情况和产品物料清单,进行企业物料需求的计算,形成可行的分时段的物料需求计划。

20世纪70年代末、80年代初,Oliver Wright在闭环MRP基础上,提出了制造资源计划(MRPⅡ)的概念。MRPⅡ是将企业的生产、销售、财务、采购、工程等信息集成在一起进行统一计划和管理的生产计划控制方式。MRPⅡ以物料需求计划为核心,涉及企业的经营规划、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、采购管理、财务管理等各方面。

20世纪90年代初,随着经济全球化的进展及制造型企业市场竞争的日趋激烈,企业生产环境也发生了转变,“以客户为中心”的时代到了,企业要在竞争中赢得胜利,就必须对企业各种资源进行集成管理,最大限度地发挥所有资源的效用。美国加特纳咨询公司在MRPⅡ基础上,扩充了企业管理的范围,并引进面向供应链的管理思想,形成企业资源规划(ERP)。ERP系统是整合企业管理理念、业务流程、基础数据、人力和物力、计算机硬件和软件于一体,面向供应链管理的现代企业控制思想和方法。

通过对MRPⅡ生产模式的研究并结合文献分析,可见MRPⅡ生产模式的优势在于:中长期生产计划的控制能力很强,强调计划推动,用尽可能周密的计划集中安排各环节的物、人等资源及生产加工,以应对生产过程的不确定性。MRPⅡ存在的问题为:第一,MRPⅡ的提前期是推进式计划的结果,是提前进行设定的,因而很可能造成与实际情况不符,导致在制品库存增加;第二,不分加工批量与运转批量,且与系统的输入批量相等,影响订单的流动时间和提前期;第三,不考虑生产中的能力约束条件,可能造成物料需求不切实际,生产计划无法完成;第四,MRPⅡ为每道工序安排计划,每道工序都严格按照既定的计划生产,造成工序间实际产量不平衡、在制品库存增加以及需求与生产不一致等问题;第五,MRPⅡ制订计划时不考虑过程控制,只能通过事后反馈进行调节,相对于生产实际存在一定的滞后;第六,MRPⅡ生成计划时,逐层分解物料清单(BOM,Bill of Material),为每层零组件生成一定时间段的物料需求计划、采购计划、作业加工计划等,由于误差的不断累积,生成的作业计划常常与实际脱节;第七,计划调整时,问题自底向上层层反馈和所有计划自顶向下层层重排,造成生产计划的抗扰动能力很差;第八,MRPⅡ通常以周或天为运行单位,无法对更长时间段发生变化的情况做出迅速的响应,致使底层功能较弱。ERP/MRPⅡ生产模式简图如图1.4所示。

图1.4 ERP/MRPⅡ生产模式简图

1.2.2 约束理论的研究与应用情况

约束理论(TOC,Theory of Constraints)是以色列物理学家高德拉特(Eliyahu M.Goldratt)在研究晶体原子热运动的过程中发现的一种大变量离散过程优化的方法,并在他的最优生产技术(OPT,Optimized Production Technology)基础上创立和发展起来。最优生产技术是由一组管控理念和规则(如瓶颈资源与非瓶颈资源的划分,“鼓-缓冲器-绳子”计划与控制系统等)组成的理论体系,约束理论认为瓶颈资源是影响企业生产进程的最主要因素,保证瓶颈资源在生产过程中的最大利用率,是企业生产周期最短、在制品库存最低的前提。

1.2.2.1 约束理论在国内外的现状

高德拉特在1979年将OPT带到美国。1984年,高德拉特出版了小说《目标》,该小说的写作初衷是借助小说的手法,说明如何用近乎常识的逻辑推演,解决复杂的生产问题,来解释约束理论。这本书被英国《经济学人》杂志誉为最成功的企管小说之一,目前已被英、美等国的许多著名大学列为MBA必修课程。

约束理论作为一种新的持续优化理念,已经获得了广泛的认同和应用。鉴于本书主要研究TOC的生产计划与控制方法方面的内容,这里只介绍与本书相关的研究和应用。

1994年,Cook在运用仿真对TOC、传统排程、JIT三种生产计划与控制方法进行在制品数量、平均生产时间、流程事件波动及总产出数量比较时,发现基于TOC的产品加工流程时间波动较小,总产出数量最大,平均流程时间及在制品数量最高。

