制造業(yè)通常被分為離散型和流程型兩大類，其中離散制造是指將原材料加工成零件，經(jīng)部件組裝和總體組裝成為成品。離散型制造業(yè)業(yè)務(wù)復(fù)雜，流程多變，信息數(shù)據(jù)龐雜，產(chǎn)品的生產(chǎn)周期相對(duì)較長(zhǎng)，產(chǎn)品的工藝過程也經(jīng)常變更。離散制造的這些特點(diǎn)，使其在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的在制品庫(kù)存，從而占用企業(yè)大量的流動(dòng)資金，增加了產(chǎn)品制造成本。因此如何通過優(yōu)化車間作業(yè)程序，降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在制品存量，減少流動(dòng)資金的占用，提升企業(yè)的市場(chǎng)響應(yīng)能力，成為每個(gè)制造企業(yè)生產(chǎn)管理中的關(guān)注焦點(diǎn)之一。
為此，本文面向離散制造企業(yè)的車間作業(yè)管理，將“約束理論”引入到車間作業(yè)程序分析和優(yōu)化中，力圖為企業(yè)構(gòu)建一個(gè)科學(xué)有效的基于TOC的車間作業(yè)優(yōu)化模型，并通過一個(gè)實(shí)例來驗(yàn)證該模型在車間作業(yè)流程優(yōu)化，降低在制品庫(kù)存方面的應(yīng)用效果。
一、TOC的引入
約束理論(TOC)是以色列企業(yè)管理顧問戈德拉特博士在優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的管理理論，該理論提出了在制造業(yè)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)活動(dòng)中定義和消除制約因素的一些規(guī)范化方法，以支持連續(xù)改進(jìn)。它把企業(yè)在實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程中現(xiàn)存的或潛伏的制約因素稱為“約束”或瓶頸，通過逐個(gè)識(shí)別和消除這些“約束”，使企業(yè)的改進(jìn)方向與策略明確化，從而幫助企業(yè)更有效地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。
約束理論通過識(shí)別與控制瓶頸資源，再設(shè)置緩沖保護(hù)瓶頸資源，運(yùn)用繩子的機(jī)制控制其他資源使之與瓶頸同步，從而達(dá)到提高系統(tǒng)產(chǎn)出、降低庫(kù)存和成本的目的。如前所述，以機(jī)械制造為典型代表的離散制造的特點(diǎn)是以零件加工、產(chǎn)品裝配為主，其最終產(chǎn)品往往是由很多的半成品組成，半成品直接影響生產(chǎn)的成本和節(jié)拍。另一方面，對(duì)于某些機(jī)械制造業(yè)，其工藝需要經(jīng)常變更，也就意味著一個(gè)生產(chǎn)車間可能同時(shí)生產(chǎn)幾種產(chǎn)品，所以在離散制造企業(yè)中車間的作業(yè)的合理控制和調(diào)度的快速靈活起著非常重要的作用。
而TOC認(rèn)為,一個(gè)企業(yè)想要提高自己的生產(chǎn)能力,就必須快速找出生產(chǎn)流程的瓶頸環(huán)節(jié)，一旦對(duì)瓶頸環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的控制,實(shí)現(xiàn)非約束環(huán)節(jié)與約束工序同步，整個(gè)系統(tǒng)的流程也相應(yīng)得到了優(yōu)化。
二、基于TOC的車間作業(yè)優(yōu)化模型構(gòu)建
（一）離散制造車間作業(yè)程序優(yōu)化分析
在制造企業(yè)中最為核心的流程是企業(yè)的產(chǎn)品制造過程，一般可以用圖1上部左側(cè)框圖部分來描述車間制造的生產(chǎn)過程。企業(yè)的主生產(chǎn)計(jì)劃根據(jù)BOM和工藝，以及庫(kù)存信息形成物料需求計(jì)劃，其輸出包括采購(gòu)計(jì)劃和下發(fā)到生產(chǎn)部門的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃。各個(gè)車間（分廠）再根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃形成車間作業(yè)計(jì)劃，并按照自身的產(chǎn)能組織生產(chǎn)。
圖1 基于TOC的車間作業(yè)優(yōu)化模型
