1.2.2 约束理论的研究与应用情况

约束理论（TOC，Theory of Constraints）是以色列物理学家高德拉特（Eliyahu M.Goldratt）在研究晶体原子热运动的过程中发现的一种大变量离散过程优化的方法，并在他的最优生产技术（OPT，Optimized Production Technology）基础上创立和发展起来。最优生产技术是由一组管控理念和规则（如瓶颈资源与非瓶颈资源的划分，“鼓-缓冲器-绳子”计划与控制系统等）组成的理论体系，约束理论认为瓶颈资源是影响企业生产进程的最主要因素，保证瓶颈资源在生产过程中的最大利用率，是企业生产周期最短、在制品库存最低的前提。

1.2.2.1 约束理论在国内外的现状

高德拉特在1979年将OPT带到美国。1984年，高德拉特出版了小说《目标》，该小说的写作初衷是借助小说的手法，说明如何用近乎常识的逻辑推演，解决复杂的生产问题，来解释约束理论。这本书被英国《经济学人》杂志誉为最成功的企管小说之一，目前已被英、美等国的许多著名大学列为MBA必修课程。

约束理论作为一种新的持续优化理念，已经获得了广泛的认同和应用。鉴于本书主要研究TOC的生产计划与控制方法方面的内容，这里只介绍与本书相关的研究和应用。

1994年，Cook在运用仿真对TOC、传统排程、JIT三种生产计划与控制方法进行在制品数量、平均生产时间、流程事件波动及总产出数量比较时，发现基于TOC的产品加工流程时间波动较小，总产出数量最大，平均流程时间及在制品数量最高。

1997年，Blackstone在其发表的关于TOC在企业应用的优异性的论文中指出，美国福特汽车电子部在应用了约束理论后，生产周期从原有的10d降为16h，Bal Seal公司导入TOC后，生产周期从42d降为8d，订单准时交货率从80%～85%提升至97%，在制品库存减少50%以上。

1994年，Shih等三人在家具制造厂应用仿真执行DBR（Drum-Buffer-Rope），获得较少的总完工时间（MS，Make Span）。

1995年，Daniel将DBR应用在美国海军航空站翻修作业生产计划上，有效缩短了返回交货期，另外使用动态缓冲的观念，将瓶颈作业站前的加工时间总和乘上一个固定缓冲常数，寻求装配件的最佳缓冲常数以决定装配件的投料时间点，从而降低了外购物料的存货水平。

1999年，Hans-Peter和Wiendahl利用“漏斗模型”理论来确定瓶颈工序：将生产过程中的每一道工序都比喻成一个“漏斗”，将整个生产系统用一个个相连的漏斗来表示。漏斗出口的大小则表示整个单元或设备的生产能力，工序之间用管道相连，管道的粗细表示各零件的通过量。当某个漏斗的输出小于输入，且小于任何一个与其有关联的工序的输出，则该道工序就被确定为瓶颈工序。

2001年，Chakravorty在An Evaluation of the DBR Control Mechanism in a Job Shop Environment中研究发现，在Job-Shop型企业采用DBR方法时，与先到先服务（FCFS，First Come First Serve）法则相比，采用最短加工时间（SPT，Shortest Processing Time）法则在在制品数量以及订单延迟数量方面均优于前者。

2007年，Amitava Ray等在An Integrated Theory-of-Constraints中通过对比标准成本会计、标准约束理论和约束理论解析分层线性规划模型，发现在不增加约束条件的情况下组合模型优于传统模型。

我国学者尹柳营于20世纪90年代在美国接触这一理论，回国后致力于此理论的研究，先后取得了一系列成果。1993年，他在《制约因素管理探索》一文中将约束理论应用于管理过程中，分析了管理中的制约因素。1997年，他在《弱者司鼓，强者听令—DBR在中国的应用前景》一文中指出传统生产管理长期面临的问题，认为利用DBR可以转变企业的管理思路、调节系统运作和挖掘内部潜力，提高经济效益，同时指出在生产计划与控制中运用DBR法所要解决的问题：一是要准确识别生产系统中的瓶颈资源，并根据瓶颈资源的能力制订主生产计划；二是要根据瓶颈上游的情况确定一个适合的缓冲量，以保护瓶颈环节免受上游设施及其他情况的影响；三是根据瓶颈环节的节奏确定整个生产系统的投料计划。1998年，他在《生产研究跨世纪课题：管理与技术紧密结合》中说明了约束理论能够充分利用管控人员的智慧，靠抓住关键因素进行系统优化，并不断在新的层次上加强管理和技术的结合，事半功倍地提高企业经济效益。1999年，他在《制约因素管理的理论体系及特色》一文中，论述了约束理论的两大来源，并介绍了其理论体系，总结了三大特色：把中国的传统文化中的整体性思维特色和西方定量分析方法有机结合、决定事物全貌的思想适用于各行各业的管控、使生产系统可以在平稳的环境中实现整体优化。