1997年,Blackstone在其发表的关于TOC在企业应用的优异性的论文中指出,美国福特汽车电子部在应用了约束理论后,生产周期从原有的10d降为16h,Bal Seal公司导入TOC后,生产周期从42d降为8d,订单准时交货率从80%~85%提升至97%,在制品库存减少50%以上。

1994年,Shih等三人在家具制造厂应用仿真执行DBR(Drum-Buffer-Rope),获得较少的总完工时间(MS,Make Span)。

1995年,Daniel将DBR应用在美国海军航空站翻修作业生产计划上,有效缩短了返回交货期,另外使用动态缓冲的观念,将瓶颈作业站前的加工时间总和乘上一个固定缓冲常数,寻求装配件的最佳缓冲常数以决定装配件的投料时间点,从而降低了外购物料的存货水平。

1999年,Hans-Peter和Wiendahl利用“漏斗模型”理论来确定瓶颈工序:将生产过程中的每一道工序都比喻成一个“漏斗”,将整个生产系统用一个个相连的漏斗来表示。漏斗出口的大小则表示整个单元或设备的生产能力,工序之间用管道相连,管道的粗细表示各零件的通过量。当某个漏斗的输出小于输入,且小于任何一个与其有关联的工序的输出,则该道工序就被确定为瓶颈工序。

2001年,Chakravorty在An Evaluation of the DBR Control Mechanism in a Job Shop Environment中研究发现,在Job-Shop型企业采用DBR方法时,与先到先服务(FCFS,First Come First Serve)法则相比,采用最短加工时间(SPT,Shortest Processing Time)法则在在制品数量以及订单延迟数量方面均优于前者。

2007年,Amitava Ray等在An Integrated Theory-of-Constraints中通过对比标准成本会计、标准约束理论和约束理论解析分层线性规划模型,发现在不增加约束条件的情况下组合模型优于传统模型。

我国学者尹柳营于20世纪90年代在美国接触这一理论,回国后致力于此理论的研究,先后取得了一系列成果。1993年,他在《制约因素管理探索》一文中将约束理论应用于管理过程中,分析了管理中的制约因素。1997年,他在《弱者司鼓,强者听令—DBR在中国的应用前景》一文中指出传统生产管理长期面临的问题,认为利用DBR可以转变企业的管理思路、调节系统运作和挖掘内部潜力,提高经济效益,同时指出在生产计划与控制中运用DBR法所要解决的问题:一是要准确识别生产系统中的瓶颈资源,并根据瓶颈资源的能力制订主生产计划;二是要根据瓶颈上游的情况确定一个适合的缓冲量,以保护瓶颈环节免受上游设施及其他情况的影响;三是根据瓶颈环节的节奏确定整个生产系统的投料计划。1998年,他在《生产研究跨世纪课题:管理与技术紧密结合》中说明了约束理论能够充分利用管控人员的智慧,靠抓住关键因素进行系统优化,并不断在新的层次上加强管理和技术的结合,事半功倍地提高企业经济效益。1999年,他在《制约因素管理的理论体系及特色》一文中,论述了约束理论的两大来源,并介绍了其理论体系,总结了三大特色:把中国的传统文化中的整体性思维特色和西方定量分析方法有机结合、决定事物全貌的思想适用于各行各业的管控、使生产系统可以在平稳的环境中实现整体优化。

2000年,阚树林、刘赣、曾健民在《基于OPT的生产作业计划与控制系统设计》中论述了建立生产作业计划与控制系统模型的基本方法,结合我国企业的实际情况,在分析现行系统的基础上,建立了车间作业管理的功能模型与信息模型,以最优生产技术的基本原理为基础,对现代制造系统生产作业计划与控制系统的编制方法进行了探索和开发应用。

2001年,王晶和荣超等在《基于精益生产方式与约束理论的企业过程动态改进》一文中,研究了应用精益生产方式和约束理论的哲理进行企业过程动态改进的方法论,将精益生产方式与约束理论结合起来有选择性地消除浪费,进行持续改进。

2003年,叶涛锋在《生产过程中缓冲设置的模拟方法》中分析了瓶颈资源、缓冲、生产提前期之间的关系,以及目前各种用于确定约束资源的方法,针对工序生产能力比较接近的情况,提出了一种利用Q-GERT和仿真技术的方法,既能真实反映生产中出现的实际情况,也能准确推断出系统中的瓶颈资源,从而使企业在保证较短的生产周期的同时,节省了物力、人力。2005年,韩文民、叶涛锋等在《基于瓶颈的订单方式下供应商物流批量决策模型研究》中分析了订货商的经济订货批量模型,接着以供应商生产系统中的成本最低为目标,就供应商生产系统中有瓶颈和无瓶颈两种情况分别建立了单一产品“按订单”生产方式下供应商的物流批量决策模型,并进行了相应的分析,从而使供应商能够在费用最小的情况下满足订货商的订货要求。