在實(shí)際工作中，由于公司計(jì)劃與車間生產(chǎn)控制的分離，常常會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍不平衡、生產(chǎn)產(chǎn)品不配套、在制品庫(kù)存量大等問題的發(fā)生。為此，引入TOC到車間作業(yè)程序控制中，可以幫助我們快速的找出生產(chǎn)流程中的瓶頸，在制訂作業(yè)計(jì)劃時(shí)，根據(jù)車間作業(yè)的實(shí)際情況，由瓶頸資源來帶動(dòng)生產(chǎn)節(jié)奏，進(jìn)行物流平衡和搭配物料的成套性。當(dāng)瓶頸資源發(fā)生改變時(shí)，需要重新尋找新的瓶頸，這時(shí)再依據(jù)新的瓶頸來反復(fù)調(diào)整，達(dá)到計(jì)劃與控制的完美結(jié)合。
（二）基于TOC的車間作業(yè)優(yōu)化模型
基于以上分析，面向離散型制造企業(yè)，我們提出了如圖1所示的車間作業(yè)優(yōu)化模型。本模型從車間生產(chǎn)控制這一關(guān)鍵功能出發(fā)，通過約束理論動(dòng)態(tài)地找出車間生產(chǎn)過程中的瓶頸，實(shí)現(xiàn)車間作業(yè)流程的優(yōu)化，以達(dá)到降低在制品庫(kù)存，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本的目標(biāo)。
在傳統(tǒng)的車間生產(chǎn)作業(yè)流程基礎(chǔ)上，本模型在車間任務(wù)與車間作業(yè)控制之間增加了瓶頸識(shí)別和進(jìn)行瓶頸排產(chǎn)模塊，該模塊能實(shí)時(shí)根據(jù)當(dāng)前作業(yè)動(dòng)態(tài)信息將瓶頸分析報(bào)告反饋給車間。下面是基于TOC的車間作業(yè)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)過程的描述。
1.瓶頸識(shí)別。瓶頸就是現(xiàn)有能力達(dá)不到需求能力的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。根據(jù)TOC的理論，在企業(yè)的生產(chǎn)過程中通過車間的底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)來快速的找到生產(chǎn)流程中的瓶頸，然后根據(jù)現(xiàn)有的瓶頸來進(jìn)行車間作業(yè)的計(jì)劃制定。實(shí)際生產(chǎn)中瓶頸是會(huì)一直變化的，因此瓶頸分析也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。
2 . 緩沖設(shè)置。緩沖設(shè)置分以下3 種：① 發(fā)貨緩沖（S-Buffer）：即產(chǎn)品交貨前的庫(kù)存。②瓶頸前資源的時(shí)間緩沖（T-Buffer）,以保障瓶頸工序開工不受之前原料的影響。③瓶頸后資源的裝配緩沖（A-Buffer），是指當(dāng)?shù)拦ば虻脑蟻碜云款i資源時(shí)，避免出現(xiàn)資源瓶頸而導(dǎo)致停產(chǎn)。
3.瓶頸資源生產(chǎn)安排。通常將車間的生產(chǎn)流程分為瓶頸流程和非瓶頸流程。為了保證瓶頸資源的充分利用，需對(duì)瓶頸資源進(jìn)行優(yōu)化排產(chǎn)。
4.按照瓶頸資源的節(jié)奏安排非瓶頸資源。對(duì)非瓶頸資源的排產(chǎn)通常采用“PULL”式生產(chǎn)，就是按照瓶頸工序的需求時(shí)間來安排本工序的開始時(shí)間，以在減少緩沖范圍內(nèi)的在制品，用優(yōu)化的瓶頸工序來控制物料投放節(jié)奏，使在制品存量減少到合適的程度。
流程優(yōu)化是一個(gè)周而復(fù)始的過程，底層的生產(chǎn)信息受到人和機(jī)器的影響會(huì)不斷變化，那么瓶頸資源也會(huì)改變，所以流程需要不斷地持續(xù)改進(jìn)，以滿足生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)變化。
三、某公司結(jié)構(gòu)件車間作業(yè)程序優(yōu)化實(shí)例
（一）企業(yè)背景
四川某工程機(jī)械制造企業(yè)產(chǎn)品系列多樣，生產(chǎn)制造活動(dòng)復(fù)雜，是典型的離散制造企業(yè)。本文以該公司的結(jié)構(gòu)件分廠作為上文提出的模型的應(yīng)用案例。結(jié)構(gòu)件廠下設(shè)有生產(chǎn)辦公室，切割車間，成型車間和組焊車間。各個(gè)車間的主要工作內(nèi)容是按照要求對(duì)來件切割、成型和組焊。
（二）結(jié)構(gòu)件車間作業(yè)流程描述
