MRPⅡ、JIT与TOC集成生产管理模式研究及应用

MRPⅡ、JIT与TOC集成生产管理模式研究及应用

发表时间：2008-12-30 朱培军 刘飞 曹乐 来源：万方数据


制造资源计划(MRPⅡ)、准时生产(JIT)与约束理论(TOC)均是降低库存、提高生产率和企业生产管理水平的重要理论和工具。在对三者的特点进行分析和比较的基础上，提出一种将MRPⅡ、JIT与TOC集成的生产管理模式，建立MRPⅡ、JIT和TOC集成生产管理模型，并开发车间制造过程信息系统。该系统已应用于某阀类车间的生产管理中，取得了良好的应用效果。
0 引 言 企业为在市场竞争中求生存谋发展，就必须满足市场对产品多品种、变批量、低成本和高质量的需求，不断提高自身对市场需求环境的响应速度。企业应该根据自身的生产特点，采用新型的、先进的和有效的生产管理模式，推动企业信息化进程，提高企业生产管理水平，这是确保其在日益激烈的市场竞争中立于不败之地的战略举措之一。 因此，对MRPlI、JIT和TOC三种当代热门的生产管理原理和工具进行比较定位并考虑集成，实现三者的优势互补，最后再将这种集成生产管理模式应用到车间生产过程信息系统中并在企业推广意义重大。1 MRPⅡ、JIT与TOC的基本思想 MRPⅡ植根于批量生产方式，强调计划推动、资源合理利用、物料需求规划及计算机系统的整合。其基本思想是围绕物料转化组织制造资源，实现按需要准时生产，即基于产品订货和需求预测制定主生产计划（MPS），根据物料清单（BOM）、库存情况，安装固定的-T序提前期（Lead Time）由交货期向前倒排，制定物料需求计划和采购计划，进而得到车间作业计划。图1所示是按MRP lI生产管理技术编制的工序计划。
图1 MRPⅡ集中式生产方式
JIT植根于重复性生产方式，追求的是在需要的时候准时地生产出所需数量的产品或部件。JIT编制计划的思想是：通过实施看板作业，由客户订单来拉动整个生产运作过程，前道工序由后道工序触发，只有当后道工序因满足订单而出现库存减少到控制库存以下时，前道工序才为其补充库存而生产。这样，各生产环节能够协调一致，达到减少在制品库存、缩短提前期的目的。图2所示是按JIT生产管理技术编制的工序计划。
图2 JIT分散式生产方式
TOC发展于OPT（原指最优生产时刻表：Optimized Production Timetables，后指最优生产技术Optimized Production Technology），但又超越了OPT。TOC是使瓶颈产能最大化，从而使系统产销率最大化的生产管理与控制方法，同时也是辨识系统核心问题并持续提升系统限制的管理哲学。TOC原理认为，一个企业的计划与控制的目标就是寻求顾客需求与企业能力的最佳配合，一旦一个被控制的工序（即瓶颈）建立了一个动态的平衡，其余的工序相继地与这一被控制的工序同步。2 MRPⅡ、JIT与TOC各自的优点及局限性 MRPⅡ系统几乎可以适应于所有生产类型的企业，而且基本原理和方法也非常简单明确。但MRPⅡ也存在以下主要不足：1）相对于JIT而言，库存和在制品量大。其主要原因在于预先静态设定了提前期、批量等参数，实际生产周期往往比固定的提前期要短，因而不可避免地增加了库存。另外，由于中长期需求预测误差较大，为减少库存短缺造成的损失，往往采用较大的安全库存和较长的生产提前期。2）生产计划与控制相分离。MRPⅡ制定计划时不考虑控制，而通过事后反馈进行生产控制，相对于生产实际肯定存在着无法避免的滞后。另外，MRPⅡ要求太精确，需要非常及时地掌握各种资源的库存和使用等信息，当BOM分级较多时，数据处理任务繁重。3）预先不考虑现有资源的约束。从MRP发展来的MRPⅡ，虽然加入了粗能力计划和细能力计划，但是仍不能弥补其在能力平衡上的缺点。 JIT的生产方式保证了在制品库存水平低、需求与生产一致，使T序间问题反应敏感，以利于现场的改善，在一定程度上克服了MRPⅡ存在的缺陷，尤其是在缩短生产提前期、简化物料流程、降低废品率、减少库存和在制品，以及快速排除生产系统故障等方面成效较大。