訂單式生產(chǎn)下汽車零配件企業(yè)采購決策研究

吳曉黎，楊海欣，劉雪潔

(華南理工大學(xué) 工商管理學(xué)院，廣東 廣州 510640)

汽車制造業(yè)是最早實施JIT (just-in-time) 模式的行業(yè)，在JIT生產(chǎn)模式下，整車生產(chǎn)工廠與汽車一級配件供應(yīng)商建立長期合作關(guān)系，要求配件供應(yīng)商滿足交付質(zhì)量、數(shù)量、送達(dá)時間等相關(guān)要求。因此，一級配件供應(yīng)商須具有交付能力強大、響應(yīng)速度快速、信息高度共享等特點。另外，一級配件供應(yīng)商在供應(yīng)鏈中不屬于主導(dǎo)地位，無法復(fù)制整車生產(chǎn)工廠的方法向上游展開JIT生產(chǎn)模式。因此，一級配件供應(yīng)商的原材料管理面臨重重困難，具體表現(xiàn)有原材料數(shù)量多品種雜、供應(yīng)商場地分散、供應(yīng)協(xié)議模式多樣化等。為此，現(xiàn)實中的汽車一級配件供應(yīng)商通常會采用MTO (make-to-order) 訂單式生產(chǎn)模式。在該模式下，企業(yè)在收到客戶訂單后才按需生產(chǎn)。而本文研究的M企業(yè)為典型的該類汽車零配件廠，其規(guī)模較大且不是整車生產(chǎn)工廠的關(guān)聯(lián)企業(yè)，因此本文以M企業(yè)華南區(qū)的五家工廠為例進(jìn)行研究具有一定的典型性和普適性。

在采購與庫存管理研究方面，國外學(xué)者Banerjee等[1]將采購經(jīng)濟(jì)批量問題整合到Banerjee[2]的經(jīng)濟(jì)批量模型中，提出集成采產(chǎn)銷的JIT庫存管理模型。馬士華等[3]針對聯(lián)合庫存管理提出控制工作流程的管理方法。王圣東等[4]提出不確定需求下單一產(chǎn)品多種原材料的庫存模型并提出成本最優(yōu)的生產(chǎn)安排。另一方面，隨著MTO生產(chǎn)模式在實際中的應(yīng)用，學(xué)者也開始對該模式進(jìn)行研究。Li等[5]研究多訂單定時交付的生產(chǎn)資源調(diào)度問題。謝祥添等[6]研究MTO模式中產(chǎn)出不確定性下的最優(yōu)投產(chǎn)批量問題。亦不乏學(xué)者對汽車行業(yè)及其相關(guān)決策問題進(jìn)行研究。謝祥添等[6]、湛述勇[7]對整車廠和零件供應(yīng)商進(jìn)行專項調(diào)查，揭示國內(nèi)目前JIT模式下整車廠與供應(yīng)商關(guān)系差異及其原因，提出改進(jìn)JIT的建議。周雷鳴[8-10]介紹并研究豐田復(fù)雜的零部件庫存控制管理系統(tǒng)。趙艷豐[11]指出國內(nèi)汽車零件企業(yè)存貨管理粗放等問題，并提出相應(yīng)解決方案。

綜上所述，普適性的庫存管理研究仍具有較強的實效性，而針對汽車行業(yè)的庫存管理研究在生產(chǎn)管理、最優(yōu)訂貨批量模型、零庫存管理等方面也取得了豐碩成果，以上現(xiàn)有研究均為本文提供了一定的參考。然而目前國內(nèi)外在MTO生產(chǎn)模式下降低庫存水平的研究仍較少。本文結(jié)合定性與定量方法研究采用MTO訂單式生產(chǎn)模式的汽車一級配件供應(yīng)商的庫存管理問題，分析其庫存管理影響因素并對原材料綜合分類，建立相應(yīng)最低化存貨管理成本的多周期模型并求解出最優(yōu)采購策略或最優(yōu)采購策略結(jié)構(gòu)。最后，通過對M企業(yè)的庫存數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析，驗證本文模型對應(yīng)采購策略的可行性及有效性。

