本章讨论的是艾利.高德拉特对约束理论所做出的杰出贡献，以及霍普和斯皮尔曼在工厂物理学上所的开创性工作。高德拉特以及霍普和斯皮尔曼都是由物理学家转变成的生产专家，他们的理论都源于基本原则。

有时候人们认为高德拉特的思想与精益运营相矛盾。事实上，它们之间存在显著的协同作用。我们稍后会谈论两者的一些差异之处，不过，在大部分情况下，它是对精益的补充，而不是与之相悖。即便如此，丰田还是在新产品上使用有限产能计划软件。

类似地，霍普和斯皮尔曼的工厂物理学定律是如此的重要，以至于每个精益实践者都应该理解。他们的CONWIP系统已经获得了大量的拥趸。工厂物理学的局限在于它的经典著作中的数字知识对一般的精益实践者而言可能稍显复杂，不过这不应成为排斥的理由，可以忽略那些数学表达式，仅仅吸收其中的思想智慧。

一、鼓—缓冲—绳模型

考虑一个由6个步骤组成的制造过程，如图10—1所示。产品从过程1流到过程6，过程3是约束或者说“鼓”。根据定义可知，其它过程的利用率不会很高，会偶尔出现闲置等待。为了保证约束过程一直有工作可做，应该在它前面设置缓冲来保护它。其他的过程之间可能有也可能没有库存，不过缓冲处应该一直保有一定的库存。注意缓冲的两个要点：

①这里的缓冲实际上是时间缓冲，而不是数量缓冲。换句话说，周一的缓冲可能等量于2小时生产的A产品，而周二它可能是3个小时的B产品。

②缓冲中放置的库存应该是约束过程目前生产计划中的一部分，尽量实际上可能存在并没有按计划执行的情况。如果缓冲得以维持，生产线就会按其最大产出率生产。

缓冲处标以红、黄、绿三色。如果缓冲处有足够的库存，库存会一直放到绿色区域。当变异或者上游问题出现时，库存会被部分消耗，直到暴露出黄色区域。这是一个警告信号。如果库存被进一步消耗到快要用完的时候，红色区域会暴露出来。如果出现这种情况，上游工作位应该加快速度赶制产品（或者“冲刺”）来补足缓冲区域。第二个缓冲区域在成品处，也按照绿色、黄色和红色标出。它们代表不同的安全级别。

绳子就是联系工作位和缓冲库存的信号，如图10—1所示。“发运绳”给约束过程发送生产什么以及生产多少的信号。约束绳向第一工作位发送应该开始生产什么新产品以及生产多少的信号。

如果你每天早晨召开生产例会，就应该在约束处召开，并做两件事：检查它的绩效，检查缓冲库存是否品种正确、数量足够。

这就说明，计划应该围绕瓶颈来制定。首先制定瓶颈处计划，并逆推到其他的非约束处，然后与同步规则相结合。这其实不是一件容易的事情。参见第二章。

注意：标准在制品（constant work in process，CONWIP）系统也与此类似，除了有一根联系成品和第一工作位的绳子以外。CONWIP的优点在于库存会在约束过程前积累—这正是你希望的库存累积地点。

这两种方法，DBR和CONWIP，可以用在生产单元层级、工厂层级，甚至供应链层级。它们本身就是重要的、功能能多样的工具，应该获得广泛认可，特别是在生产单元供应链中。

二、有效产出率、库存和运营费用

高德拉特提倡运营中只使用三种绩效衡量指标。有效产出率（throughput，系统通过销售产生现金的速度）、库存（inventory，为了售出产品而购买原材料所投资的现金）、运营费用（operating expense，系统将库存转化为有效产出所耗费的现金）、是物料流的最恰当的指标。我们应该对这些词语的定义与它们传统词义的重大区别加以注意。

有效产出是以货币衡量的销售量，而不是产品数量。产品只有在销售以后才会变成有效产出。不管是内部的还是外部的，有些约束或者瓶颈会制约它。

库存是使用的物料的基本成本，不包括在制品的增值部分。再次说明，除非销售出去，否则生产库存毫无用处，因此它的价值不应该计入收入，除非已经销售出去。

运营费用在这里不再区分直接成本和间接成本，对它们进行区分被认为没有意义。目的当然是让有效产出率增加，让库存和运营费用降低。任何的投资都要按照这个规则来判定，这是最基本的决策原则。三者都对基本的经营财务指标有重大影响（现金流、利润、投资回报），虽然影响的程度有所不同。

高德拉特认为有效产出率是第一优先级，然后是库存，最后才是运营费用。。为什么这样？因为有效产出率对三个财务指标有立即的正影响如果有效产出率改善，你就可以承担得起增加库存和运营用的成本。降低库存对现金有一次性效果，也可以减少提前时间，不过减少库存也可能会减少有效产出率，因此要特别小心。运营费用与此类似，而且减少它还可能会丧失经营活动的固有能力。注意，在面临危机的时候，很多业务单位都采取相反的措施—首先消减人员，然后是库存，最后才去改善有效产出率。

三、依赖事件和统计波动

高德拉特认为纯粹的没有中断的流动在制造活动中如果不是不可能，也是非常罕见的。这是因为他命名的“统计波动”现象—流程的速度、操作员工质量、零件质量等的微小变化。使用平均流动速度来计算有效产出率是不够的。高德拉特为此开发了一个骰子游戏来展示它。每一轮中，五个操作人员用扔出的骰子数量来代表该期间的可能的产能。骰子示数的平均值是3.5，因此可能有人对产量的期望，比如在20轮的投掷的基本上，会是平均3.5个产品/轮。实际上并非如此，因为中间的工人经常处于缺料当中，这是由于前面的工人生产的数量不够。这种情况被称为依赖事件。

