工厂物理学

第十章 推式与拉式生产系统
10.1 引言
实际中对JIT的描述都采用了推式（push）与拉式（pull）生产系统这两个术语。然而，推和拉的定义常常不是很精确，并因此在美国产生了一些对于JIT的困惑。
在这一章，我们从概念水平上提供一个推和拉的正式定义。通过它们的具体实施来区别推和拉的概念，我们说现实中的系统往往是推和拉的混合。更进一步地，对比分别处于两个极端的“纯粹的拉”生产系统与“纯粹的推”生产系统，我们获得了使拉式生产系统运行更有效的因素。这种见解暗示出存在着许多种实现拉式生产的益处的方法。究竟哪一种最好，取决于一系列的环境因素，正如我们在本章讨论，并将在第三篇中进一步探讨的那样。
10.2 定义
JIT之父，大野耐一（Taiichi Ohno），只在非常广泛的意义上使用拉这个术语：
制造商与生产车间不能再仅仅将生产建立在桌上那一纸计划的基础上，然后再将产品分配，或者推到市场上。它已经成为持有不同价值系统的客户或使用者站在市场前沿的必然结果；他们认为，以需要的数量、在需要的时刻拉出他们需要的产品，理所当然。
Hall（1983，39），在美国关于JIT的最著名的教科书之一中，更加具体地用事实来定义了拉式生产系统，“使用者因为需要而取物料”。（339|340）虽然他承认可能有不同的拉式系统，但是唯一详细描述的系统是我们曾经在第四章中讨论过的丰田的看板。1 Schonberger（1982），在美国另一本关于JIT的主流书籍中，严格在丰田式的看板系统的背景下谈及拉式系统。因此，拉这种形式被认为与看板（kanban）类似也就不足为奇了。
然而，我们不认为这么狭窄的定义是大野耐一先生所希望的。我们认为，将拉仅仅解释为看板是对预期目标的彻底颠覆：赋予拉更多具体说明的同时，它掩盖了拉的精髓。它混淆了概念（拉）与执行（看板）。为了从工厂物理学的角度来讨论拉的概念，给推拉系统一个全面而简单的定义是很重要的。

第十一章 运营管理中的人因
我们首先应当注意到这个章节不是什么。很明显，单就它短短的篇幅而言，这一章不能提供任何对生产管理中人的问题的全面处理方式。我们不是在尝试钻研组织行为学、人因学、工业心理学、组织理论、应用行为科学或研究人的问题的任何其他学科领域。它们很重要，然而这本书讲的是运作管理，我们必须把重心放在生产运作上。
即便是在一本讲生产运作的书里，如果我们留下了这样的印象：工厂管理靠的只是精巧的数学模型或者敏锐的逻辑洞察力，那么我们就是粗心大意的。在任何工厂里，人都是一个关键的因素。即便是在拥有高度自动化的机器的“熄灯工厂”（light out）里，人也在机器维护、物流调配、质量控制、能力计划等方面扮演着基础的角色。无论工厂有多么智能化，如果其中的人不能有效地工作，它也不能良好地运行。与之相反，一些软硬件设施都非常原始的工厂的生产也相当有效，从经营战略的环境来看，显然是其中的人的缘故。
我们在这里提出的是一种工厂物理学的视角，以此考察人在制造系统中所扮演的角色。此前我们提到，工厂物理学的基本前提是那些支配着工厂行为的自然定律或趋向。理解这些定律并依照它们进行工作会使管理政策运行得更加流畅。与这些物理定律相似地，我们感觉到人的行为也有自然的趋向，或者叫做“人的定律”，它显著地影响着工厂的运作。在这一章里，我们考察人的行为中一些与运作管理相关的最基本的方面。我们希望这种粗略的处理能够激发读者更深刻地将这本书的主题材料和那些行为规范联系起来

