约束理论在复杂电子装备生产计划管理中的应用

张静波，叶 菁，刘宗涛

一、引言

复杂电子装备是集成了多种电子信息单元的综合系统装备，其产品线具有型号繁多、研产混线的特点，产品又具有形态差异大、零部件种类多、工艺路线复杂、加工精度高、组装集成精密度高的特点。 对于生产管理而言，一般为“多品种、小批量”离散型生产模式，经常面临着生产计划不易管控、生产效率低、制造成本高、质量不易保证等突出难点。

约束理论(Theory of Constraints，TOC)是以色列物理学家戈德拉特博士(Dr Eliyahu M Goldratt)在优化生产技术(Optimized Production Technology，OPT) 的基础上发展起来的。TOC 作为一种制造管理理念，最初被人们理解为对生产运营进行管理并解决瓶颈问题的方法，并最终覆盖到企业管理的所有职能方面。 通常认为，企业运用约束理论管理是通过系统性识别和消除瓶颈资源约束，使得企业的改进方向和改进策略明确化，从而促进企业更有效地实现其持续改进的目的。

在“一带一路” 倡议的推动下，目前多品种小批量的复杂电子装备生产制造企业面临着前所未有的挑战和机遇，企业的管理理念转变、管理模式升级、管理方法创新是大势所趋，不断引进和学习新的成功管理实践已是各企业的共识。TOC 约束理论与精益生产理论、六西格玛管理理论，并列世界三大生产管理理论，如何在生产计划管理中应用约束理论，其做法仁者见仁。 本文探讨了约束理论在多品种小批量复杂电子装备生产计划管理中的应用，阐述了具体的做法，对关键问题进行了论述，旨在为同样生产模式的生产制造企业提供新的管理途径。

二、约束理论在生产计划管理的应用

生产计划管理就是应用计划管理模式控制制造的流程，调度相应的生产资源和保障资源，从原材料、设备、人力等输入开始，经过生产转换系统，直到产品输出为止的一系列管理工作。 常规的管理业务主要包括生产策划、生产作业计划和生产调度。

在生产计划管理中应用约束理论，首先要确定约束，约束可从企业内部和外部查找，一般有人员、设备、场地、仪器仪表、原材料、生产能力等。 其次要消除约束，即尽可能提高瓶颈的利用效率。 可根据造成瓶颈的原因来解决，如增加原材料在生产过程中的及时投入、增加相应的生产资源、优化改善工艺流程和生产能力等。 对于关键资源要留出必要的缓冲以提高资源的利用率，对于生产计划管理，缓冲就是计划裕度，所有消除约束的措施最终都反映在计划节点上。

(一)约束理论在生产策划中的应用

生产策划是每个项目运行前必须开展的一项工作，生产策划是对项目的生产过程进行一次系统性的策划，以保障产品最终的质量和交付能够满足用户要求。 在生产策划中，需要对项目的实现过程所需的一系列资源进行逐一的识别，确定瓶颈资源约束。 一般可从质量、进度、成本、采购、能力、技术状态、工艺、外包等管理业务入手初步确定约束，并将所有约束叠加到主生产计划上，通过关键路径识别瓶颈资源约束。

识别出瓶颈资源，就必须在项目上增加必要的缓冲，常规而言，项目的缓冲就是项目计划的裕度，以保障最终的交付能满足合同要求，计划裕度可以根据瓶颈资源的影响性，按项目生产周期的8%～15%确定。

(二)约束理论在生产作业计划管理中的应用

生产作业计划管理是依据生产策划的结果对生产作业的计划、组织和控制工作，主要的管理动作包括生产作业计划编制、下达、调整、监测等管理，这是在生产任务下达至制造环节前的重要步骤。 目前有相当多的制造型企业都采用了ERP 企业资源管理系统，基于MBOM 进行生产订单编制，但面临的问题是，ERP 排程一般基于无限资源分解需求，然后根据实际齐套情况不断被动调整计划，生产计划的科学合理性不足，生产主管调整生产计划会耗费大量时间。 因此必须将计划管理模式由无资源限制的倒排计划模式转型升级为基于有限资源约束的正向计划排程模式，由强调“需求”的单向管理模式提升为“需求”与“资源”约束平衡的双向管理模式。 在生产计划管理环节，可以将生产制造能力、采购能力等确定为约束，由制造部门和采购部门针对生产订单计划进行确认，从而识别出瓶颈资源约束。

