邢宏珍，張 晶，陳 雷

(1.湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(méi)有量產(chǎn)，處于試驗(yàn)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(kāi)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(xiàng)目(制造令號(hào))的方式小批量的試制式生產(chǎn)，不斷對(duì)車型進(jìn)行改版與升級(jí)，項(xiàng)目結(jié)束則該車型停產(chǎn)。由于試制車型通常不會(huì)有較長(zhǎng)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(huì)和量產(chǎn)車型分開(kāi)管理，物料需求采用手工下達(dá)生產(chǎn)指示和采購(gòu)訂單來(lái)單獨(dú)應(yīng)對(duì)。但隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，各企業(yè)新車型的推出速度越來(lái)越快；特種汽車生產(chǎn)企業(yè)的訂單需求也越來(lái)越多元。用手工方式對(duì)試制車型進(jìn)行物料需求計(jì)算和管理面臨越來(lái)越多的問(wèn)題，迫切需要采用一種合適的MRP算法和系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行管理。

物料需求管理的核心是物料需求計(jì)算。物料需求計(jì)算是基于固定的提前期而產(chǎn)生的一個(gè)BOM(物料清單)中所有非獨(dú)立需求明細(xì)項(xiàng)的訂貨進(jìn)度的計(jì)劃技術(shù)，最終產(chǎn)品依BOM展開(kāi)，生成的物料需求計(jì)劃表明采購(gòu)件或生產(chǎn)件的數(shù)量與時(shí)間[1,2]。簡(jiǎn)而言之，MRP物料需求計(jì)算就是將最終產(chǎn)品分解成組成物料的采購(gòu)計(jì)劃、自制件生產(chǎn)計(jì)劃和委外加工計(jì)劃的過(guò)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(jì)劃(即車型生產(chǎn)計(jì)劃)、BOM、工藝路線、工作日歷等生成毛需求，再根據(jù)庫(kù)存、在途定單、已分配定單、安全庫(kù)存等計(jì)算凈需求，對(duì)于采購(gòu)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(wú)法進(jìn)行物料需求計(jì)算。

試制車型處于未定型的試驗(yàn)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(gè)車型的BOM物料通常達(dá)三四千種甚至上萬(wàn)種，且很多零件使用一次不合適后就需要更改，要業(yè)務(wù)部門(mén)能及時(shí)準(zhǔn)確地維護(hù)好工藝路線等參數(shù)，工作量極其巨大，通常不太現(xiàn)實(shí)。因此標(biāo)準(zhǔn)的MRP算法和常見(jiàn)的MRP軟件很難應(yīng)用于試制車型的物料需求計(jì)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(shí)際應(yīng)用中的摸索，提出一種建立在粗能力計(jì)劃(RCCP)、不考慮能力需求計(jì)劃(CRP)的前提下，使用工位替代法和鎖定期滾動(dòng)計(jì)算法來(lái)進(jìn)行試制車型的MRP物料需求計(jì)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(dǎo)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(gòu)件和外委件。工藝路線是物料需求計(jì)算時(shí)生成車間生產(chǎn)計(jì)劃的必要參數(shù)，是工時(shí)定額的主要依據(jù)，也是能力需求計(jì)劃的依據(jù)。MRP計(jì)劃是否可行，通常需要能力需求計(jì)劃來(lái)驗(yàn)證[3,4]，但試制車型通常按制造令號(hào)排產(chǎn)，基于粗能力計(jì)劃，可以利用線性規(guī)劃(LP)等方法通過(guò)主生產(chǎn)計(jì)劃(MPS)將需求平衡到具體的日期，一般認(rèn)為試制車型的MRP計(jì)算不會(huì)超過(guò)能力需求計(jì)劃，因此可以不考慮能力需求計(jì)劃。

常見(jiàn)的工藝路線展示如表1所示，實(shí)際生產(chǎn)中，工藝路線的節(jié)拍、生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間等參數(shù)是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的測(cè)算和經(jīng)驗(yàn)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(hù)起來(lái)極為困難。