2004年,李浩、沈祖志和邓明荣在《订货型企业基于约束理论的订单排产优化研究》一文中,基于约束理论,对订货型企业的客户订单优势因素与瓶颈资源确定准则进行了分析,并引入了“虚拟订单”的概念,通过对客户订单进行分解,建立了“虚拟订单”的数据结构和优势准则,基于该准则给出了订单投产排序优化的启发式算法。

2004年,曹振新、张士杰在《基于约束理论的制造单元瓶颈分析及对策》一文中,将约束理论运用于制造单元的瓶颈分析,提出了基于约束理论和MRPⅡ的集成计划与调度系统框架。

2005年,戚晓曜在《基于约束理论的管理方法及其应用》一文中,指出约束理论在企业管理的持续改进方面,其管理哲学和技术较之其他更具有普遍适应性,并应用实例说明了这一点。

2005年,白明在《基于约束的生产系统再造及评价方法》一文中,将约束理论引入生产系统再制造过程,提出了基于约束的企业生产系统的再造方法。

2006年,郭永辉、钱省三在《基于鼓-缓冲器-绳子理论的整合式生产作业控制系统研究》中指出,现有的“鼓-缓冲器-绳子”理论存在3方面不足:首先,缓冲区大小凭经验估计,当生产环境发生变化时,容易造成瓶颈生产安排、订单投料安排与实际生产脱节;其次,侧重于对瓶颈生产的安排与投料安排,对生产作业控制仅以先进先出法则或最早交货期法则为调度策略,无法保证制定的作业规划与实际生产作业控制相吻合;最后,“鼓-缓冲器-绳子”理论所强调的系统绩效指标存在冲突。在此基础上,提出了一种基于“鼓-缓冲器-绳子”理论的整合式生产作业控制系统,将生产作业计划与生产控制加以集成。另外,为有效应对生产系统的动态变化,采用仿真技术,以及时调整系统缓冲区大小。同时为兼顾多个绩效指标,针对瓶颈前设备、瓶颈设备、瓶颈后设备提出了一个三段式的调度策略。

2007年,贾国柱、程杨在《基于约束理论和系统动力学的生产系统再造方法》中扩展了约束理论,提出了全面约束管理的思路,该思路从新的角度对生产约束进行认识和管理,强调以约束为管控对象,并通过对约束的管理,提高企业的运作效率,进而提出建立起约束监督、预警机制,对约束实行全方位的管理。

2007年,翁元、周跃进、朱芳菲在《基于约束理论的制造业高级计划排程模型的建立及应用》中研究了离散制造业普遍存在的生产计划排产问题,引入了高级计划排程(APS)概念,通过分析并应用其核心思想——约束理论,指出其相对优势,并用线性规划算法构建了基于设备加工能力的高级排产模型。

2008年,卢引娣、黄卫来、蔡建湖在《基于TOC的分销系统订单排序法则》中,基于TOC,用全局的观点分析分销系统环境下的多订单排序问题,综合考虑分销系统仓库的容量、上游生产企业的生产能力,特别是瓶颈工序能力的限制,提出基于约束理论的分销系统订单排序法则。

2008年,曹国安、游海波、蒋增强、张明伟在《基于TOC的半导体生产线动态分层规划调度方法》中针对工件动态到达、批处理、可重入、生产时间离散化、多品种混合生产的半导体生产线问题,提出了基于约束理论的动态规划调度模型,并通过实例验证了规划调度模型的有效性。

综上所述,纵观国内外研究约束理论的文献,国外对约束理论的研究较国内早,且深入,并已逐步地将约束理论、方法应用到企业的实际生产过程中。然而国内在这方面的研究尚处于起步阶段,大多数企业对它还不了解。在国内很多学者对其进行研究和运用的热点在于对协同生产、同步生产、约束理论、均衡流、瓶颈的研究,大多数只是提出了一些企业思想或方法层次上的结论以及对其哲理的阐述,很少触及企业实施约束理论时在生产方面的具体措施或策略,其中更多的是定性的研究,进行定量的分析研究的文献还很少见。

