第三节 约束理论

一、约束理论与最优生产技术

目前，构建一个信息化的系统或再造一个企业系统成功率十分低，许多企业花了大笔的投资后，才知道风险所在。那么构建系统的难度在哪里？大体上如下所述：

由于竞争市场的因素，企业因此有了许多不确定的因素，在传统工业经济中，因推式生产计划的少品种、在批量的生产，企业内部很平稳，内部管理较容易进行；一旦要满足定制化的要求，就必须以多品种、小批量的方式进行生产，这样必然增加企业内部的不确定性，从而增加了企业内部管理的难度。

在非连续制造业中，由于加工与装配是离散事件动态过程，因此在生产过程中必然存在着计算上的复杂性。要得到一种优化的结果，是很困难的。在企业的实际过程中，存在着大量的非线性与非结构化的问题，这些问题不能用现有的理论和数学方法进行很好地描述。对于企业的结构化问题，其中也有不少过程呈现非线性关系。

因此，在构建企业系统的过程中，不能全用线性的、结构化的方式来进行，而要采用非线性的、非结构化的、动态的方式来构建系统，解决企业的实际问题，企业在动手构建供应链之前或进行供应链变革之前，要注意如下的问题：

1.企业要做出广泛的努力，结合战略和战术变化；

2.企业要思考一个完整的系统方法；

3.企业应从端到端考察供应链；

4.企业应对供应链所有的部分进行持续不断的改造；

5.企业要考虑收益、成本和资产利用。

对供应链的构建来说，约束理论提供了系统的思考方法，当然，这种系统的思考方式并不能直接提供给我们解决以上所述的构建系统的难题的方法，但是却能提供给我们一种解决难题的可能性。

（一）约束理论

约束理论（Theory of Constraints, TOC）是以色列物理学家戈德拉特（Eliyahum.Goldratt）与科克斯合著The Goal一书中提出的。他大胆地借助小说的手法，说明如何以逻辑推理的方法，解决企业复杂的管理问题，反映了一位科学家对管理问题的种种思考。戈德拉特原本设计了一套昂贵的软件来帮助企业提高经营绩效，为了说明软件的功能及解释他独创的理论，他写了这本书。TOC是在他的最优生产技术（Optimized Production Technology, OPT）的基础上发展起来的。戈德拉特最初开发的OPT软件用了有限能力排程、车间控制和决策支持，由一家叫CreativeOutput的公司经销。

TOC是关于企业过程再造、绩效改进，以及如何实施这些改进的一套管理理念和管理原则。它可以帮助企业识别出在实现目标的过程中，存在着哪些制约因素（TOC称之为“约束”）。企业必须找出过程中的这些约束，然后突破这些约束，从而改进企业的绩效。

TOC主要有两个方面的内容：

1．思维过程（the thinking processes）

（1）解决战略问题的思维过程。

（2）解决战术问题的思维过程。

（3）解决营销问题的思维过程。

2．后勤应用（the logistical applications）

（1）动作管理——DBR。

（2）分销管理——补货。

（3）项目管理——供应链关键部分。

（4）财务管理——产销率会计。

（二）约束理论的思维过程

约束理论还提供了一套逻辑思考的工具，包括思考的程序及其应用范围。在工业界，TOC可应用在财务、生产、工程、分销、市场营销、设定公司策略的方向以及管理技能（management skill）等方面。同时，TOC理论还可以使全面质量管理（TQM）和精益生产（JIT）更完善。在企业供应链管理系统的构建或再造过程中，TOC还提供了很好的思考工具，这个工具被称为TOC的思维过程（Thinking Process, TP）。

TOC的五大核心步骤和思维过程都关注企业活动间的关联性。TOC理论把企业系统看成链状的系列关联系统，其中环与环中的链接是关注的重点。在供应链管理中，无论是企业内还是企业间都存在着这种链状的关联性，所以用TOC来解决供应链构建或供应链再造的问题是非常合适的。

根据以上所说，如果企业知道系统中存在约束，企业就要设法解除这个约束，进行改进。可以用TOC的思维过程对约束进行思考。TP严格按照因果逻辑来回答以下三个问题：

1.改进什么（What to change）？

2.改成什么样子（What to change to）？

3.怎样使改进得以实现（How to cause the change）？

（三）最优生产技术

TOC的前身最优生产技术（Optimized Production Technology, OPT）是戈德拉特20世纪70年代提出的。最初它被称作最优生产时间表（Optimized Production Timetable）,80年代改称为最优生产技术。后来戈德拉特又进一步将它发展成约束理论。OPT在不长的时间里获得了广大企业认可，是继MRP和JIT之后出现的又一项组织生产的新方式。OPT的基本思想有：

