针对常见的产品组合逻辑模型存在的问题，构建了基于生产物流平衡的产品组合逻辑模型，指出了该逻辑模型的特点、求解步骤并详细分析和说明了其关键模块。所构建的逻辑模型将主生产计划、物料需求计划、生产作业计划进行有机的集成，克服了传统的各级计划由上至下命令式且彼此间缺乏反馈导致计划和生产实际相背离的问题，进而使产品组合优化方案更优且可行。    产品组合问题是企业常见的决策问题之一，决策的结果将为企业产品战略调整、资源能力设计、资源能力调整、投资分析、主生产计划（Master Production Schedule ，MPS）优化等提供重要的数据支持和决策依据。产品组合优化可以达到利润最大化、在制品库存水平降低和顾客满意度提高等目的。可见产品组合优化作为尚存规划，对企业的影响至关重要。现代企业战略理论认为，企业要实现利润最大化、在竞争中处于优势地位，除了必须管理好企业内部的各种资源外，还必须取得良好的市场机会。因此，本文通过分析常见的产品组合逻辑模型所存在的问题的基础上，提出改进的产品组合逻辑模型，为解决企业产品组合问题提供一种新的角度和方法。
    常见的产品组合逻辑模型
    常见的产品组合逻辑模型特点当前考虑的产品组合问题均可归结为图1所示的逻辑模型。为获取最优的产品组合，有学者从管理会计的角度来研究，如变动成本法、作业成本法、约束会计法等。也有从算法角度来研究，如线性规划、TOC启发式方法等。从产品组合优化模式方面进行了研究，文献仅考虑自制情形以及自制产品组合的优化，以系统已有的生产能力论产品的组合。未考虑市场化条件下应以尽量满足客户需求为出发点，也未考虑新环境下新生产模式（如网络化制造、产品外包、工序外协等）对生产管理带来的变革，很可能因其自身产能的限制造成产品市场需求无法满足的问题。这种产品组合优化本质上还是一种以企业为导向而非以市场为导向的生产理念。文献讨论了带料外包和不带料外包两种情形对产品组合的影响。但是其讨论局限在约束会计建模范围内，没有讨论其他情形。
    细致对比分析可知上述研究者均是从以下几方面展开研究的，即：（1）在决策目标方面，分别以利润、成本为目标；（2）在约束条件方面，分别只考虑市场需求、生产能力、原材料供应或储存能力约束等，也有综合考虑其中的几个约束，甚至更多约束和目标的。综合考虑各种约束条件来获取产品组合，确实比单独考虑一些约束获得产品组合有效，但其逻辑却具有共同点即它们的逻辑绝大多数考虑的都是单一层次的产品组合问题。
    另一方面，以上研究的共性即从能力平衡角度来研究产品组合问题，而不从平衡物流角度研究。
    常见产品组合逻辑模型的不足
    （1）逻辑模型缺少反馈

图1 常见产品组合逻辑模型

    由于MPS的产品组合属于高层次计划，高层次计划很少考虑低层计划的问题，在计划阶段高层计划是单向命令低层次计划执行高层计划，能否执行、执行效果的好坏只在低层次计划执行后才知道。采取补救措施永远无法弥补已发生的问题。所以，即使上层计划很完善，缺少反馈的高层计划中的产品组合也无法达到最优，甚至不可行。产品组合决策越精确误导下一级计划就越大。显然简单的由上而下的命令式只适合非常稳定的生产条件，而无法正确指导不确定环境中的下一级计划。
    （2）逻辑模型假设产品组合结果与其所依赖的相关信息之间仅存在单向制约关系
    假设产品成本信息、需求订单、需求预测和其他约束信息影响产品组合结果，而产品组合结果不会反作用于以上这些约束信息。但实际情况是它们之间存在相互制约、影响的关系。
    鉴于此，只有采取新的产品组合处理逻辑来弥补上述不足，才能使产品组合的决策变得更有效、可行。
    生产物流平衡思想的提出
    涉及企业运作的物流分类
    企业生产系统活动的基本结构是“投入-转换-产出”。相对于投入的是企业输入物流，或称内向物流、供应物流；相对于转换的是企业内生产物流或企业内转换物流；相对于产出的是企业输出物流、外向物流或分销物流；相对于废弃物回收、包装材料回收、退货等活动是回收物流或逆向物流。图2即表示涉及企业运作的几种物流分类。
    由上面对一般制造型企业的常见几种物流形态的分析，可以发现在涉及其运作的四种物流中生产物流是联系其它各个物流的纽带，简易概括为生产物流拉动供应物流推动分销物流、回收物流。因此，以生产物流作为整个运作中的核心来研究产品组合问题具有重要的现实意义。于是从TOC提倡的平衡物流的思想来深入探讨产品组合问题也给生产计划制定提供了一种新的处理思路。

