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OPT

1.什么是OPT?

OPT(Optimized Production Technology,最佳生產(chǎn)技術(shù))是一種改善生產(chǎn)管理的技術(shù)，以色列物理學(xué)家Eli Goldratt博士于70年代提出，用于安排企業(yè)生產(chǎn)人力和物料調(diào)度的計劃方法。最初被稱作最佳生產(chǎn)時間表(Optimized Production Timetable)，80年代才改稱為最佳生產(chǎn)技術(shù)。后來Goldratt又進一步將它發(fā)展成為約束理論(Theory of Constraints,TOC)。OPT的倡導(dǎo)者強調(diào)，任何企業(yè)的真正目標(biāo)是現(xiàn)在和未來都賺錢；要實現(xiàn)這個目標(biāo)，必須在增加產(chǎn)銷率的同時，減少庫存和營運費用。

它吸收MRP和JIT的長處，是以相應(yīng)的管理原理和軟件系統(tǒng)為支柱，以增加產(chǎn)銷率、減少庫存和運行為目標(biāo)的優(yōu)化生產(chǎn)管理技術(shù)。其特別之處不僅在于提供了一種新的管理思想，而且在于它的軟件系統(tǒng)。OPT兩大支柱是OPT原理及OPT軟件。

它是一套可提高產(chǎn)出、減少存貨的分析性技術(shù)理論。OPT系統(tǒng)將重點放在控制整體產(chǎn)出的瓶頸資源上，優(yōu)先處理所有瓶頸作業(yè)，并以平衡物料流動為原則，使整個系統(tǒng)達(dá)到產(chǎn)出最大的目的。

2.OPT的基本內(nèi)容

OPT其指導(dǎo)思想實質(zhì)上是集中精力優(yōu)先解決主要矛盾，這對于單件小批生產(chǎn)類型比較適應(yīng)。這類企業(yè)由于產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制對象過多，因此必須分清主次，抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其基本內(nèi)容包括以下四方面：

1) 物流平衡是企業(yè)制造過程的關(guān)鍵

對企業(yè)的產(chǎn)品需求是外部因素，時刻都在變化。為適應(yīng)市場，企業(yè)必須以可能的低成本、短周期生產(chǎn)出顧客需要的產(chǎn)品。因此，制造問題主要是物流平衡問題，即需要強調(diào)實現(xiàn)物流的同步化。

2) 瓶頸資源是產(chǎn)品制造的關(guān)鍵制約因素

在制造過程中，影響生產(chǎn)進度的是瓶頸環(huán)節(jié)。瓶頸資源實現(xiàn)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，是保證企業(yè)物流平衡的基礎(chǔ)。瓶頸資源損失或浪費1小時，制造系統(tǒng)即損失或浪費1小時。 因此，瓶頸資源是制造系統(tǒng)控制的重點，為使其達(dá)到最大的產(chǎn)出量可采取以下措施：

（1）在瓶頸工序前，設(shè)置質(zhì)量檢查點，避免瓶頸資源做無效勞動。

（2）在瓶頸工序前，設(shè)置緩沖環(huán)節(jié)，使其不受前面工序生產(chǎn)率波動影響。

（3）采用動態(tài)的加工批量和搬運批量。對瓶頸資源，通常加工批量較大，減少瓶頸資源的裝設(shè)時間和次數(shù)，提高其利用率；而較小的運輸批量，使工件分批到達(dá)瓶頸資源，可減少工件在工序前的等待時間，減少在制品庫存。

3)由瓶頸資源的能力決定制造系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的利用率和生產(chǎn)效率。

4)對瓶頸工序的前導(dǎo)和后續(xù)工序采用不同的計劃方法，提高計劃的可執(zhí)行性。

根據(jù)OPT的原理，企業(yè)在生產(chǎn)計劃編制過程中，首先應(yīng)編制產(chǎn)品關(guān)鍵件的生產(chǎn)計劃，在確認(rèn)關(guān)鍵件的生產(chǎn)進度的前提下，再編制非關(guān)鍵件的生產(chǎn)計劃。

