制造業通常被分為離散型和流程型兩大類，其中離散制造是指將原材料加工成零件，經部件組裝和總體組裝成為成品。離散型制造業業務復雜，流程多變，信息數據龐雜，產品的生產周期相對較長，產品的工藝過程也經常變更。離散制造的這些特點，使其在生產過程中產生大量的在制品庫存，從而占用企業大量的流動資金，增加了產品制造成本。因此如何通過優化車間作業程序，降低生產環節的在制品存量，減少流動資金的占用，提升企業的市場響應能力，成為每個制造企業生產管理中的關注焦點之一。
為此，本文面向離散制造企業的車間作業管理，將“約束理論”引入到車間作業程序分析和優化中，力圖為企業構建一個科學有效的基于TOC的車間作業優化模型，并通過一個實例來驗證該模型在車間作業流程優化，降低在制品庫存方面的應用效果。
一、TOC的引入
約束理論(TOC)是以色列企業管理顧問戈德拉特博士在優化生產技術基礎上發展起來的管理理論，該理論提出了在制造業經營生產活動中定義和消除制約因素的一些規范化方法，以支持連續改進。它把企業在實現其目標的過程中現存的或潛伏的制約因素稱為“約束”或瓶頸，通過逐個識別和消除這些“約束”，使企業的改進方向與策略明確化，從而幫助企業更有效地實現其目標。
約束理論通過識別與控制瓶頸資源，再設置緩沖保護瓶頸資源，運用繩子的機制控制其他資源使之與瓶頸同步，從而達到提高系統產出、降低庫存和成本的目的。如前所述，以機械制造為典型代表的離散制造的特點是以零件加工、產品裝配為主，其最終產品往往是由很多的半成品組成，半成品直接影響生產的成本和節拍。另一方面，對于某些機械制造業，其工藝需要經常變更，也就意味著一個生產車間可能同時生產幾種產品，所以在離散制造企業中車間的作業的合理控制和調度的快速靈活起著非常重要的作用。
而TOC認為,一個企業想要提高自己的生產能力,就必須快速找出生產流程的瓶頸環節，一旦對瓶頸環節進行有效的控制,實現非約束環節與約束工序同步，整個系統的流程也相應得到了優化。
二、基于TOC的車間作業優化模型構建
（一）離散制造車間作業程序優化分析
在制造企業中最為核心的流程是企業的產品制造過程，一般可以用圖1上部左側框圖部分來描述車間制造的生產過程。企業的主生產計劃根據BOM和工藝，以及庫存信息形成物料需求計劃，其輸出包括采購計劃和下發到生產部門的生產進度計劃。各個車間（分廠）再根據生產進度計劃形成車間作業計劃，并按照自身的產能組織生產。
圖1 基于TOC的車間作業優化模型
在實際工作中，由于公司計劃與車間生產控制的分離，常常會導致生產節拍不平衡、生產產品不配套、在制品庫存量大等問題的發生。為此，引入TOC到車間作業程序控制中，可以幫助我們快速的找出生產流程中的瓶頸，在制訂作業計劃時，根據車間作業的實際情況，由瓶頸資源來帶動生產節奏，進行物流平衡和搭配物料的成套性。當瓶頸資源發生改變時，需要重新尋找新的瓶頸，這時再依據新的瓶頸來反復調整，達到計劃與控制的完美結合。
（二）基于TOC的車間作業優化模型
基于以上分析，面向離散型制造企業，我們提出了如圖1所示的車間作業優化模型。本模型從車間生產控制這一關鍵功能出發，通過約束理論動態地找出車間生產過程中的瓶頸，實現車間作業流程的優化，以達到降低在制品庫存，降低產品生產成本的目標。
在傳統的車間生產作業流程基礎上，本模型在車間任務與車間作業控制之間增加了瓶頸識別和進行瓶頸排產模塊，該模塊能實時根據當前作業動態信息將瓶頸分析報告反饋給車間。下面是基于TOC的車間作業優化實現過程的描述。
1.瓶頸識別。瓶頸就是現有能力達不到需求能力的生產環節。根據TOC的理論，在企業的生產過程中通過車間的底層生產數據來快速的找到生產流程中的瓶頸，然后根據現有的瓶頸來進行車間作業的計劃制定。實際生產中瓶頸是會一直變化的，因此瓶頸分析也是一個動態的過程。