1.2.2.2 约束理论在国内外应用情况

约束理论在美国企业界得到了广泛应用,已逐渐形成了完善的体系。美国生产与库存管理协会(APICS,American Production and Inventory Control Society)非常关注TOC,称其为“约束管理”,并专门成立了约束管理研究小组。已有如波音(Boeing)、宝洁(P&G)、飞利浦(Philips)、通用汽车(GM)、英特尔(Intel)等著名企业在实施TOC后获得了巨大效益。

福特公司电器分部实施了约束理论,一年后提前期降至2.2d,以前则为10.6d,后来又进一步降到两个班次以内,他们的顾客需求增加了300%,对合理化建议的采纳时间从150d降至10d,生产计划提前期从16d降至5d又到1d,而他们实施JIT时,只把制造提前期降到了8.5d。经过优化实现了今天安排明天就投产。最终得出结论:在福特汽车公司的电器分部的约束理论的实施效果较JIT 的实施效果更为出色。

东莞长风国际有限公司成立于1979年,现有员工2500人,年营业额约2500万美元,与珠三角众多出口型企业一样,多是OEM的业务。起初公司存在着诸多问题:客户要求把每周的工作时间由60h减少至48h,而交货工期不变;物料已经提前发放到生产线上,但出货时间仍然迟迟不定,订单越来越多,物料越来越混乱;急和不急的订单混在一起,员工很容易错用物料,优先级被打乱,产生很多麻烦。在引入了约束理论后,按照约束理论中的DBR的方法,制定了长风生产排程表,以订单的承诺交货期定出各订单的启动次序、何时发料等,出货期由21d减少为11d。

总的来看,约束理论在欧美等发达国家和地区研究已经比较深入,约束理论的管理理念和生产控制方式正开始被应用到生产实践中。然而,在以往研究约束理论的相关文献中,介绍约束理论的思想和哲理、讲解如何运用TOC的思想和理念来指导企业的生产运营、运用TOC的逻辑思维工具——Think Process(TP)等来对企业的经营和管理流程进行优化和改进等这些方面的文献居多,涉及研究约束理论在生产系统优化方面应用的文献很少。在当前多品种小批量的生产环境下,出现了系统瓶颈不易识别、瓶颈漂移等现象,且DBR方法的参数设置依赖操作者的经验,随意性大。这些问题导致了约束理论在企业生产系统优化上应用较为困难。

通过对约束理论生产模式的研究并结合文献分析,可见约束理论生产模式的优势在于:第一,综合了推进式与牵引式两种生产方式的优点;第二,重视瓶颈并充分利用瓶颈资源,区别对待瓶颈工序计划调度和非瓶颈工序计划调度;第三,认识到能力不平衡的绝对性,保证生产物流的平衡与生产节奏的同步;第四,集计划与控制于一体,即在制订计划时已考虑到现场控制的实际,并对预控制的困难问题(可能出现的波动)提前进行了计划,一定程度上保证了计划的可行性;第五,在计划执行时,由非瓶颈配合瓶颈,进行物流平衡,保证计划的有效性;第六,一旦瓶颈工序发生漂移,将重新判定新的瓶颈,再依据新的瓶颈重新建立一个新的物流平衡系统,实现计划与控制的集成与统一。约束理论家具生产模式简图如图1.5所示。

约束理论存在的问题为:第一,生产中瓶颈工序漂移为生产管理增加了难度,一旦辨识出现滞后或偏差等问题,将极大地影响后续的工作;第二,强调短期生产最优化,对长期战略决策作用效果不显著。

图1.5 约束理论家具生产模式简图

1.2.3 MTO型生产方式研究与应用情况

按照订货、设计及制造的先后次序,企业分为基于库存生产(MTS)和基于订单生产(MTO)两种类型。MTS型企业通过库存满足顾客的需求,这种企业产品的计划主要根据预测,并在接到用户订单之前已生产出产品。这类生产特征的企业,一般生产标准件或进行原料的简单加工,产品需求一般比较稳定并可以预见,产品规格及品种较少,产品允许保留较长时间,产品存储于仓库中,根据需要随时提取,这类产品如家用电器,日常消费用品等。MTO型企业在订单到达之后开始进入制造过程,而客户则必须等待进货和生产所需的时间,全部交货提前期包括物料采购时间和生产时间。随着越来越多企业以MTO(MTO,Make to Order)型,即订单型生产方式来组织生产,MTO型生产成为热门话题。目前,国内外对MTO型生产企业的研究主要有以下三个侧重点。第一,侧重于对运营模式的研究。第二,侧重于对订货决策问题的研究。第三,侧重于对生产问题的探讨。为了适应国内家具市场的需要,我国家具制造业也已逐步由传统的面向库存生产(MTS)转向面向订单生产(MTO)或两者混合生产模式发展。