但也存在一定的局限性：1）比较适用于少品种、大批量、重复性生产类型，需要非常稳定的生产周期，难以适应较大的需求变化。2）JIT整体计划性弱，缺少中长期计划的指导，生产控制只是被动跟随。当某个中间环节出现问题而卡壳时，此前所有的工序都处于松弛状态，而当问题解决后，此前所有的工序都将成为瓶颈，使整个环节加工情况时好时坏。3）JIT在生产管理中致力于消除任何形式的浪费，追求零库存。往往由于供应、生产和需求的波动，使不均衡不可避免地发生，进而产生在制品库存。另外，原材料供应难以做到真正准时，迫使生产方不得不设置安全库存。JIT认为，库存是浪费，却未考虑到库存对系统的产销率、物流平衡等方面的正面影响，因此，控制一定数量的库存是很有必要的，尤其是瓶颈T序、装配工序和发货之前。4）成功实施JIT需要很长时间，其中包括产品和工艺流程的重新设计、员工技能培训等。 TOC先安排瓶颈的调度并使瓶颈被充分利用，从而使得系统的性能最优。TOC以瓶颈为基准编排计划，提前期就成为加T时间、批量、优先权、生产能力和其他因素的函数，随生产实际的变化而变化。TOC以推拉结合的方式编制计划，综合利用推拉方式各自的优缺点。TOC的生产计划与控制是通过鼓-缓冲-绳（Drum-Buffer-Rope，DBR）来实现的，DBR根据瓶颈或产能受限资源（Capacity Con-straint Resources，CCR）的可用能力来确定企业的最大物流量。鼓用来反映系统对瓶颈的利用程度，确定系统的生产节奏；缓冲是在瓶颈前、装配前人为地控制适最的在制品库存，以便吸收那些无法预期的改变，保护鼓的节奏，控制物流平衡；绳子用来传递瓶颈的需求，并按鼓的节奏控制各工序物料的投料时机和数量、各工序的加工节奏以及在制品的库存水平。但是，TOC注重瓶颈的利用和提升，且生产决策如产品组合优化等决策都是基于瓶颈进行的，所以，TOC强调短期最优化，可能不会对长期战略决策有帮助。
3 MRPⅡ、JIT与TOC集成的生产管理模式 3.1 三者的定位分析 经过以上对MRPⅡ、J11r及TOC的优缺点分析，可得出如下结论： MRPⅡ适合于宏观调控和长期规划，在企业级发挥着很好的作用，但其对车间层控制相对薄弱，且其计划与控制相分离，因此，把MRPⅡ定位在厂级或企业级，负责主生产计划、物料需求计划及各车间零／部件的月、周计划。 JIT在缩短生产准备时间与制造周期、降低库存和减少废品等方面有着显著的效果，因此可用于计划的执行与控制。 TOC是一种综合应用能力管理和现场作业管理方面的方法，尤其是通过DBR系统的动态控制，适应了多品种、中小批量生产环境的要求，弥补了JIT生产方式的不足。可将TOC用于车间或工段工序日作业计划与调度、物料投放计划，充分发挥TOC在车间层作业计划与调度的优势。 3.2 三者的集成策略 一些工业发达国家的生产实践和研究表明，尽管MRPⅡ、JIT及TOC各有优缺点，且在控制方式、运行机制、对基础数据的要求和适用范围等诸多方面存在不同，但它们不是对立的，而是相互补充的。根据以上对三者的分析及定位，笔者设计了MRPⅡ、JIT及TOC的集成生产管理模型，如图3所示。

图3 MRPⅡ、JIT、TOC的集成生产管理模型
在图3所示的模型中，通过订单管理接收客户订单，结合市场预测得到主生产计划（Master Production Schedule，MPS）。运用TOC理论识别出系统的瓶颈资源，采用瓶颈资源产量最大化的原则，寻求系统能力平衡，制定出新的主生产计划，进而根据产品BOM和零／部件库存状况，得到车间自制件生产计划、采购计划和外协计划，引入TOC调度理论，识别出生产系统的瓶颈设备。此时，再用有限能力排产法安排瓶颈上加TT序的生产作业进度计划，以瓶颈工序为基准，把瓶颈下序之前、之间和之后的工序分别按拉动、工艺顺序和推动的方式排定，并进行一定优化。 生产计划执行和现场控制以JIT哲理为主，融合TOC理论中的瓶颈、绳子、缓冲及缓冲区管理来实现（如图4所示）。采用绳子逐道工序地传递瓶颈的需求，各工序得到瓶颈的指令后，再按鼓的节奏组织生产，补充瓶颈所需的物料，在合适的时间传送到合适的地点，实现准时生产。最后，设置缓冲和绳子，并根据绳子的设置和瓶颈消耗物料的速率，结合一定的物料调度规则，得到物料的投放计划。