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第十二章 全面质量制造
12.1 引言
变动性在决定制造系统绩效中扮演重要角色，是工厂物理学的一个基本观点。如我们在第八章和第九章中看到的那样，变动性有一系列来源：机器故障、生产准备、作业员行为、产品组合波动以及许多其他因素。变动性的一个尤为重要并能根本地改变系统绩效的来源，就是质量（Quality）。质量问题几乎总是变成变动性问题。出于同样的原因，变动性削减常常成为质量改善的一种手段。正因为质量和变动性联系密切，我们以这个关键议题的概述来结束第二篇。1
12.1.1 质量的十年
二十世纪八十年代在美国是质量的十年。大量关于这个课题的书出版，数以千计的职员通过短期课程或其他培训项目，并且“质量说话（quality-speak）”进入全美的标准语言。1987年，国际标准化组织建立了ISO 9000系列质量标准。同年，美国国会立法设立了多里奇国家质量奖（Malcolm Baldrige National Quality Award）。2（380|381）
质量的概念和质量控制、质量保证及质量管理的方法在二十世纪八十年代并不新奇，质量控制作为一门学科至少可以追溯到1924年，西部电气公司的贝尔电话实验室的沃尔特·A· 休哈特首次提出过程控制图（Process control chart）。1931年，休哈特发表了第一篇关于质量的重要文章。在1956年的论文中，阿曼德·费根鲍姆（Armand Feigenbaum）发明了全面质量控制的术语并且在1961年把它用作他在1951年出版的《质量控制》一书的修订本名称。

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第十三章 拉式计划体系
13.1 引言
回忆起我们在本书的开始指出运营教育的三大基本要素是
1. 基础知识（Basics）
2. 直觉（Intuition）
3. 综合（Synthesis）
第一篇和第二篇中，我们几乎全部在讨论前两项。例如，第一篇中引进的工具和术语（如，EOQ、（Q，r）、BOM、MPS）与第二篇中变动性的量度（如，变异系数）和基本的排队概念都是对于制造经理极为重要的基础知识。传统库存模型提供的洞察力，MRP，在第一篇中观察的JIT，产出、WIP与周期时间的工厂物理学关系以及在第二篇中开发的变动性原理都是制定良好运营决策所需要的强有力直觉的重要组成部分。
然而，除了运营与第十一章的行为科学的比较，以及第十二章的质量的广泛方面有一些综合之外，我们几乎没有涉及过第三项，综合（synthesis）。现在我们要通过建立一个将第一篇和第二篇中发展的原则应用到实际制造问题的框架来填补这个重要的空白。
我们的方法建立在两个前提之上：
1. 组织不同层级处的问题需要不同水平的细节、建模建设和计划频率。
2. 不同层级之间的计划和分析工具必须一致。
第一个前提促使我们针对具体的问题使用不同的工具。不幸的是，在体系内使用不同的工具和程序容易与第二个前提冲突。由于这种潜在的不一致性，常常可以看到工业中的某些计划工具被扩展应用到了它们不适合的场所。例如，我们曾工作过的一家工厂使用的排配工具计算各台机器处细节的、一分钟一分钟的（minute-by-minute）产量来产生两年的集结生产计划。这个工具对于短期计划（如，一条或一周）可能还是合适的，但用于长期计划就太麻烦了（输入数据和调试就用了一周时间！）。此外，向前几周之后它就非常不精确了，以致千辛万苦得到的排配实际上根本没有在车间内实施。

