TOC理论教程1.docx

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TOC理论教程1

第一篇TOC概述

1.TOC释义

TOC是英文TheoryofConstraint的首字母缩写，中文译作"约束理论"。

简单来讲，TOC就是关于进行改进和如何最好地实施这些改进的一套管理理念和管理原则，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"，并进一步指出如何实施必要的改进来一一消除这些约束，从而更有效地实现企业目标。

此过程如图1－1所示。

图1－1TOC是关于识别和消除"约束"的管理理念和管理原则

TOC由三部分组成，结构如图1－2所示：

图1－2TOC的组成结构图

①一套解决约束的流程。

用来逻辑地、系统地回答以下为任何企业改进过程所必然提出的三个问题：

改进什么？

（Whattochange?

）、改成什么样子？

（Whattochangeto?

）以及怎样使改进得以实现？

（Howtocausethechange?

）

②一套日常管理工具。

可用来大大提高管理效能，例如：

如何有效沟通、如何双赢地解决冲突、如何团队协作、如何进行权利分配等。

这些日常管理的顺利开展，是成功解决约束的必备条件和基础性工作。

鉴于这方面的容在其他管理理论中也多有涉及，本文则不再过多展开论述，而把重点放在TOC理论不同于其他理论的方面。

③把TOC应用到具体领域的具有创新性的实证方案。

这些领域涉及生产、分销、营销和销售、项目管理和企业方向的设定等等。

2.TOC的形成历史和发展现状

约束理论根植于OPT（原指最优生产时刻表：

OptimizedProductionTimetables,后指最优生产技术：

OptimizedProductionTechnology）。

OPT是Goldratt博士和其他三个以色列籍合作者创立的，他们在1979年下半年把它带到美国，成立了CreativeOutput公司。

接下去的七年中，OPT有关软件得到发展，同时OPT管理理念和规则（如"鼓－缓冲器－绳子"的计划、控制系统）成熟起来。

CreativeOutput公司的发展几起几落，后关闭。

OPT的软件所有权转让给一家名为SchedulingTechnologyGroup的英国公司。

1986年后半年，Goldratt博士和RobertE.Fox共同创立Goldratt研究机构，经过十年发展演进出我们今天所知的TOC。

TOC首先是作为一种制造管理理念出现。

《TheGoal》、《TheRace》这两本最初介绍TOC的书引起了读者的广泛兴趣和实施这套理念的热情。

TOC最初被人们理解为对制造业进行管理、解决瓶颈问题的方法，后来几经改进，发展出以"产销率、库存、运行费"为基础的指标体系，逐渐形成为一种面向增加产销率而不是传统的面向减少成本的管理理论和工具，并最终覆盖到企业管理的所有职能方面（注：

产销率指单位时间企业获取的利润额，是TOC对企业目标实现程度的关键度量标准，下文有更进一步介绍）。

1991年，当更多的人开始知道和了解TOC的时候，TOC又发展出用来逻辑化、系统化解决问题的"思维过程"（ThinkingProcess,即TP）。

所以，今天的TOC，就象当年的OPT在管理理念和软件两个方面共同发展一样，它既是面向产销率的管理理念，又是一系列的思维工具。

TOC的简要形成过程如图1－3所示。

图1－3TOC的简要形成过程

很少有其他管理技术的发展历程象TOC这样几经变化和周折。

今天，在OPT软件首次发布18年以后，TOC的作用似乎刚进入为人广泛接受的起始阶段。

APICS对TOC的有效性和重要性给予了肯定，并于三年前成立了一个专门研究小组（SpecialInterestGroup,简称SIG），每年召开年会。

TOC的市场竞争也开始出现，Goldratt研究机构已经不是TOC的产销率理论和TP方法的唯一开发者和供应者。

有几家软件公司声称已开发出应用TOC鼓－缓冲器－绳子（Drum-Buffer-Rope）方法的软件系统。

最近，Maxager公司开发出一套基于约束的成本核算系统，并为一些用户开发了从关键的车间现场获得数据以提高产销率的数据采集系统。

应该注意的是，企业的制造部门单靠自己是无法大规模增加产销率的。

这需要营销、产品设计和财务等其他的部门的共同配合，使整个企业成为一个系统整体。

因此就需要高层管理人员不断发展和实施一套为整个企业所接受的基于产销率的经营战略（ThroughputbasedOperatingStrategy,简称TOS），如图1－4所示。