图2 涉及企业运作的几种物流形态

    生产物流平衡思想的定义及由来
    生产物流平衡就是使各个作业（工序）都与瓶颈机床同步，以求时间最短、在制品最少。瓶颈就是制约生产系统总体产能的那个环节。系统的生产能力由瓶颈决定。生产物流平衡以生产物流联系生产的各个环节，以瓶颈的生产能力为依据，限制各环节生产能力的利用，以此追求整体最优。
    它主要源于20世纪80年代以色列物理学家Goldratt博士提出的TOC。在TOC之前，MRPII、JIT等理论更倾向于强调能力平衡，追求能力平衡是为了使企业的生产能力得到充分利用，MRPII通过粗能力需求计划和细能力需求计划来实现能力平衡。JIT要求人一专多能和相互合作，要求企业密切协作以保持需求、供应的适当稳定，要求设备柔性重构以保证生产线能力的相对平衡，并强调人、机、企业间的相互协作来保证生产的稳定和能力的尽量平衡，然而各种不确定性因素使得能力平衡往往失败，造成计划的可执行性差。于是，TOC强调平衡物流，认为能力平衡是不可能的，生产能力的稳定是相对的，波动是绝对的，至少存在依赖性事件和随机扰动使能力平衡成为不可能。所以必须接受市场波动这个现实，并在此前提下追求生产物流平衡，认为生产物流平衡才是实现有效计划和控制的关键。
    生产物流平衡的原则
    TOC作为生产物流平衡的理论，提出了九条生产作业计划制定原则，这些原则的实质是实现生产物流平衡的原则。这九条原则中，前六条均与瓶颈资源有关，后三条是涉及物流和编制作业计划时的指导思想。TOC的九条原则体现了其基本思想本质，是应用TOC的基础，为生产计划与控制提供了有力的指导。
    基于生产物流平衡的产品组合逻辑模型
    为了适应复杂多变的环境，需要从源头上尽可能准确地做出决策，这就需要一种带有反馈方式的产品组合才能满足要求。基生产于物流平衡的产品组合就是一种带有有效反馈的决策模式，如图3所示。