1.不追求生产能力与市场的平衡，而是追求内部物流的平衡；

2.系统的约束决定了非瓶颈资源的利用程度；

3.资源的“活力”和“利用”是不同的概念；

4.瓶颈上的损失就是整个系统的损失；

5.非瓶颈资源节省的一个小时无益于增加系统产销率；

6.瓶颈控制库存和产销率；

7.运输批量可以不等于（有时候应该不等于）加工批量；

8.批量大小应是可变的，而不是固定的；

9.编排作业计划时考虑系统资源约束，提前期是作业计划的结果，而不是预定值。

这些基本思想是实施OPT的基础。目前有关OPT的应用软件和控制的算法就是按照这些基本思想提出和开发的（参见本书应用软件部分）。这些思想也可以直接用于指导实际的生产管理活动。在供应链管理系统的构建中，这些思想对于供应链优化也是很有参考价值的。

二、最优生产技术中瓶颈资源

OPT中“资源”是指企业要达到市场目标所涉及的各方面因素。例如，制造资源是指生产产品所需的全部资源，如机器、工人、厂房和其他固定资产，等等。

“瓶颈”是指“资源”的瓶颈，所以也称“瓶颈资源”，它是指这个“资源”的能力小于或等于达到一个目标所需要的能力。例如在制造业中，瓶颈资源就是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达到目标。其余的资源则为“非瓶颈资源”。识别一个资源是否为瓶颈，应从该资源的实际能力来考察，可以从供应链角度即企业来识别，也可以从企业内来识别，要看具体情况而定。

一个简单的供应链流程，可以根据瓶颈资源所在位置识别企业内和企业间瓶颈资源。如果说企业不能在供应链中向市场提供所需的产品，那么供应链中的资源一定存在着某种资源瓶颈。通过以下三个例子，我们可以对资源瓶颈进行简单的分析。

例一：某种产品市场需求是每个月100件。通过零售商或批发商向企业发出订单，表示市场需求的数量。企业收到订单后可能会在完成订单的过程中发生了如下的状况：原料供应商不能提供给企业每月生产100件产品所需要的原材料；企业本身没有能力每月生产100件产品；运输部门没有能力完成每月100件产品的运输任务。

从这里可以看出，供应链中企业的外部成员可能成为完成订单的制约因素或资源瓶颈。

例二：某种产品市场需求是每个月100件产品，企业的生产能力是每月120件产品，企业生产力大于市场需求，那么制约的瓶颈就是市场。

例三：在市场需求没问题，原料提供商和运输部门也都没有问题的情况下，企业内部有什么资源可能成为瓶颈资源？这是需要思考的问题。在实际中，企业内部完成订单的流程复杂，它涉及企业中物流中心的作业、生产环节的作业、原料采购管理的作业、原料和产成品库存作业等，还有相关的财务方面的作业。这些方面都可能成为资源瓶颈。如财务方面作业因资金流不畅可能影响到采购原料的作业。

为了说明方面，我们把许多资源都看成恒定的、非瓶颈的资源，而简单地将问题集中于生产的环节上。从企业内部生产流程来看，企业是否可以按需求向市场提供产品依赖于企业生产能力。如果企业不能按时交货，那么原因何在？这就需要思考造成不能按时交货的瓶颈在哪里。生产流程中有许多机器设备，为说明方便，我们假设企业有设备A、B、C，那么可能会出现如下几种状况。

状况一：设备A的生产能力为每月50件零配件半成品；设备B的生产能力为每月70件单位零配件半成品；设备C的生产能力为每月90件产成品。显然，从这个企业的生产状况看，即使所有设备满负荷运转也没有能力向市场每月供货100件产品，所以设备A、B、C都是约束资源。

企业为了满足市场的需求对设备进行了改造。这时出现了另外的状况。

状况二：设备A的生产能力为每月120件零配件半成品；设备B的生产能力为每月150件单位零配件半成品；设备C的生产能力为每月90件产成品。

这时A、B设备生产出的半成品就会在C设备前积压，C设备就是满负荷运转也不可能达到每月生产100件产成品的目标，这样就不能满足订单的需求，所以设备C就是约束资源。企业在进行改造的过程中，只是对C设备进行改造（改造设备C要看市场的总体需求，见以下部分），而不能对设备A、B进行改造来增加产量，因为它们的半成品已经在设备C之前积压下来了，并且已经超过了市场需求量。要在C设备改造后集中力量开拓市场。