图1－4基于产销率的经营战略（TOS）

当然，TOC不可能垄断了所有可以增加产销率的方法，但应该承认，TOC是用来增加产销率、实现企业文化从"成本核算型"转变为"产销率增加型"的一套有机结合的工具和技术。

这方面的新思路、新想法，不管是不是冠以TOC的名称，都已经和正在被企业的经营实践所证明。

3.关于TOC的创立人和发展者：

EliyahuM.Goldratt

戈德拉特是以色列物理学家及企管顾问，他与科克斯合著《目标》，大胆借助小说的手法，说明如何以近乎常识的逻辑推演，解决复杂的管理问题，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，他写了《目标》这本书，来解释他独创的约束理论（TOC，TheoryofConstraints），但起初根本得不到出版商青睐。

他们质疑：

“由物理学家写的企管小说？

把科学方法应用在制造业上？

没有人会读这样的一本书。

”

戈德拉特并不气馁，利用各种机会自己推广此书。

不久信件就如雪片般飞来，一位制造业主管在信中写道：

“这正是我一直在寻找的书，我规定所有员工在读完这本书以后，才准休假。

这本书让我们公司脱胎换骨！

”戈德拉特把这封信连同《目标》书稿，寄给，一本畅销书于焉诞生，被英国《经济学人》杂志誉为最成功的一本企管小说。

他后来转向专门从事企业咨询、教育培训、著书等工作，还创立了AvrahamY.GoldrattInstitute来推广理念、训练人才。

1997年从这家机构退休，但仍致力于在世界围推广TOC。

他的一套管理理论独树一帜的地方在于，为了改进生产流程，必须找出流程中的瓶颈环节，然后突破这些环节，其结果是增加该环节的产出率，或者是应用其他的系统来绕过这个麻烦的环节。

4.AvrahamY.Goldratt研究机构

AvrahamY.Goldratt研究机构是注册形式为有限合伙制的盈利性组织。

总部设在Connecticut的NewHaven,在英国、荷兰、以色列、南非、墨西哥、澳大利亚、巴西、和西班牙等国家或地区设有办事处。

它不同于传统意义上纯粹的咨询公司或培训公司，其目标是"创造和传播知识，使您比今天更进一步"，并在实现这一目标的过程中力求做到两点：

①不损害任何人的利益；②把TOC的精髓教给用户，使用户自己就能够自如运用。

AvrahamY.Goldratt研究机构对第二点特别强调：

它向用户所提供的指导，和那种钱－货交换完全不同，而是使得用户逐渐能够自如地应用这些知识，获取由改进所实现的种种收益。

第二篇TOC的前身：

最优生产技术

最优生产技术（OptimizedProductionTechnology，OPT）是以色列物理学家EliGoldratt博士于本世纪70年代提出的。

最初它被称作最优生产时间表（OptimizedProductionTimetable），80年代才改称为最优生产技术。

后来Goldratt又进一步将它发展成为约束理论（TheoryofConstraints）。

OPT产生的时间不长，却取得了令人瞩目的成就，是继MRP和JIT（JustinTime）之后出现的又一项组织生产的新方式。

1.OPT的主要概念

1.1.瓶颈（Bottlenecks）与非瓶颈（Non－bottlenecks）资源

任何一个制造组织都可以看作是将原材料转化为产品的系统。

在这个系统中，制造资源是关键的部分。

通常，制造资源指的是生产产品所需的全部资源，如机器、工人、厂房和其它固定资产，等等。

按照通常的假设，在设计一个企业时，可以使生产过程中各阶段的生产能力相等，即达到能力的平衡。

但这只是一个理想的状态。

因为，生产是一个动态的过程，随机波动时时存在，使得能力的平衡，在实际中实现极其困难，也可以说是达不到的。

因此，生产过程中必然会出现有的资源负荷过多，成为卡"脖子"的地方，即变为瓶颈。

这样，一个企业的制造资源就存在瓶颈与非瓶颈的区别。

按OPT的定义，所谓瓶颈（或瓶颈资源），指的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出产产品的数量。