图3 基于生产物流平衡的产品组合逻辑模型

    按该逻辑模型进行产品组合决策将MPS、物料需求计划层、作业计划层有机的联系起来，采用一体化计划集成解决，然后视不同部门和层次的需要按不同的精度抽取对应的计划。它首先以成本信息、需求订单、需求预测、其他约束信息（产能约束、原材料约束、零部件约束、人工约束等）作为输入，获取MPS计划期总量产品组合，以此为依据结合MPS分时段的约束条件，获得MPS分时段（短期和中长期）的产品组合，然后将其与物料需求作为生产物流平衡模块的输入，进而进行生产物流平衡，在生产物流平衡模块中，需要确定最佳的加工批量、识别系统的瓶颈、以瓶颈为基础进行转移批量、缓冲、投料的设置来达到生产物流平衡。通过生产物流平衡获得较低的在制品、较短的加工时间，从而改变成本，进而改变单位产品成本信息，根据新的成本信息，再次进行产品组合，直到获得最优结果为止，有时亦可按管理者的态度，满意即可。
基于物流平衡的产品组合特点
    基于生产物流平衡的产品组合与常见的产品组合有着许多明显的不同，其主要特点可归纳为：
    （1）基于生产物流平衡的产品组合逻辑不再是一种由上而下的命令式决策方式，而是一种有上有下、由上而下又由下而上、带反馈、双向沟通的决策方式。这种方式使得高一级计划考虑到低一级计划的可行性、低一级计划更有效保证高一级计划的执行性。
    （2）这种带反馈获得产品组合的方式使得成本信息可以更新，不再以原有的静态成本作为决策的依据，而是以动态的成本信息作为决策的依据，这样获得的产品组合才会更准确，对低一级计划的指导才会更有效。
    （3）成本信息主要采用作业成本法归集成本，作业成本法将成本按照单位级成本、批别级成本、产品级成本及管理级成本四个主要层次归集，使得成本信息更准确。
    （4）注重生产物流的平衡，即为了实现较低的在制品量（储存量）、较短的加工周期，此外，涉及到整套计划能否执行的问题和整个生产系统的优化问题。考虑生产物流平衡将使生产系统更优化、将使整套计划更易执行。以达到科学合理地指导并拉动供应物流、推动分销物流和回收物流，使其最终实现整个物流平衡的目的。
    基于生产物流平衡的产品组合的求解
    为了获取基于生产物流平衡的产品组合结果，就需要按照图3所示的步骤进行求解，而求解的关键步骤主要有：
    1.产品组合建模与求解
    产品组合建模阶段，需要收集有关约束信息，如成本信息、市场价格信息、需求预测信息、订单需求信息、生产能力信息储存能力信息、劳动力信息、原材料信息、零部件信息等。然后根据这些信息建立数学模型，并针对模型进行求解。
    这其中包括计划期总量产品组合建模，并据此确定计划期总量产品组合计划，随后以此为参照进一步分别对短期和中长期产品组合分别建模求解。
    （1）订货型生产（MTO）
    订货型生产是企业由用户订单组织产品的设计和生产，用户按自己的需要，可能在产品结构及性能方面提出各种各样的要求，经由双方协商，以合同的方式确定产品的品种、性能、数量及交货期等方面的内容。针对该生产的产品数量、产品价格、交货期目标明确等特点，可以在其确定产品组合计划时假设企业生产内外部环境是确定的（即生产的约束条件是确定的，而非变化的），进而可以短期的产品组合计划确定方法来建模求解，按订单内容和企业生产现状确定产品生产优先级，继而以此确定生产提前期、生产批量、安排生产作业计划。
    （2）备货型生产（MTS）
    备货型生产是在以企业市场需求预测的基础上，有计划进行产品开发和生产，生产出的产品不断补充成品库存，通过库存随时满足用户的需求。由于该种生产较多依赖于市场需求的预测，而市场需求预测总会与实际存在偏差，进而生产所面临的内外部环境也就存在波动性，鉴于这种生产特点，在确定其产品组合计划时就应摒弃MTO生产的处理方法，应较多的考虑到市场环境的变化、原材料购买价格波动、产业政策的影响等具有随机性的约束影响。此外针对不同类型产品的生产应充分分析市场，借鉴历史生产情况及企业内部资源优势现状综合确定影响产品组合计划的关键不确定性约束信息，并通过细致有效分析以最合理的数学形式刻画这种变化影响，以此来构建产品组合数学模型并求解。
    总之，在上述建模过程中，在确定短期产品组合计划时，假设企业所处的内外部环境是确定的，即可按常规的思路来建模求解。而在确定中长期产品组合计划时，假设企业内外环境具有不确定性，所以需要考虑到企业内外约束信息的变化性，这就必然要求选用更合理的数学形式来刻画这种变化性，以确保最终的产品组合计划是有效的。事实上，这样的假设与绝大多数企业实际是相吻合的。另外，短期、中长期的时间维度确定是没有一定之规的，这需要按不同行业产品的特点来划分。
    2.生产物流平衡安排
    欲实现生产物流平衡，就要实施最优的计划与控制，也就实现了生产物流平衡。其主要工作步骤和内容如下，如图4所示：

