0 引言

    物料需求計劃(Material Requirement Planning，MRP)、制造資源計劃(Manufacture Resource Planning，MRPⅡ/ERP)、準時化生產(chǎn)(Just in Time，JIT)和約束理論(Theory of Constraints，TOC)等生產(chǎn)管理技術(shù)在不同時期、不同生產(chǎn)環(huán)境中都發(fā)揮了重要的作用，在我國，這些生產(chǎn)管理技術(shù)也有著不同程度的應用和發(fā)展。

    許多學者對三者性能進行了模擬和對比，研究了MRP/MRPⅡ/ERP和OPT/TOC的集成，以MRP/MRPⅡ/ERP系統(tǒng)為框架，嵌入具有TOC的某些功能模塊，在最大程度地利用MRP/MRPⅡ/ERP系統(tǒng)框架和計算邏輯的基礎(chǔ)上實現(xiàn)集成。但這些集成只能算作MRP/MRPⅡ/ERP系統(tǒng)的部分優(yōu)化和改良，并不能徹底解決因其理論缺點而帶來的根本性問題。因此，需要跳出某個系統(tǒng)框架的限制，不以某個具體的系統(tǒng)為藍本進行填充或彌補，而以MRPⅡ/ERP、JIT和TOC各自系統(tǒng)所體現(xiàn)的思想或哲理為研究對象，考慮繼承與發(fā)展，根據(jù)生產(chǎn)計劃與控制的不同層次需求，選擇不同的生產(chǎn)管理策略，并把合適層次的合適策略融合起來，形成一種新的生產(chǎn)管理方法，再在新集成方法指導下研究生產(chǎn)計劃管理與控制。

1 MRPⅡ/ERP、TOC和JIT優(yōu)缺點比較及定位分析

    1.1 MRPⅡ/ERP、TOC和JIT優(yōu)缺點比較

    MRPⅡ/ERP的優(yōu)勢在于中長期計劃的能力，強調(diào)計劃推動，用盡可能周密的計劃集中安排各環(huán)節(jié)的人、物等資源及生產(chǎn)加工，以應對生產(chǎn)的不確定性。

    MRPⅡ/ERP存在的問題為：①MRPⅡ/ERP的提前期是推式計劃的結(jié)果，需要提前設(shè)定，因而很可能造成與實際情況不符，導致在制品庫存增加；②批量不分加工批量和運轉(zhuǎn)批量，且與系統(tǒng)的輸入批量相等，影響訂單的流動時間和提前期；③能力約束考慮不足，往往造成生產(chǎn)計劃無法完成、物料需求不切實際；④MRPⅡ/ERP為每道工序安排計劃，每道工序都嚴格按照既定的計劃進行生產(chǎn)，而工序間又無協(xié)調(diào)機制，無法動態(tài)保證每道工序問的關(guān)聯(lián)，造成工序間產(chǎn)量不平衡、在制品庫存增加以及需求與生產(chǎn)不一致等問題；⑤MRPⅡ/ERP制定計劃時不考慮控制，只能通過事后反饋進行生產(chǎn)控制，相對于生產(chǎn)實際存在一定的滯后；⑥MRPⅡ/ERP生成計劃時，逐層展開物料清單(Bill of Material，BOM)，為每層零組件生成1年的物料需求計劃、采購計劃、作業(yè)加工計劃等，由于誤差的累積，生成的作業(yè)計劃很容易與實際脫節(jié)。另外，對那些已無法保證完成計劃的產(chǎn)品，進行進一步分解和計算已毫無意義；⑦計劃調(diào)整時，問題自底向上層層反饋和所有計劃自頂向下層層重排，造成生產(chǎn)計劃的抗擾動能力差；⑧MRPⅡ/ERP通常以周或天為運行單位，無法對每周或每天之內(nèi)發(fā)生的變化做出迅速的響應，致使底層功能較弱。