其余的资源则为非瓶颈资源。

要判别一个资源是否为瓶颈，应从该资源的实际生产能力与它的生产负荷（或对其的需求量）来考察。

这里所说的需求量不一定是市场的需求量，而可能是为保证生产，其他相关资源对该资源的需求量。

以下的例子可以说明。

假设某产品P的生产流程如图2－1所示：

图2－1某产品P的生产流程

情况1：

对PD的市场需求为每周30个单位；机器A的生产能力为每周生产35个单位；机器B的生产能力为每周生产40个单位，机器C的生产能力为每周生产25个单位。

显然，这时A、B产出的中间品会在C资源前积压，C资源哪怕是满负荷每周生产25个单位的产品，产品P也将不能满足市场每周30单位的需求。

情况2：

对PD的市场需求为每周28个单位；机器A的生产能力为每周生产15个单位；机器B的生产能力为每周生产25个单位，机器C的生产能力为每周生产20个单位。

这时，如果相对市场需求来说机器A、B、C都应该为瓶颈。

但根据OPT的定义，当前只有机器A为瓶颈，因为机器C其生产能力虽然每周生产20个单位，但每周只能接到机器A所能生产的15个单位的最大生产负荷，即其生产能力超过了对其的需求量，为非瓶颈。

机器B其生产能力每周生产25个单位，达不到市场的要求，但它产出的中间品已经在机器C前积压了，即其生产能力超过了后续环节对其的需求量，也是非瓶颈。

这时，只有将机器A的生产能力提高，才能更好地满足市场需求，否则如果去盲目改进机器B、机器C的话，对最终产出于事无补，而且会产出更多的积压在制品。

值得注意的是，如果企业又购买了一台机器A，则机器C成为新的瓶颈，它将整个生产流程的能力限制在每周20个单位。

若通过出包加工的方法将C的产出提高50％，即达到30，那么瓶颈将转移到机器B。

继续改进下去，然后不难发现，这时可能相对于企业为外部因素的市场需求成了新的瓶颈。

瓶颈的一系列变化如图2－2所示,方框中的数字表示资源的生产能力，阴影表示瓶颈。

图2－2OPT关于瓶颈的定义

仔细分析这个简单的例子，可以对OPT的管理思想（也被TOC所继承）窥见一斑：

o生产能力小于市场需求的资源，按OPT的定义不一定为瓶颈。

oOPT的管理思想是首先抓"重中之重"，使最严重的制约因素凸现出来，从而从技术上消除了"避重就轻"、"一刀切"等管理弊病发生的可能。

短期的效果是"抓大放小"，长期的效果是大问题、小问题都没忽略，而且企业整体生产水平和管理水平日益提高。

o瓶颈资源是动态转移的，这就给管理者的惰性敲了警钟。

根据此例，OPT理论关于"瓶颈"的定义可以形式化描述如下：

对于系统中的n件资源：

X1、X2、……Xn，实际产出能力、系统外部需求量分别为C1～Cn、MR1～MRn。

某些资源之间存在互为输入和输出的关联关系R（注：

这里输入、输出的可以是在制品等有形资产，也可以是信息等无形资产，或是与系统最终产出有关的彼此制约、彼此影响的前后因果关系）。

假设与资源Xi相关联的资源的标号所组成的集合为S,即S＝{j|j1iL$R（Xi,Xj）}。

那么，资源Xi为瓶颈，当且仅当Ci<=min（MRi,min（"Cj：

j?