2000年，阚树林、刘赣、曾健民在《基于OPT的生产作业计划与控制系统设计》中论述了建立生产作业计划与控制系统模型的基本方法，结合我国企业的实际情况，在分析现行系统的基础上，建立了车间作业管理的功能模型与信息模型，以最优生产技术的基本原理为基础，对现代制造系统生产作业计划与控制系统的编制方法进行了探索和开发应用。

2001年，王晶和荣超等在《基于精益生产方式与约束理论的企业过程动态改进》一文中，研究了应用精益生产方式和约束理论的哲理进行企业过程动态改进的方法论，将精益生产方式与约束理论结合起来有选择性地消除浪费，进行持续改进。

2003年，叶涛锋在《生产过程中缓冲设置的模拟方法》中分析了瓶颈资源、缓冲、生产提前期之间的关系，以及目前各种用于确定约束资源的方法，针对工序生产能力比较接近的情况，提出了一种利用Q-GERT和仿真技术的方法，既能真实反映生产中出现的实际情况，也能准确推断出系统中的瓶颈资源，从而使企业在保证较短的生产周期的同时，节省了物力、人力。2005年，韩文民、叶涛锋等在《基于瓶颈的订单方式下供应商物流批量决策模型研究》中分析了订货商的经济订货批量模型，接着以供应商生产系统中的成本最低为目标，就供应商生产系统中有瓶颈和无瓶颈两种情况分别建立了单一产品“按订单”生产方式下供应商的物流批量决策模型，并进行了相应的分析，从而使供应商能够在费用最小的情况下满足订货商的订货要求。

2004年，李浩、沈祖志和邓明荣在《订货型企业基于约束理论的订单排产优化研究》一文中，基于约束理论，对订货型企业的客户订单优势因素与瓶颈资源确定准则进行了分析，并引入了“虚拟订单”的概念，通过对客户订单进行分解，建立了“虚拟订单”的数据结构和优势准则，基于该准则给出了订单投产排序优化的启发式算法。

2004年，曹振新、张士杰在《基于约束理论的制造单元瓶颈分析及对策》一文中，将约束理论运用于制造单元的瓶颈分析，提出了基于约束理论和MRPⅡ的集成计划与调度系统框架。

2005年，戚晓曜在《基于约束理论的管理方法及其应用》一文中，指出约束理论在企业管理的持续改进方面，其管理哲学和技术较之其他更具有普遍适应性，并应用实例说明了这一点。

2005年，白明在《基于约束的生产系统再造及评价方法》一文中，将约束理论引入生产系统再制造过程，提出了基于约束的企业生产系统的再造方法。

2006年，郭永辉、钱省三在《基于鼓-缓冲器-绳子理论的整合式生产作业控制系统研究》中指出，现有的“鼓-缓冲器-绳子”理论存在3方面不足：首先，缓冲区大小凭经验估计，当生产环境发生变化时，容易造成瓶颈生产安排、订单投料安排与实际生产脱节；其次，侧重于对瓶颈生产的安排与投料安排，对生产作业控制仅以先进先出法则或最早交货期法则为调度策略，无法保证制定的作业规划与实际生产作业控制相吻合；最后，“鼓-缓冲器-绳子”理论所强调的系统绩效指标存在冲突。在此基础上，提出了一种基于“鼓-缓冲器-绳子”理论的整合式生产作业控制系统，将生产作业计划与生产控制加以集成。另外，为有效应对生产系统的动态变化，采用仿真技术，以及时调整系统缓冲区大小。同时为兼顾多个绩效指标，针对瓶颈前设备、瓶颈设备、瓶颈后设备提出了一个三段式的调度策略。

2007年，贾国柱、程杨在《基于约束理论和系统动力学的生产系统再造方法》中扩展了约束理论，提出了全面约束管理的思路，该思路从新的角度对生产约束进行认识和管理，强调以约束为管控对象，并通过对约束的管理，提高企业的运作效率，进而提出建立起约束监督、预警机制，对约束实行全方位的管理。

2007年，翁元、周跃进、朱芳菲在《基于约束理论的制造业高级计划排程模型的建立及应用》中研究了离散制造业普遍存在的生产计划排产问题，引入了高级计划排程（APS）概念，通过分析并应用其核心思想——约束理论，指出其相对优势，并用线性规划算法构建了基于设备加工能力的高级排产模型。

