基于TOC理论的多品种小批量制造企业的生产计划模式研究

吴茄

【摘 要】随着客户个性化需求的增强，多品种小批量生产方式逐渐成为制造业的发展趋势。目前主流的生产计划模式往往无法满足生产需求，反而使企业呈现出“高成本”、“高交期”、“高库存”的亚健康状态。如何优化企业的生产管理方式，降低生产成本、缩短生产周期，成为多品种小批量制造企业亟待解决的问题，基于TCO理论的生产计划模式为此提出了新的解决思路。

【关键词】TOC；多品种小批量；生产计划模式

随着社会和经济的发展，制造业不断转型，面向用户个性化需求、快速交付定制化产品、精益生产成为企业稳固和拓展市场的核心竞争力。然而面向订单、多品种、小批量的生产方式具有产品设计和制造周期长、结构和工艺差异大、生产管理难度高、在制品数量多等特点，如何利用有限的资源，完成各种小批量、定制化产品的生产，需要找到适合的生产管理方法，提高生产管理的效率。

一、多品种小批量制造企业的主要生产计划模式及优缺点

目前制造企业采用的生产计划模式主要有两种：

1）基于MRPⅡ理论的生产计划模式。MRPII（Manufacturing Resource Planning）即制造资源计划，以物料需求计划（MRP）为核心，把市场信息、财务信息、工程数据同生产和库存信息有效集成，将企业全部制造资源进行全面规划和优化整合。它是一种“推动式（Push）” 生产系统，就是前道工序按照计划直接向下游传递物料，最大限度的安排各工序的生产。

基于MRPⅡ理论的生产计划模式在实际应用过程中，存在以下问题：（1）对提前期、批量等基本参数预先进行静态设定，一旦发生突发情况就会造成生产实际与计划不符，導致原材料库存和在制品增加，将会延长产品制造周期和交货期；（2）产能约束考虑不足，往往造成生产计划无法完成、物料需求不切实际的情况；（3）生产计划的抗波动能力差，制定计划时不考虑控制，生产过程无反馈协调，当生产能力与负荷不平衡时才进行事后反馈，造成严重的计划滞后。

2）基于JIT理论的生产计划模式。JIT（Just-in-time）即准时生产，以客户为导向，通过实施看板管理，各工序由后向前倒序传递生产中的取货指令和生产指令，各级生产单元依据指令进行物料补充和生产，从而使各生产环节协调一致。它是一种由市场需求牵引的“拉动式（Pull）”生产系统，就是由市场需求决定产品组装，再由产品组装拉动零件加工。

基于JIT理论的生产计划模式在应用过程中也存在如下问题：（1）制定计划时按无限产能排产，整体计划性弱，当生产中出现不确定因素，就会导致生产系统波动甚至停工；（2）计划制定仅仅依据交货数量和交货期，当工序产出小于交货数量时，可能导致不同产品间哄抢资源，破坏生产秩序；（3）在生产管理中致力于消除任何形式的浪费，追求零库存，对人员、设备和物流系统要求较高。

二、基于TOC理论的生产计划模式的提出

综上，两种生产计划模式都以系统无限产能为基础，导致实际与计划相脱离，生产计划的可执行性差。基于MRPⅡ理论的生产计划模式植根于批量生产方式，更适用于提前期相对稳定、能力需求波动不大的企业；而基于JIT理论的生产计划模式植根于重复性生产方式，比较适用于少品种、大批量生产企业。对于面向订单、多品种、小批量的制造企业，两种方式都难以满足要求，而基于约束理论（TOC）下的生产计划模式为之提供了很好的解决思路。

约束理论（TOC，Theory of Constraints）是以色列物理学家高德拉特提出的，认为对于任何一个有多个相关环节构成的系统来讲，实际生产能力小于或等于生产负荷的环节，就是系统的瓶颈，这个产出率最低的瓶颈决定着整个系统的产出。