S））。

经过上述条件的筛选，任何企业只应该存在着少数的瓶颈资源。

有统计表明，按OPT的观点，瓶颈资源的数目一般小于5个。

1.2.按物流对企业的分类

企业的生产过程可以看作是一个从原材料到成品的高度相关的活动链。

在这个活动链中，原材料被制成毛坯，毛坯被加工成各种零件，零件又被组装成部件，最后零件和部件总装成产品。

人们本可以根据这个活动链中高度相关的在关系，制定出一个详尽而周密的生产作业计划，规定出每一种毛坯、零件、部件和产品的投入、出产时间和数量，如基本MRP中实现的那样。

但在实际中，这个活动链中计划好的活动程序常会被企业量存在的随机事件的干扰所打乱，如机器损坏、质量问题等等。

要识别这些干扰，找出问题出在何处，手段之一就是从"物流"着手。

通过对企业中"物流"的分类，我们可以根据不同类型"物流"的特点，认识他们各自的薄弱点，或"瓶颈"所在，从而有针对地进行计划与控制。

一般将从原材料到成品这一"产品物流"分为：

"V"、"A"和"T"三种类型。

如图2－3所示。

其中，"V"型"物流"是由一种原材料加工或转变成许多种不同的最终产品；"A"型是由许多种原材料加工或转变成的一种最终产品；而"T"型则是"A"型的一个发展，其最终产品有多种。

图2－3“V”、“A”和“T”三种物流类型的企业

实际上，一个企业的"产品物流"往往不只一种类型。

我们可以根据占主要地位的"产品物流"，来相应地划分企业。

如果一个企业其主要是"V"型"物流"，那么我们就称这个企业为"V"型企业，其余的类推，对于"V"型企业，如炼油厂、钢铁厂等，其特点有：

①最终产品的种类较原材料的种类大得多；②所有的最终产品，其基本的加工过程相同；③企业一般是资金密集型且高度专业化的。

对于"A"型企业，如造船厂，其特点是：

①由许多制成的零部件装配成相对较少数目的成品，原材料较多；②一些零部件对特殊的成品来说是唯一的；③对某一成品来说，其零部件的加工过程往往是不相同的；④设备一般是通用型的。

而对于"T"型企业，如制锁厂，汽车制造厂等。

其特点主要包括：

①由一些共同的零部件装配成相对数目较多的成品；②许多成品的零部件是相同的；③零部件的加工过程通常是不相同的。

V型企业的工艺流程一般来说比较清楚且设计简单，生产提前期较短，企业的瓶颈识别及控制与协调也相对容易。

而A型或T型企业则与V型企业不同，它们存在着物料清单（BOM），工艺流程较复杂，企业的在制品库存较高，生产提前期较长，瓶颈不易识别，计划以及工序间的协调工作也非常困难。

表2－1比较了"V"型、"A"型、"T"型企业的不同特点。

表2－1“V”型、“A”型、“T”型企业的不同特点比较

“V”型企业

“A”型企业

“T”型企业

原材料种类

单一或较少

多

较多

产成品种类

多

单一或较少

较多

产品加工过程

基本相同

不相同

不相同

零部件

一般不是装配型企业

一些零部件对特殊的成品是唯一的

许多成品的零部件是相同的

设备

高度专业化

通用型

介于专业化与通用型之间

工艺流程

比较清楚、设计简单

存在物料清单、较复杂、在制品库存较高

生产提前期

较短

较长

企业的瓶颈识别

相对容易

相对困难

生产控制、协调

相对容易

相对困难

典型行业

炼油厂、钢铁厂

造船厂

制锁厂、汽车制造厂

另外，从企业的制造资源来看，考虑到瓶颈的存在，"物料"所经过的制造资源，将存在瓶颈与非瓶颈之分。

而瓶颈与非瓶颈的关系，通过考察以上三种类型企业的物流可以看出，它们之间存在着四种基本的关系，如图2-4所示。

分别是：

①从瓶颈到非瓶颈资源[图2-4（a）]；②从非瓶颈到瓶颈资源[图2-4（b）]；③瓶颈资源和非瓶颈资源到同一装配中心[图2-4（c）]④瓶颈资源和非瓶颈资源相互独立[图2-4（d）]。