3.OPT的主要概念

（1）識別約束

識別企業(yè)的真正約束（瓶頸）所在是控制物流的關(guān)鍵。一般來說，當(dāng)需求超過能力時，排隊最長的機器就是 “瓶頸”。

（2）瓶頸約束整個系統(tǒng)的出產(chǎn)計劃

產(chǎn)品出產(chǎn)計劃（Master Schedule）的建立，應(yīng)該使受瓶頸約束的物流達(dá)到最優(yōu)。一般按有限能力，用順排方法對關(guān)鍵資源排序。為了充分利用瓶頸的能力，在瓶頸上可采用擴大批量的方法，以減少調(diào)整準(zhǔn)備時間，提高瓶頸資源的有效工作時間。

（3）“緩沖器”的管理。其目的是防止系統(tǒng)內(nèi)外的隨機波動造成瓶頸出現(xiàn)等待任務(wù)的情況。一般要設(shè)置一定的“庫存緩沖”或“時間緩沖（Time Buffer）”。

（4）控制進入非瓶頸的物料。進入系統(tǒng)非瓶頸的物料應(yīng)與瓶頸的產(chǎn)出率同步。一般是按無限能力，用倒排方法對非關(guān)鍵資源排序。非關(guān)鍵資源上排序的目標(biāo)是使之與關(guān)鍵資源上的工序同步。倒排時，采用的提前期可以隨批量變化，批量也可按情況分解。

4.OPT的生產(chǎn)排序原則

OPT管理思想具體體現(xiàn)在生產(chǎn)排序原則上。有九條原則是實施OPT的基石。這些原則獨立于軟件之外，直接用于指導(dǎo)實際的生產(chǎn)管理活動。OPT有關(guān)生產(chǎn)計劃與控制的算法和軟件按照這九條原則提出和開發(fā)的：

1. 重要的是平衡物流，不是平衡能力。物流平衡使各個工序與瓶頸同步，能力平衡是生產(chǎn)能力充分開動；

2. 制造系統(tǒng)的資源可分為瓶頸和非瓶頸兩種。非瓶頸資源的利用率是由系統(tǒng)的其它約束條件決定的，而不是由其本身能力決定的；只有瓶頸制約著系統(tǒng)的產(chǎn)銷率。

3. 資源“利用”和“開動”不是同義的；應(yīng)該反對盲目的使所有的機器或工人忙起來。

4. 瓶頸資源損失一小時相當(dāng)于整個系統(tǒng)損失一小時，而且是無法補救的。重點應(yīng)該抓提高瓶頸的利用率。

5. 想方設(shè)法在非瓶頸資源上節(jié)約時間以提高生產(chǎn)率只是一種幻想，非瓶頸資源不應(yīng)滿負(fù)荷工作。

6. 產(chǎn)銷率和庫存量是由瓶頸資源決定的。為保證瓶頸資源負(fù)荷飽滿并保證企業(yè)的產(chǎn)出，在瓶頸工序和總裝配線前應(yīng)有供緩沖用的物料儲備。瓶頸工序前可用拉式作業(yè)，其后可用推式作業(yè)。

7. 轉(zhuǎn)移批量可以不等于甚至多數(shù)情況是不應(yīng)等于加工批量。

8. 加工批量是可變的，而不是固定不變的。每個工序的批量按實際情況是動態(tài)決定。

9. 提前期應(yīng)該是可變的而不是固定的。考慮到系統(tǒng)所有的約束條件后才能決定計劃進度的優(yōu)先級。提前期只是排進度的結(jié)果。

OPT的計劃與控制系統(tǒng)又稱為DBR系統(tǒng)（Drum－Buffer－Rope approach，“鼓”、“緩沖器”和“繩子”簡稱 DBR法）

5.OPT的發(fā)展

最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)OPT的管理哲理向許多傳統(tǒng)的管理思想發(fā)出挑戰(zhàn)，從而拉開了論戰(zhàn)的序幕。高德拉特的合伙人之一Robert E. Fox曾經(jīng)以 “OPT, MRP or JIT—What’s Best?” 為題，將OPT作為一種計劃方法向MRP的霸主地位提出挑戰(zhàn)，并在APICS協(xié)會引起很大轟動。隨后，制造業(yè)社會試圖要求高德拉特公開OPT軟件的“黑箱”算法邏輯，又引起了論戰(zhàn)。關(guān)于OPT的最后論戰(zhàn)是由Eli Goldratt and George Plossl 在1984年APICS的國際會議上頂著巨大壓力發(fā)布白皮書“A Town Without Walls”引起的，這篇文章間接批評了APICS的領(lǐng)導(dǎo)層。