依据TOC理论，企业的资源和产能都是有限的，企业的产出是由它的瓶颈决定。对于一个任务不断变化的多品种小批量订货生产型企业，生产能力不平衡是肯定的，必然存在生产能力上的薄弱环节即瓶颈环节，只有让瓶颈环节的能力得到最有效的利用，才能使企业的产出最大；因此生产计划与控制的重点应该放在企业的瓶颈环节上，保证瓶颈环节的能力得到充分合理的利用。

三、基于TOC理论的生产计划模式的应用

基于TOC理论，企业在进行生产计划与控制的过程中，应把资源管理和现场改善的重点放在系统的瓶颈工序上。在保持均衡的物料流动条件下，确保瓶颈工序不会发生停工待料。同时通过采取措施提高瓶颈工序的资源利用率和产能水平，从而获得最优的系统产出。

1.识别瓶颈工序和瓶颈资源，编制瓶颈资源计划

既然系统的瓶颈决定了系统的产出，那么系统的生产计划就应围绕瓶颈来展开，需要编制瓶颈资源计划，其核心问题是确定计划期内什么是瓶颈。根据订单将产品进行分解，把计划期内每道工序的生产任务和生产能力对比，能力最薄弱的环节就是瓶颈环节，所涉及的资源就是瓶颈资源，依据瓶颈资源的利用率决定计划期内生产系统的产量，瓶颈资源的生产速度决定了生产系统的节奏，生产批量和生产排序都依据瓶颈环节的产能来确定。

2.按照TOC五大步骤，逐步改善和消除瓶颈

想要提高计划期内整个生产系统的效率，就必须针对瓶颈，逐一制定改进措施，以期能够改善甚至消除瓶颈，提升系统的整体运作能力。TOC理论的五大核心步骤：①找出系统约束；②寻找突破约束的方法；③使企业的其他活动均服从第二步；④具体实施第二步中的措施，使第一步找出的约束不再是约束；⑤回到第一步，别让惰性成为约束，持续改善。措施的制定和改进都要围绕瓶颈环节来开展，资源的调整和优化也要服从于瓶颈资源的利用。

3.采用DBR思想，实现多瓶颈排产

TOC理论中生产计划与控制方法DBR（Drum-Buffer-Rope）即“鼓-缓冲-绳”的系统。瓶颈工序的排产计划是系统的“鼓点”，控制着产品生产的节奏，非瓶颈的生产服从于瓶颈工序.以保证瓶颈资源的最大产出率。“缓冲”分为“时间缓冲”和“库存缓冲”。前者是提前一段时间准备好瓶颈所需的物料，后者是在瓶颈前增加在制品库存，两者都是为了防止随机波动.为了保障瓶颈工序生产的连续性。“绳子”发挥传递作用，使所有工序的生产按照“瓶颈”的“鼓点”节奏进行。

但是现有DBR方法大多考虑单个瓶颈下的计划与控制，但实际往往存在着多个瓶颈，且这些瓶颈之间存在着一定的工艺顺序关联，这种情况下的DBR系统实现就更为复杂。针对多瓶颈资源下的排产就要考虑针对所有瓶颈资源进行短周期的粗排产，在此基础上分析瓶颈资源之间是否存在顺序关联，并计算其工序间的松弛分配，根据松弛分配进行调整并得到最终的排产结果。

四、结论

面临激烈的市场竞争，多品种小批量制造企业在经营过程中建立一套适合其生产方式的生产计划管理模式是企业制胜的关键，基于TOC理论的生产管理模式，摒弃了企业资源和产能无限的假想，从生产实际出发，结合推、拉式生产计划模式的思想，将成为更加适合多品种小批量制造企业的管理方法。

【参考文献】

[1]（以）艾利·高德拉特.目标[M].（第3版）.电子工业出版社，2012

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[3]（日）稻垣公夫.TOC工厂管理[M].东方出版社，2014

[4] 叶涛峰，韩文民.“按订单”生产方式下瓶颈资源的确定[J].工业工程与管理，2003（6）：5l～54