1.2.2 約束理論的研究與應用情況

約束理論（TOC，Theory of Constraints）是以色列物理學家高德拉特（Eliyahu M.Goldratt）在研究晶體原子熱運動的過程中發現的一種大變量離散過程優化的方法，并在他的最優生產技術（OPT，Optimized Production Technology）基礎上創立和發展起來。最優生產技術是由一組管控理念和規則（如瓶頸資源與非瓶頸資源的劃分，“鼓-緩沖器-繩子”計劃與控制系統等）組成的理論體系，約束理論認為瓶頸資源是影響企業生產進程的最主要因素，保證瓶頸資源在生產過程中的最大利用率，是企業生產周期最短、在制品庫存最低的前提。

1.2.2.1 約束理論在國內外的現狀

高德拉特在1979年將OPT帶到美國。1984年，高德拉特出版了小說《目標》，該小說的寫作初衷是借助小說的手法，說明如何用近乎常識的邏輯推演，解決復雜的生產問題，來解釋約束理論。這本書被英國《經濟學人》雜志譽為最成功的企管小說之一，目前已被英、美等國的許多著名大學列為MBA必修課程。

約束理論作為一種新的持續優化理念，已經獲得了廣泛的認同和應用。鑒于本書主要研究TOC的生產計劃與控制方法方面的內容，這里只介紹與本書相關的研究和應用。

1994年，Cook在運用仿真對TOC、傳統排程、JIT三種生產計劃與控制方法進行在制品數量、平均生產時間、流程事件波動及總產出數量比較時，發現基于TOC的產品加工流程時間波動較小，總產出數量最大，平均流程時間及在制品數量最高。

1997年，Blackstone在其發表的關于TOC在企業應用的優異性的論文中指出，美國福特汽車電子部在應用了約束理論后，生產周期從原有的10d降為16h，Bal Seal公司導入TOC后，生產周期從42d降為8d，訂單準時交貨率從80%～85%提升至97%，在制品庫存減少50%以上。

1994年，Shih等三人在家具制造廠應用仿真執行DBR（Drum-Buffer-Rope），獲得較少的總完工時間（MS，Make Span）。

1995年，Daniel將DBR應用在美國海軍航空站翻修作業生產計劃上，有效縮短了返回交貨期，另外使用動態緩沖的觀念，將瓶頸作業站前的加工時間總和乘上一個固定緩沖常數，尋求裝配件的最佳緩沖常數以決定裝配件的投料時間點，從而降低了外購物料的存貨水平。

1999年，Hans-Peter和Wiendahl利用“漏斗模型”理論來確定瓶頸工序：將生產過程中的每一道工序都比喻成一個“漏斗”，將整個生產系統用一個個相連的漏斗來表示。漏斗出口的大小則表示整個單元或設備的生產能力，工序之間用管道相連，管道的粗細表示各零件的通過量。當某個漏斗的輸出小于輸入，且小于任何一個與其有關聯的工序的輸出，則該道工序就被確定為瓶頸工序。

2001年，Chakravorty在An Evaluation of the DBR Control Mechanism in a Job Shop Environment中研究發現，在Job-Shop型企業采用DBR方法時，與先到先服務（FCFS，First Come First Serve）法則相比，采用最短加工時間（SPT，Shortest Processing Time）法則在在制品數量以及訂單延遲數量方面均優于前者。

2007年，Amitava Ray等在An Integrated Theory-of-Constraints中通過對比標準成本會計、標準約束理論和約束理論解析分層線性規劃模型，發現在不增加約束條件的情況下組合模型優于傳統模型。

我國學者尹柳營于20世紀90年代在美國接觸這一理論，回國后致力于此理論的研究，先后取得了一系列成果。1993年，他在《制約因素管理探索》一文中將約束理論應用于管理過程中，分析了管理中的制約因素。1997年，他在《弱者司鼓，強者聽令—DBR在中國的應用前景》一文中指出傳統生產管理長期面臨的問題，認為利用DBR可以轉變企業的管理思路、調節系統運作和挖掘內部潛力，提高經濟效益，同時指出在生產計劃與控制中運用DBR法所要解決的問題：一是要準確識別生產系統中的瓶頸資源，并根據瓶頸資源的能力制訂主生產計劃；二是要根據瓶頸上游的情況確定一個適合的緩沖量，以保護瓶頸環節免受上游設施及其他情況的影響；三是根據瓶頸環節的節奏確定整個生產系統的投料計劃。1998年，他在《生產研究跨世紀課題：管理與技術緊密結合》中說明了約束理論能夠充分利用管控人員的智慧，靠抓住關鍵因素進行系統優化，并不斷在新的層次上加強管理和技術的結合，事半功倍地提高企業經濟效益。1999年，他在《制約因素管理的理論體系及特色》一文中，論述了約束理論的兩大來源，并介紹了其理論體系，總結了三大特色：把中國的傳統文化中的整體性思維特色和西方定量分析方法有機結合、決定事物全貌的思想適用于各行各業的管控、使生產系統可以在平穩的環境中實現整體優化。