表1 物料A的工藝路線示例

對(duì)某特種汽車制造企業(yè)試制車型實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)：生產(chǎn)單元分為四級(jí)：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(gè)物料都必定在其中一個(gè)工位上進(jìn)行加工或裝配。因此，雖然維護(hù)每個(gè)新物料的工藝路線存在缺乏經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐和工作量大難以實(shí)現(xiàn)，但因?yàn)樵囍栖囆偷奈锪闲枨笥?jì)劃的時(shí)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(lái)，就會(huì)形成一種類似工藝路線的技術(shù)性文件，可以用來(lái)編制計(jì)劃、指導(dǎo)生產(chǎn)。通過(guò)這種方法，不必維護(hù)每個(gè)物料的工藝路線，而只需要在BOM中維護(hù)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(huì)不同，故不能在物料表中維護(hù))。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(shè)計(jì)一些常用的計(jì)劃類別。

表2 計(jì)劃類別設(shè)置

這樣的計(jì)劃類別設(shè)置，在一定程度上相當(dāng)于一種比較粗的工藝路線，由于試制車型的需求時(shí)間一般到天就可以，便可以通過(guò)在BOM中對(duì)物料維護(hù)工位的方式來(lái)代替工藝路線，只要保證車型的BOM在新增物料時(shí)有工位，就可以簡(jiǎn)化掉工藝路線的維護(hù)功能。計(jì)劃類別設(shè)置好以后，生產(chǎn)計(jì)劃就可以按照計(jì)劃類別進(jìn)行編制，如表3所示。

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

在維護(hù)BOM時(shí)為物料維護(hù)工位，顯然比為每個(gè)物料設(shè)置在每個(gè)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(shí)踐中具有較好的可操作性。

三、鎖定期滾動(dòng)計(jì)算

試制車型的另一個(gè)特點(diǎn)就是BOM易變。由于試制車型是處在一個(gè)不斷完善的過(guò)程，其設(shè)計(jì)圖紙會(huì)不停變更，相應(yīng)會(huì)帶來(lái)設(shè)計(jì)BOM和制造BOM的不斷變化 。

MRP根據(jù)制造BOM展開(kāi)計(jì)算，耗時(shí)一般很長(zhǎng)，通常會(huì)計(jì)算一個(gè)比較長(zhǎng)的時(shí)間范圍的需求，常見(jiàn)的是按周或按月計(jì)算[5]，而試制車型的BOM變化是非常頻繁的，幾乎每天會(huì)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(shuō)一周或一個(gè)月的BOM變化，這樣就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重問(wèn)題：根據(jù)計(jì)算時(shí)刻的制造BOM計(jì)算出來(lái)物料需求向供應(yīng)商下達(dá)定單，但在計(jì)算時(shí)刻到定單到貨之前這個(gè)時(shí)間段，BOM發(fā)生了變化，某些物料已經(jīng)取消或變更，按原計(jì)劃執(zhí)行的話，就會(huì)產(chǎn)生無(wú)效的要貨，導(dǎo)致無(wú)效的庫(kù)存。這是許多企業(yè)無(wú)法使用MRP進(jìn)行試制車型物料需求計(jì)算的主要原因。

通過(guò)實(shí)踐探索，鑒于試制車型生產(chǎn)量一般不大，對(duì)該問(wèn)題可以引入主生產(chǎn)計(jì)劃的需求時(shí)界和計(jì)劃時(shí)界處理策略——主生產(chǎn)計(jì)劃通常對(duì)需求時(shí)界中的需求進(jìn)行鎖定，而計(jì)劃時(shí)界中的需求允許變動(dòng)[3,6]。相應(yīng)地，可以采用每天進(jìn)行MRP計(jì)算，邊滾動(dòng)邊鎖定的方式來(lái)計(jì)算BOM頻繁變化時(shí)的物料需求。通過(guò)滾動(dòng)計(jì)算，每天定時(shí)根據(jù)最新的BOM對(duì)物料需求進(jìn)行重排計(jì)算，產(chǎn)生最新的物料需求計(jì)劃替代之前計(jì)算出來(lái)的計(jì)劃，可以最大程度上保證物料需求的準(zhǔn)確性——但由于無(wú)論是生產(chǎn)計(jì)劃還是采購(gòu)計(jì)劃，為確保按時(shí)滿足交付需求，都必須給予一定的提前期，對(duì)于提前期已經(jīng)進(jìn)入某個(gè)時(shí)間范圍時(shí)所生成的需求指示必須進(jìn)行鎖定，這決定了不可能總是能用最新的BOM計(jì)算物料需求。以采購(gòu)需求為例，MRP進(jìn)行凈需求計(jì)算時(shí)，有兩個(gè)重要時(shí)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(dá)日期(即毛需求日期減去提前期)。理論上，定單下達(dá)日期必須是在當(dāng)前時(shí)刻以后，如果定單下達(dá)日期臨近當(dāng)前時(shí)刻，則必須無(wú)條件執(zhí)行，否則就無(wú)法按期到貨，允許臨近當(dāng)前時(shí)刻多長(zhǎng)時(shí)間可以下達(dá)正式定單就是鎖定期的作用——對(duì)物料設(shè)置鎖定期后，可以確定其鎖定區(qū)間，MRP計(jì)算時(shí)對(duì)定單下達(dá)日期進(jìn)入鎖定區(qū)間的需求進(jìn)行鎖定，允許下達(dá)定單。