图2-4瓶颈资源与非瓶颈资源的关系

2.OPT的九条原则

2.1.九条原则

TOC的基本思想在九条管理原则上得到了具体体现，这九条原则是实施TOC的基石。

与TOC相关的生产计划与控制的算法和软件，也是按照这九条原则提出和开发的。

此外，这些原则也可以独立于软件之外，直接用于指导实际的生产管理活动。

下文将逐条分析这九条原则。

原则l追求物流的平衡，而不是生产能力的平衡。

追求生产能力的平衡是为了使企业的生产能力得到充分利用。

因此在设计一个新厂时，自然会追求生产过程各环节的生产能力的平衡。

但是对于一个已投产的企业，特别是多品种生产的企业，如果一定要追求生产能力的平衡，那么即使企业的生产能力充分利用了，但是产品并非都能恰好符合当时市场的需求，必然有一部分要积压。

TOC则主在企业部追求物流的平衡。

所谓物流平衡就是使各个工序都与瓶颈机床同步，以求生产周期最短、在制品最少。

它认为生产能力的平衡实际是做不到的。

因为波动是绝对的，市场每时每刻都在变化；生产能力的稳定只是相对的。

所以必须接受市场波动这个现实，并在这种前提下追求物流平衡。

原则2“非约束”的利用程度不由其本身决定，而是由系统的“约束”决定的。

图1约束资源与非约束资源的关系

约束资源制约着系统的产出能力，而非约束资源的充分利用不仅不能提高有效产出，而且会使库存和运行费增加。

从图1所示的约束资源与非约束资源的四种基本关系中，我们可以看出，关系（a）、（b）、（c）中非约束资源的利用程度是由约束资源来决定的。

如：

o关系（a）：

非约束资源为后续工序，只能加工由约束资源传送过来的工件，其使用率自然受约束资源的制约；

o关系（b），虽然非瓶颈资源为前道工序，能够充分地使用，使用程度可以达到100％，但整个系统的产出是由后续工序，即约束资源决定的，非约束资源的充分使用只会造成在制品的连续增加，并不改变产出；

o关系（c），由于非约束资源与约束资源的后续工序为装配，此时非约束资源也能充分地使用，但受装配配套性的限制，由非约束资源加工出来的工件其中能够进行装配的，必然受到约束资源产出的制约，多余部分也只能增加在制品库存；

o关系（d）：

非约束资源的使用程度虽不受约束资源的制约，但显然应由市场的需求来决定。

从以上分析，容易看出，非约束资源的使用率一般不应该达到100％。

原则3资源的“利用”（Utilization）和“活力”（Activation）不是同义词。

“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。

按传统的观点，一般是将资源能够利用的能力加以充分利用，所以“利用”和“活力”是同义的。

按TOC的观点，两者有着重要的区别：

因为做所需要的工作（应该做的，即“利用”）与无论需要与否，最大程度可做的工作（能够做的，即“活力”）之间是明显不同的。

所以对系统中“非约束”的安排使用，应基于系统的“约束”。

例如，一个非约束资源能够达到100％的利用率，但其后续资源如果只能承受其60％的产出，则其另外40％的产出，将变成在制品库存，此时从非约束资源本身考察，其利用率很好，但从整个系统的观点来看，它只有60％的有效性。

