1、浅谈基于 TOC 约束的工程机械行业生产计划管理系统 摘要 本文根据工程机械行业的现状，结合 TOC 约束理论和工程机械行业的生产特点，分析工程机械行业计划管理的特点和现状，重点对 TOC约束下的工程机械行业生产计划、能力平衡、生产排程、配送管理等进行分析和阐述，提出工程机械行业的生产计划管理模式和方案。 关键词 工程机械；生产计划； TOC 约束；能力平衡；生产排程 工程机械行业的现状 中国工程机械行业经过几十年的努力已经具有相当的规模，积累了大量的技术和经验。随着世界经济一体化的形成，由于中国潜在的巨大市场和丰富的劳动力资源，国外的技术、资金、产品大量涌入中国，中国工程机械企业面临前所未有
2、的国内外激烈的竞争局面。竞争要求企业产品更新换代快、产品质量高、价格低、交货及时、服务好。而这些市场竞争的特性又与企业管理的模式、管理方法、管理手段、组织结构、业务流程密切相关。如何缩短差 距，提升管理水平，进一步提升中国工程机械企业的竞争力，成为摆在中国工程机械行业面前的重要课题。 企业研发、生产、供应链、营销、服务和财务管理等活动，构成了一个企业管理活动的价值链。在计划、组织、领导、控制四大管理职能之中，计划职能是管理的首要职能， 生产计划则是企业计划管理中的重点，因为生产计划管理可以创造出企业最优的生产力。但是，由于行业不同，生产计划具有明显的行业特性。比如，制药、薄膜、化工企业的生产管
3、理模式与工程机械企业就有巨大差异。工程机械企业的生产模式是典型的离散制造模式，其生产计划具有 明显的行业特性。 工程机械企业的离散制造模式的特点是：产品品种多，仅徐工集团重型有限公司一个企业就有近种产品；生产批量小，每批订单台不等；产品复杂，一个产品的零部件有 多件；生产周期长，大型设备单台套生产周期长达半年甚至一年；工艺复杂，包括磨、切、钻、铣、焊接、喷砂、油漆、装配等多道工艺处理；组织生产难度大，既有自己组织生产，又有大量采购，还有很多外协加工。自己加工生产时，各分（子）公司下设若干个生产分厂，生产流程布局、工位划分、工作中心的合理设置，都是生产计划的关键因素。再 加上上千家供应商、几百家
4、外协厂，内外生产节拍的衔接，对于计划管理都是巨大挑战。 面对如此复杂的离散制造管理，在纯人工管理条件下，生产计划的管理模式落后，成本计算不准确，信息分散、不及时、不准确、不共享，业务流程不合理，业务流程的管理和控制不规范，随意性大，缺乏标准化、规范化、制度化、程序化、数据化的管理，管理的优劣因人而异，当企业发展到一定的规模时，上述特点使生产管理非常困难，生产计划与控制根本无法有效指导生产。 工程机械行业生产计划管理特点和现状 工程机械行业的生产计 划是生产管理活动的中枢，是生产系统运行管理最基本的日常工作，正确与有效的生产计划管理是提高生产有效性与经济性的根本保证。对生产进行计划管理是企业实现
5、内部科学、系统、有效管理最重要的环节，对降低制造成本起着关键作用，是企业实现精益生产的基础。 工程机械行业经常无法准时交货，更多的交货期满足都是依赖库存出货，企业往往开足马力拼命生产备足库存，订单波动、产能不均、计划失控成为很多工厂的顽疾，计划形同虚设；但客户的计划常常变更，即便库存很高，也常常无法满足客户需要，太多的紧急出货，常常缺料；产序失调，招致 人、机、设备、物料配合不佳，质量无法保证，退货量太高，太多的跟催，太多订单无法整批出货 经常不能如期交货，最终客户流失，企业损失惨重，其根本原因是计划管理没有完全到位。 现行生产计划管理中存在诸多问题，很多企业的生产计划是一个静态的、分散的、不