图4 基于绳子的JIT生产过程
4 应用案例 重庆某公司是中国最早生产汽车制动、转向零／部件产品的专业化厂家之一。公司现有主导产品包括：汽车气制动系统、汽车转向及悬挂系统、汽车液压制动元件、ABS防抱互制动系统、变速箱操纵元件及汽车底盘相关产品。其中气制动元件具有年产400万件生产能力。近年来随着客户定制要求的不断增加，企业产品的品种也迅速增加，目前在产的产品按系列和型号细分已超过2300多种，企业面对着产品品种不断增加、生产批量不断变小和订单随机性不断增大所带来的挑战，能否高效率、高质量和及时提供满足客户个性化需求的产品，成为企业在激烈的市场竞争环境下取得竞争优势的决定性因素。传统的生产管理模式已经成为企业发展的瓶颈，企业对先进的生产管理模式的需求愈来愈强烈。为此，公司在制动阀分厂的机加工车间实施了制造执行系统，探索适合企业本身的生产管理模式。 在实施制造执行系统之前，该公司采用传统的推式生产管理模式，即ERP接收生产订单，编制主生产计划。车间在月初从公司ERP系统中获得车间月作业计划，然后由调度员根据车间作业计划安排生产（多半是根据调度员的经验）。对于这种推式生产，存在以下问题。首先，由于ERP预先设定的提前期一般和实际不符，实际生产周期往往比固定的提前期要短，因而不可避免地增加了库存。另外，由于中长期需求预测误差较大，为了减少库存短缺造成的损失，往往采用较大的安全库存和较长的生产提前期；其次，缺乏对计划执行的控制。最后，预先并没有考虑现有资源的约束，造成生产的不平衡。 针对该公司传统推式生产管理模式的不足，笔者采用了MRPⅡ、J11r和TOC集成的生产管理模式，并在此基础上开发了制造过程信息系统，即在ERP系统接到订单后，先采用无限能力排产得到主生产计划（MPS），然后通过制造过程信息管理系统与ERP的集成并根据约束理论识别制造系统生产瓶颈，重新编制新的主生产计划。机加工车间得到本月加工计划后，把车间零／部件计划根据工艺路线按照无限排产倒排法展开为工序计划，判断设备平均负荷率，最高的即为瓶颈设备。此时，用有限能力排产法安排瓶颈上加工工序的生产作业进度计划，再以瓶颈工序为基准，把瓶颈T序之前、之间和之后的工序分别按拉动、工艺顺序和推动的方式排定，并进行一定优化。生产计划执行和现场控制以JIT'哲理拉动、工艺顺序，以及推动的方式排定，并进行一定优化。生产计划执行和现场控制以JIT哲理为主，融合TOC理论中的瓶颈、绳子、缓冲及缓冲区管理来实现。采用绳子逐道工序地传递瓶颈的需求，各工序得到瓶颈的指令后，再按鼓的节奏组织生产，补充瓶颈所需的物料，在合适的时间传送到合适的地点，实现准时生产。 自本系统在企业实施后，系统实时地采集生产过程的相关信息，如进度信息、关键质量信息等，并对变化快速地做出响应，使生产过程不再成为一个“黑盒”，车间管理者和企业管理人员乃至客户能够实时、透明地了解生产的实际状况；各部门之间完全实现了信息共享，生产现场数据能够第一时间反馈给决策人员，使车间生产、物流等数据更加透明化，为管理者提供决策依据。通过实施该系统，提高了车间生产效率，降低了产品废品率，车间在制品数量也得到有效控制，优化了企业业务流程，实现了历史化的数据管理，从而提高企业的核心竞争力。5 结 语 MRPⅡ、JIT和TOC作为当今流行的三种典型生产管理模式，具有各自的优缺点和适用范围，本文对其进行了比较探讨并提出将三者集成的设想，即采用MRPⅡ的计划方法作为整个制造系统的计划和初始投料的控制，而将TOC这一原则结合到MRP II的模块中，根据客户订单与销售预测，进行生产能力约束识别，修订生成主生产计划（MPS）；JIT定位在生产现场，负责作业计划的执行、生产的控制和现场的反馈；同时根据TOC理论，在生产现场把重点放在瓶颈工序上，在保持均衡的物料流动的条件下，确保瓶颈工作中心的利用率。最后，将三者集成的生产管理思想应用于某阀类车间的生产管理中，基于该管理模式开发了车间过程信息系统。通过在企业进行车间制造过程信息系统的实施，证明这种集成的生产管理模式对车间的生产管理具有较好的作用和效果。