所以“利用”注重的是有效性，而“活力”注重的则是能行性，从平衡物流的角度出发，应允许在非关键资源上安排适当的闲置时间。

原则4“约束”上一个小时的损失则是整个系统的一个小时的损失。

一般来说，生产时间包括调整准备时间和加工时间。

但在约束资源与非约束资源上的调整准备时间的意义是不同的。

因为约束资源控制了有效产出，在约束资源上中断一个小时，是没有附加的生产能力来补充的。

而如果在约束资源上节省一个小时的调整准备时间，则将能增加一个小时的加工时间，相应地，整个系统增加了一个小时的产出。

所以，约束资源必需保持100％的“利用”，尽量增大其产出。

为此，对约束资源还应采取特别的保护措施，不使其因管理不善而中断或等工。

增大约束资源物流的方法可以有如下几种：

①减少调整准备时间和频率，约束资源上的批量应尽可能大；

②实行午餐和工修连续工作制，减少状态调整所需的时间损失；

③在约束资源前设置质量检查站，保证投入约束资源的工件100％是合格品；

④设置缓冲环节，使约束资源不受非约束资源生产率波动的影响。

原则5“非约束”节省的一个小时无益于增加系统有效产出。

因为非瓶颈资源上除了生产时间（加工时间和调整准备时间）之外，还有闲置时间。

节约一个小时的生产时间，将增加一个小时的闲置时间，而并不能增加系统有效产出。

当然，如果节约了一个小时的生产时间，可以减少加工批量，加大批次，以降低在制品库存和生产提前期。

但这些结果能在多大程度上有益于系统追求的根本目标，依然牢牢受制于约束资源。

原则6“约束”控制了库存和有效产出。

因为，有效产出指的是单位时间生产出来并销售出去的产品所创造的利润额，所以，很明显它受到企业的生产能力和市场的需求量这两方面的制约，即它们受由资源约束和市场约束瓶颈所控制的。

如果“约束”存在于企业部，表明企业的生产能力不足，相应的有效产出也受到限制；而如果当企业所有的资源都能维持高于市场需求的能力，那么，则市场需求就成了“约束”。

这时，即使企业能多生产，但由于市场承受能力不足，有效产出也不能增加。

同时，由于“约束”控制了有效产出，所以企业的“非约束”应与“约束”同步，它们的库存水平只要能维持“约束”上的物流连续稳定即可，过多的库存只是浪费，这样，“约束”也就相应地控制了库存。

以上六条原则都是涉及资源的。

原则7运输批量可以不等于（在许多时候应该不等于）加工批量。

车间现场的计划与控制的一个重要方面就是批量的确定，它影响到企业的库存和有效产出。

TOC所采用的是一种独特的动态批量系统，它把在制品库存分为两种不同的批量形式，即：

①运输批量，是指工序间运送一批零件的数量；②加工批量，指经过一次调整准备所加工的同种零件的数量，可以是一个或几个转运批量之和。

在自动装配线上，转运批量为1，而加工批量很大。

确定加工批量的大小应考虑：

?

资源的合理应用（减少设备的调整次数）；合理的在制品库存（减少资金积压和在制品库存费用）。

确定运输批量的大小则是考虑：

?

提高生产过程的连续性、平行性，减少工序间的等待时间和减少运输工作量与运输费用。

两者考虑的出发点不同，所以运输批量不一定要与加工批量相等。

根据TOC的观点，为了使有效产出达到最大，约束资源上的加工批量必须大。

但另一方面，在制品库存不应因此增加，所以转运批量应该小，即意味着非约束资源上的加工批量要小，这样就可以减少库存费用和加工费用。

原则8批量大小应是可变的，而不是固定的。

原则8是原则7的直接应用。

在TOC中，运输批量是从在制品的角度来考虑的，而加工批量则是从资源类型的角度来考虑的。

同一种工件在约束资源和非约束资源上加工时可以采用不同的加工批量，在不同的工序间传送时可以采用不同的运输批量，其大小根据实际需要动态决定。

以上两条是涉及物流的。

原则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。

MRPII制定作业计划的方法一般包括以下几个步骤：

①确定批量；②计算提前期；③安排优先权，据此安排作业计划；④根据能力限制调整作业计划，再重复前三个步骤。

可见MRPII是按预先制定的提前期，用无限能力计划法编制作业计划。

但当生产提前期与实际情况出入较大时，所得的作业计划就脱离实际难以付诸实施，MRPII也因此招致了许多有关“期”的批评。

在这点上，TOC与MRP正好相反，即不采用固定的提前期，而是考虑计划期的系统资源约束，用有限能力计划法，先安排约束资源上加工的关键件的生产进度计划，以约束资源为基准，把约束资源之前、之间、之后的工序分别按拉动、工艺顺序、推动的方式排定，并进行一定优化，接下来编制非关键件的作业计划。

所以，TOC中的提前期是批量、优先权和其它许多因素的函数，是编制作业计划产生的结果。

2.2.实施OPT的要求及条件

对OPT，目前理论界的认识还不一致，存在着各种看法，主要包括：

①把OPT当做一种新的计划思想；②作为一种作业计划的仿真语言；③作为生成MPS、物料和能力需求计划及详细计划的一个软件包；④作为一种处理数据精确度的一种尝