1 M企業(yè)基本概況介紹和原材料分類

1.1 M企業(yè)基本概況介紹

M企業(yè)為汽車整車生產(chǎn)工廠供應(yīng)汽車的兩大子產(chǎn)品——結(jié)構(gòu)件和外飾件，其原材料有鐵料類、塑料類、涂料類、結(jié)構(gòu)類和組裝類5類。M企業(yè)根據(jù)訂單預(yù)測量準(zhǔn)備原材料，按實際接單量生產(chǎn)，因此M企業(yè)的半成品、成品庫存較低，庫存集中在原材料。

目前由M企業(yè)內(nèi)部導(dǎo)致的庫存管理問題主要有：不精準(zhǔn)的人工庫存控制形成庫存積壓與呆滯；較弱的信息系統(tǒng)增加庫存控制難度；部分的產(chǎn)品隨機良率導(dǎo)致對應(yīng)易逝原料的積壓或報廢。而M企業(yè)外部供應(yīng)特性也影響著其庫存管理：M企業(yè)外部供應(yīng)商主要有3類：第1類為整車生產(chǎn)工廠指定且處于強勢地位的原材料生產(chǎn)商，主要供應(yīng)鐵料類、塑料類、涂料類三大類原材料；第2類是和M企業(yè)地位對等的其他一級供應(yīng)商，主要供應(yīng)結(jié)構(gòu)類原材料；第3類為處于弱勢地位的二級以下供應(yīng)商，主要供應(yīng)組裝類原材料。

鐵料類和塑料類屬于需求量較大而供應(yīng)商成品庫存水平較低的大宗材料，且其供應(yīng)商分布遠(yuǎn)導(dǎo)致運輸周期長，若實際需求超出預(yù)期需求一定范圍(一般為20%以上)，供應(yīng)商將無法滿足。因此，鐵料類和塑料類原材料的補貨難度較大、補貨成本高，采購提前期比訂單周期長。涂料類原材料為化學(xué)品，其使用有效期較短，屬于易逝品。且特別地，因外飾件產(chǎn)品的涂層加工返工率較高、涂層易被刮花損壞等導(dǎo)致涂料類原材料的使用量不確定。但供應(yīng)商批量生產(chǎn)涂料原材料，庫存較多，臨時缺料可支付一定的補貨成本補貨滿足。因此，涂料類原材料的補貨難度較小、補貨成本較高、采購提前期比訂單周期短。結(jié)構(gòu)類的供應(yīng)商分布在M企業(yè)的周邊，供應(yīng)半徑短，可按需求每周多次送貨或每天送貨。且供應(yīng)商批量生產(chǎn)而產(chǎn)品庫存較多，若臨時缺料在支付一定的補貨成本后可補貨滿足。因此結(jié)構(gòu)類原材料補貨難度非常小、補貨成本非常低、采購提前期比訂單周期短。組裝類的供應(yīng)商分布在外省，但可每周送貨1 ～ 2次。且供應(yīng)商批量生產(chǎn)而產(chǎn)品庫存較多，若臨時缺料支付一定的補貨成本后可補貨滿足。因此組裝類原材料補貨難度較小、補貨成本較低，采購提前期比訂單周期短。

綜上M企業(yè)庫存管理的內(nèi)外部困境，M企業(yè)一方面需建立完善一體化信息系統(tǒng)和提升計劃調(diào)度部門人員的業(yè)務(wù)水平等；另一方面需對原材料進(jìn)行分類管理。

1.2 原材料分類

首先根據(jù)采購提前期和供應(yīng)商類型(供應(yīng)渠道)兩個維度進(jìn)行第1次分類。在采購提前期的分類中，L表示采購提前期較長，S表示采購提前期較短；在供應(yīng)渠道的分類中，A表示整車工廠指定的特定供應(yīng)商，B表示地位對等的其他一級供應(yīng)商，C表示二級以下供應(yīng)商。因此，LA、LB、LC、SA、SB和SC分別表示來自特定渠道且采購提前期較長的原材料、來自其他一級供應(yīng)商且采購提前期較長的原材料、來自二級以下供應(yīng)商且采購提前期較長的原材料、來自特定渠道且采購提前期較短的原材料、來自其他一級供應(yīng)商且采購提前期較短的原材料、來自二級以下供應(yīng)商且采購提前期較短的原材料。由上述M公司的基本概況可進(jìn)行第1次分類：鐵料類和塑料類屬于LA，涂料類屬于SA，結(jié)構(gòu)類屬于SB，組裝類屬于SC，如圖1所示。