图4 生产物流平衡模块

    一个企业的计划与控制的目标就是寻求顾客需求与企业能力的最佳配合，一旦一个被控制的作业（工序）（即瓶颈）建立了一个动态的平衡，其余的作业（工序）应相继地与这一被控制的作业（工序）同步。实现生产物流平衡的计划与控制步骤主要包括：
    （1）构建生产物流平衡模型，动态地确定生产系统中瓶颈、批量大小和提前期大小。
    生产物流平衡模型是确定瓶颈、批量大小和提前期的基础，为了准确地反映生产过程的实际情况，生产物流平衡模型必须反映生产过程中的不确定因素。所以，必须先对生产过程中所涉及到的参数和随机变量进行分析。在构建物流平衡模型时，还需将“系统产销率”指标细化分解为生产组织的目标和评价标准，要综合考虑多品种小批量生产条件下，生产系统的对象通过能力和通过时间、在制品占用量、库存费用和调整费用等因素。追求生产物流的平衡，而不是生产能力的平衡，使各个环节的生产节奏都与瓶颈环节的节奏同步，以瓶颈资源的利用程度决定非瓶颈资源的利用程度。
    在对生产物流平衡模型进行基于优化的启发式搜索及仿真后，可以得到满足最大有效产出目标下的瓶颈、批量规模（包括生产批量和转移批量）、提前期之间的最优组合。
    （2）确定缓冲位置及大小
    在瓶颈可能发生转移的情况下，需要对生产系统中在何处设置缓冲进行详细分析，保证缓冲设置在正确的位置。在确定瓶颈、批量规模和提前期的基础上，根据对系统中可能影响瓶颈正常工作的各因素进行分析，建立确定缓冲大小的模型。
    （3）制定生产作业计划
    由已经得到的瓶颈、批量、缓冲及生产提前期等相关参数，确定各种加工对象的时间安排和数量安排，明确生产任务，制定生产作业计划。
    （4）解决生产控制问题
    生产控制是确保生产作业计划得以实现的关键。为确保生产作业计划得到有效的执行，可以考虑将“漏斗模型”（funnelmodel，如下图5（b）所示）和以9条原则为指导的DBR系统（如下图5所示）两种生产控制模型进行综合运用，建立约束条件下的生产控制模型。
    图5a.鼓—缓冲器—绳子系统，b.约束条件下生产控制的“漏斗模型”
    通过上述的步骤实施合理安排好加工批量、转运批量、瓶颈识别、非瓶颈配合、设置缓冲、合理安排投料，以实现整个生产系统与瓶颈环节同步，达到有效产出最大、库存和运行费用最小、生产时间最短，最终实现生产物流平衡的目的。
    3.成本信息的处理
    在成本信息处理方面，鉴于传统的作业
    成本法（ABC）受到动态的环境挑战，将采用ABC与TOC的整合处理模式[26]来处理成本信息。成本信息更新则是将生产物流平衡后获取的新的成本信息进行分配。按照作业成本法，根据成本动因，分配好批别级成本、产品级成本等，然后汇总新的单位产品成本信息。
    经过上述步骤，循环进行，就可以获得最优的产品组合。
    结束语
    分析了常见的产品组合优化运作逻辑，在继承其优势、规避其缺点的基础上，构建了以约束理论（TOC）为基础的基于生产物流平衡的产品组合逻辑模型，并对模型的各个关键模块进行了详细的分析和说明。所构建的逻辑模型将主生产计划、物料需求计划、作业生产计划进行有机的集成，以此克服传统的各级计划由上至下命令式且彼此间缺乏反馈带来的计划和生产实际背离的问题，在确保计划可行的同时，注重具体的生产控制问题的解决，以使产品组合优化方案更优且有效。
    以下三方面需要深入研究：
    （1）在该逻辑模型中，不同生产环境下不同阶段的产品组合数学模型的构建、约束信息的处理是一个关键点；
    （2）解决控制问题，以实现生产物流平衡是难点，可与ERP/MRPII/JIT等生产方式对比研究寻求更优的解决方法；
    （3）整个处理过程中，各层间的信息收集和传递方式优化贯穿整个处理过程。

作者：杨衡 韩文民 韩冰洁 来源：《企业研究》2010年第9期