综上所述，在流程的再造过程中，寻找企业流程中的瓶颈资源是很关键的。有时企业中的瓶颈资源不只是一个，而是多个，多层次的，这时企业就要一个一个地解决这地瓶颈资源，进行流程变革再造。企业如果不是针对瓶颈资源进行变革，往往导致变革失败，现在仍然有许多企业没有注意到这一点，使再造工程收效甚微。

三、最优生产技术基本思想

（一）企业在生产流程中要保持物流的平衡，而不是保持产能的平衡

市场是最活跃的因素，企业不能追求生产能力与市场需求的永久平衡，实际上这是做不到的。市场永远在变，所以企业满足市场需求是一个相对的概念。正如以上的例子，如果现在市场总体需求是100件产品（订单与总体需求一致的情况），由于市场变化，市场总体需求只有80件产品，这时企业生产能力还是100件产品，企业产品就积压20件。（在许多情况下，订单的需求数量只是市场总需求数量的一部分，那么企业在市场总体需求下降时就面临着更激烈的竞争，必须去争夺市场份额才能与生产能力平衡。）因此，一个企业不必去追求生产能力与市场总需求间的平衡。简单地说，如果市场每月给企业下的订单保持永久不变，企业就可以进行瓶颈资源投资，以增加生产能力。但是市场并不是恒定的，所以企业追求这种生产能力的平衡去解决瓶颈资源风险很大。按OPT观点，企业要集中精力追求内部物流的平衡。所谓物流平衡，就是各种资源的作业与瓶颈资源同步。对超过瓶颈资源和低于瓶颈资源的作业工序进行调整，使整个作业与瓶颈资源同步。例如，以上例子中，市场需求是每月100件，设备C每月是90件的生产能力，只要对设备A和设备B进行改造，与设备C同步，就不会出现在设备C之前积压半成品或等待加工的状态，这样就能提高生产绩效。如果对设备C进行改造，这样会增加产能，与市场需求平衡，但市场需求是变化的，所以OPT不提倡这种方法。

（二）瓶颈资源决定了系统的产出

从前面的例子可以看出，企业的生产能力、产品的数量是由瓶颈资源设备C决定的，而不是由非瓶颈资源设备A、B决定的。如果充分利用非瓶颈资源，使它们满负荷生产，就会导致浪费，如半成品的积压、半成品库存的增加、企业各种运营费用的增加。非瓶颈资源不应该满负荷生产，要进行控制，所以瓶颈资源实际上主宰了整个系统的输出水平。也就是说，系统的水平是由最低点决定的。

（三）资源的“利用”和资源的“活力”具不同的内涵

按OPT的观点，资源“利用”（utilization）和“活力”（activation）是两个不同的概念。“活力”是指资源所包含的潜力，例如以上例子中的“状况二”中的设备A，它所具有的“活力”是每月120件产品，也就是它具有的生产能力有这么多。但是由于瓶颈资源是设备C，它只能产出90件，这时设备A实际上的生产需求也只要90件，这就是“利用”，而不必要按它的“活力”来生产120件。否则就会浪费，它引起半成品的库存增加等各种费用。“利用”强调了资源的有效性，“活力”则强调了它的可行性。从系统效率来说，有效性比可行性更重要。从平衡物流的角度看，要调整“活力”过大的非瓶颈资源，让它适当地闲置，与瓶颈资源获得动态的平衡。

（四）瓶颈资源上损失的时间就是整个系统损失的时间

从生产时间上来看，生产时间包括了“准备时间”和“加工时间”。在瓶颈资源和非瓶颈资源上准备时间的含义不同。系统的效率是由瓶颈资源决定的，所以它的生产时间决定了系统的生产率；它所损失的时间，也就是系统损失的时间，没有地方获得补偿。企业要增中有效性，就必须节约“准备时间”，增加“加工时间”，从而提高系统产出率。因此，企业在流程管理中应该注意提高瓶颈资源的时间有效性管理。

（五）非瓶颈资源上节省的时间不能增加系统的产销率

非瓶颈资源除了生产时间之外，还有闲置时间。如果企业节约非瓶颈资源的生产时间，实际上也只是增加了它的闲置时间，并不能增加系统产销率。但是这也是有意义的，适当增加闲置时间，可以降低半成品库存，达到与瓶颈资源的物流平衡。

