本章討論的是艾利.高德拉特對約束理論所做出的杰出貢獻，以及霍普和斯皮爾曼在工廠物理學(xué)上所的開創(chuàng)性工作。高德拉特以及霍普和斯皮爾曼都是由物理學(xué)家轉(zhuǎn)變成的生產(chǎn)專家，他們的理論都源于基本原則。
有時候人們認(rèn)為高德拉特的思想與精益運營相矛盾。事實上，它們之間存在顯著的協(xié)同作用。我們稍后會談?wù)搩烧叩囊恍┎町愔?，不過，在大部分情況下，它是對精益的補充，而不是與之相悖。即便如此，豐田還是在新產(chǎn)品上使用有限產(chǎn)能計劃軟件。
類似地，霍普和斯皮爾曼的工廠物理學(xué)定律是如此的重要，以至于每個精益實踐者都應(yīng)該理解。他們的CONWIP系統(tǒng)已經(jīng)獲得了大量的擁躉。工廠物理學(xué)的局限在于它的經(jīng)典著作中的數(shù)字知識對一般的精益實踐者而言可能稍顯復(fù)雜，不過這不應(yīng)成為排斥的理由，可以忽略那些數(shù)學(xué)表達(dá)式，僅僅吸收其中的思想智慧。
一、鼓—緩沖—繩模型
考慮一個由6個步驟組成的制造過程，如圖10—1所示。產(chǎn)品從過程1流到過程6，過程3是約束或者說“鼓”。根據(jù)定義可知，其它過程的利用率不會很高，會偶爾出現(xiàn)閑置等待。為了保證約束過程一直有工作可做，應(yīng)該在它前面設(shè)置緩沖來保護它。其他的過程之間可能有也可能沒有庫存，不過緩沖處應(yīng)該一直保有一定的庫存。注意緩沖的兩個要點：
①這里的緩沖實際上是時間緩沖，而不是數(shù)量緩沖。換句話說，周一的緩沖可能等量于2小時生產(chǎn)的A產(chǎn)品，而周二它可能是3個小時的B產(chǎn)品。
②緩沖中放置的庫存應(yīng)該是約束過程目前生產(chǎn)計劃中的一部分，盡量實際上可能存在并沒有按計劃執(zhí)行的情況。如果緩沖得以維持，生產(chǎn)線就會按其最大產(chǎn)出率生產(chǎn)。
緩沖處標(biāo)以紅、黃、綠三色。如果緩沖處有足夠的庫存，庫存會一直放到綠色區(qū)域。當(dāng)變異或者上游問題出現(xiàn)時，庫存會被部分消耗，直到暴露出黃色區(qū)域。這是一個警告信號。如果庫存被進一步消耗到快要用完的時候，紅色區(qū)域會暴露出來。如果出現(xiàn)這種情況，上游工作位應(yīng)該加快速度趕制產(chǎn)品（或者“沖刺”）來補足緩沖區(qū)域。第二個緩沖區(qū)域在成品處，也按照綠色、黃色和紅色標(biāo)出。它們代表不同的安全級別。
繩子就是聯(lián)系工作位和緩沖庫存的信號，如圖10—1所示。“發(fā)運繩”給約束過程發(fā)送生產(chǎn)什么以及生產(chǎn)多少的信號。約束繩向第一工作位發(fā)送應(yīng)該開始生產(chǎn)什么新產(chǎn)品以及生產(chǎn)多少的信號。
如果你每天早晨召開生產(chǎn)例會，就應(yīng)該在約束處召開，并做兩件事：檢查它的績效，檢查緩沖庫存是否品種正確、數(shù)量足夠。
這就說明，計劃應(yīng)該圍繞瓶頸來制定。首先制定瓶頸處計劃，并逆推到其他的非約束處，然后與同步規(guī)則相結(jié)合。這其實不是一件容易的事情。參見第二章。
注意：標(biāo)準(zhǔn)在制品（constant work in process，CONWIP）系統(tǒng)也與此類似，除了有一根聯(lián)系成品和第一工作位的繩子以外。CONWIP的優(yōu)點在于庫存會在約束過程前積累—這正是你希望的庫存累積地點。
這兩種方法，DBR和CONWIP，可以用在生產(chǎn)單元層級、工廠層級，甚至供應(yīng)鏈層級。它們本身就是重要的、功能能多樣的工具，應(yīng)該獲得廣泛認(rèn)可，特別是在生產(chǎn)單元供應(yīng)鏈中。
二、有效產(chǎn)出率、庫存和運營費用
高德拉特提倡運營中只使用三種績效衡量指標(biāo)。有效產(chǎn)出率（throughput，系統(tǒng)通過銷售產(chǎn)生現(xiàn)金的速度）、庫存（inventory，為了售出產(chǎn)品而購買原材料所投資的現(xiàn)金）、運營費用（operating expense，系統(tǒng)將庫存轉(zhuǎn)化為有效產(chǎn)出所耗費的現(xiàn)金）、是物料流的最恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)。我們應(yīng)該對這些詞語的定義與它們傳統(tǒng)詞義的重大區(qū)別加以注意。