圖1 原材料第1次分類圖Figure 1 First classification of raw materials

接著根據(jù)原材料其他影響因素如使用消耗量是否不確定進(jìn)行第2次分類，以便下文分別對其進(jìn)行建模分析，其結(jié)果如圖2所示。其中結(jié)構(gòu)類與組裝類雖分別屬于SB、SC，但其可獲得性(補貨難度和補貨成本)和采購提前期相對較為一致，因而可歸為一類，記為Ⅰ類；涂料類屬SA且具有消耗量不確定的特殊屬性，應(yīng)自成一類，記為Ⅱ類；而鐵料類、塑料類同屬LA，自然可歸為一類，記為Ⅲ類。

圖2 原材料第2次分類圖Figure 2 Second classification of raw materials

2 三類原材料的采購模型建立與算法分析

2.1 Ⅰ類原材料采購模型

由以上原材料分類可知，Ⅰ類原材料包含結(jié)構(gòu)類與組裝類，另實際生產(chǎn)中規(guī)定缺料率不得高于0.001。因Ⅰ類原材料采購提前期較短，此處不考慮采購提前期的影響，即假設(shè)采購提前期為零；且M企業(yè)基于MTO模式訂貨，每周期材料需求量為確定值而非隨機變量。

2.1.1 Ⅰ類原材料采購模型建立

Ⅰ類原材料采購模型符號說明如表1所示。

表1 Ⅰ類原材料采購模型符號Table 1 Meanings of symbols in ordering model for raw materials Ⅰ

2.2 Ⅱ類原材料采購模型

由以上原材料分類可知，Ⅱ類原材料為涂料類，另實際生產(chǎn)中規(guī)定缺料率不得高于0.001。因涂料類原材料為易逝品，此處模型假設(shè)該涂料類原材料的有效期為兩個采購周期，因此期末庫存需不大于兩個月預(yù)期耗量。且因Ⅱ類原材料采購提前期較短，此處不考慮采購提前期的影響，即假設(shè)采購提前期為零；且M企業(yè)基于MTO模式采購，每周期材料需求量為確定值而非隨機變量。特別地，因使用Ⅱ類原材料(涂料類)生產(chǎn)產(chǎn)品時具有一定的產(chǎn)出不確定性，定義k為對應(yīng)的隨機產(chǎn)出率，即生產(chǎn)的原材料投入量為q時 ，其實際產(chǎn)出僅為kq。 其中，k是符合一定概率密度函數(shù)g(x)和 概率分布函數(shù)G(x)的隨機變量，取值范圍為 [0,1][12]。由于存在一定比率的隨機產(chǎn)出，M企業(yè)實際采購的原材料數(shù)量應(yīng)大于客戶訂單數(shù)量，為此，定義補貨系數(shù)k′為因產(chǎn)出不確定性而需擴(kuò)大采購數(shù)量的比例。

2.2.1 Ⅱ類原材料采購模型建立

Ⅱ類原材料采購模型符號說明如表2所示。

表2 Ⅱ類原材料采購模型符號Table 2 Meanings of symbols in ordering model for raw materials Ⅱ

8) 重復(fù)第7) 步運算，從第T+1期逆向遞推求解，直至第1期，并得到最優(yōu)采購決策集合。

2.3 Ⅲ類原材料采購模型

由以上原材料分類可知，Ⅲ類原材料包含鐵料類和塑料類，實際生產(chǎn)中規(guī)定缺料率不得高于0.001。因Ⅲ類原材料采購提前期較長不可忽略，且一般近似為整數(shù)個客戶訂單周期，所以此處設(shè)定采購提前期l= 2，為兩個客戶訂單周期，其他長度的采購提前期與此建模分析類似。