（六）非瓶颈资源决定库存和产销率

TOC中的产销率（throughput）是衡量企业在单位时间内能够出产、销售产品而最终获利多少的能力。数学计算中，产销率等于单位时间内实现的销售收入减去取得相应收入而发生的销售成本。产销率受到企业的生产能力和市场的需求量这两方面的制约，所以它由企业内瓶颈和企业上瓶颈决定。如果市场需求不足，企业生产能力再大也不能提高产销率（见以上“假设二”）。以上“假设三”告诉我们，企业内许多的资源都可能成为瓶颈资源。如果把许多资源都看成恒定的、非瓶颈的资源，那么生产环节上的瓶颈资源就决定了企业库存量和产销率。由于瓶颈资源决定了产销率，企业的非瓶颈资源就应该与瓶颈资源同步，维持物流的平衡，保持一定的库存水平。

在戈德拉特的The Goal一书中，有一个叫约拿的人物，他把“产销率”定义为一个系统通过实现产品或劳务的销售来实现盈利的速度。他认为我们必须把“产品”和“卖出的产品”（商品）区分开来。企业在生产和每个阶段都会计算出半成品或产品的数量，但这些产品数字对企业实现盈利目标没有直接关系，只有那些销售出去的产品（商品）才真正能够实现企业的目标。

（七）工序间运输批量与加工批量不同

这个问题涉及企业内物流问题。车间现场管理的一个重要方面就是工序间物料移动的批量确定，它影响到企业的库存和产销率。OPT采用了一种独特的动态批量系统，它把半成品库存分为两种不同的批量形式。其一是运输批量，是指工序间运送一批半成品的数量；其二是加工批量，指一次加工所加工的同种半成品的数量。加工批量可以等于一个运输批量，也可以等于几个运输批量之和。在自动生产流水线上，转运批量为1，而加工批量等于设备的加工能力。在实际作业中，要考虑到运输批量与加工批量的平衡。

（八）批量是可变的元素

在OPT中，运输批量是从半成品的角度来考虑的，加工批量是从资源类型的角度来考虑的。所以在车间现场管理中，同类加工对象可在瓶颈资源上加工时采用不同的加工批量，在不同的工序间移动时采用不同的运输批量，根据实际需要动态确定。

（九）提前期是作业计划的结果

进行作业计划时要考虑到系统资源的约束，提前期被看成是作业计划的结果，而不是预定值。根据MRP，传统的制造车间作业方式一般有确定批量、计算提前期、安排优先级、根据实际调整计划几个步骤。在OPT中，“提前期”是批量、优先级和其他因素的函数，是编制作业计划生产的结果，不是预定值。因为OPT中不采用固定的“提前期”，而是在作业计划中考虑系统内资源瓶颈的约束，用“有限能力计划法”先安排瓶颈资源工序上加工的关键部件的生产进度，以瓶颈资源的工序为基准，再安排瓶颈资源工序之前、之间、之后的工序，并进行优化，最后再制定非关键件的作业计划。

四、DBR系统

OPT理论认为，企业的计划与控制的目标就是使企业有能力满足客户的需求，企业的能力是由企业中瓶颈资源所决定的，非瓶颈资源要与这个瓶颈资源保持一致，OPT的计划与控制是通过DBR系统实现的。所谓DBR系统，就是指鼓（drum）、缓冲器（buffer）和绳子（rope）系统，戈德拉特称之为“鼓点——缓冲器——绳子”方法（drum-buffer-rope approach，简称DBR法）。

（一）“鼓”的含义

“鼓”是一个企业运行OPT的开端，即识别一个企业的瓶颈资源所在。瓶颈资源控制着企业内生产的节奏，称之为“鼓点”。如何使企业内生产资源得到优化的配置，维持企业内各部门、各种生产环节的同步，维持企业生产和市场需求的同步，存在着一系列的问题。其中一个主要问题就是企业如何做到既能满足市场需求，又不产生过量的库存。在企业安排生产计划前，要对市场行情进行准确的预测，同时要按客户订单上的交货期给客户赋予一定的优先权数。在生产的瓶颈资源上根据这些优先权数的大小安排生产，并据此对上下游的工序进行排序，这样就得到产品完成的交付时间。OPT的优化逻辑就是使交付时间与交货期相符。

为了使交付时间与交货期相符，就要控制在瓶颈资源上的批量规模，因为在瓶颈资源上有加工时间和调整准备时间的区分，增大瓶颈资源的加工批量，可以减少调整准备时间，使瓶颈资源的有效生产能力增加。但这样会减少系统的柔性，增加半成品的库存和提前期。反之，其效果与增大加工批量相反。两者都会影响到交货时间。因此，“鼓”反映了系统对约束资源的利用。企业对约束资源应编制详细的生产作业计划，以保证对约束资源的充分合理的利用。

