試制車型的物料需求管理探討

邢宏珍，張 晶，陳 雷

(1.湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，湖北 十堰 442000;2.深圳聯(lián)友科技有限公司，廣東 深圳 518000)

一、引言

試制車型是指沒有量產(chǎn)，處于試驗階段的車型。在汽車制造企業(yè)有兩種情況生產(chǎn)試制車型：一種是擬開發(fā)的新車型的試制階段，試制成功后轉(zhuǎn)為量產(chǎn)車型；另一種是特種汽車制造企業(yè)，面向特殊行業(yè)或客戶，采用按項目(制造令號)的方式小批量的試制式生產(chǎn)，不斷對車型進行改版與升級，項目結(jié)束則該車型停產(chǎn)。由于試制車型通常不會有較長的、穩(wěn)定的量產(chǎn)周期，數(shù)量也較少，汽車生產(chǎn)企業(yè)通常會和量產(chǎn)車型分開管理，物料需求采用手工下達生產(chǎn)指示和采購訂單來單獨應對。但隨著汽車市場競爭的日益加劇，各企業(yè)新車型的推出速度越來越快；特種汽車生產(chǎn)企業(yè)的訂單需求也越來越多元。用手工方式對試制車型進行物料需求計算和管理面臨越來越多的問題，迫切需要采用一種合適的MRP算法和系統(tǒng)來進行管理。

物料需求管理的核心是物料需求計算。物料需求計算是基于固定的提前期而產(chǎn)生的一個BOM(物料清單)中所有非獨立需求明細項的訂貨進度的計劃技術(shù)，最終產(chǎn)品依BOM展開，生成的物料需求計劃表明采購件或生產(chǎn)件的數(shù)量與時間[1,2]。簡而言之，MRP物料需求計算就是將最終產(chǎn)品分解成組成物料的采購計劃、自制件生產(chǎn)計劃和委外加工計劃的過程。

汽車制造業(yè)MRP物料需求系統(tǒng)，一般根據(jù)MPS主生產(chǎn)計劃(即車型生產(chǎn)計劃)、BOM、工藝路線、工作日歷等生成毛需求，再根據(jù)庫存、在途定單、已分配定單、安全庫存等計算凈需求，對于采購需求再根據(jù)批量規(guī)則、批量周期等確定訂貨量，缺少其中任何參數(shù)，都無法進行物料需求計算。

試制車型處于未定型的試驗階段，新零件眾多，BOM與工藝路線處于不停的變化之中，而一個車型的BOM物料通常達三四千種甚至上萬種，且很多零件使用一次不合適后就需要更改，要業(yè)務部門能及時準確地維護好工藝路線等參數(shù)，工作量極其巨大，通常不太現(xiàn)實。因此標準的MRP算法和常見的MRP軟件很難應用于試制車型的物料需求計算。本文基于MRP基本原理，根據(jù)在某特種汽車生產(chǎn)企業(yè)的試制車型需求管理實際應用中的摸索，提出一種建立在粗能力計劃(RCCP)、不考慮能力需求計劃(CRP)的前提下，使用工位替代法和鎖定期滾動計算法來進行試制車型的MRP物料需求計算和管理的方法。

二、采用工位替代工藝路線

工藝路線是指導物料加工或裝配順序的技術(shù)性文件[3]，整車制造企業(yè)用到的工藝路線通常包括自制件工藝路線、分總成裝配路線、整車裝配路線等，分總成與整車裝配路線中一般包括自制件、采購件和外委件。工藝路線是物料需求計算時生成車間生產(chǎn)計劃的必要參數(shù)，是工時定額的主要依據(jù)，也是能力需求計劃的依據(jù)。MRP計劃是否可行，通常需要能力需求計劃來驗證[3,4]，但試制車型通常按制造令號排產(chǎn)，基于粗能力計劃，可以利用線性規(guī)劃(LP)等方法通過主生產(chǎn)計劃(MPS)將需求平衡到具體的日期，一般認為試制車型的MRP計算不會超過能力需求計劃，因此可以不考慮能力需求計劃。

常見的工藝路線展示如表1所示，實際生產(chǎn)中，工藝路線的節(jié)拍、生產(chǎn)準備時間等參數(shù)是經(jīng)過長期的測算和經(jīng)驗總結(jié)后確定的平均數(shù)，試制車型大量使用一次性的新零件，這些參數(shù)往往難以獲得，維護起來極為困難。