2.3.1 Ⅲ類原材料采購模型建立

Ⅲ類原材料采購模型符號說明如表3所示。

表3 Ⅲ類原材料采購模型符號Table 3 Meanings of symbols in ordering model for raw materials Ⅲ

3 數(shù)值分析

為方便模型的數(shù)據(jù)驗證，以一個自然月為一個周期，研究2017年中的12期，求解出全年相關(guān)總費用最低的采購決策集合，并將得到的采購決策與實際采購決策逐個對比，分析總結(jié)模型效果。

選取整車生產(chǎn)工廠暢銷車型L的零部件車身件門框和外飾件擋泥板為研究對象，分別記作產(chǎn)品1和產(chǎn)品2，其原材料包含前述研究的鐵料類、塑料類、涂料類、結(jié)構(gòu)類和組裝類5類。

3.1 現(xiàn)有模式下的庫存情況分析

3.1.1 原材料的庫存現(xiàn)狀

產(chǎn)品1的生產(chǎn)需求Ⅰ類和Ⅲ類原材料。其原材料清單及庫存管理現(xiàn)狀，如表4所示。

表4 產(chǎn)品1原材料清單及庫存管理現(xiàn)狀Table 4 Raw materials list and inventory management condition for product 1

由表4可見，現(xiàn)有模式下產(chǎn)品1的原材料最低庫存天數(shù)與最高庫存天數(shù)差異較大，即庫存控制穩(wěn)定性差，容易斷供或積壓。

而產(chǎn)品2的生產(chǎn)需求Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類原材料。其原材料清單及庫存管理現(xiàn)狀，如表5所示。

由表5可見，現(xiàn)有模式下產(chǎn)品2的原材料與產(chǎn)品1存在同樣的問題，且更為嚴(yán)重，最高的庫存天數(shù)高達(dá)236.22 d，而最低的僅為0.07 d；另外，消耗量不確定的涂料類約67%的最低庫存天數(shù)小于1 d，斷供風(fēng)險極高導(dǎo)致補貨成本激增。

表5 產(chǎn)品2原材料清單及庫存管理現(xiàn)狀Table 5 Raw materials list and inventory management condition for product 2

3.1.2 原材料的成本現(xiàn)狀

為對比分析現(xiàn)有模式與優(yōu)化方案下的庫存情況下，將現(xiàn)有模式下的原材料庫存成本計算，得到M企業(yè)產(chǎn)品1和產(chǎn)品2中所有原材料相關(guān)庫存成本如表6所示。

表6 2017年產(chǎn)品1、產(chǎn)品2原材料庫存成本現(xiàn)狀Table 6 Inventory cost of raw materials for product 1 and product 2 in 2017

此時訂貨成本、持有成本與補貨成本都十分高昂，在總成本中占比均十分大。

3.2 優(yōu)化方案下的庫存情況分析

3.2.1 需求數(shù)據(jù)

由上文分析可知，Ⅰ類、Ⅱ類原材料采購提前期小于客戶訂單周期，MTO模式下可直接利用正式訂單數(shù)據(jù)訂購，而2017年暢銷車型L每月正式訂單數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 2017年暢銷車型L每月正式訂單數(shù)據(jù)Table 7 Monthly official order data of the best-selling car L in 2017

而Ⅲ類原材料采購提前期大于客戶訂單周期，為兩個月，需要用預(yù)測的需求數(shù)據(jù)。Ⅲ類原材料分別兩個月和一個月的預(yù)測訂單數(shù)據(jù)如表8所示。

表8 2017年暢銷車型L每月預(yù)測訂單數(shù)據(jù)Table 8 Monthly forecasted order data of the best-selling car L in 2017

3.2.2 最優(yōu)采購決策分析

表9 2017年Ⅰ類原材料月度采購量最優(yōu)解Table 9 Monthly optimal order quantities of raw materials Ⅰ in 2017

表10 2017年Ⅱ類原材料月度采購量最優(yōu)解Table 10 Monthly optimal order quantities of raw materials Ⅱ in 2017

表11 2017年Ⅲ類原材料月度采購量最優(yōu)解Table 11 Monthly optimal order quantities of raw materials Ⅲ in 2017