鎖定期的設(shè)計(jì)方法有多種，可以設(shè)置為固定鎖定期，如根據(jù)質(zhì)檢、送貨等時(shí)間，對(duì)所有物料定義為若干天；也可以借薦ABC分類法，對(duì)不同物料設(shè)置不同鎖定期，如根據(jù)零件的價(jià)值、采購(gòu)/生產(chǎn)周期、BOM變動(dòng)頻率等特點(diǎn)來(lái)設(shè)置，如，將一般不會(huì)發(fā)生變化的標(biāo)準(zhǔn)件定為C類，發(fā)生變更機(jī)率較小的物料定為B類，而對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙上尚不確定、可能會(huì)變化的零件定為A類，對(duì)A、B、C類零件設(shè)置鎖定期為日、三日、周/月。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

基于該前提，每日的凈需求數(shù)量(Qn)根據(jù)主生產(chǎn)計(jì)劃按BOM展開(kāi)的毛需求數(shù)量(Qg)和在途定單(P)、安全庫(kù)存(Qsafe)、已分配訂單(A)等計(jì)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(jì)算出凈需求應(yīng)下達(dá)定單的日期j和當(dāng)日需求下達(dá)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(dāng)前計(jì)劃期的開(kāi)始時(shí)間到結(jié)束時(shí)間。Qbi表示i當(dāng)日期初庫(kù)存；Qbi-1表示i上一日期初庫(kù)存；Ai-1表示上一日已分配定單；SNPQZ表示按批量規(guī)則進(jìn)行訂貨量計(jì)算，根據(jù)物料屬性和設(shè)置的不同的批量規(guī)則，有不同的取整策略，常見(jiàn)的批量規(guī)則有固定批量、配套批量、補(bǔ)貨到最大庫(kù)存等[6]，如果SNPQZ值是負(fù)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(jì)劃訂單、待確認(rèn)訂單和正式定單三類：j超出鎖定區(qū)間時(shí)生成的Qdj作為計(jì)劃訂單，可以提前下達(dá)給供應(yīng)商，但不作為訂貨依據(jù)，也可以不下達(dá)；j在鎖定區(qū)間內(nèi)的Qdj生成待確認(rèn)訂單，待確認(rèn)訂單需要人工確認(rèn)后才能轉(zhuǎn)為正式定單，只有正式定單是供應(yīng)商備發(fā)貨和交貨的依據(jù)。在MRP重排計(jì)算時(shí)，對(duì)于計(jì)劃訂單、待確認(rèn)訂單需求予以覆蓋，而正式定單需求則予以保留，這樣會(huì)生成一個(gè)連續(xù)滾動(dòng)的、正式定單相對(duì)精確的物料需求清單。

對(duì)于新零件，供應(yīng)商通常也需要一定的試制期，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)鎖定期的設(shè)置可能較大，該方法不能百分百解決因BOM變更導(dǎo)致的要貨錯(cuò)誤，仍需要通過(guò)其它手段，比如根據(jù)設(shè)計(jì)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(duì)精確和業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行。該方法需要每天運(yùn)行MRP物料需求計(jì)算，而MRP計(jì)算是非常耗時(shí)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(gòu)時(shí)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(gòu)，BOM只搭到顏色件，如果按白件采購(gòu)，然后通過(guò)委外和自制加工成顏色件，BOM會(huì)在白件下層搭顏色件。試制車型因?yàn)樵囍茢?shù)量少而顏色多，大部分車身同色件是按白件采購(gòu)，通過(guò)委外加工為顏色件。