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第十四章 车间作业控制
14.1 引言
车间作业控制（Shop floor control，SFC）是计划与部件的结合处（where planning meets parts）。正因为如此，它是生产计划与控制体系的基础。又因为接近实际制造过程，SFC也是收集其他计划与控制模块所用数据的自然工具。定义良好的SFC模块既控制通过工厂的物流，有使得生产计划体系的其他部分易于设计和管理。1
SFC在生产计划层级中有着逻辑重要性，但实践中人们往往不太关心它。部分原因是，它被过于狭隘地看作是纯粹的物料流动控制。在这种观点之下，似乎一旦拥有良好的排程，SFC功能就可以通过连接到部件的路由选择（routing slip）以及给定要访问的加工中心的顺序来实现；工人仅仅按排程给定的顺序加工部件，然后依据路由选择移动它们。如我们将在这里和第十五章所见，即使拥有非常有效的排程模块，对物料流动的控制也往往不是那么简单。任何的排程体系都不希望有随机扰动，但SFC模块无论如何都要适应它们。更进一步地，如我们已提起并将在本章中深入讨论，物料流动控制只是SFC的一个非常小的关注点。当考虑到SFC应有的其他功能，这个模块就在整个的计划层级中呈现非常重要的作用。
SFC缺乏关注，可能还有另外一个原因。一系列来自运营管理文献的结果指出，对于工厂绩效而言，控制物料流动的决策没有塑造生产环境的决策重要。（453|454）Krajewski等（1987）使用仿真结果显示了，通过压缩准备时间、提高产出、提高劳动力柔性等措施改进生产环境获得的收益远大于从再定货点或MRP体系转到看板体系的收益。在其研究的基础上，他们推断（1）改造生产环境是日本的成功案例的关键，（2）如果企业充分地改善了生产环境，那么它用那种生产控制体系都没有什么差别。在更加具体的点上，Roderick等（1991）使用仿真来显示，投料速率对绩效的影响远大于单个机器处的作业排程。他们的结论是，主生产计划（MPS）平滑很可能比控制产线上工件的精巧技术有着更大的有益影响。
如果将SFC狭隘地理解为分派或机器之间的物流控制，那么类似于上文的研究确实趋于最小化它的重要性。然而，如果采用更广泛的观点，认识到SFC控制物流以及建立与其他功能之间的联系，那么SFC模块的设计有益于塑造生产环境。例如，安装看板体系的决定就显示了对小批制造和压缩准备时间的承诺。此外，拉式系统自动控制工厂的投料速率，因而能够实现Roderick等定义的关键收益。
可是看板（或其他类似的）能真正实现这些环境改善吗？Krajewski等暗示环境改善，如压缩准备时间，在没有看板时也同样有效，而JIT支持者主张在推进这些改善时需要看板来提供必要的压力。我们的观点比较接近与JIT支持者；没有SFC促进环境改善的模块以及通过收集数据、记录它们的有效性，就非常难以定义杠杆区域以及做出稳固的变化。因此，我们将把改造生产环境视为SFC模块设计的部分内容。

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第十五章 生产排程
15.1 生产排程的目标
所有的制造经理都希望能准时交货，最小化在制品，缩短客户提前期，以及最大化资源利用率。不幸的是，这些目标相互冲突。资源利用率很低时，更容易准时完成作业；持有巨量库存时，客户提前期可以达到零；诸如此类。生产排程的目标即是在这些冲突的目标中达到一个有利可图的平衡。
在这一章中，我们将讨论解决排程问题的各种方法。我们始于考察排程的标准量度，并纵览传统的排程方法；然后讨论为何排程问题如此难以解决，及其对现实世界的启示；接下来开发实用的排程方法，先用于瓶颈资源再用于整间工厂；最后讨论如何连接排程——在概念上属于推——与CONWIP这样的拉式环境。
15.1.1 满足交货日期
生产排程的一个基本目标是满足交期。这些交期有两种典型来源：直接来自客户，或者以物料需求的形式来自其他制造流程。
在接单生产环境中，客户交期推动着所有的其他交期。如在第三章所见，一系列的客户需求可以依据相关的物料清单展开，生成对所有低层级工件和组件的需求。
在备货生产环境中不存在客户交期，因为所有的客户订单都要在提出后立即满足。然而，在某些点处，下降的库存触发对制造系统的需求。以这种方式生成的需求与实际的客户订单同等真实，因为如果它们得不到满足客户需求最终也难以完成。（488|489）这些补足存货的需求展开后生成对低层级组件的需求，与客户需求的方式相同。
有几种量度可用于判断交期绩效，包括以下的这些：
服务水平（Service level）（或简称作服务），一般用于接单生产系统，是在交期到来之时或之前满足的订单的比例。等价地说，它是周期时间等于或小于计划提前期的加工任务的比例。
补给率（Fill rate）等同于备货生产中的服务水平，定义为由库存满足的需求的比例，也就是说无延迟（without backorder）。
延迟（Lateness）是订单交期与实际完成日期之间的差值。记加工任务j的交期为，