有效產(chǎn)出是以貨幣衡量的銷售量，而不是產(chǎn)品數(shù)量。產(chǎn)品只有在銷售以后才會變成有效產(chǎn)出。不管是內(nèi)部的還是外部的，有些約束或者瓶頸會制約它。
庫存是使用的物料的基本成本，不包括在制品的增值部分。再次說明，除非銷售出去，否則生產(chǎn)庫存毫無用處，因此它的價值不應(yīng)該計入收入，除非已經(jīng)銷售出去。
運營費用在這里不再區(qū)分直接成本和間接成本，對它們進行區(qū)分被認(rèn)為沒有意義。目的當(dāng)然是讓有效產(chǎn)出率增加，讓庫存和運營費用降低。任何的投資都要按照這個規(guī)則來判定，這是最基本的決策原則。三者都對基本的經(jīng)營財務(wù)指標(biāo)有重大影響（現(xiàn)金流、利潤、投資回報），雖然影響的程度有所不同。
高德拉特認(rèn)為有效產(chǎn)出率是第一優(yōu)先級，然后是庫存，最后才是運營費用。。為什么這樣？因為有效產(chǎn)出率對三個財務(wù)指標(biāo)有立即的正影響如果有效產(chǎn)出率改善，你就可以承擔(dān)得起增加庫存和運營用的成本。降低庫存對現(xiàn)金有一次性效果，也可以減少提前時間，不過減少庫存也可能會減少有效產(chǎn)出率，因此要特別小心。運營費用與此類似，而且減少它還可能會喪失經(jīng)營活動的固有能力。注意，在面臨危機的時候，很多業(yè)務(wù)單位都采取相反的措施—首先消減人員，然后是庫存，最后才去改善有效產(chǎn)出率。
三、依賴事件和統(tǒng)計波動
高德拉特認(rèn)為純粹的沒有中斷的流動在制造活動中如果不是不可能，也是非常罕見的。這是因為他命名的“統(tǒng)計波動”現(xiàn)象—流程的速度、操作員工質(zhì)量、零件質(zhì)量等的微小變化。使用平均流動速度來計算有效產(chǎn)出率是不夠的。高德拉特為此開發(fā)了一個骰子游戲來展示它。每一輪中，五個操作人員用扔出的骰子數(shù)量來代表該期間的可能的產(chǎn)能。骰子示數(shù)的平均值是3.5，因此可能有人對產(chǎn)量的期望，比如在20輪的投擲的基本上，會是平均3.5個產(chǎn)品/輪。實際上并非如此，因為中間的工人經(jīng)常處于缺料當(dāng)中，這是由于前面的工人生產(chǎn)的數(shù)量不夠。這種情況被稱為依賴事件。
即使在操作人員之間設(shè)置了大量的緩沖庫存，缺料也會時而發(fā)生。按照高德拉特的說法，JIT的目的就是為了克服統(tǒng)計波動以確保能夠順暢流動，例如，通過SOP等方法。不過，高德拉特也認(rèn)為這樣做非常困難，基本上是浪費資源，如果將資源設(shè)置在瓶頸處將會收到更好的效果，并因此發(fā)現(xiàn)了下節(jié)討論的約束理論（TOC）規(guī)則。
這聽起來有點矛盾。實際上，人們應(yīng)該兼而取之。不錯，確實要減少統(tǒng)計波動，不過也要警惕依賴事件和瓶頸。同時，精益傾向于忽視變異，實際上不應(yīng)該如此。例如，在《學(xué)會觀察》中就很少提到變異。這可能會釀成大錯（參見2.3節(jié)）。記住，TOC特別適用于從批量生產(chǎn)向流動制造發(fā)展的環(huán)境。你將換型時間降低得越多，你的需求就會越平順。變異降低得越多，浪費改善得越多，情況就越好。這和使用的是TOC，還是精益，還是其他理念沒有關(guān)系。
四、約束、瓶頸和非瓶頸資源：同步原則
本節(jié)和下一節(jié)，給出高德拉特以及霍普和斯皮爾曼的規(guī)則和定律。將它們同時使用則更加有效。
約束就是負(fù)載最高的資源。瓶頸是無法滿足當(dāng)前需求的資源。受約束的關(guān)鍵資源（constrain critcal resources，CCR）是具有成為瓶頸的潛力的資源，原因可能是——比如，偶爾的過載或者大量的不穩(wěn)定。約束的種類有四個：物理的（工廠中的瓶頸就是一例），物流的（比如，響應(yīng)時間），管理的（政策、規(guī)則），和行為的（特定雇員的活動）。