6.實施OPT的要求及條件

對OPT，目前理論界的認(rèn)識還不一致，存在著各種看法，主要包括：

①把OPT當(dāng)做一種新的計劃思想；

②作為一種作業(yè)計劃的仿真語言；

③作為生成MPS、物料和能力需求計劃及詳細(xì)計劃的一個軟件包；

④作為一種處理數(shù)據(jù)精確度的一種嘗試，以求在數(shù)據(jù)未達(dá)到高度精確之前獲得利潤。

但有一點很明顯，即OPT強調(diào)的是車間現(xiàn)場，其著眼點在于企業(yè)車間現(xiàn)場的一些決策量上，并據(jù)此來實現(xiàn)對生產(chǎn)的計劃與控制。其做法的基本點是使用一些重要的判定準(zhǔn)則來決定每一作業(yè)的先后順序，即使用一組“管理系數(shù)”的加權(quán)函數(shù)，來確定每個作業(yè)的優(yōu)先權(quán)數(shù)及批量，制定出一個合理的生產(chǎn)計劃。這些管理系數(shù)涉及到理想的產(chǎn)品組合、交貨期、理想的 安全庫存水平以及瓶頸資源的使用等等。

OPT實施的關(guān)鍵是制定計劃后的落實工作。在落實計劃過程中，傳統(tǒng)的許多做法是有害的，其中最大的威脅將來自傳統(tǒng)的成本會計的考核體系。因為成本會計體系忽視了瓶頸與非瓶頸的區(qū)別，其考核一般是通過設(shè)備和操作工人的利用率及生產(chǎn)成本，而不是通過整個系統(tǒng)的有效性來進行的，它著重于局部的優(yōu)化，這必然助長了 人們盲目生產(chǎn)的作法，其結(jié)果是無論對瓶頸資源還是對非瓶頸資源都力求充分地使用。人們?yōu)榱送瓿晒r和設(shè)備利用率會盲目生產(chǎn)，最終必然導(dǎo)致高庫存和浪費。針對這些情況，OPT則力求從全局的觀點來進行考核，從原材料的采購一直追蹤到產(chǎn)品銷售。其考核體系對瓶頸與非瓶頸是分別對待的，認(rèn)為對非瓶頸的考核不應(yīng)以 生產(chǎn)量為依據(jù)，而應(yīng)以它生產(chǎn)的有效的產(chǎn)品量來考核。按OPT觀點，成本會計注重的是“活力”而非”利用”，而正確的做法應(yīng)該是注重“利用”而非“活力”。

另外，OPT軟件的具體運行和MRP一樣需要大量的數(shù)據(jù)支持，例如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)文件（BOM）、加工工藝文件以及精確的加工時間、調(diào)整準(zhǔn)備時間、最小批量、最大庫存、替代設(shè)備等等數(shù)據(jù)。同時要成功地實施OPT，還要求管理者必須對OPT產(chǎn)生的計劃要有信心，要改變一些舊的作業(yè)方式，例如接受午餐和工修連續(xù)工作制的作法等。

從OPT的實踐表明，它比較適合于一些基本、簡單的產(chǎn)品及很大的批量且所需工序較少的情況，而在單件生產(chǎn)車間中發(fā)揮的效果不佳。其適用條件為，①瓶頸要相對穩(wěn)定；②瓶頸要保證達(dá)到100％的負(fù)荷能力；③需求是相對穩(wěn)定的；④員工愿意而且能夠服從計劃的調(diào)度安排。

再者，OPT對于動態(tài)的數(shù)據(jù)以及瓶頸和接近瓶頸資源的數(shù)據(jù)要求精確。實現(xiàn)OPT還需對員工進行培訓(xùn)，使他們能在不同的生產(chǎn)崗位上及時發(fā)現(xiàn)問題，跟蹤問題，最終用OPT方法來解決問題。