2000年，闞樹林、劉贛、曾健民在《基于OPT的生產作業計劃與控制系統設計》中論述了建立生產作業計劃與控制系統模型的基本方法，結合我國企業的實際情況，在分析現行系統的基礎上，建立了車間作業管理的功能模型與信息模型，以最優生產技術的基本原理為基礎，對現代制造系統生產作業計劃與控制系統的編制方法進行了探索和開發應用。

2001年，王晶和榮超等在《基于精益生產方式與約束理論的企業過程動態改進》一文中，研究了應用精益生產方式和約束理論的哲理進行企業過程動態改進的方法論，將精益生產方式與約束理論結合起來有選擇性地消除浪費，進行持續改進。

2003年，葉濤鋒在《生產過程中緩沖設置的模擬方法》中分析了瓶頸資源、緩沖、生產提前期之間的關系，以及目前各種用于確定約束資源的方法，針對工序生產能力比較接近的情況，提出了一種利用Q-GERT和仿真技術的方法，既能真實反映生產中出現的實際情況，也能準確推斷出系統中的瓶頸資源，從而使企業在保證較短的生產周期的同時，節省了物力、人力。2005年，韓文民、葉濤鋒等在《基于瓶頸的訂單方式下供應商物流批量決策模型研究》中分析了訂貨商的經濟訂貨批量模型，接著以供應商生產系統中的成本最低為目標，就供應商生產系統中有瓶頸和無瓶頸兩種情況分別建立了單一產品“按訂單”生產方式下供應商的物流批量決策模型，并進行了相應的分析，從而使供應商能夠在費用最小的情況下滿足訂貨商的訂貨要求。

2004年，李浩、沈祖志和鄧明榮在《訂貨型企業基于約束理論的訂單排產優化研究》一文中，基于約束理論，對訂貨型企業的客戶訂單優勢因素與瓶頸資源確定準則進行了分析，并引入了“虛擬訂單”的概念，通過對客戶訂單進行分解，建立了“虛擬訂單”的數據結構和優勢準則，基于該準則給出了訂單投產排序優化的啟發式算法。

2004年，曹振新、張士杰在《基于約束理論的制造單元瓶頸分析及對策》一文中，將約束理論運用于制造單元的瓶頸分析，提出了基于約束理論和MRPⅡ的集成計劃與調度系統框架。

2005年，戚曉曜在《基于約束理論的管理方法及其應用》一文中，指出約束理論在企業管理的持續改進方面，其管理哲學和技術較之其他更具有普遍適應性，并應用實例說明了這一點。

2005年，白明在《基于約束的生產系統再造及評價方法》一文中，將約束理論引入生產系統再制造過程，提出了基于約束的企業生產系統的再造方法。

2006年，郭永輝、錢省三在《基于鼓-緩沖器-繩子理論的整合式生產作業控制系統研究》中指出，現有的“鼓-緩沖器-繩子”理論存在3方面不足：首先，緩沖區大小憑經驗估計，當生產環境發生變化時，容易造成瓶頸生產安排、訂單投料安排與實際生產脫節；其次，側重于對瓶頸生產的安排與投料安排，對生產作業控制僅以先進先出法則或最早交貨期法則為調度策略，無法保證制定的作業規劃與實際生產作業控制相吻合；最后，“鼓-緩沖器-繩子”理論所強調的系統績效指標存在沖突。在此基礎上，提出了一種基于“鼓-緩沖器-繩子”理論的整合式生產作業控制系統，將生產作業計劃與生產控制加以集成。另外，為有效應對生產系統的動態變化，采用仿真技術，以及時調整系統緩沖區大小。同時為兼顧多個績效指標，針對瓶頸前設備、瓶頸設備、瓶頸后設備提出了一個三段式的調度策略。

2007年，賈國柱、程楊在《基于約束理論和系統動力學的生產系統再造方法》中擴展了約束理論，提出了全面約束管理的思路，該思路從新的角度對生產約束進行認識和管理，強調以約束為管控對象，并通過對約束的管理，提高企業的運作效率，進而提出建立起約束監督、預警機制，對約束實行全方位的管理。

2007年，翁元、周躍進、朱芳菲在《基于約束理論的制造業高級計劃排程模型的建立及應用》中研究了離散制造業普遍存在的生產計劃排產問題，引入了高級計劃排程（APS）概念，通過分析并應用其核心思想——約束理論，指出其相對優勢，并用線性規劃算法構建了基于設備加工能力的高級排產模型。