對(duì)于量產(chǎn)車型來(lái)說(shuō)，因?yàn)槭浅掷m(xù)性生產(chǎn)，車身同色件不會(huì)成為問(wèn)題，無(wú)論是直接采購(gòu)顏色件還是采購(gòu)白件進(jìn)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(jì)算各種顏色件的采購(gòu)凈需求，白件自制加工或委外加工的工序，按工序計(jì)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(huì)成為一個(gè)比較大的問(wèn)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(yīng)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(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際要貨需求，沒(méi)有用完的顏色件通常會(huì)變成積壓庫(kù)存，最終報(bào)廢，根據(jù)某企業(yè)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，其報(bào)廢數(shù)量和金額很驚人，因此在試制車型的物料需求計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)予以解決，優(yōu)先消耗同色顏色件。

以較常見(jiàn)的白件委外成顏色件的業(yè)務(wù)模式進(jìn)行討論：白件是采購(gòu)件，顏色件是委外件，MRP采購(gòu)需求計(jì)算只會(huì)計(jì)算是采購(gòu)件的白件，但按照白件采購(gòu)凈需求來(lái)計(jì)算倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存時(shí)，倉(cāng)庫(kù)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(kù)存視作白件顯然不對(duì)，但是如果不算入，則這部分顏色件可能永遠(yuǎn)沒(méi)有機(jī)會(huì)消耗，而如果按照顏色件(非采購(gòu)件)計(jì)算采購(gòu)凈需求則不符合標(biāo)準(zhǔn)MRP算法，所以，為解決試制車型的車身同色件顏色件的庫(kù)存積壓?jiǎn)栴}，需要尋找一種新的思路，一種可行的算法是，毛需求按標(biāo)準(zhǔn)MRP算法計(jì)算，但凈需求計(jì)算時(shí)考慮顏色件，當(dāng)需求中所需要的顏色件倉(cāng)庫(kù)中已有庫(kù)存，則白件的采購(gòu)需求應(yīng)當(dāng)相應(yīng)減少，具體算法如下：完成MRP毛需求計(jì)算后，計(jì)算凈需求時(shí)，首先生成委外計(jì)劃，根據(jù)本次主生產(chǎn)計(jì)劃中有多少種顏色件需求，分別計(jì)算展開(kāi)BOM后的顏色件的毛需求和當(dāng)前庫(kù)存，如果當(dāng)前庫(kù)存大于其毛需求，則在白件的期初庫(kù)存中加上該顏色件的毛需求；如果當(dāng)前庫(kù)存小于等于其毛需求，則在白件的期初庫(kù)存中加上該顏色件的當(dāng)前庫(kù)存；直到所有該白件在計(jì)劃中出現(xiàn)的顏色件計(jì)算完，該算法能較準(zhǔn)確的消耗掉庫(kù)存中的顏色件。白件的期初庫(kù)存Qn計(jì)算公式如下：

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

(5)

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

該算法對(duì)庫(kù)存記錄規(guī)則有一定要求，要求庫(kù)存中對(duì)白件物料號(hào)和顏色件物料號(hào)進(jìn)行區(qū)分，并分別記錄庫(kù)存，而不能是不區(qū)分顏色的物料號(hào)的庫(kù)存。通過(guò)模擬和實(shí)測(cè)，該算法在一定程度上能較好的解決顏色件的積壓?jiǎn)栴}，較原來(lái)使用白件物料號(hào)進(jìn)行庫(kù)存記錄、進(jìn)行凈需求計(jì)算有顯著減少。

五、結(jié)語(yǔ)

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(lái)，在MRP基礎(chǔ)上已逐步發(fā)展出MRPII、ERP、APS(高級(jí)計(jì)劃與排產(chǎn))等理論和系統(tǒng)，但在物料需求計(jì)算上，其核心仍是MRP算法，標(biāo)準(zhǔn)MRP算法往往因?yàn)橐筇叨鵁o(wú)法在試制車型管理中得到較好應(yīng)用，導(dǎo)致試制車型往往單獨(dú)手工管理。因此，有必要根據(jù)企業(yè)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)對(duì)試制車型MRP算法做部分適應(yīng)性的改造，建設(shè)相應(yīng)信息系統(tǒng)，來(lái)減輕其相關(guān)人員的工作量、提升需求計(jì)劃準(zhǔn)確度和管理效率。

本文通過(guò)在實(shí)踐中摸索與總結(jié)，探討了一種基于MRP基本原理，針對(duì)試制車型物料需求計(jì)算和管理的方法，目前該方法已應(yīng)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(duì)特定企業(yè)的特定業(yè)務(wù)需求，能否普遍適用有待驗(yàn)證，且算法仍有許多可改進(jìn)之處，有待進(jìn)一步完善。