7.OPT案例分析

案例一:基于OPT的ERP作業(yè)計劃編制方法的分析[1]

　　一、基于OPT的ERP作業(yè)計劃編制方法的邏輯圖

　　圖給出了基于OPT的ERP作業(yè)計劃編制方法的邏輯圖,其主要環(huán)節(jié)的處理內(nèi)容如下:

基于OPT的ERP作業(yè)計劃編制方法邏輯圖

　　(1)作業(yè)任務(wù)

　　即需要進行作業(yè)計劃編制的各作業(yè)任務(wù) 本文不將作業(yè)計劃編制作為一個單獨的系統(tǒng) 而是從系統(tǒng)集成角度出發(fā) 根據(jù) ,ERP處理邏輯 由物料需求計劃子系統(tǒng)依據(jù)工藝路線產(chǎn)品結(jié)構(gòu)生成作業(yè)任務(wù)

　　(2)作業(yè)計劃預(yù)編制

　　為了簡化整個作業(yè)計劃編制過程 我們將作業(yè)計劃分成作業(yè)計劃預(yù)編制 基于調(diào)度原則的作業(yè)計劃編制兩個過程 作業(yè)計劃預(yù)編制是針對作業(yè)任務(wù)較少 工作中心較多的情況工作中心上可能不會出現(xiàn)多個加工任務(wù) 這樣只需采用簡單的倒排或順排即可 不必考慮同一工作中心上作業(yè)調(diào)度原則

　　(3)沖突判斷

　　沖突判斷是指判斷作業(yè)任務(wù)所涉及的每個工作中心是否出現(xiàn)多個作業(yè)同時加工的情況 如不出現(xiàn)沖突 則經(jīng)過作業(yè)計劃預(yù)編制生成的作業(yè)計劃即可作為正式的作業(yè)計劃，如出現(xiàn)沖突! 則進行基于調(diào)度原則的作業(yè)計劃編制過程，該過程分關(guān)鍵作業(yè)編制、非關(guān)鍵作業(yè)編制兩部分。

  • 關(guān)鍵作業(yè)計劃編制。

　　首先，根據(jù)調(diào)度原則計算出關(guān)鍵工序的開工時間、完工時間。然后，對位于關(guān)鍵工序前面的工序， 以關(guān)鍵工序為基準(zhǔn)， 按拉動式計劃原則，由后往前倒排， 計算出各工序的開工時間、完工時間；對位于關(guān)鍵工序后面的工序，以推動式計劃原則， 由前往后順排。

  • 非關(guān)鍵作業(yè)計劃編制

　　根據(jù)調(diào)度原則計算出各工序的開工時間、完工時間。

　?。?） 作業(yè)反饋

　　通過對已編制好的作業(yè)計劃的完工情況進行跟蹤， 計算出各物料的工藝路線的動態(tài)提前期$ 工作中心的動態(tài)能力等， 并對工藝路線和工作中心定義中的參數(shù)進行動態(tài)更新、調(diào)整，從而形成一個能反映客觀變化的反饋機制!并實現(xiàn)工藝路線與作業(yè)計劃的有機集成。

　?。?）工藝路線

　　對各自制件定義了各工序的工序名稱、對應(yīng)工作中心、所需的準(zhǔn)備時間、加工時間、轉(zhuǎn)移時間等信息，其中有關(guān)時間的參數(shù)是由作業(yè)進度反饋動態(tài)確定的。

　?。?）調(diào)度庫

　　調(diào)度庫中主要存放作業(yè)調(diào)度規(guī)則、倒排及順排的原則，以及能力資源不足時采取的措施，如增加人力、外協(xié)等。

　　二、作業(yè)計劃預(yù)編制

　　作業(yè)計劃預(yù)編制的編制過程如下：

　　1.物料需求計劃(MRP)根據(jù)物料清單及產(chǎn)品的交貨日期生成建議的加工單；

　　2.訂單經(jīng)確認(rèn)后下達(dá)，系統(tǒng)同時生成該加工單的加工工藝路線文件，包括加工單號、物料代碼、工序號、訂單數(shù)、完工數(shù)、開工日期、完工日期等信息；

　　3.根據(jù)加工單工藝路線并結(jié)合工作中心能力進行車間作業(yè)計劃編制!本文采用倒排方法，從最后一道工序一直往前排，具體算法描述如下:

　　已知MRP運行得到各加工件建議開工時T_{S^prime_{i,1}}及完工時間T_{F^prime_{i,m}},工件數(shù)n,第i加工件具有m道工序。

　　求解各加工件的開工時間T_{S_{i,1}}和完工時T_{F_{i,j}}。

　　推導(dǎo)i從第(加工件最后一道工序往前排，上道工序的完工時間等于本道工序的開工時間，即

　　T_{F_{i,m}}=T_{F^prime_{i,m}}　　(1)

　　T_{S_{i,j}}=T_{F_{i,j}}-t_{q_{i,j}}-t_{s_{i,j}}-t_{r_{i,j}}Q_i-t_{w_{i,j}}-t_{m_{i,j}}　　(2)

　　T_{F_{i,j-1}}=T_{S_{i,j}}　　(3)

　　式中t_{q_{i,j}}、t_{s_{i,j}}、t_{r_{i,j}}、t_{w_{i,j}}、t_{m_{i,j}}分別為該工序的排隊時間、準(zhǔn)備時間、加工時間、等待時間和傳送時間；Q_i為加工數(shù)量。

　　經(jīng)過作業(yè)計劃預(yù)編制，通常出現(xiàn)如下幾種情況：

　　1.各工作中心上沒有任務(wù)沖突，作業(yè)計劃預(yù)編制得到的結(jié)果可作為正式作業(yè)計劃下達(dá)；

　　2.計算結(jié)果表明該工件可能拖期，常采用轉(zhuǎn)移部分工作到替代工作中心上等措施；

　　3.關(guān)鍵工作中心的能力嚴(yán)重沖突，只能根據(jù)企業(yè)實際情況!采用相應(yīng)的調(diào)度原則，如先滿足關(guān)鍵作業(yè)的安排，或采用外協(xié)等措施。

　　結(jié)合OPT和ERP各自在作業(yè)編制上的特長，采用ERP作業(yè)計劃編制使用的能力-負(fù)荷圖，形象地確定關(guān)鍵工作中心的能力狀況,從而確定作業(yè)計劃的瓶頸所在!如果工作中心由多臺相同工作能力的設(shè)備所組成，則將工作中心任務(wù)進行分解，細(xì)化到各設(shè)備。最后按OPT思想以關(guān)鍵工序為基礎(chǔ)對前后工序進行拉式、推式的作業(yè)計劃編制。

　　三、關(guān)鍵工作中心任務(wù)分解

　　當(dāng)關(guān)鍵工作中心負(fù)荷超過其能力時，可將工作中心上的任務(wù)按作業(yè)數(shù)分解到各加工設(shè)備上，下圖用能力+負(fù)荷圖[2]。描述了該分解過程，該工作中心由 K臺相同能力的設(shè)備組成，現(xiàn)將該工作中心上的任務(wù)合理地細(xì)分到設(shè)備上。整個任務(wù)分解可用如下數(shù)學(xué)公式進行描述：

工作中心任務(wù)分解示意圖

　　已知經(jīng)作業(yè)計劃預(yù)編制得到各加工件的開工日期T_{S^prime_{i,1}}、完工日期T_{F^prime_{i,1}}，在[T1,T2]時間段內(nèi)關(guān)鍵工作中心能力發(fā)生沖突，該工作中心由M臺相同工作能力的設(shè)備所組成，其累積能力為T_{wc}=sum_{t=T_1}^{T_2}sum_{i=1}^M T_c=sum_{t=T_1}^{T_2}M T_c,其負(fù)荷為T_L=sum_{i=1}^K T_{L_i}(其中Tc為一臺設(shè)備的工作能力，T_{L_i}為為加工件i在[T1,T2]時段內(nèi)對工作中心產(chǎn)生的負(fù)荷)。

　　求解工作中心分解出m臺設(shè)備加工其中k個加工件，另外的M-m臺設(shè)備加工剩余的加工件。

　　推導(dǎo) 從數(shù)學(xué)角度講，上述工作中心的分解問題不是一個唯一解，但結(jié)合企業(yè)實際情況!可根據(jù)加工件的緩急程度，必須先確保若干個加工件的正常交貨，這里設(shè)為k從而得出相應(yīng)所需投入的設(shè)備數(shù)m。投入的m臺設(shè)備的能力盡可能接近k個加工件所需的負(fù)荷：

