OPT

1.什么是OPT?

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

它吸收MRP和JIT的長處，是以相應的管理原理和軟件系統(tǒng)為支柱，以增加產銷率、減少庫存和運行為目標的優(yōu)化生產管理技術。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。

它是一套可提高產出、減少存貨的分析性技術理論。OPT系統(tǒng)將重點放在控制整體產出的瓶頸資源上，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)達到產出最大的目的。

2.OPT的基本內容

OPT其指導思想實質上是集中精力優(yōu)先解決主要矛盾，這對于單件小批生產類型比較適應。這類企業(yè)由于產品種類多、產品結構復雜，控制對象過多，因此必須分清主次，抓住關鍵環(huán)節(jié)。其基本內容包括以下四方面：

1) 物流平衡是企業(yè)制造過程的關鍵

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

2) 瓶頸資源是產品制造的關鍵制約因素

在制造過程中，影響生產進度的是瓶頸環(huán)節(jié)。瓶頸資源實現滿負荷運轉，是保證企業(yè)物流平衡的基礎。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，為使其達到最大的產出量可采取以下措施：

（1）在瓶頸工序前，設置質量檢查點，避免瓶頸資源做無效勞動。

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

（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時間和次數，提高其利用率；而較小的運輸批量，使工件分批到達瓶頸資源，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)的利用率和生產效率。

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

根據OPT的原理，企業(yè)在生產計劃編制過程中，首先應編制產品關鍵件的生產計劃，在確認關鍵件的生產進度的前提下，再編制非關鍵件的生產計劃。

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鍵。一般來說，當需求超過能力時，排隊最長的機器就是 “瓶頸”。

（2）瓶頸約束整個系統(tǒng)的出產計劃

產品出產計劃（Master Schedule）的建立，應該使受瓶頸約束的物流達到最優(yōu)。一般按有限能力，用順排方法對關鍵資源排序。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，以減少調整準備時間，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)內外的隨機波動造成瓶頸出現等待任務的情況。一般要設置一定的“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)非瓶頸的物料應與瓶頸的產出率同步。一般是按無限能力，用倒排方法對非關鍵資源排序。非關鍵資源上排序的目標是使之與關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的生產排序原則

OPT管理思想具體體現在生產排序原則上。有九條原則是實施OPT的基石。這些原則獨立于軟件之外，直接用于指導實際的生產管理活動。OPT有關生產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)的產銷率。

3. 資源“利用”和“開動”不是同義的；應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于整個系統(tǒng)損失一小時，而且是無法補救的。重點應該抓提高瓶頸的利用率。

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

6. 產銷率和庫存量是由瓶頸資源決定的。為保證瓶頸資源負荷飽滿并保證企業(yè)的產出，在瓶頸工序和總裝配線前應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. 轉移批量可以不等于甚至多數情況是不應等于加工批量。

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. 提前期應該是可變的而不是固定的?？紤]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)生產技術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的領導層。

6.實施OPT的要求及條件

對OPT，目前理論界的認識還不一致，存在著各種看法，主要包括：

①把OPT當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計劃的一個軟件包；

④作為一種處理數據精確度的一種嘗試，以求在數據未達到高度精確之前獲得利潤。

但有一點很明顯，即OPT強調的是車間現場，其著眼點在于企業(yè)車間現場的一些決策量上，并據此來實現對生產的計劃與控制。其做法的基本點是使用一些重要的判定準則來決定每一作業(yè)的先后順序，即使用一組“管理系數”的加權函數，來確定每個作業(yè)的優(yōu)先權數及批量，制定出一個合理的生產計劃。這些管理系數涉及到理想的產品組合、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備和操作工人的利用率及生產成本，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的作法，其結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和設備利用率會盲目生產，最終必然導致高庫存和浪費。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品銷售。其考核體系對瓶頸與非瓶頸是分別對待的，認為對非瓶頸的考核不應以生產量為依據，而應以它生產的有效的產品量來考核。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一樣需要大量的數據支持，例如產品結構文件（BOM）、加工工藝文件以及精確的加工時間、調整準備時間、最小批量、最大庫存、替代設備等等數據。同時要成功地實施OPT，還要求管理者必須對OPT產生的計劃要有信心，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、簡單的產品及很大的批量且所需工序較少的情況，而在單件生產車間中發(fā)揮的效果不佳。其適用條件為，①瓶頸要相對穩(wěn)定；②瓶頸要保證達到100％的負荷能力；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度安排。

再者，OPT對于動態(tài)的數據以及瓶頸和接近瓶頸資源的數據要求精確。實現OPT還需對員工進行培訓，使他們能在不同的生產崗位上及時發(fā)現問題，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

　　即需要進行作業(yè)計劃編制的各作業(yè)任務本文不將作業(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 ,ERP處理邏輯由物料需求計劃子系統(tǒng)依據工藝路線產品結構生成作業(yè)任務

　　(2)作業(yè)計劃預編制

　　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)計劃預編制基于調度原則的作業(yè)計劃編制兩個過程作業(yè)計劃預編制是針對作業(yè)任務較少工作中心較多的情況工作中心上可能不會出現多個加工任務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)調度原則

　　(3)沖突判斷

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

關鍵作業(yè)計劃編制。

　　首先，根據調度原則計算出關鍵工序的開工時間、完工時間。然后，對位于關鍵工序前面的工序，以關鍵工序為基準，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；對位于關鍵工序后面的工序，以推動式計劃原則，由前往后順排。

非關鍵作業(yè)計劃編制

　　根據調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進行動態(tài)更新、調整，從而形成一個能反映客觀變化的反饋機制!并實現工藝路線與作業(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、對應工作中心、所需的準備時間、加工時間、轉移時間等信息，其中有關時間的參數是由作業(yè)進度反饋動態(tài)確定的。

　?。?）調度庫

　　調度庫中主要存放作業(yè)調度規(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)計劃預編制

　　作業(yè)計劃預編制的編制過程如下：

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

　　2.訂單經確認后下達，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、完工數、開工日期、完工日期等信息；

　　3.根據加工單工藝路線并結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、準備時間、加工時間、等待時間和傳送時間；Q_i為加工數量。

　　經過作業(yè)計劃預編制，通常出現如下幾種情況：

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

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

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

　　結合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-負荷圖，形象地確定關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備所組成，則將工作中心任務進行分解，細化到各設備。最后按OPT思想以關鍵工序為基礎對前后工序進行拉式、推式的作業(yè)計劃編制。

　　三、關鍵工作中心任務分解

　　當關鍵工作中心負荷超過其能力時，可將工作中心上的任務按作業(yè)數分解到各加工設備上，下圖用能力+負荷圖^[2]。描述了該分解過程，該工作中心由 K臺相同能力的設備組成，現將該工作中心上的任務合理地細分到設備上。整個任務分解可用如下數學公式進行描述：

工作中心任務分解示意圖

　　已知經作業(yè)計劃預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]時間段內關鍵工作中心能力發(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 $T_{wc}=sum_{t=T_1}^{T_2}sum_{i=1}^M T_c=sum_{t=T_1}^{T_2}M T_c$ ,其負荷為 $T_L=sum_{i=1}^K T_{L_i}$ (其中T_c為一臺設備的工作能力， $T_{L_i}$ 為為加工件i在[T₁,T₂]時段內對工作中心產生的負荷)。