2 . 緩沖設置。緩沖設置分以下3 種：① 發貨緩沖（S-Buffer）：即產品交貨前的庫存。②瓶頸前資源的時間緩沖（T-Buffer）,以保障瓶頸工序開工不受之前原料的影響。③瓶頸后資源的裝配緩沖（A-Buffer），是指當道工序的原料來自瓶頸資源時，避免出現資源瓶頸而導致停產。
3.瓶頸資源生產安排。通常將車間的生產流程分為瓶頸流程和非瓶頸流程。為了保證瓶頸資源的充分利用，需對瓶頸資源進行優化排產。
4.按照瓶頸資源的節奏安排非瓶頸資源。對非瓶頸資源的排產通常采用“PULL”式生產，就是按照瓶頸工序的需求時間來安排本工序的開始時間，以在減少緩沖范圍內的在制品，用優化的瓶頸工序來控制物料投放節奏，使在制品存量減少到合適的程度。
流程優化是一個周而復始的過程，底層的生產信息受到人和機器的影響會不斷變化，那么瓶頸資源也會改變，所以流程需要不斷地持續改進，以滿足生產過程的動態變化。
三、某公司結構件車間作業程序優化實例
（一）企業背景
四川某工程機械制造企業產品系列多樣，生產制造活動復雜，是典型的離散制造企業。本文以該公司的結構件分廠作為上文提出的模型的應用案例。結構件廠下設有生產辦公室，切割車間，成型車間和組焊車間。各個車間的主要工作內容是按照要求對來件切割、成型和組焊。
（二）結構件車間作業流程描述
結構件分廠的車間生產流程是一個涉及車間生產辦公室、備料車間、成型車間、阻焊車間，以及質檢部、研究所等相關部門的跨職能業務流程。下面是該分廠生產流程的簡要描述。
流程開始，分廠生產辦接受公司生產部和研究所下達的生產進度計劃和試制（或改進）訂單，并將其分解后下達到備料、成型和組焊三個車間，備料車間進行結構件的下料（包括切割、仿形）；成型車間接收備料車間的坯料進行加工成型并實現部裝前的配套；組焊車間則負責完成部裝件的最后一道工序——組合與焊接。質檢部進行檢驗。
（三）流程分析與優化
采用圖1所示車間作業優化模型對該結構件分廠的現有車間生產流程進行優化。篇幅所限，本文僅以裝載機動臂生產程序分析為例，公司目前的車間生產控制系統如圖2所示，動臂生產開始于鋼板的下料，經過成型組焊等步驟成為合格的產品送往組裝分廠。
圖2 某公司目前車間生產控制模式
結合車間實際生產數據，通過計算每道工序產能的方式找出上述控制模式的瓶頸。按照產品的成套性對各個車間的生產過程進行統計，得出每個車間生產一套動臂所需要的時間分別為58秒、244秒和9780秒，按照下料車間1臺切割機，成型車間1臺成型壓軋機、組焊車間6臺自動焊接機，每天工作8小時，分別用C1、C2、C3用表示下料、成型和組焊工序每天的生產能力，那么計算如下：
從上面計算結果可以看出，組焊車間是整個結構件分廠生產流程的瓶頸。
基于TOC的思想進行流程優化，對結構件分廠內部的車間作業流程，我們提出如圖3所示優化方案。
圖3 某公司優化后車間生產控制模式
如前所述，承擔動臂組焊工序的組焊車間是瓶頸資源所在，在根據TOC思想編制計劃時，需要考慮計劃期內的系統資源約束，先用有限能力排產法安排動臂組焊加工工序的生產作業進度計劃；再以動臂組焊工序為基準，把動臂組焊工序之前的工序（動臂成型）按照拉動的方式排定，并設置瓶頸緩沖和看板。
四、小結
企業的車間作業程序會隨著市場需求、企業經營策略所需要引發的生產任務的變化而變化，因此構建一個能夠不斷對車間作業流程進行優化的模型能夠提升企業的核心競爭力。本文基于離散制造企業部裝生產車間作業流程的優化，提出了基于TOC的車間作業優化模型，并將該模型應用到某公司結構件分廠，取得了不錯的效果。但是事實上，離散型制造車間往往會同時不同的產品系列和類型，生產程序會更加的復雜。因此，如何在更復雜的環境中快速準確的找出瓶頸并加以消除；以及對于瓶頸資源設置的緩沖區大小的計算等，都是本領域后續研究工作的重要課題。
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