3.2.3 優(yōu)化方案下的成本分析

通過上述最優(yōu)采購決策與成本函數(shù)可得優(yōu)化方案下的庫存成本如表12所示。

表12 優(yōu)化方案下的庫存成本Table 12 Inventory cost of the optimal ordering model

此時，持有成本與補貨成本得到顯著降低，在總成本中占比也明顯下降。

3.3 現(xiàn)有模式與優(yōu)化方案的對比分析

3.3.1 庫存成本對比分析

在優(yōu)化方案下，產(chǎn)品1和產(chǎn)品2的3類原材料的庫存總成本均有了不同程度的下降，其中第Ⅲ類原材料的成本下降幅度最明顯，高達(dá)25.7%。具體的現(xiàn)有模式和優(yōu)化方案下的成本比較結(jié)果如表13所示。

表13 3類原材料優(yōu)化前后庫存成本比較Table 13 Comparison of inventory cost of three kinds of raw materials

3.3.2 存貨天數(shù)對比分析

在優(yōu)化方案下，Ⅰ、Ⅱ類原材料的存貨周轉(zhuǎn)明顯改善，能夠發(fā)揮供應(yīng)鏈的協(xié)同優(yōu)勢、提高原材料供應(yīng)效率并減少資金占用。而Ⅲ類原材料由于采購提前期長等原因改善優(yōu)化的幅度沒有Ⅰ、Ⅱ類原材料高，但也十分可觀。具體的現(xiàn)有模式和優(yōu)化方案下的平均存貨天數(shù)比較結(jié)果如表14所示。

表14 3類原材料平均存貨天數(shù)比較Table 14 Comparison of average inventory turnover of three kinds of raw materials

4 結(jié)論與展望

M企業(yè)作為一個大型汽車零部件制造企業(yè)，其原材料庫存管理為企業(yè)管理的重點和難點，原材料的嚴(yán)重積壓影響公司儲存、占用大量資金并增加重復(fù)搬運和尋找材料等無效作業(yè)，嚴(yán)重制約企業(yè)的經(jīng)營改善。因而該類企業(yè)亟需應(yīng)用有理論支撐的庫存管理方案。

本文主要針對M企業(yè)目前在原材料庫存管理中的關(guān)鍵問題，即交付壓力巨大與存貨管理成本高昂。在原材料分類管理方面，將本文研究的原材料分為三大類，根據(jù)采購提前期和供應(yīng)商類型(供應(yīng)渠道)兩個維度第1次分類，再根據(jù)原材料的其他影響因素如使用消耗量是否不確定進(jìn)行第2次分類。接著，用動態(tài)規(guī)劃方法為3類原材料分別建立以最小化存貨管理成本為目標(biāo)的多周期模型并求解得出對應(yīng)最優(yōu)采購策略和最優(yōu)采購策略結(jié)構(gòu)。然后，用M企業(yè)的實際庫存數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析。通過比較M企業(yè)現(xiàn)有模式和優(yōu)化方案的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品1和產(chǎn)品2的3類原材料的庫存成本顯著降低，原材料的存貨周轉(zhuǎn)天數(shù)明顯縮短。

本文的研究成果對類似M企業(yè)的大型汽車零部件制造廠的庫存管理優(yōu)化而言具有較大的理論指導(dǎo)意義和應(yīng)用價值，且仍有許多值得深入研究的方向。首先，可權(quán)衡比較不同的時間單位下管理成本增加與庫存成本減少的情況，嘗試將模型核算周期調(diào)整為周、日等更小時間單位以進(jìn)一步精確和完善本模型。其次，可加入原材料的共用性、供應(yīng)頻次、流轉(zhuǎn)調(diào)度等因素對原材料分類，在權(quán)衡細(xì)分帶來的收益與成本后使分類結(jié)果更客觀科學(xué)準(zhǔn)確。最后，本文的研究根據(jù)MTO模式將需求轉(zhuǎn)化為顧客提供的預(yù)測數(shù)據(jù)和實際訂單數(shù)據(jù)，后續(xù)可拓展研究隨機的不確定需求，進(jìn)一步增加模型及結(jié)論的適用性。