結(jié)構(gòu)件分廠的車間生產(chǎn)流程是一個(gè)涉及車間生產(chǎn)辦公室、備料車間、成型車間、阻焊車間，以及質(zhì)檢部、研究所等相關(guān)部門的跨職能業(yè)務(wù)流程。下面是該分廠生產(chǎn)流程的簡(jiǎn)要描述。
流程開始，分廠生產(chǎn)辦接受公司生產(chǎn)部和研究所下達(dá)的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃和試制（或改進(jìn)）訂單，并將其分解后下達(dá)到備料、成型和組焊三個(gè)車間，備料車間進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的下料（包括切割、仿形）；成型車間接收備料車間的坯料進(jìn)行加工成型并實(shí)現(xiàn)部裝前的配套；組焊車間則負(fù)責(zé)完成部裝件的最后一道工序——組合與焊接。質(zhì)檢部進(jìn)行檢驗(yàn)。
（三）流程分析與優(yōu)化
采用圖1所示車間作業(yè)優(yōu)化模型對(duì)該結(jié)構(gòu)件分廠的現(xiàn)有車間生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化。篇幅所限，本文僅以裝載機(jī)動(dòng)臂生產(chǎn)程序分析為例，公司目前的車間生產(chǎn)控制系統(tǒng)如圖2所示，動(dòng)臂生產(chǎn)開始于鋼板的下料，經(jīng)過成型組焊等步驟成為合格的產(chǎn)品送往組裝分廠。
圖2 某公司目前車間生產(chǎn)控制模式
結(jié)合車間實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算每道工序產(chǎn)能的方式找出上述控制模式的瓶頸。按照產(chǎn)品的成套性對(duì)各個(gè)車間的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出每個(gè)車間生產(chǎn)一套動(dòng)臂所需要的時(shí)間分別為58秒、244秒和9780秒，按照下料車間1臺(tái)切割機(jī)，成型車間1臺(tái)成型壓軋機(jī)、組焊車間6臺(tái)自動(dòng)焊接機(jī)，每天工作8小時(shí)，分別用C1、C2、C3用表示下料、成型和組焊工序每天的生產(chǎn)能力，那么計(jì)算如下：
從上面計(jì)算結(jié)果可以看出，組焊車間是整個(gè)結(jié)構(gòu)件分廠生產(chǎn)流程的瓶頸。
基于TOC的思想進(jìn)行流程優(yōu)化，對(duì)結(jié)構(gòu)件分廠內(nèi)部的車間作業(yè)流程，我們提出如圖3所示優(yōu)化方案。
圖3 某公司優(yōu)化后車間生產(chǎn)控制模式
如前所述，承擔(dān)動(dòng)臂組焊工序的組焊車間是瓶頸資源所在，在根據(jù)TOC思想編制計(jì)劃時(shí)，需要考慮計(jì)劃期內(nèi)的系統(tǒng)資源約束，先用有限能力排產(chǎn)法安排動(dòng)臂組焊加工工序的生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)度計(jì)劃；再以動(dòng)臂組焊工序?yàn)榛鶞?zhǔn)，把動(dòng)臂組焊工序之前的工序（動(dòng)臂成型）按照拉動(dòng)的方式排定，并設(shè)置瓶頸緩沖和看板。
四、小結(jié)
企業(yè)的車間作業(yè)程序會(huì)隨著市場(chǎng)需求、企業(yè)經(jīng)營(yíng)策略所需要引發(fā)的生產(chǎn)任務(wù)的變化而變化，因此構(gòu)建一個(gè)能夠不斷對(duì)車間作業(yè)流程進(jìn)行優(yōu)化的模型能夠提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。本文基于離散制造企業(yè)部裝生產(chǎn)車間作業(yè)流程的優(yōu)化，提出了基于TOC的車間作業(yè)優(yōu)化模型，并將該模型應(yīng)用到某公司結(jié)構(gòu)件分廠，取得了不錯(cuò)的效果。但是事實(shí)上，離散型制造車間往往會(huì)同時(shí)不同的產(chǎn)品系列和類型，生產(chǎn)程序會(huì)更加的復(fù)雜。因此，如何在更復(fù)雜的環(huán)境中快速準(zhǔn)確的找出瓶頸并加以消除；以及對(duì)于瓶頸資源設(shè)置的緩沖區(qū)大小的計(jì)算等，都是本領(lǐng)域后續(xù)研究工作的重要課題。
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本文標(biāo)題：基于TOC的離散制造車間ERP作業(yè)流程優(yōu)化研究
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