在工廠的計劃中，是約束決定了整個工廠的有效產(chǎn)出率。對于很多人來說，這是一個全新的、激進的想法。一般只有一個約束，就像鏈條中最弱的一節(jié)那樣。一個“平衡的”工廠不應(yīng)該成為管理層關(guān)注的問題，管理層應(yīng)該關(guān)注于不斷地發(fā)現(xiàn)、暴露和消除一系列的約束。最終，外部的約束可能成為決定因素。例如，市場約束或者行為約束。在致力于緩解約束的時候，計劃工作應(yīng)該圍繞約束過程來進行。原則（通常指的是TOC或者同步原則）由此產(chǎn)生。注意，這里也使用了“瓶頸”一詞，不過在這里它通常指的是約束而不是瓶頸。
（1）平衡流動，而不是產(chǎn)能。按照高德拉特的說法，很久以來，人們一直強調(diào)的是試圖讓所生產(chǎn)產(chǎn)品流經(jīng)的的各工作中心的產(chǎn)能相等。這樣做是徒勞的，因為過程總是或快或慢。因此，取而代之的是，應(yīng)該沒法達(dá)到物料的維持流動。這意味著，例如，去除非瓶頸工作中心前的不必要的庫存，將批量分割得更小，因此已完成產(chǎn)品可以向下道工序流動而不用等待完成整批的生產(chǎn)。
（2）非瓶頸資源的利用率不取決于自身的產(chǎn)能，而取決于系統(tǒng)中的其他約束資源。非瓶頸工序不應(yīng)該和利用率多半是不相關(guān)的。傳統(tǒng)的會計人員會對此論述膛目結(jié)舌！管控流動的是瓶頸！然而，短期運行方式（也就是換型更頻繁）在非瓶頸工序是值得采用的，這樣可以讓通往瓶頸的流動更為平順。
（3）利用和激活并非同義詞。這句話強調(diào)的觀點是非瓶頸設(shè)備不應(yīng)該一直被“激活”，不然就會導(dǎo)致過量生產(chǎn)。只有機器在按照平衡的速度生產(chǎn)時，激活才是有效的，此時稱之為利用。注意，這和傳統(tǒng)意義上的利用不一樣，它忽視了瓶頸處的產(chǎn)能。
（4）瓶頸處損失一個小時意味著整個系統(tǒng)損失一個小時。因為工廠中的瓶頸決定了有效產(chǎn)出率，如果它停機，也就等于整個工廠都停產(chǎn)了，這句話對于維修、計劃、安全庫存和設(shè)備選型具有重大意義！如果你仔細(xì)考慮，它實際上對于成本會計的核算也有深遠(yuǎn)的意義。
（5）在非瓶頸處節(jié)約的一個小時只是一種幻覺。實際上是毫無價值的。這對于很多的精益和六西格瑪改善活動也有喻示意義。
（6）瓶頸資源控制系統(tǒng)中的有效產(chǎn)出率和庫存。工廠的產(chǎn)出等于瓶頸的產(chǎn)出，向系統(tǒng)中投入物料的速度不應(yīng)該大于瓶頸可以處理的速度。
（7）轉(zhuǎn)運批量可能，大部分情況下也應(yīng)該，不等于加工批量。運轉(zhuǎn)批量是工位之間一次移動的在制品庫存數(shù)量。高德拉特說它的數(shù)量不必等于一次性加工的生產(chǎn)批量。分割批量可以保持流動并最小化庫存成本。這對于已經(jīng)在瓶頸出加工過的零件尤其適用——它們的價值已經(jīng)很高，因此不能等待整批完成后再往下流動。注意，MRP的假設(shè)與此原則相悖，在MRP中一個批次的產(chǎn)品始終在一起。
（8）加工批量應(yīng)該變化，而不是固定的。最優(yōu)的計劃可以不，也應(yīng)該不被人為的需求所局限，如產(chǎn)品必須按照大批量生產(chǎn)。通常將大批量拆分為小批量更好。在真正的瓶頸機器上，以及在CCR上，調(diào)試和換型之間的批量應(yīng)該盡可能大，因此可以減少啟動時間，因此，不同的工序可以有不同的批量。這一結(jié)論也是對一些公式的否定，比如經(jīng)濟訂貨批量（EOO）。
（9）提前時間是計劃的結(jié)果，不能事先確定。高德拉特不同意使用標(biāo)準(zhǔn)的事先確定的提前時間，而它是MRP中的通常現(xiàn)象。
（10）制定計劃時應(yīng)該同時考慮所有約束的情況。在制定計劃中，約束可能是設(shè)備、人員、物料等，要同時考慮所有的因素。在一個典型的工廠中，有些產(chǎn)品被生產(chǎn)能力所約束，有些被市場約束，而有些或許被管理的不作為約束。