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第十六章 集结计划与劳力计划
各种制造管理决策都需要工厂在接下来的一两年里生产什么的信息，例如以下这些
1. 人员配置（Staffing）。人员的招聘与培训都需要时间。管理者需要一个长期的生产计划来决定所需新增工人的数量和类型，以及安排他们上线的时机从而满足生产需求。反之，裁员代价很大也很痛苦，但有时它是必需的。通过长期计划来预测减产，使工厂可能利用自然减员或其他比直接解雇更温和的方式，至少能部分地实现减产。
2. 采购（Procurement）。与供应商的合约的订立，常常早于实际订单的下达。例如，企业可能需要机会来对分包商的质量和其他绩效量度进行“认证”。还有，某些采购的提前期很长（如，对于高科技组件，提前期可能是六个月或更长）。所以，与合约、长提前期订单相关的决策必须基于长期的生产计划。
3. 分包（Subcontracting）。在实际送出订单之前，管理者必须就制造所有组件或只执行特定作业，与分包商订立合约。要决定使用何种分包类型，也需要对所需产量的长期预测以及自有产能的修改计划。
4. 营销（Marketing）。营销人员应当在需求预测以及了解各种产品产能紧张与否的基础上决定对哪种产品进行促销。这就需要一个长期的生产计划和产能变更计划。
我们用以说明在长期要生产什么、何时生产的模块称为集结计划（aggregate planning，AP）模块。如图13.9所示，AP模块在生产计划与控制（PPC）层级中占据着中心位置。其原因当然是非常多的重要决策，正如以上列示的，依赖于长期生产计划。（535|536）
正因为这么多种不同的决策都与长期生产计划相关，AP模块就可能有多种表达方式。究竟哪一种比较合适，则取决于要解决的问题。决定新增人员的时机的模型，可能与决定哪种产品应由外部分包商制造的模型很不相同。如果我们希望同时解决这两个问题，与之不同的第三个模型可能做得到。
人员配置问题相当重要，以至于必须在图13.9的层级中确保它有一个独立的模块，称为劳力计划（workforce planning）模块。高层级的劳力计划（预测总人员上升或下降，制定培训政策）可以只是依据基于需求预测而对未来产能的粗略估计，而低层级的人员决策（雇用或解雇的时机，计划使用临时工，计划培训）常常基于集结计划中更详尽的生产信息。在图13.9的PPC层级的背景下，我们可以认为AP模块改良了WP模块的输出，或者是与WP模块合作。无论哪一种情形，它们都紧密相连。通过在本章中一同处理集结计划与劳力计划，我们强调了这种关系。

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第十七章 供应链管理
17.1 引言
这本书的主题就是库存在生产系统运营行为中的核心作用。第一篇中，我们对库存控制及其与生产控制的关系进行了历史回顾。第二篇中，我们进一步研究了库存（具体来说是WIP）与产出、周期时间等绩效量度之间的相互作用，第三篇中，我们要将历史的和工厂物理学的见识结合起来，解决制造系统中库存管理的实际问题。我们的目标提高整个系统的库存效率（efficiency）。也就是说，我们不是要简单地削减库存，而是要实现以最小投资构建库存的目标。照时髦的说法，这种库存持有与流动的全系统协调称作供应链管理（supply chain management）。
出于这里讨论的需要，我们将供应链中的库存分成四类：
1. 原材料（Raw material）是从工厂外部采购的用于工厂内部制造/装配作业的元件、组件、或物料。
2. 在制品（Work in process，WIP）包括所有已投入产线但尚未完成的工件或产品。
3. 制成品库存（Finish goods inventory，FGI）指尚未出售的完工产品。
4. 备件（Spare parts）指用于维护或修理生产设备的部件。
持有这几类库存的原因不同，因而提高其效率的选择也不同。因此，我们在以下的讨论中按各类分别对待。