6、连续的、按台套的计划，不能进行合理的通用件合并，缺乏科学的计划政策、批量政策、储备政策、提前期等生产计划参数。由于计划方式落后，造成很多企业的生产周期长，库存在制品储备高，流动资金占用大，不能准时交货，多数企业执行月计划，滚动计划，计划较粗，上下工序缺 乏精确的衔接，由于在制品、库存、物料定额数据不及时，不准确，计划的准确性差；由于计划管理不周，造成生产不均衡，零件成套率差，不能按时交货，生产调度工作量大，天天抢缺件，这些是大多数工程机械企业普遍存在的问题。 考察了很多工程机械制造企业，发现一个有趣的现象，不论企业上还是没上，车间里、装配线上、加工线上的作业计划、生产过程的调度和管理仍然是在用
7、最初最原始的那种老方式 多数时候是人的经验，有时候是感觉在起作用，加上少量的以 xcel 为工具的报表运算，虽老虽笨但是有效。功能再强、管 得再宽似乎也管不到这里。结果，表面风风火火的与企业最关键的运转过程发生了断层，从这个断层衍生出来的一大堆问题成为众家难解之死结。最关键的是，企业生产调度是对企业最底层的生产资源 人员、设备、场地、配送等，按照它们的能力进行合理安排。但是上层的无论干什么事情都不去考虑这些资源和它们的能力，或者假设生产能力无限，或者按照一个人为定义的瓶颈资源进行简单四则计算，这种简单计算很难满足工程机械制造企业生产计划管理的要求。 工程机械企业生产计划模型 针对工程机械行业生
8、产计划 管理的特点，企业必须考虑在保证满足销售需求的情况下，生产计划如何均衡；如何和供应商计划协同；如何快速变更计划；如何提高存货周转率；如何和配送方协同，既能降低整个供应链的库存，又能在正确的时间内，配送方把物料按指定的数量送到指定的地方，生产订单量大，为现场报工带来困难，进而影响计划的准确性和成本核算的准确性，这个问题如何解决。 这一连串的疑问对系统生产计划提出挑战，系统很难完全满足这种计划模式，解决这些难题，必须开发符合自己实际情况的 “ 插件 ” 。所谓的插件，就是从系统取数，处理完毕， 写回系统的 “ 增强功能 ” 。这些增强功能不会变更系统核心逻辑，也不会影响系统标准产品的升级，只
9、有这样才能把这一连串的疑问逐个解决。 工程机械行业生产计划管理系统 以徐工集团生产计划为例，徐工集团设置了 3 层计划体系，分别是销售滚动计划，主生产计划（）和物料需求计划（）。销售滚动计划主要指导长期采购件计划，主生产计划主要指导零配件加工和总装计划，而计划主要指导供应商送货计划（如图 1 所示）。 销售滚动计划 工程机械行业必须建 立滚动销售计划的模式，主要包括两方面事情：一方面，要设置合理的滚动销售计划的时间跨度，考虑到部件采购提前期和总装提前期，设置不同的时间跨度，比如当前一个月的计划要细分到周，后面两个月的计划，可以明确到月；另一方面，要定义合理的滚动计划的对象，比如在当前的一个月内
10、，计划对象必须是具体型号的车，而后面的两个月可以明确到车型，从而实现基于车型的滚动预测。 主生产计划模式 销售部门做完滚动销售计划后，总装工厂得到销售部门的计划。但该计划不一定是可以落地的计划，生产部门通过平衡交货 期以及工厂生产能力和配套厂能力，做到工厂生产均衡，并对销售滚动计划进行能力模拟，物料可用确认等，最终把滚动销售计划中的周计划变成可以执行的到天的计划（如图 2 所示）。 运算逻辑应用 约束理论 （ ，简称），是以色列物理学家高德拉特（ ）于 20 世纪 80 年代中期在其最优生产技术（ ， ）基础上创立和发展起来的。进入年代， 又在基础上发展出用来逻辑化、系统化解决问题的 “ 思维