2008年，卢引娣、黄卫来、蔡建湖在《基于TOC的分销系统订单排序法则》中，基于TOC，用全局的观点分析分销系统环境下的多订单排序问题，综合考虑分销系统仓库的容量、上游生产企业的生产能力，特别是瓶颈工序能力的限制，提出基于约束理论的分销系统订单排序法则。

2008年，曹国安、游海波、蒋增强、张明伟在《基于TOC的半导体生产线动态分层规划调度方法》中针对工件动态到达、批处理、可重入、生产时间离散化、多品种混合生产的半导体生产线问题，提出了基于约束理论的动态规划调度模型，并通过实例验证了规划调度模型的有效性。

综上所述，纵观国内外研究约束理论的文献，国外对约束理论的研究较国内早，且深入，并已逐步地将约束理论、方法应用到企业的实际生产过程中。然而国内在这方面的研究尚处于起步阶段，大多数企业对它还不了解。在国内很多学者对其进行研究和运用的热点在于对协同生产、同步生产、约束理论、均衡流、瓶颈的研究，大多数只是提出了一些企业思想或方法层次上的结论以及对其哲理的阐述，很少触及企业实施约束理论时在生产方面的具体措施或策略，其中更多的是定性的研究，进行定量的分析研究的文献还很少见。

1.2.2.2 约束理论在国内外应用情况

约束理论在美国企业界得到了广泛应用，已逐渐形成了完善的体系。美国生产与库存管理协会（APICS，American Production and Inventory Control Society）非常关注TOC，称其为“约束管理”，并专门成立了约束管理研究小组。已有如波音（Boeing）、宝洁（P&G）、飞利浦（Philips）、通用汽车（GM）、英特尔（Intel）等著名企业在实施TOC后获得了巨大效益。

福特公司电器分部实施了约束理论，一年后提前期降至2.2d，以前则为10.6d，后来又进一步降到两个班次以内，他们的顾客需求增加了300%，对合理化建议的采纳时间从150d降至10d，生产计划提前期从16d降至5d又到1d，而他们实施JIT时，只把制造提前期降到了8.5d。经过优化实现了今天安排明天就投产。最终得出结论：在福特汽车公司的电器分部的约束理论的实施效果较JIT 的实施效果更为出色。

东莞长风国际有限公司成立于1979年，现有员工2500人，年营业额约2500万美元，与珠三角众多出口型企业一样，多是OEM的业务。起初公司存在着诸多问题：客户要求把每周的工作时间由60h减少至48h，而交货工期不变；物料已经提前发放到生产线上，但出货时间仍然迟迟不定，订单越来越多，物料越来越混乱；急和不急的订单混在一起，员工很容易错用物料，优先级被打乱，产生很多麻烦。在引入了约束理论后，按照约束理论中的DBR的方法，制定了长风生产排程表，以订单的承诺交货期定出各订单的启动次序、何时发料等，出货期由21d减少为11d。

总的来看，约束理论在欧美等发达国家和地区研究已经比较深入，约束理论的管理理念和生产控制方式正开始被应用到生产实践中。然而，在以往研究约束理论的相关文献中，介绍约束理论的思想和哲理、讲解如何运用TOC的思想和理念来指导企业的生产运营、运用TOC的逻辑思维工具——Think Process（TP）等来对企业的经营和管理流程进行优化和改进等这些方面的文献居多，涉及研究约束理论在生产系统优化方面应用的文献很少。在当前多品种小批量的生产环境下，出现了系统瓶颈不易识别、瓶颈漂移等现象，且DBR方法的参数设置依赖操作者的经验，随意性大。这些问题导致了约束理论在企业生产系统优化上应用较为困难。

通过对约束理论生产模式的研究并结合文献分析，可见约束理论生产模式的优势在于：第一，综合了推进式与牵引式两种生产方式的优点；第二，重视瓶颈并充分利用瓶颈资源，区别对待瓶颈工序计划调度和非瓶颈工序计划调度；第三，认识到能力不平衡的绝对性，保证生产物流的平衡与生产节奏的同步；第四，集计划与控制于一体，即在制订计划时已考虑到现场控制的实际，并对预控制的困难问题（可能出现的波动）提前进行了计划，一定程度上保证了计划的可行性；第五，在计划执行时，由非瓶颈配合瓶颈，进行物流平衡，保证计划的有效性；第六，一旦瓶颈工序发生漂移，将重新判定新的瓶颈，再依据新的瓶颈重新建立一个新的物流平衡系统，实现计划与控制的集成与统一。约束理论家具生产模式简图如图1.5所示。

约束理论存在的问题为：第一，生产中瓶颈工序漂移为生产管理增加了难度，一旦辨识出现滞后或偏差等问题，将极大地影响后续的工作；第二，强调短期生产最优化，对长期战略决策作用效果不显著。