一般月度生产作业计划应提前两个月下达至制造部门和采购部门，各部门可以有两个月的缓冲时间进行内部资源调配，保证生产订单的计划执行。 如果不能保证生产订单的计划，就需要与生产策划进行比对，一般不能突破生产策划的计划裕度，否则需要重新调整生产策划。

(三)约束理论在生产调度中的应用

生产调度就是以生产订单计划为依据，统筹生产制造过程中的资源进行作业排程保障生产作业计划的按期实现。在多品种小批量的离散型制造企业中，涉及的制造专业很多，导致生产资源分散，这需要生产调度能够及时了解制造现场出现的资源冲突，并实现快速响应。 针对生产制造过程中的约束，需要企业制造单元和生产主管部门共同识别和确定常规或非常规的约束，由于多品种小批量企业制造现场生产问题往往具有“多发性、多变性、多关联性”，导致很难在生产制造开工前就能准确完整的确定约束，而是必须建立现场问题快速处置的运行网络，各部门均设立现场问题负责人，负责指派、监控、反馈需本部门处置的现场问题，确保责任到人并在确定的缓冲时间内完成，缓冲时间可以规定在1天内。

三、基于约束理论的信息系统开发

有了基于约束的生产计划管控机制，就需要在项目生产管理中实施，针对多品种小批量的复杂电子装备的生产计划管理，需要利用信息化的手段提高管理效率。 目前大部分制造企业都具有信息化的基础，企业资源管理系统ERP、制造运行管理系统 MOM、供应商管理系统SRM、产品数据管理系统PDM 等是很多企业生产管理必备的信息系统。 结合信息化手段，通过采集SRM 系统和MOM 系统中的数据，与ERP 系统中的数据双向数据贯穿，建立相应的算法模型使 ERP 计划基于 SRM/MES 反馈，保障生产计划的排程与资源有效约束，精准定位生产计划中存在的投产、技术状态变更、物资齐套、生产外包中存在的问题和制约生产计划的关键路径，实现了项目生产策划、生产计划、生产调度和项目交付的一体化管理路径，显著提高了生产计划管理的科学合理性。

四、约束理论应用生产计划管理中需要关注的问题

(一)基于约束理论的生产计划管理是持续改进的过程

约束理论提供了一种管理理念和方法论，在运用过程中需要不断地迭代，这与质量管理中的PDCA 是一致的，不断地确定约束，并采取措施去消除约束，以达成最终管理效益不断提升的企业运行终极目标。

(二)应以系统工程的理念对生产计划过程进行管理

约束理论将管理对象设定为一个系统，这就需要我们以系统思维对计划管理过程进行分析，内外部环境的变化、企业战略的调整，都会造成约束的产生和更新。 一方面要不断识别出关键路径上的瓶颈资源约束，另一方面解决了当前的关键瓶颈资源约束，原来的非关键资源约束有可能会成为新的关键资源约束。

(三)应充分利用信息化工具实施约束管理

多品种小批量的复杂电子装备制造，本身就是一个复杂的系统，涉及的制造专业广，生产过程较多，造成瓶颈资源涉及的生产数据烦冗，利用信息化系统去识别资源约束和管理资源，无疑能提高生产计划管理的效率和准确性。

(四)应注重多种管理工具的融合

约束理论不是万能的，和精益管理、六西格玛等管理理念及工具一样，具有一定的局限性，在生产计划管理中约束理论的确能够发挥一定的作用，但绝不可能解决企业生产管理中的所有难题，任何管理理念在运用过程中都不能生搬硬套，而需要我们审时度势、因地制宜、活学活用，才能持续改进。

五、结束语

多品种小批量复杂电子装备制造企业在生产计划管理中应用约束理论，其管理效益的提升是潜移默化的，以某复杂电子装备生产制造企业为例，实施了约束理论的生产计划管理，不合理的月度生产计划数量下降约60%，年度生产任务完成量提升了约9%，装备的生产周期缩短约10%，项目生产管理增效约30%。

在国家制造战略的大背景之下，每个电子装备制造企业都肩负着国家和民族的使命和责任，需要更多的管理创新思路和做法，秉承“扬弃”精神，在管理上力求自主创新，不断结合国情进行本地化、本土化的变革，在生产组织、生产排程、生产调度、资源平衡、生产决策等管理维度上适应智能制造的特点，不断创新和完善生产计划管理体系，追求企业管理效益的最大化。