11、过程 ” （ ， ）工具。因此，既是面向产销率的管理理念，又是一系列的管理工具。 约束理论体系可以用图 3 表述。 的核心理念是指任何系统至少存在着一个约束，否则它就可能有无限的产出。因此，要提高一个系统 （任何企业或组织均可视为一个系统）的产出，必须要打破系统的约束。任何系统可以想象成由一连串的环所构成，环与环相扣，这个系统的强度就取决于其最弱的一环，而不是其最强的一环。同理，也可以将企业或机构 视为一条链条，每一个部门是这个链条其中的一环。如果想达成预期的目标，我们必须从最弱的一环，也就是从瓶颈（或约束）的一环下手，才可得到显着的改善。换句话说，如果这个约束决定一个企业或组织达成目标的速率
12、，则必须从克服该约束着手，这样能在短时间内显着地提高系统的产出。 工程机械行业运用，是由于有一套思考的方法和持续改善的程序，称为五大核心步骤。这五大核心步骤是： （）找出系统中存在哪些约束。 （）寻找突破这些约束的办法。 （）使企业的所有其他活动服从于 第二步中提出的各种措施。 （）具体实施第二步中提出的措施，使第一步中找出的约束环节不再是企业的约束。 （）回到步骤，别让惰性成为约束，持续不断地改善。 工程机械企业运用理论，就是运用的 9 条生产作业计划制订原则，即： （ 1）不要平衡生产能力，而要平衡物流。认为生产能力的平衡实际是做不到的，必须在市场波动这个前提下追求物流平衡。所谓物流平衡就
13、是使各个工序都与瓶颈环节同步，以求生产周期最短、在制品最少。 （ 2）非瓶颈资源的利用水平不是由自身 潜力所决定，而是由系统的约束来决定。所谓约束即瓶颈（也称瓶颈资源），是指实际生产能力小于或等于生产负荷的资源。这一类资源限制了整个企业产出的数量，其余的资源则为非瓶颈资源。 （ 3）资源的利用（）和 “ 活力 ” （）不是一码事。 “ 利用 ” 是指资源应该利用的程度， “ 活力 ”是指资源能够利用的程度； “ 利用 ” 注重的是有效性，而 “ 活力 ” 注重的则是可行性。 （ 4）瓶颈损失小时，相当于整个系统损失小时。 （ 5）非瓶颈上节约开小时，无实际意义，只是造 成了相关设备的闲置，不能
14、提高产销率。因为瓶颈制约着产销率。 （ 6）瓶颈制约了系统的产销率和库存。产销率是单位时间内生产出来并销售出去的量，即通过销售活动获取金钱的速度；生产出来而卖不掉的产品，只能是库存。 （ 7）转运批量可以不等于，而且在大多数情况下不应该等于加工批量。把在制品库存分为两种不同的批量形式，即转运批量（指工序间运送一批零件的数量）和加工批量（指经过一次调整准备所加工的同种零件的数量）。 （ 8）加工批量不是固定的，应该是随时间而变化。 （ 9）优先权 只能根据系统的约束来设定，提前期是作业计划的结果（不是预先设定的）。 运用到工程机械企业生产计划时运算逻辑如图 4 所示。 从图 4 可以看出工程机械
15、企业必须先进行能力配套，再进行物料配套，这样才能真正提高存货周转率。瓶颈计划是控制供应链生产节奏的关键，就像是音乐会的指挥。要提高存货周转率，那么瓶颈后不允许留取库存，留取库存就是降低存货周转率。瓶颈前必须有库存，但必须控制量，过大也降低存货周转率。那么非瓶颈计划要完全服从瓶颈计划，要服从指挥。 工程机械企业的计划只能通过 来解决物料齐套性，因而必须在运行之前，先进行能力齐套约束检查，从而保证计划的可执行性，这对于任何一家工程机械生产企业来讲，都是非常重要的。 物料需求计划（） 主生产计划确认后，系统将会对主计划运行，系统根据整机部件的采购提前期，自动生成供应商的预测交货计划（ ），该预测交货