即使在操作人员之间设置了大量的缓冲库存，缺料也会时而发生。按照高德拉特的说法，JIT的目的就是为了克服统计波动以确保能够顺畅流动，例如，通过SOP等方法。不过，高德拉特也认为这样做非常困难，基本上是浪费资源，如果将资源设置在瓶颈处将会收到更好的效果，并因此发现了下节讨论的约束理论（TOC）规则。

这听起来有点矛盾。实际上，人们应该兼而取之。不错，确实要减少统计波动，不过也要警惕依赖事件和瓶颈。同时，精益倾向于忽视变异，实际上不应该如此。例如，在《学会观察》中就很少提到变异。这可能会酿成大错（参见2.3节）。记住，TOC特别适用于从批量生产向流动制造发展的环境。你将换型时间降低得越多，你的需求就会越平顺。变异降低得越多，浪费改善得越多，情况就越好。这和使用的是TOC，还是精益，还是其他理念没有关系。

四、约束、瓶颈和非瓶颈资源：同步原则

本节和下一节，给出高德拉特以及霍普和斯皮尔曼的规则和定律。将它们同时使用则更加有效。

约束就是负载最高的资源。瓶颈是无法满足当前需求的资源。受约束的关键资源（constrain critcal resources，CCR）是具有成为瓶颈的潜力的资源，原因可能是——比如，偶尔的过载或者大量的不稳定。约束的种类有四个：物理的（工厂中的瓶颈就是一例），物流的（比如，响应时间），管理的（政策、规则），和行为的（特定雇员的活动）。

在工厂的计划中，是约束决定了整个工厂的有效产出率。对于很多人来说，这是一个全新的、激进的想法。一般只有一个约束，就像链条中最弱的一节那样。一个“平衡的”工厂不应该成为管理层关注的问题，管理层应该关注于不断地发现、暴露和消除一系列的约束。最终，外部的约束可能成为决定因素。例如，市场约束或者行为约束。在致力于缓解约束的时候，计划工作应该围绕约束过程来进行。原则（通常指的是TOC或者同步原则）由此产生。注意，这里也使用了“瓶颈”一词，不过在这里它通常指的是约束而不是瓶颈。

（1）平衡流动，而不是产能。按照高德拉特的说法，很久以来，人们一直强调的是试图让所生产产品流经的的各工作中心的产能相等。这样做是徒劳的，因为过程总是或快或慢。因此，取而代之的是，应该没法达到物料的维持流动。这意味着，例如，去除非瓶颈工作中心前的不必要的库存，将批量分割得更小，因此已完成产品可以向下道工序流动而不用等待完成整批的生产。

（2）非瓶颈资源的利用率不取决于自身的产能，而取决于系统中的其他约束资源。非瓶颈工序不应该和利用率多半是不相关的。传统的会计人员会对此论述膛目结舌！管控流动的是瓶颈！然而，短期运行方式（也就是换型更频繁）在非瓶颈工序是值得采用的，这样可以让通往瓶颈的流动更为平顺。

（3）利用和激活并非同义词。这句话强调的观点是非瓶颈设备不应该一直被“激活”，不然就会导致过量生产。只有机器在按照平衡的速度生产时，激活才是有效的，此时称之为利用。注意，这和传统意义上的利用不一样，它忽视了瓶颈处的产能。

（4）瓶颈处损失一个小时意味着整个系统损失一个小时。因为工厂中的瓶颈决定了有效产出率，如果它停机，也就等于整个工厂都停产了，这句话对于维修、计划、安全库存和设备选型具有重大意义！如果你仔细考虑，它实际上对于成本会计的核算也有深远的意义。

（5）在非瓶颈处节约的一个小时只是一种幻觉。实际上是毫无价值的。这对于很多的精益和六西格玛改善活动也有喻示意义。

（6）瓶颈资源控制系统中的有效产出率和库存。工厂的产出等于瓶颈的产出，向系统中投入物料的速度不应该大于瓶颈可以处理的速度。

（7）转运批量可能，大部分情况下也应该，不等于加工批量。运转批量是工位之间一次移动的在制品库存数量。高德拉特说它的数量不必等于一次性加工的生产批量。分割批量可以保持流动并最小化库存成本。这对于已经在瓶颈出加工过的零件尤其适用——它们的价值已经很高，因此不能等待整批完成后再往下流动。注意，MRP的假设与此原则相悖，在MRP中一个批次的产品始终在一起。

（8）加工批量应该变化，而不是固定的。最优的计划可以不，也应该不被人为的需求所局限，如产品必须按照大批量生产。通常将大批量拆分为小批量更好。在真正的瓶颈机器上，以及在CCR上，调试和换型之间的批量应该尽可能大，因此可以减少启动时间，因此，不同的工序可以有不同的批量。这一结论也是对一些公式的否定，比如经济订货批量（EOO）。

（9）提前时间是计划的结果，不能事先确定。高德拉特不同意使用标准的事先确定的提前时间，而它是MRP中的通常现象。

（10）制定计划时应该同时考虑所有约束的情况。在制定计划中，约束可能是设备、人员、物料等，要同时考虑所有的因素。在一个典型的工厂中，有些产品被生产能力所约束，有些被市场约束，而有些或许被管理的不作为约束。