    TOC的優(yōu)勢在于：①正視瓶頸的存在并充分利用瓶頸，區(qū)別對待瓶頸計劃調(diào)度和非瓶頸計劃調(diào)度；②不需要預先設(shè)定提前期，提前期是編制計劃的結(jié)果；③綜合了推拉兩種方式的優(yōu)點；④承認能力不平衡的絕對性，保證生產(chǎn)物流的平衡和生產(chǎn)節(jié)奏的同步；⑤它是集計劃與控制于一體的方法，在制訂計劃時已考慮現(xiàn)場控制的實際，并對預控制的困難問題(瓶頸)提前進行了計劃，一定程度上保證了計劃的可行；在計劃執(zhí)行時，由非瓶頸配合瓶頸，進行物流平衡，保證計劃的有效；一旦瓶頸發(fā)生漂移，系統(tǒng)會重新判定新的瓶頸，再依據(jù)新的瓶頸重新建立一個新的物流平衡系統(tǒng)，從而達到控制、制約計劃的目的，實現(xiàn)計劃與控制的集成與統(tǒng)一。

    TOC存在的問題為：①的瓶頸漂移為生產(chǎn)管理增加了難度，一旦辨識出現(xiàn)滯后或偏差等問題，將極大地影響后續(xù)的工作；②僅強調(diào)短期最優(yōu)化，對長期戰(zhàn)略決策沒有幫助。

    JIT的優(yōu)勢在于：①強調(diào)需求牽引、相互合作，以及消除浪費和減少成本，注重現(xiàn)場改善；②JIT的拉式生產(chǎn)保證了較低的在制品庫存水平和較高的客戶服務(wù)水平。

    JIT存在的問題為：①中長期計劃性弱，各工序在計劃執(zhí)行過程中缺乏整體計劃的指導，盲目跟進和被動順應后道工序的要求，致使整個環(huán)節(jié)加工情況時好時壞，相應地，生產(chǎn)控制也只能被動跟隨；②JIT計劃編制的源頭、控制點僅僅放在交貨點上，未把系統(tǒng)真正的控制點放在瓶頸處，導致部門間哄搶系統(tǒng)資源，有限資源沒有用在最需改善的環(huán)節(jié)上；③JIT在生產(chǎn)管理中致力于消除任何形式的浪費，追求零庫存，未考慮庫存對系統(tǒng)產(chǎn)銷率、物流平衡等方面的作用；④JIT盡量維持生產(chǎn)的穩(wěn)定和能力平衡，這對于任何企業(yè)來說都是一個很高的要求。

    1.2 MRPⅡ/ERP、TOC和JIT定位分析

    MRPⅡ/ERP適合于宏觀調(diào)控和長期規(guī)劃，在企業(yè)級發(fā)揮著很好的作用，可直接把MRPⅡ/ERP定位在廠級或企業(yè)級，負責主生產(chǎn)計劃、物料需求計劃及各車間零部件的月、周計劃。

    TOC擅長于能力管理和現(xiàn)場控制，專注于資源安排，通過瓶頸識別、瓶頸調(diào)度，使其余環(huán)節(jié)與瓶頸生產(chǎn)同步，保證物流平衡，尋求需求和能力的最佳結(jié)合，使系統(tǒng)產(chǎn)銷率最大，這是TOC的優(yōu)勢所在，也是現(xiàn)今企業(yè)缺少的部分。因此，把TOC定位在車間級，負責車間或工段工序日作業(yè)計劃與調(diào)度、物料投放計劃，充分發(fā)揮TOC在車間層作業(yè)計劃與調(diào)度的優(yōu)勢。

    JIT擅長于計劃執(zhí)行和成本降低，在降低在制品數(shù)量、減少浪費和現(xiàn)場改善等方面具有明顯的優(yōu)勢。但是，JIT一味地強調(diào)通過降低成本以獲取利潤是有限度的，另外，JIT所要求的生產(chǎn)環(huán)境(如能力平衡、需求供應穩(wěn)定等)對我國現(xiàn)階段企業(yè)來講是一個很高的門檻。