表1 物料A的工藝路線示例

對某特種汽車制造企業(yè)試制車型實際生產(chǎn)過程的調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)：生產(chǎn)單元分為四級：生產(chǎn)中心、車間、生產(chǎn)線、工位。在相同的生產(chǎn)中心，做相同的加工/裝配處理，一般有固定的工位，每個物料都必定在其中一個工位上進行加工或裝配。因此，雖然維護每個新物料的工藝路線存在缺乏經(jīng)驗數(shù)據(jù)支撐和工作量大難以實現(xiàn)，但因為試制車型的物料需求計劃的時間不需要非常精確，則只要將特定的加工使用哪些工位的數(shù)據(jù)固化下來，就會形成一種類似工藝路線的技術(shù)性文件，可以用來編制計劃、指導生產(chǎn)。通過這種方法，不必維護每個物料的工藝路線，而只需要在BOM中維護其工位即可(由于不同生產(chǎn)中心相同車型的BOM可能不同，同一物料其所在工位會不同，故不能在物料表中維護)。如表2所示，根據(jù)生產(chǎn)中心，按車間和生產(chǎn)線，根據(jù)工位設計一些常用的計劃類別。

表2 計劃類別設置

這樣的計劃類別設置，在一定程度上相當于一種比較粗的工藝路線，由于試制車型的需求時間一般到天就可以，便可以通過在BOM中對物料維護工位的方式來代替工藝路線，只要保證車型的BOM在新增物料時有工位，就可以簡化掉工藝路線的維護功能。計劃類別設置好以后，生產(chǎn)計劃就可以按照計劃類別進行編制，如表3所示。

采用這種方法編制主生產(chǎn)計劃，在物料需求計算時，就不需要通過工藝路線來計算車間作業(yè)計劃，而是通過展開后的BOM中物料的工位去關(guān)聯(lián)主生產(chǎn)計劃計劃類別中的工位，如果某物料的工位存在于計劃類別中當天有生產(chǎn)計劃數(shù)量的工位中，則可以根據(jù)BOM中該物料的采購屬性，分別產(chǎn)生該天采購、生產(chǎn)、委外物料需求計劃。

在維護BOM時為物料維護工位，顯然比為每個物料設置在每個生產(chǎn)中心中的各道工序生成工藝路線工作量要小得多，因此該方法在實踐中具有較好的可操作性。

三、鎖定期滾動計算

試制車型的另一個特點就是BOM易變。由于試制車型是處在一個不斷完善的過程，其設計圖紙會不停變更，相應會帶來設計BOM和制造BOM的不斷變化 。

MRP根據(jù)制造BOM展開計算，耗時一般很長，通常會計算一個比較長的時間范圍的需求，常見的是按周或按月計算[5]，而試制車型的BOM變化是非常頻繁的，幾乎每天會變，第一天的BOM和第二天的BOM可能就已經(jīng)有很大差異，更別說一周或一個月的BOM變化，這樣就會產(chǎn)生嚴重問題：根據(jù)計算時刻的制造BOM計算出來物料需求向供應商下達定單，但在計算時刻到定單到貨之前這個時間段，BOM發(fā)生了變化，某些物料已經(jīng)取消或變更，按原計劃執(zhí)行的話，就會產(chǎn)生無效的要貨，導致無效的庫存。這是許多企業(yè)無法使用MRP進行試制車型物料需求計算的主要原因。

通過實踐探索，鑒于試制車型生產(chǎn)量一般不大，對該問題可以引入主生產(chǎn)計劃的需求時界和計劃時界處理策略——主生產(chǎn)計劃通常對需求時界中的需求進行鎖定，而計劃時界中的需求允許變動[3,6]。相應地，可以采用每天進行MRP計算，邊滾動邊鎖定的方式來計算BOM頻繁變化時的物料需求。通過滾動計算，每天定時根據(jù)最新的BOM對物料需求進行重排計算，產(chǎn)生最新的物料需求計劃替代之前計算出來的計劃，可以最大程度上保證物料需求的準確性——但由于無論是生產(chǎn)計劃還是采購計劃，為確保按時滿足交付需求，都必須給予一定的提前期，對于提前期已經(jīng)進入某個時間范圍時所生成的需求指示必須進行鎖定，這決定了不可能總是能用最新的BOM計算物料需求。以采購需求為例，MRP進行凈需求計算時，有兩個重要時間：一是凈需求的要求到貨日期(即毛需求日期)；二是凈需求的定單下達日期(即毛需求日期減去提前期)。理論上，定單下達日期必須是在當前時刻以后，如果定單下達日期臨近當前時刻，則必須無條件執(zhí)行，否則就無法按期到貨，允許臨近當前時刻多長時間可以下達正式定單就是鎖定期的作用——對物料設置鎖定期后，可以確定其鎖定區(qū)間，MRP計算時對定單下達日期進入鎖定區(qū)間的需求進行鎖定，允許下達定單。