通过对MTO型企业的研究并结合文献分析,MTO生产的特点如下。

① 生产速度快、浪费较少。终端顾客或经销商订单的交货期明确,生产企业为了避免延迟罚赔,必须紧锣密鼓地生产以确保按时交货;订单规格、批量较明确,生产企业定量准备物料,使“零浪费”成为可能。

② 生产到销售链条直线运行,库存少。家具生产企业将外购原材料或协作厂的零部件直接加工和装配,产品直接发往销售商,整个制造顺序呈平行运动,使“零库存”成为可能。

③ 资金占用少、周转快。定量购置材料、适时发出商品,使货币资金转化在生产要素上的滞留时间短、产成品转化为货币资金回流到企业的时间快。资金循环的快速度,决定了资金增值的快速度,从而提升了企业的利润空间。

1.2.4 家具企业生产优化研究现状及水平

1.2.4.1 企业生产优化总体现状及水平

计划经济时期,我国向苏联学习生产优化理论与方法,积极开展技术革新,涌现出一批创新的生产管理方法,如“木工简易计算法”“郝建秀工作法”“两参一改三结合”等。20世纪70年代,徐连仓在清河毛纺厂开始应用工效学等。改革开放后,我国逐步地建立了市场经济体制,并且逐渐融入了经济全球化的浪潮之中,发达国家的先进理念与方法逐渐传入我国,我国企业也开始学习和运用先进的生产优化方法和理念,逐步由粗放式经营向集约式经营转变,国内一些发展势头较好的企业都很好地引进和利用了先进的生产管控理论与方法。

长安汽车公司和徐州装载机厂先后导入了CIMS系统并取得了不错的效果。TCL通过建立ERP系统,全面整合了从开发、生产到营销的业务流程,实现了资金流、信息流和物流的高效运转,使TCL凭借速度优势,在短短几年之内,在家电、电话、手机、网络产品、电脑等领域建立了自己的竞争优势,取得了巨大发展。一汽大众和上海通用则在建立精益生产系统方面走在了前列,并取得了非常好得经济效益。联想、海尔等企业也将先进的生产优化理念与自身的生产实际相结合,取得了理想的效果。除此以外,还有很多企业正在不断地学习先进的理念和方法,并应用到生产实践当中去。但总体而言,我国企业的生产优化持续改善水平还普遍较低,比如基础的现场管理、基础的工业工程(IE,Industrial Engineering)水平和意识都还比较低。

1.2.4.2 家具企业生产优化研究现状及水平

我国家具业属于传统行业,在技术含量、工业化程度和企业管理等方面总体水平较低,同时由于家具生产有其自身的专业特点,既懂家具设计与制造、又懂生产管控知识的复合型人才较难寻觅。金融危机前,家具市场需求旺盛,劳动力成本较低,即使是粗放的经营管理,企业的利润空间仍然非常可观:板式家具毛利润在30%以上,实木及高附加值家具毛利润在40%以上。外表繁荣掩盖了内在矛盾,造成了企业不思进取的心态,所以家具生产研究进展较其他行业要迟缓许多。在当前后金融危机时代,家具产业面临前所未有的挑战与危机,企业加快了由规模型向效益型转变的步伐,也加强了对企业生产问题的研究。

由于我国家具企业生产存在着工业化水平参差不齐,手工劳动、机械化、自动化生产并存,多品种、小批量和单件生产方式并存,人员观念落后和文化素质较低等问题,我国家具生产的研究工作起步较晚。从研究的方向来看,大多集中在产品标准化、生产系统信息化建设、小批量生产方式探讨等方面,未见有家具学界和企业界对MTO型家具生产进行过任何系统深入的研究。大多数研究家具生产优化问题的形式仍然停留在定性的理论分析,片面强调工时定额及生产效率作用等,停留在传统思维的层面上,至今还未见采用先进理论深入家具生产实践,科学制定家具生产优化的方向、策略与具体措施的成果面世。 NutYDfzT1PUPqwKld0NUXbaCVVQ11z3g+oHLYxO3IMlSryMQuDM8QtSyMbnPKvPX

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