16、计划可以是滚动的，从而用以指导供应商的生产及配送计划。而基于系统，可以实现对交货计划的每天更新，确保供应商适时了解总装厂的主计划 变化情况（如图 5 所示）。 工程机械行业生产主计划运行模式 工程机械生产主计划的来源有两方面：一方面是销售中心根据经销商反馈，制订滚动的销售计划：一方面是销售中心的紧急插单或进出口公司的销售订单，生产主计划的准确与否，直接影响到采购计划的准确程度，即配套供应商能否均衡生产。同时，主计划不同时段计划的对象不一样，离当前时间越近，计划的对象越具体，反之，计划的对象往往是机型。 生产主计划经过产销协同确认后，根据材料明细清单，考虑库存、已订货、在途物料，对主计划内容进行
17、 计算。此时，系统将发布一个滚动的送货日程表给配送单位，送货日程表是一个用于指导配送方计划预测的依据。送货日程表的时间可以是前细后粗，即前面明确到天，后面明确到周或月的格式。 根据生产累计提前期，生产主部门把主计划转为生产顺序计划（即上面的计划行），明确了生产线的上线顺序。 生产顺序控制系统 （ ， 简称），根据生产线的上线顺序，考虑到生产线的生产节拍和配送物料的配送节拍，生成配送指令。在配送指令中，可以明确送 货时间到分钟，它的主要作用是用于指导配送执行。 配送方根据配送指令送货，总装厂按配送指令收货，减少收货的动作，加快收货处理的时间。 根据配送指令的收货明细，可以形成供应商的开票明细，供
18、应商根据开票明细，进行开票，形成应付账款。 在生产执行时，对生产进行报工，系统自动确认相关的人工和机器成本，与产品成本核算关联。 整机生产完以后，凭系统中的发货单，将产品发运给经销商，系统自动结转销售成本，财务根据发货单，进行销售开票，确认应收账款。 2 生产排程 有了能力平衡，有了按照理论计算出的科学合理的生产计划，应该很好了吧？其实不然，对于指导具体生产来说，这还是差得很远。现在我们以一个假想例子来说明。 系统计算出了一套生产作业计划，即为所有生产资源安排工作的作业计划。现在，由一个有经验的车间老调度员来判断这个计划系统是否可以用的，他将如何做？ 首先，他会逐一检查每个工序的时间安排，看它
19、们之间的次序和逻辑关系是否符合企业生产工艺的逻辑关系要求；其次，他会观察这个计划中对每个资源的安排是否合理，有没 有一个时间内同时干两件事冲突的情况发生；最后，他还要看在计划时间内物料能否及时供应。只有当他确认没有这些问题之后，他才会认可：这个计划已经是一个 “ 可行 ” 的计划了，也就是说，照此计划一定可以完成生产任务。 但是，还有一个关键的事情，老调度员根据自己习惯的做法，手工制订了一个作业计划，他把这两个计划一对比，发现问题了。手工的计划可以个小时完成全部工作，而计算机的计划需要个小时。或者手工计划可以在：完成而计算机的计划要在：点完成。原因在于：计算机对某几个工序的顺序安排虽然可行但是
20、不合理， 而老调度员根据长期经验早已清楚此时安排工序应该哪个先、哪个后、哪些并行比较好，结果可以得到更短时间完成的计划。这是一种优化安排，而计算机没有找到这种安排方法，所以计算机给出的是一个 “ 可行 ” 的，但是 “ 不是最佳 ” 的计划。理想中计算机应自动计算出一个比手工计划更好更优化的排产方案结果，指导人如何工作。这样的软件才能体现出 “ 企业资源计划 ” 的威力。否则，不能满足最优化排程的生产计划，在企业生产中还是无法代替手工。 这个例子凸现出了一个世界性的关键技术瓶颈：一个生产过程可能有无穷多种 “ 可行 ” 的安排方式，但是必须从中找 出一个 “ 最优 ” 的计划，即使不能达到最优