    因此，把JIT定位在生產(chǎn)現(xiàn)場，負責作業(yè)計劃的執(zhí)行、生產(chǎn)的控制和現(xiàn)場的反饋等工作，充分發(fā)揮其在降低在制品庫存，減少浪費，降低成本，現(xiàn)場改善等執(zhí)行方面的優(yōu)勢。

2 生產(chǎn)計劃管理與控制集成模型

    鑒于以上比較和定位，根據(jù)生產(chǎn)計劃與控制不同層次的要求，本文提取出MRPⅡ/ERP、TOC和JIT三者思想中的合適策略，并加以相互融合，構(gòu)成一種新的生產(chǎn)管理方法——MTJ(MTJ是以MRPⅡ/ERP、TOC和JIT各自前3個字母的縮寫組合而成，代表對三者思想的融合、繼承與發(fā)展)。圖1為在MTJ方法指導下構(gòu)建的生產(chǎn)計劃管理與控制的集成模型。在此模型中，通過訂單管理接收客戶的訂單，結(jié)合市場的預測產(chǎn)生訂單需求，得到主生產(chǎn)計劃(Master Production Schedule，MPS)。此處的MPS可能與實際產(chǎn)能限制相差甚遠，因此，通過無限能力法倒排計劃，首先識別系統(tǒng)的瓶頸，再根據(jù)瓶頸產(chǎn)能的限制及瓶頸產(chǎn)銷率最大化確定訂單的優(yōu)先級，據(jù)此修正訂單的負荷，得到符合實際生產(chǎn)能力的生產(chǎn)計劃，稱為MPSⅡ。顯見，MPSⅡ在能力平衡的邏輯和能力平衡的對象上，與MRPⅡ/ERP中傳統(tǒng)的MPS有所不同，所以加Ⅱ以示區(qū)分。

圖1 生產(chǎn)計劃管理與控制集成模型

    確定好了MPSⅡ，根據(jù)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)得到MRP。再根據(jù)MRP確定車間零部件計劃、外協(xié)計劃和物料采購計劃。車間工序計劃是車間零部件計劃的細分，除了對零部件計劃進行BOM分解外，還要考慮車間生產(chǎn)能力的限制。如果車間能力現(xiàn)狀無法編制合理的工序計劃，則反饋給車間零部件計劃進行調(diào)整，直至得到合理的工序計劃。

    基于TOC的車間計劃編制與生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度以車間工序計劃為源頭，先安排瓶頸資源的關(guān)鍵件生產(chǎn)進度計劃，再編制瓶頸資源上非關(guān)鍵件的生產(chǎn)進度計劃，最后根據(jù)瓶頸的生產(chǎn)節(jié)奏編制非瓶頸資源的生產(chǎn)進度計劃，控制非瓶頸生產(chǎn)與瓶頸資源同步。

    生產(chǎn)計劃執(zhí)行和現(xiàn)場控制以JIT哲理為主，融合TOC理論中的瓶頸、繩子、緩沖及緩沖區(qū)管理來實現(xiàn)。采用繩子逐道工序地傳遞瓶頸的需求，各工序得到瓶頸的指令后，再按鼓的節(jié)奏組織生產(chǎn)，補充瓶頸所需的物料，在合適的時間傳送到合適的地點，實現(xiàn)準時生產(chǎn)。

3 生產(chǎn)計劃管理與控制運作邏輯

    3.1 生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

    生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)是本集成模型的重要組成部分，是生產(chǎn)計劃管理與控制運作的基礎(chǔ)，在MPS、車間生產(chǎn)調(diào)度和車間瓶頸管理等模塊都要用到生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)由產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)、資源描述、資源利用以及工藝路線等組成(如圖2)，其中：

圖2 生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

    (1)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)是對BOM的上下拓展，定義了市場需求(企業(yè)的訂貨或預測)、BOM結(jié)構(gòu)(產(chǎn)品、組合件、零件、相關(guān)層次和結(jié)構(gòu)數(shù)量)、原材料三者之間的連接和相互關(guān)系。