2008年，盧引娣、黃衛來、蔡建湖在《基于TOC的分銷系統訂單排序法則》中，基于TOC，用全局的觀點分析分銷系統環境下的多訂單排序問題，綜合考慮分銷系統倉庫的容量、上游生產企業的生產能力，特別是瓶頸工序能力的限制，提出基于約束理論的分銷系統訂單排序法則。

2008年，曹國安、游海波、蔣增強、張明偉在《基于TOC的半導體生產線動態分層規劃調度方法》中針對工件動態到達、批處理、可重入、生產時間離散化、多品種混合生產的半導體生產線問題，提出了基于約束理論的動態規劃調度模型，并通過實例驗證了規劃調度模型的有效性。

綜上所述，縱觀國內外研究約束理論的文獻，國外對約束理論的研究較國內早，且深入，并已逐步地將約束理論、方法應用到企業的實際生產過程中。然而國內在這方面的研究尚處于起步階段，大多數企業對它還不了解。在國內很多學者對其進行研究和運用的熱點在于對協同生產、同步生產、約束理論、均衡流、瓶頸的研究，大多數只是提出了一些企業思想或方法層次上的結論以及對其哲理的闡述，很少觸及企業實施約束理論時在生產方面的具體措施或策略，其中更多的是定性的研究，進行定量的分析研究的文獻還很少見。

1.2.2.2 約束理論在國內外應用情況

約束理論在美國企業界得到了廣泛應用，已逐漸形成了完善的體系。美國生產與庫存管理協會（APICS，American Production and Inventory Control Society）非常關注TOC，稱其為“約束管理”，并專門成立了約束管理研究小組。已有如波音（Boeing）、寶潔（P&G）、飛利浦（Philips）、通用汽車（GM）、英特爾（Intel）等著名企業在實施TOC后獲得了巨大效益。

福特公司電器分部實施了約束理論，一年后提前期降至2.2d，以前則為10.6d，后來又進一步降到兩個班次以內，他們的顧客需求增加了300%，對合理化建議的采納時間從150d降至10d，生產計劃提前期從16d降至5d又到1d，而他們實施JIT時，只把制造提前期降到了8.5d。經過優化實現了今天安排明天就投產。最終得出結論：在福特汽車公司的電器分部的約束理論的實施效果較JIT 的實施效果更為出色。

東莞長風國際有限公司成立于1979年，現有員工2500人，年營業額約2500萬美元，與珠三角眾多出口型企業一樣，多是OEM的業務。起初公司存在著諸多問題：客戶要求把每周的工作時間由60h減少至48h，而交貨工期不變；物料已經提前發放到生產線上，但出貨時間仍然遲遲不定，訂單越來越多，物料越來越混亂；急和不急的訂單混在一起，員工很容易錯用物料，優先級被打亂，產生很多麻煩。在引入了約束理論后，按照約束理論中的DBR的方法，制定了長風生產排程表，以訂單的承諾交貨期定出各訂單的啟動次序、何時發料等，出貨期由21d減少為11d。

總的來看，約束理論在歐美等發達國家和地區研究已經比較深入，約束理論的管理理念和生產控制方式正開始被應用到生產實踐中。然而，在以往研究約束理論的相關文獻中，介紹約束理論的思想和哲理、講解如何運用TOC的思想和理念來指導企業的生產運營、運用TOC的邏輯思維工具——Think Process（TP）等來對企業的經營和管理流程進行優化和改進等這些方面的文獻居多，涉及研究約束理論在生產系統優化方面應用的文獻很少。在當前多品種小批量的生產環境下，出現了系統瓶頸不易識別、瓶頸漂移等現象，且DBR方法的參數設置依賴操作者的經驗，隨意性大。這些問題導致了約束理論在企業生產系統優化上應用較為困難。

通過對約束理論生產模式的研究并結合文獻分析，可見約束理論生產模式的優勢在于：第一，綜合了推進式與牽引式兩種生產方式的優點；第二，重視瓶頸并充分利用瓶頸資源，區別對待瓶頸工序計劃調度和非瓶頸工序計劃調度；第三，認識到能力不平衡的絕對性，保證生產物流的平衡與生產節奏的同步；第四，集計劃與控制于一體，即在制訂計劃時已考慮到現場控制的實際，并對預控制的困難問題（可能出現的波動）提前進行了計劃，一定程度上保證了計劃的可行性；第五，在計劃執行時，由非瓶頸配合瓶頸，進行物流平衡，保證計劃的有效性；第六，一旦瓶頸工序發生漂移，將重新判定新的瓶頸，再依據新的瓶頸重新建立一個新的物流平衡系統，實現計劃與控制的集成與統一。約束理論家具生產模式簡圖如圖1.5所示。

約束理論存在的問題為：第一，生產中瓶頸工序漂移為生產管理增加了難度，一旦辨識出現滯后或偏差等問題，將極大地影響后續的工作；第二，強調短期生產最優化，對長期戰略決策作用效果不顯著。