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第十八章 产能管理
18.1 产能设定的问题
企业应该具备多少以及何种产能的选择对企业的净利润有直接而巨大的影响。而且，由于产能计划（capacity planning）位于设备计划层级的顶端（见图13.2），产能决策对于其他所有的生产计划问题（如，集结计划、需求管理、排序与排程、车间作业控制）有着巨大影响。在这一章我们将利用工厂物理的概念将战略产能计划转化为详细的战术规则。我们的目的是提供一个产能计划的框架，它将详细地识别产能计划对于整个工厂管理过程的影响。
18.1.1 短期和长期产能设定
在制造业工厂的生命周期里，合理的产能调整会发生许多次。大多数情况下，改革的动机是为了迎合需求总量或者产品组合的变化。短期内，工厂可以利用加班、增加或者减少班次、外包和劳动力数量的变化来适应需求的改变。这些策略在第十六章关于集结计划的内容时已经讨论过了；它们在产能计划中也同样是明显的选择。
一些短期选择在长期内也是可能实施的。比如，我们可以在非永久性的基础上实施三班制或者外包全部或部分生产。当然，如果我们长期把生产外包出去，那么外包商最后就可能决定直接卖掉产品继而成为竞争者。幸好，这样的事情常常被进入壁垒所防止，比如，知名商标的使用权或者一个有效运输/服务网络的所有权这样的非制造业的因素，而这些是很关键的。（626|627）即使最终的竞争并不会造成严重的风险，如我们在第十二章讨论的，依赖外包商来制造部件或者产品会使他们成为质量管理过程中的一个重要的合作者。如果缺乏手段来保证外包商的质量，外包生产的决策就会严重影响企业控制自己命运的能力。
长期内，我们必须超越短期的选择并且考虑永久性的设备，或者结构上的变革。这包括现有工厂的重大变革与新工厂的建设。在某些情况下，企业可以通过使用面向制造的设计（DFM）方法重新设计产品以永久性地增加产能（见Turino 1992，第七章的讨论）。然而，更常见地，这些变化只能来自新增的机器或工站，或者对于现有的设备和工艺流程的生产力的永久变革

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第十九章 综合——整合各个环节
19.1 细节的战略重要性
首先要承认的是，在这本书中我们是以技术的眼光来对待制造的。制造就是技术。如果我们可以只要做那些我们感觉对的，然后把产品卖出去就可以谋生的话那就好了。但是这样的生意存在的可能性越来越小了。在激烈的全球竞争压力之下，制造企业被迫持续提高成本效益，产品质量和交付速度。当然，首先必须要有一个战略愿景，从而能培养一种令这些绩效得以实现的环境。但是，这只有通过对于技术细节的深思熟虑才能实现。
二十世纪五六十年代，美国企业有足够的本钱忽视制造细节而关注高层级的市场营销和财务问题。在第二次世界大战期间，生产商不必在乎高了好几个百分点的成本和次品率。因为顾客几乎没有挑选的余地和太高的期望。但是到了二十世纪八九十年代，顾客开始看到来自日本、德国、韩国和很多其他地方的高质量、定价合理的产品。结果到了今天，甚至是在价格、质量或顾客服务上仅仅存在一个相当微小的差距，企业都会被逐出市场。
事实上，细节的战略价值远远超过了它在实现各种细小但重要的绩效改进中所扮演的角色。我们需要对制造系统进行深入理解的最重要原因是近些年技术改革的速度使得“试错（trial-and-error）”这种解决问题的方法几乎不再有用了。亨利福特在整整一个时代中制造T型车，所以它可以通过观察和修补生产线来改进系统和解决问题。而与此相反，典型的个人电脑的使用寿命不到两年，这就意味着PC制造商必须在很短的时间里组建设备，提升产量，获得能够盈利的效率，达到保证良好顾客服务所需要的预测水平，并且淘汰过时产品。在系统的建立起来之前对其进行预测和分析需要有良好的直觉与适宜的模型，而这两者都是以对制造技术细节的理解为前提的。

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