　　上述公式可求解出&投入m臺設(shè)備就可以滿足k個加工件在[T1,T2]的正常生產(chǎn),與此同時它們在該工序的開工時間、完工時間為。

　　T_{S_{i,j}}=T_{S_prime{i,j}}

　　T_{F_{i,j}}=T_{F_prime{i,j}}

　　當(dāng)m=M時，表示[T_1,T_2]時間段內(nèi)該工作中心所有設(shè)備均在加工上述k個加工件!因此剩下的K-k個加工件的完工時間T_F可根據(jù)下式計算得到：

　　sum_{i=1}^K-k T_{L_i}=sum_{t=T_2}^{T_F}M T_c　　(6)

　　當(dāng)m<M時,剩下的K-K個加工件則在M-m臺設(shè)備上進行加工,當(dāng)k個加工件在T2 完成后,即可投入K-k個加工件的生產(chǎn),因此剩余加工件的完工時間TF 可以由下式計算得到:

　　sum^{K-k}_{i=1}T_{L_i}=sum^{T_2}_{t=T_1}(M-m)T_c+sum^{T_F}_{t=T_2} MT_c　　(7)

　　四、關(guān)鍵工序前后工序的作業(yè)計劃編制

　　關(guān)鍵工序的開工時間和完工時間由式(4)-式(6)得到后,根據(jù)/OPT思想，以關(guān)鍵工序為基 準(zhǔn)，分別采用不同的策略計算出前后工序。關(guān)鍵工序之前的工序采用拉動式原則，由后往前倒排，即

　　T_{F_{i,j-1}}=T_{S_{i,j}}　　(8)

　　T_{S_{i,j-1}}=T_{F_{i,j-1}}-t_{q_{i,j}}-t_{s_{i,j}}-t_{r_{i,j}}Q_i-t_{w_{i,j}}-t_{m_{i,j}}　　(9)

　　關(guān)鍵工序之后的工序采用推動式原則,由前往后順排,即

　　T_{S_{i,j+1}}=T_{F_{i,j}}　　(10)

　　T_{F_{i,j+1}}=T_{S_{i,j}}+t_{q_{i,j}}+t_{s_{i,j}}+t_{r_{i,j}}Q_i+t_{w_{i,j}}+t_{m_{i,j}}　　(11)

　　五、以O(shè)PT思想為核心的作業(yè)計劃編制

　　整個編制過程如圖所示，具體描述如下：

基于OPT思想的作業(yè)計劃編制

　　1）讀取經(jīng)過作業(yè)計劃預(yù)編制生成的各物料的計劃編制結(jié)果（即各物料各工序的開工時間、完工時間）；

　　2)如果所有工作中心沒有任務(wù)沖突，則預(yù)編制作業(yè)計劃即為最終的作業(yè)計劃；

　　3）如果工作中心任務(wù)發(fā)生沖突，讀取對應(yīng)工作中心的能力信息和設(shè)備的數(shù)量；

　　4）確定關(guān)鍵物料及對應(yīng)關(guān)鍵工序，將生產(chǎn)中負(fù)荷重#能力緊的工作中心定義為關(guān)鍵工作中心；

　　5）對關(guān)鍵工作中心進行任務(wù)分解，對關(guān)鍵物料按式（5）計算關(guān)鍵工序的開工時間#完工時間，對非關(guān)鍵物料按式（6）式、（7）計算關(guān)鍵工序的開工時間、完工時間；

　　6）對位于關(guān)鍵工序前面的工序，按拉動式計劃原則，按式（8）式（9）由后往前倒排，即前道工序的完工時間等于后道工序的開工時間，以關(guān)鍵工序的開工時間作為遞推的基準(zhǔn)；

　　7）對位于關(guān)鍵工序后面的工序，按推動式計劃原則，（10）、式（11）由前向后順排，即后道工序的開工時間等于前道工序的完工時間，以關(guān)鍵工序的完工時間作為遞推的基準(zhǔn)。

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