鎖定期的設計方法有多種，可以設置為固定鎖定期，如根據(jù)質(zhì)檢、送貨等時間，對所有物料定義為若干天；也可以借薦ABC分類法，對不同物料設置不同鎖定期，如根據(jù)零件的價值、采購/生產(chǎn)周期、BOM變動頻率等特點來設置，如，將一般不會發(fā)生變化的標準件定為C類，發(fā)生變更機率較小的物料定為B類，而對于設計圖紙上尚不確定、可能會變化的零件定為A類，對A、B、C類零件設置鎖定期為日、三日、周/月。兩種方法各有優(yōu)缺點。

基于該前提，每日的凈需求數(shù)量(Qn)根據(jù)主生產(chǎn)計劃按BOM展開的毛需求數(shù)量(Qg)和在途定單(P)、安全庫存(Qsafe)、已分配訂單(A)等計算如下：

Qbi=Qbi-1+ΣPi-ΣAi-1+QSNPQZ i-1

(1)

Qni=max(SNPQZ(Qgi+Qsafe-Qbi),0)

(2)

根據(jù)物料的提前期，計算出凈需求應下達定單的日期j和當日需求下達數(shù)量Qd分別為：

j=i-提前期

(3)

Qdj=Qni

(4)

式中i的取值范圍為當前計劃期的開始時間到結(jié)束時間。Qbi表示i當日期初庫存；Qbi-1表示i上一日期初庫存；Ai-1表示上一日已分配定單；SNPQZ表示按批量規(guī)則進行訂貨量計算，根據(jù)物料屬性和設置的不同的批量規(guī)則，有不同的取整策略，常見的批量規(guī)則有固定批量、配套批量、補貨到最大庫存等[6]，如果SNPQZ值是負值，則凈需求Qni為0；QSNPQZ i-1表示上一日的SNPQZ值。

由此，依據(jù)鎖定期，可以將生成的每日凈需求Qdj劃分為計劃訂單、待確認訂單和正式定單三類：j超出鎖定區(qū)間時生成的Qdj作為計劃訂單，可以提前下達給供應商，但不作為訂貨依據(jù)，也可以不下達；j在鎖定區(qū)間內(nèi)的Qdj生成待確認訂單，待確認訂單需要人工確認后才能轉(zhuǎn)為正式定單，只有正式定單是供應商備發(fā)貨和交貨的依據(jù)。在MRP重排計算時，對于計劃訂單、待確認訂單需求予以覆蓋，而正式定單需求則予以保留，這樣會生成一個連續(xù)滾動的、正式定單相對精確的物料需求清單。

對于新零件，供應商通常也需要一定的試制期，因此實際應用時鎖定期的設置可能較大，該方法不能百分百解決因BOM變更導致的要貨錯誤，仍需要通過其它手段，比如根據(jù)設計變更通知單去關(guān)閉已經(jīng)發(fā)出但尚未交貨的正式定單，但基本上能保證需求的相對精確和業(yè)務的正常運行。該方法需要每天運行MRP物料需求計算，而MRP計算是非常耗時的，因此只能適用于試制車型品種不太多的情況。

四、車身同色件處理

車身同色件是指與車身顏色必須相同的零部件，這種零件在采購時一般有白件(未上漆)和顏色件(已上漆)兩種形式，汽車制造企業(yè)如果直接按顏色件采購，BOM只搭到顏色件，如果按白件采購，然后通過委外和自制加工成顏色件，BOM會在白件下層搭顏色件。試制車型因為試制數(shù)量少而顏色多，大部分車身同色件是按白件采購，通過委外加工為顏色件。