    (2)資源描述是對企業(yè)各種資源的具體描述，包括所有資源庫(物料、設(shè)備、工裝、工人、資料和空間等基本信息)以及替代資源及影響、資源的能力和資源的儲備等。

    (3)資源利用是具體地對應到每個物料(產(chǎn)品、組合件、零件和材料)上，以“工藝規(guī)程”為橋梁把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和資源利用動態(tài)聯(lián)系起來，定義每道工序所使用的資源，如設(shè)備、輔助設(shè)備、工裝、工種和工藝圖紙等。

    生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)隨著生產(chǎn)的進行而動態(tài)變化，實時反映生產(chǎn)的客觀狀況，有利于瓶頸的動態(tài)管理及在瓶頸的動態(tài)平衡中進行生產(chǎn)調(diào)度。

    3.2 基于瓶頸的MPSⅡ/MRP的制定邏輯

    本模型中，以系統(tǒng)實際存在的瓶頸為基準，以瓶頸產(chǎn)能及瓶頸產(chǎn)銷率最大化為目標，直接利用瓶頸的能力限制，依據(jù)瓶頸單位時間的產(chǎn)銷率調(diào)整訂單負荷，得到MPSⅡ。通過瓶頸調(diào)整得到的MPSⅡ已經(jīng)保證了整個生產(chǎn)系統(tǒng)負荷的合理以及與生產(chǎn)實際能力的吻合，再結(jié)合反映生產(chǎn)實際的提前期、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，就可以得到可行、準確的MRP�；�于瓶頸的MPSⅡ/MRP制定邏輯解決了MRPⅡ/ERP能力約束考慮不足的問題：

    (1)負荷/能力平衡以瓶頸產(chǎn)能限制為依據(jù)進行負荷的修正，更具簡單化和實用化MRPⅡ/ERP從MRP發(fā)展而來，而MRP并未考慮能力約束問題，雖然MRPⅡ/ERP加入了粗能力平衡(Rough-cut Capacity Planning，RCCP)和細能力平衡(Capacity Requirements Planning，CRP)，但并不能彌補其在能力平衡上的缺點。MRPⅡ/ERP通過這兩個平衡環(huán)節(jié)進行多次循環(huán)調(diào)整，是一個雙向聯(lián)動的過程，而本模型中負荷/能力平衡是一個單向調(diào)整的過程，它依據(jù)瓶頸產(chǎn)能限制直接對MPS的負荷進行修正，更加簡單和實用。

    (2)負荷/能力平衡只抓瓶頸設(shè)備，更具操作性和層次性

    MRPⅡ/ERP中RCCP是基于關(guān)鍵設(shè)備進行能力平衡的。關(guān)鍵設(shè)備是提前設(shè)置好的，而瓶頸設(shè)備是隨著生產(chǎn)實際的進行動態(tài)變化的。因此關(guān)鍵設(shè)備未必就是瓶頸設(shè)備，而非瓶頸的關(guān)鍵設(shè)備的產(chǎn)能最大化并不會對系統(tǒng)的產(chǎn)銷率產(chǎn)生任何作用，反而會增加系統(tǒng)庫存和運行費。這樣，經(jīng)過RCCP看似平衡的能力極有可能誤導后續(xù)MRP等工作。MRPⅡ/ERP中CRP是基于全部設(shè)備進行能力平衡的，對所有資源均同等對待，并未凸現(xiàn)出瓶頸設(shè)備對整個產(chǎn)能、物流平衡和產(chǎn)銷率等的重要影響。本模型平衡的對象為瓶頸設(shè)備，瓶頸設(shè)備是相對于其他設(shè)備而言能力不能滿足負荷的設(shè)備。如果能力平衡能保證瓶頸能力的滿足，必然就能保證非瓶頸能力的滿足。所以，本模型降低了能力平衡的工作量，且更具操作性。在得到有效的MPSⅡ后，可以充分利用MRPⅡ/ERP的整體規(guī)劃優(yōu)勢，得到各車間零部件的月、周計劃和各車間的零部件月、周計劃。