（二）“缓冲器”的含义

一般来说，“缓冲器”分为“时间缓冲”和“库存缓冲”。“库存缓冲”就是保证有一定数量的半成品，其库存位置、库存数量的确定原则同“时间缓冲”一样。“时间缓冲”是将所需要的物料比计划提前一段时间提交，以防随机波动。它以瓶颈资源上的加工时间长度作为计量单位。

（三）“绳子”的含义

如果说“鼓”的目标是使产销率最大，那么，“绳子”的作用则是使库存量最小。我们知道，瓶颈资源决定着生产线的产出节奏，而在其上游的工序实行拉动式生产。这等于用一根看不见的“绳子”把瓶颈资源与这些工序联系起来，有效地使物料依照产品生产计划快速地通过非瓶颈资源的作业来保证瓶颈资源的需要。由此可知，“绳子”起的是传递作用，以驱动系统中的所有资源按“鼓”点的节奏进行生产。通过“绳子”系统控制，使得瓶颈资源前的非瓶颈资源均衡生产，加工批量和运输批量减少，可以减少提前期以及半成品库存，而同时又不使瓶颈资源停工待料。所以，“绳子”是瓶颈资源对其上游资源发出生产指令的媒介，没有它，生产就会混乱，要么造成半成品库存过大，要么会使瓶颈资源出现待料现象。

五、TOC在供应链管理中的应用

约束理论是以系统的观点看待供应链，认为供应链构建是一个系统工程，所以着眼于该系统的约束条件，从四个方面进行科学的管理，即思考过程、日程安排、产销率会计、工程管理。

构建供应链系统存在着许多约束条件，这些约束条件是实施最佳业务和谐计划的障碍，影响着供应链系统的效率，规定着供应链系统的量和质。企业要最大限度地突破约束条件，提高供应链的效率。

（一）思考供应链变革

供应链的约束一般有两种：企业内的各企业外的。企业以外的约束最典型的就是市场缩小，企业所在的行业“供过于求”，即企业生产的产品超过市场的需求。企业内部的约束主要是内部实体约束、决策过程约束、管理过程约束、资金约束等等。经营管理上的约束对供应链有着极大的影响。

（二）突破供应链约束

从企业经营体系考虑出发，供应链的效率受到各种约束，所以要高法打破约束，才能提高供应链效率。可以根据约束理论的思维过程思考供应链的约束。

1.寻找现实问题的原因。

2.寻找解决问题的方法。

3.确定这种方法的可行性。

4.预测将会遇到的困难。

5.解决问题行动的程序化。

约束理论的思考问题的方法不仅对解决企业中的实体约束有效，对解决企业在经营管理上的约束以及解决市场的约束也都极为有效。在企业构建供应链系统时，企业管理者掌握这些是很重要的。

（三）技术对供应链管理的支持

供应链管理的重点是要达到产出的最大化。在产出最大化的同时，要实现剩余资产（库存等）最小化，即通过实现同步生产，使原材料、半成品、成品库存最小化。因此，制定供应链管理计划，必须将原料供应和企业生产能力同时考虑在内，同时必须寻找技术支持。

（四）掌握产销率会计

产销率会计是指销售额减去原料费的直接现金收益，其特点是着眼于现金收支的决策管理。“TOC产销率会计”注重现金的决策支持。产销率会计的特征：支持企业多种生产形式，让企业做出自己生产和外包的决策；供应链构建成果的可视化，让企业做出管理上的正确指示，把握现金的增减数量；利用产销率会计和标准原价计算、ABC成本分析，让企业做出正确决策。

注意资金周转，关系到几个方面：生产率、应收款、库存积压资金和企业现有资金。为了能够把握现金的周转，要注意到如下经营要点：

1.固定成本

企业的固定费用要按一定的标准加到产品的生产成本中。当供应链不畅导致企业的开工率不足时，每一件产品所负担的固定费用就要增加，产品成本就增加，成本竞争力就降低。在这种情况下就要寻求一些解决方法，如将自己生产的产品外包出去等。

2.企业生产率的变化

供应链运行良好，企业生产率高，固定成本就不会增加，所以产品要自己生产，这要根据设备状况、人员状况及资金状况进行综合评价。

（五）引进供应链管理应用软件仓库各种信息技术是供应链管理的基础构架

在构建供应链时要确定使用的计算机系统的硬件、软件性能，确保供应链管理的实现。

1.性能价格比

（1）CPU的高速度；

（2）HDD的大容量化；

（3）数据库软件的性能提高；

（4）SCP（SupplyChain Planning）软件应用；

（5）POS的使用。

2.信息通信基础的完善

（1）网络（公开和专用）的完善；

（2）网络环境的构建，包括软性环境（企业的运营环境、员工的素质等）。