21、，起码要比人的手工计划更优，这才是一套车间或工段可用的生产计划，否则企业还是用不起来。 找出 “ 可行 ” 计划的难度已经很大，找出 “ 优化 ” 计划的难度更大。不仅要处理错综复杂的约束条件，还要从几乎无穷多种满足约束的可行方案中找到优化排程方案。怎样才能找到这种优化的计划？这是系统共同面对的真正瓶颈问题，没有系统可以完全解决，企业自己只能开发出适合自己的生产排产模型，这需要根据企业的产品特点、生产节拍、交货期、工艺路线、资源情况等条件，进行排产，下达生产指令， 使用哪些资源、加工时间及加工的先后顺序，以获得产品制造时间或成本的最优化。 实际生产环境是变化的。加工路径：在实际生产中，作业的加
22、工路径可能需要动态改变；随机事件和扰动：比如设备损坏、加工操作失败、原料短缺、加工时间到达时间交货期的改变等；每个产品的生产批次的经济批量是不一样的，新产品与老产品生产方式和时间都差距很大，把这些变化的约束因素也要考虑到生产排程模型中，这样开发出的生产排程插件才能更加灵活实用。 3 配送管理 制订了科学的生产计划和排产计划，但是，所 有的单据靠人工输入，数据输入滞后天的时间，导致信息不能。许多的信息要人工记录，未能及时准确地进入系统，没有按照节拍来送货，这个问题不解决，会极大地影响 “ 生产计划和制造管理 ” ，其结果是系统和实际作业两张皮，反过来会完全影响到运算，计划再科学，考虑再周全，也是
23、无法指导整个生产体系的。因此，人工数据采集成为生产计划的 “ 瓶颈 ” 。 装配车间调度提前一天发布 计划（装配生产顺序），配送方可以了解配送计划。根据 ，在配送前（通常是半天，视生产线节拍），配送方生成本次配送 的明细（即配送指令单），按配送指令明细内容，把货送到指定的总装工位。总装车间根据配送，确认实际收货数量，进行收货，提高收货处理速度。财务部门根据总装确认的收货明细，和供应商结算。 有了配送的管理，在生产执行层面，大大简化了仓库管理人员、供应商和车间接收货物人员在系统中的操作；在生产管理层面，建立了装机顺序、装机顺序下达、配送指令、配送指令收货的一整套体系，优化了总装车间和内部配送方及
24、外部配送方的信息沟通，同时降低了装机顺序不可执行的风险，从而彻底解决最后的 “ 瓶颈 ” ，提高了车间作业效率，降低了供应链 存货，有效保证了生产计划在执行层面的操作性、准确性和及时性（参见图）。 综上所述，对于工程机械行业的生产计划管理，目前很难有成熟的系统完全满足这种多品种小批量、产品工艺复杂、生产计划灵活多变、典型离散制造的特点，解决工程机械行业的生产计划管理这些难题，必须根据约束理论，结合企业自身实际和所选软件，开发必要的增强插件，逐一解决各环节的 “ 瓶颈 ” ，弥补系统不足，增强生产计划管理的科学性和合理性使企业快速响应市场需求，提升企业核心竞争能力。 主要 美艾利 高德拉特关键链 北京：电子工业出版社， . 美艾利 高德拉特绝不是靠运气北京：电子工业出版社， . 美艾利 高德拉特仍然不足够北京：电子工业出版社， . 美艾利 高德拉特目标：简单而有效的常识管理北京：电子工业出版社， . 王延东的 “ 紧箍咒 ” 企业管理，（） . 梁中骐用信息技术改造传统制造企业 J工程机械， （） .