    (3)物料需求計劃

    在MRPⅡ/ERP系統(tǒng)中，往往由于源頭數(shù)據(jù)(主生產(chǎn)計劃、零部件的生產(chǎn)提前期)無法準確得到，導致MRP難以發(fā)揮作用，不能做到真正的按需供給。本模型消除了這兩方面對MRP的影響，可以充分利用其物料需求規(guī)劃的優(yōu)勢，得到有效的物料需求。

    3.3 基于TOC的作業(yè)計劃與調(diào)度

    TOC的生產(chǎn)計劃與控制是通過鼓-緩沖-繩(Drum-Buffer Rope，DBR)來實現(xiàn)的，如圖3所示。

圖3 鼓、緩沖器和繩子模型

    DBR根據(jù)瓶頸或產(chǎn)能受限資源(Capacity Constraint Resources，CCR)的可用能力來確定企業(yè)的最大物流量，鼓反映系統(tǒng)對瓶頸的利用程度，確定系統(tǒng)的生產(chǎn)節(jié)奏；緩沖器是在瓶頸前、裝配前人為地控制適量的在制品庫存，以吸收那些無法預期的改變，保護鼓的節(jié)奏，控制物流平衡；繩子傳遞瓶頸的需求，并按鼓的節(jié)奏控制各工序物料的投料時機和數(shù)量、各工序的加工節(jié)奏以及在制品的庫存水平。

    在本模型中，首先，車間層基于生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，把車間零部件計劃按照無限排產(chǎn)倒排法展開為工序計劃，判斷平均負荷率，最高的即為瓶頸設(shè)備。如果是首次進行生產(chǎn)調(diào)度安排，則繼承能力/負荷平衡階段識別的瓶頸，并對此瓶頸加以確認。否則，判定瓶頸是否發(fā)生漂移。

    其次，依據(jù)瓶頸的位置把產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)分裂為瓶頸資源網(wǎng)絡(luò)和非瓶頸資源網(wǎng)絡(luò)。瓶頸資源網(wǎng)絡(luò)由瓶頸作業(yè)及其下游作業(yè)(包括市場需求和客戶訂單)構(gòu)成，其余為非瓶頸資源網(wǎng)絡(luò)。

    再次，用有限能力排產(chǎn)法安排瓶頸上加工工序的生產(chǎn)作業(yè)進度計劃，再以瓶頸工序為基準，把瓶頸工序之前、之間和之后的工序分別按拉動、工藝順序、推動的方式排定，并進行一定優(yōu)化。同時，動態(tài)制定每個作業(yè)的運輸批量、加工批量，保證物流平衡、在制品庫存合理和瓶頸利用率最大。

    最后，設(shè)置緩沖和繩子，并根據(jù)繩子的設(shè)置和瓶頸消耗物料的速率，結(jié)合一定的物料調(diào)度規(guī)則，得到物料的投放計劃。

    TOC在作業(yè)調(diào)度時把生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)分為瓶頸調(diào)度和非瓶頸調(diào)度，首先對瓶頸進行調(diào)度，然后再對非瓶頸進行調(diào)度，體現(xiàn)了調(diào)度更有層次性。非瓶頸資源是能力過剩的資源，但其并不能額外生產(chǎn)，只能按照瓶頸的節(jié)拍進行受控生產(chǎn)。瓶頸之前的非瓶頸只能按照瓶頸的需要準時適量生產(chǎn)，瓶頸之后的非瓶頸只能接收瓶頸生產(chǎn)的有限物料進行生產(chǎn)。這樣，非瓶頸資源上需要加工的作業(yè)相對于其能力并不飽滿，訂單競爭資源并不嚴重，因此，非瓶頸處現(xiàn)場調(diào)度/派工就不會很復雜。一般情況下，使用最簡單的先到先服務(wù)(FCFS)優(yōu)先派工規(guī)則即可完成非瓶頸的作業(yè)調(diào)度。這樣，整個生產(chǎn)調(diào)度的重點就落在瓶頸調(diào)度上，而瓶頸處操作有限，大大降低了調(diào)度問題域的維數(shù)，減輕了調(diào)度的工作量，為采用比較復雜的最優(yōu)化調(diào)度算法提供了可能性。