對于量產(chǎn)車型來說，因為是持續(xù)性生產(chǎn)，車身同色件不會成為問題，無論是直接采購顏色件還是采購白件進行自制或外委加工，不同的顏色件或白件有不同物料編碼，按正常算法計算各種顏色件的采購凈需求，白件自制加工或委外加工的工序，按工序計劃執(zhí)行即可。

但在試制車型生產(chǎn)中，車身同色件卻可能會成為一個比較大的問題。試制車型的生產(chǎn)特性決定了試制車輛不可能大量生產(chǎn)，而委外供應商通常只接受批量規(guī)模(lot sizing)的定單，因此車身同色件的委外定單一般會遠遠大于實際要貨需求，沒有用完的顏色件通常會變成積壓庫存，最終報廢，根據(jù)某企業(yè)的調(diào)查統(tǒng)計，其報廢數(shù)量和金額很驚人，因此在試制車型的物料需求計算時應當予以解決，優(yōu)先消耗同色顏色件。

以較常見的白件委外成顏色件的業(yè)務模式進行討論：白件是采購件，顏色件是委外件，MRP采購需求計算只會計算是采購件的白件，但按照白件采購凈需求來計算倉庫的庫存時，倉庫中存放的可能有白件，也可能有各種顏色的顏色件，將顏色件庫存視作白件顯然不對，但是如果不算入，則這部分顏色件可能永遠沒有機會消耗，而如果按照顏色件(非采購件)計算采購凈需求則不符合標準MRP算法，所以，為解決試制車型的車身同色件顏色件的庫存積壓問題，需要尋找一種新的思路，一種可行的算法是，毛需求按標準MRP算法計算，但凈需求計算時考慮顏色件，當需求中所需要的顏色件倉庫中已有庫存，則白件的采購需求應當相應減少，具體算法如下：完成MRP毛需求計算后，計算凈需求時，首先生成委外計劃，根據(jù)本次主生產(chǎn)計劃中有多少種顏色件需求，分別計算展開BOM后的顏色件的毛需求和當前庫存，如果當前庫存大于其毛需求，則在白件的期初庫存中加上該顏色件的毛需求；如果當前庫存小于等于其毛需求，則在白件的期初庫存中加上該顏色件的當前庫存；直到所有該白件在計劃中出現(xiàn)的顏色件計算完，該算法能較準確的消耗掉庫存中的顏色件。白件的期初庫存Qn計算公式如下：

Qn=Qw+sum(max(sum(Qos),max(Qstock)))

(5)

式中Qos為當前計劃號的委外計劃中出現(xiàn)的顏色件的委外需求數(shù)量，Qstock為當前計劃號的委外計劃中出現(xiàn)的顏色件的當前庫存數(shù)量，Qw為白件的當前庫存數(shù)量。

該算法對庫存記錄規(guī)則有一定要求，要求庫存中對白件物料號和顏色件物料號進行區(qū)分，并分別記錄庫存，而不能是不區(qū)分顏色的物料號的庫存。通過模擬和實測，該算法在一定程度上能較好的解決顏色件的積壓問題，較原來使用白件物料號進行庫存記錄、進行凈需求計算有顯著減少。

五、結(jié)語

MRP在制造企業(yè)尤其是汽車制造企業(yè)中使用非常廣泛，已經(jīng)是一種非常成熟的技術(shù)，近幾十年來，在MRP基礎上已逐步發(fā)展出MRPII、ERP、APS(高級計劃與排產(chǎn))等理論和系統(tǒng)，但在物料需求計算上，其核心仍是MRP算法，標準MRP算法往往因為要求太高而無法在試制車型管理中得到較好應用，導致試制車型往往單獨手工管理。因此，有必要根據(jù)企業(yè)業(yè)務的特點對試制車型MRP算法做部分適應性的改造，建設相應信息系統(tǒng)，來減輕其相關(guān)人員的工作量、提升需求計劃準確度和管理效率。

本文通過在實踐中摸索與總結(jié)，探討了一種基于MRP基本原理，針對試制車型物料需求計算和管理的方法，目前該方法已應用在某汽車制造企業(yè)的ERP系統(tǒng)中，取得了較好的效果，但該方法是針對特定企業(yè)的特定業(yè)務需求，能否普遍適用有待驗證，且算法仍有許多可改進之處，有待進一步完善。