Factory Physics（工厂物理学）

引用

Hopp, W. J., & Spearman, M. L. (2011). Factory Physics (3rd ed.). Waveland Press.

章节概要

全书约700页，分为三个部分，外加一个导入性的第0章。第0章提出了全书的组织思路：以制造管理为关注点，以运营为范围，以“工厂物理学”（用一般规律描述生产系统）为方法，以流水线为视角。第一部分回顾制造管理及其方法的历史，第二部分建立“科学”，第三部分把它应用于计划与控制。大多数章末有讨论题、学习思考题或习题，有几章还带有附录。

第0章：Factory Physics?（工厂物理学？）

对书名所问给出一个简短的回答和一个详细的回答。详细的回答阐明了关注点（制造管理）、范围（运营）、方法（工厂物理学）和视角（流水线），并以全书概览结尾。

第一部分：The Lessons of History（历史的教训，第1–5章）

第1章：Manufacturing in America（美国的制造业）。 美国的经历：从第一次工业革命，经铁路、大众零售商、卡内基和福特，到科学管理（泰勒等人）、现代制造组织的兴起（杜邦、斯隆、霍桑、管理教育），以及美国制造业后来的巅峰、衰落和复兴。第2章：Inventory Control: From EOQ to ROP（库存控制：从EOQ到ROP）。 经济订货量模型及其扩展、动态批量（Wagner–Whitin方法）和统计库存模型：报童模型、基本库存模型和(Q, r)模型。附录复习基础概率并汇集库存公式。第3章：The MRP Crusade（MRP运动）。 物料需求计划（输入与输出、步骤、批量、安全库存、问题）、MRP II及其计划层次，以及企业资源计划、供应链管理和高级计划系统。第4章：From the JIT Revolution to Lean Manufacturing（从JIT革命到精益制造）。 准时制的起源与目标、实施方法、全面质量管理、拉动系统与看板，以及从JIT到精益的转变。第5章：What Went Wrong（哪里出了问题）。 讨论问题以及迄今尝试的解决办法（科学管理、计算机的兴起和其他“科学”方法），最后追问今后的方向。

第二部分：Factory Physics（工厂物理学，第6–12章）

第6章：A Science of Manufacturing（制造科学）。 制造科学的根源、战略与运营目标、模型与绩效指标，以及改进方法论；附录讲作业成本法。第7章：Basic Factory Dynamics（工厂动态基础）。 定义与参数、产出率、在制品和周期时间之间的简单关系，以及受劳动力约束的系统。第8章：Variability Basics（变异性基础）。 变异性与随机性、加工时间变异及其成因、流动变异、通过排队产生的变异相互作用、阻塞和变异汇集。第9章：The Corrupting Influence of Variability（变异性的破坏性影响）。 变异定律、流动定律、批量定律、周期时间、变异性对绩效的影响，以及诊断与改进。第10章：Push and Pull Production Systems（推动式与拉动式生产系统）。 对拉动的看法、拉动为何有效、CONWIP，以及CONWIP与MRP和看板的比较。第11章：The Human Element in Operations Management（运营管理中的人的因素）。 基本的人性规律、计划与激励、责任与权限。第12章：Total Quality Manufacturing（全面质量制造）。 质量观、统计质量控制、六西格玛，以及运营和供应链中的质量。

第三部分：Principles in Practice（原理的实践，第13–19章）

第13章：A Pull Planning Framework（拉动式计划框架）。 分解、预测、拉动式计划和分层生产计划，附录给出一个配额设定模型。第14章：Shop Floor Control（车间控制）。 一般考虑、CONWIP配置、其他拉动机制和生产跟踪，附录讲统计产出控制。第15章：Production Scheduling（生产调度）。 拉动框架下的调度。第16章：Aggregate and Workforce Planning（综合计划与人力计划）。 综合层面的计划，包括人力决策。第17章：Supply Chain Management（供应链管理）。 持有库存的理由，管理原材料、在制品、成品和备件，以及多级供应链。第18章：Capacity Management（产能管理）。 产能设定问题、建模与分析、改造现有生产线和设计新生产线，以及产能分配与生产线平衡。第19章：Synthesis—Pulling It All Together（综合：把一切汇总起来）。 细节的战略重要性、实施、团队协作、一则“工厂物理学寓言”，以及未来。

核心概念

第一部分

• EOQ、基本库存与(Q, r)模型：经典库存模型及其统计扩展。
• MRP、MRP II与ERP：推动式计划系统的发展脉络。
• JIT、TQM与精益：受日本启发的替代方案，看板是其中一种拉动机制。

第二部分

• 产出率、在制品与周期时间：由工厂动态的简单定律联系起来的量。
• 变异性与排队：加工时间变异和流动变异，以及它们如何相互作用而拉长周期时间。
• 变异定律、流动定律与批量定律：本书建立的几组命名定律。
• CONWIP：本书拿来与MRP和看板比较的拉动系统。

第三部分

• 拉动式计划框架：围绕拉动组织的预测与分层计划。
• 综合计划与产能管理：工厂和生产线层面的计划。
• 供应链库存：原材料、在制品、成品、备件和多级系统。

评析

优点

• 有原则的方法。 第二部分给出把产出率、在制品、周期时间和变异性联系起来的定律，使拉动、批量和缓冲等做法得到解释，而不只是描述。
• 先讲历史。 第一部分追溯库存模型、MRP和JIT的发展，并以题为“What Went Wrong”的一章结束，为随后的科学做了铺垫。
• 从理论走向实践。 第三部分把这些定律应用于计划、车间控制、调度、综合计划、供应链和产能，并以一章综合收尾。
• 定量工具。 概率复习、库存公式和章末习题支撑了定量论述。

局限

• 数学和概率的前置要求。 第2章附有概率附录，第8、9章处理变异性和排队，因此后面的章节要求读者对概率和统计比较熟悉。
• 聚焦制造。 第0章把关注点定为制造管理、把视角定为流水线，因此兴趣在运营其他方面的读者会发现这个框架比通用教材窄。
• 通向核心的路程较长。 在第二部分的定律开始之前，第一部分占去700页中的约180页，不过它可以选择性地阅读。
• 篇幅大。 700页、20章，超过一门课程能涵盖的范围。

在课程中的定位

这是运营管理书单中定量的、讲原理的一本。Operations Management（Slack）、Operations and Supply Chain Management（Heizer）和 Operations Management: Processes and Supply Chains 是讲运营与供应链的综合性教材，是自然的先读之选。Essentials of Supply Chain Management 是简明的实务入门书，Chopra的 Supply Chain Management: Strategy, Planning, and Operation 则是以电子表格为基础、把供应链当作整体来处理的进阶读物。

Factory Physics 与它们互补，集中讲生产系统的行为，即第7至10章的工厂动态、变异性和拉动。建议在读完概览性课程之后阅读，供应链内容则把第17章与Chopra一起使用。

如何使用本书

读者需要熟悉概率、基础统计和微积分，并对运营管理有所接触。

• 核心： 第0章，然后是第6至10章，即这门科学的核心（目标、工厂动态、变异性、推动与拉动）。
• 背景： 第1至5章可以浏览，也可以按需阅读；第2章提供后面章节用到的库存模型。
• 应用： 第13、14章（计划与车间控制），然后按兴趣选读第15至18章，最后读第19章把它们汇总起来。
• 练习： 章末的讨论题、学习思考题和习题。