    3.4 基于瓶頸的JIT計劃執(zhí)行與控制

    在現(xiàn)場層，JIT融合TOC理論后，使本模型具備了以下新的特征：

    (1)看板換成了繩子

    繩子對瓶頸環(huán)節(jié)之前的工序按拉動方式倒傳生產(chǎn)指令，對瓶頸后的工序按推動方式順傳生產(chǎn)指令，通過推拉結(jié)合進行按需準時適量生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的均衡化、同步化(如圖4)。相比看板管理(Kanban)，采用繩子管理的JIT生產(chǎn)具有以下特點：①綜合了推拉的優(yōu)勢，更具張力和柔性；②通用性更強，適用于更廣泛的應用環(huán)境；③使工序間具有協(xié)調(diào)、控制機制，在制品更少。

圖4 基于繩子的JIT生產(chǎn)

    (2)零庫存換成了緩沖區(qū)

    在我國現(xiàn)有國情下，零庫存很難達到，緩沖在一定程度上順應了JIT在我國本土化的要求。緩沖與傳統(tǒng)的安全庫存有很大的區(qū)別，安全庫存只為每臺設(shè)備的不閑置而特意設(shè)置，并未考慮訂單能否準時完成這個最終目的。而緩沖針對瓶頸環(huán)節(jié)，在其提前期上增加了一定裕度，為保證訂單準時完成而設(shè)置。且緩沖受人為控制，允許一定庫存、一定等待存在。

    如圖5所示，產(chǎn)出鏈上有4種作業(yè)：瓶頸作業(yè)M、M之前的加工作業(yè)、M之后的加工作業(yè)、與M裝配的零部件之前的加工作業(yè)。相應地，存在瓶頸、裝配和發(fā)貨3種形式的緩沖，以保證投料后生產(chǎn)按鼓的節(jié)奏及時到達瓶頸、及時通過瓶頸進行裝配、及時交貨。每個緩沖區(qū)又可分為趕工區(qū)(expediting zone)、警示區(qū)(mentioned zone)和忽略區(qū)(ignored zone)3個區(qū)段。緩沖區(qū)中尚未到達的零部件為空洞(hole)，空洞可以反映現(xiàn)場加工的順暢程度、訂單是否及時交貨以及時間緩沖大小設(shè)置是否適當?shù)葐栴}。根據(jù)空洞的位置和多少，可以確立亟需改進的環(huán)節(jié)，進而主動采取適當?shù)拇胧�，以最少投�?僅對緩沖區(qū)域)即可獲得最大的現(xiàn)場管理效果。

圖5 瓶頸作業(yè)的緩沖模型

4 結(jié)束語

    本文針對MRPⅡ/ERP、JIT、TOC三者在生產(chǎn)計劃與控制方面的優(yōu)缺點，并將三者融合，相互取長補短，形成了一種新的管理方法MTJ，并在MTJ方法的指導下構(gòu)建了生產(chǎn)計劃管理與控制模型。在本模型中，把MRPⅡ/ERP定位在廠級或企業(yè)級，負責主生產(chǎn)計劃、物料需求及各車間的月、周零部件計劃；TOC定位在車間級，負責車間、工段工序日作業(yè)計劃與調(diào)度、物料投放計劃；JIT定位在生產(chǎn)現(xiàn)場，負責作業(yè)計劃的執(zhí)行、生產(chǎn)的控制和現(xiàn)場的反饋。通過在不同層次、不同階段，采用不同生產(chǎn)管理策略，體現(xiàn)了MTJ方法的先進性、層次性和實用性。MTJ方法支撐的生產(chǎn)計劃管理與控制模型，充分利用了MRPⅡ/ERP、JIT、TOC三者思想的精髓和優(yōu)勢，同時，很好地規(guī)避了各自使用的局限和不足。

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本文標題：集成化生產(chǎn)計劃管理與控制模型

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