基于瓶颈物料的农机净需求算法研究及系统实现∗

王勇，袁逸萍，李明，李晓娟

(新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐830049)

0 引言

农机生产企业属于典型的离散制造业，机型繁多、个性化需求突出、产品结构复杂、产品构件多为外购，产品BOM信息管理困难．在实际生产中，农机企业多以市场和订单为依据制定生产计划，通过MRP系统计算出物料需求数量，进行物料采购．但农机在生产过程中存在紧急插单、工艺路线更改、产品类型变更等变化，导致企业无法迅速识别生产过程中的瓶颈物料，不能最大化利用库存物料．

凌琳等在物料流瓶颈对制造车间不确定环境的敏感性的研究中，提出了物料流瓶颈对瓶颈漂移因素的敏感性度量方法，通过定义物料流瓶颈，从生产速率和生产质量两个方面探究了制造单元生产能力和需求[1]；徐汉川等在瓶颈能力均衡优化利用的主生产计划方法中，提出一种基于瓶颈能力均衡优化利用的主生产计划排产方法，解决企业生产计划与控制系统中主生产计划的优化编制和能力均衡利用问题[2]；郭洪禹等对MRP进行分析与实践，即在分析MRP的工作逻辑和工作原理的基础上，对MRP的运算逻辑、BOM数据结构的处理等关键问题进行了深入的研究，并提出了解决方案[3]；钟黎明等探讨了MRP中物料净需求的算法研究，从应用的角度研究基于低层码的物料净需求算法，很好的控制了物料需求计划的顺序，提高了运行效率[4]．

然而，物料需求计划在实际生产中，由于生产计划更改、物料供应不足等不确定因素，导致现有的MRP系统无法迅速识别当前的瓶颈物料，不能及时有效根据现有可用物料量来调整生产计划．因此，本文通过研究物料需求计划与模块化BOM结构，提出基于瓶颈物料的物料净需求算法，结合模块化BOM结构的应用，开发出面向农机的物料净需求系统．

1 面向农机的模块化BOM构成

1.1 农业机械产品BOM特点

农业机械生产的机型繁多，每个机型一般是由多个不同功能的部件构成，每个部件中又由各种相同或相异的零组件、元器件及原材料组成；同一功能的部件具有多种变异类型，部分零部件通用性强．这就导致了父部件与子零部件的结构关系不再是单一的“单父-多子”或者“多父-单子”，甚至出现“多父-多子”[5]．

农机生产过程中，产品的BOM通常由以下3种类型物料组成,见图1．

图1 某型号玉米收割机部分BOM信息

（1）通用组件．农机生产中都必须用到的相同的零件，如农机中车灯、液压转向装置．

（2）基本组件．基本组件是所有产品不可或缺的，组件中可能会存在多种选择组件，使用时必须选择一种．如农机中的发动机是必不可少的，但发动机可以根据动力大小、供应商等信息进行选择．

（3）特殊功能组件．农机的生产实际上就是功能实现的过程，不同功能的机器，具有特殊功能组件．如联合收割机与其他农机相比，割台是其特殊的功能组件．

1.2 面向农机的模块化BOM构造

物料清单（Bill of Material，BOM）将生产涉及的物料转换成表述成品结构的文件，是联系企业各部门业务活动的纽带[6]．BOM数据结构将直接影响MRP系统性能．目前BOM的构造有两种基本方法：单层BOM结构和多层BOM结构．但面对农机生产中复杂、庞大的BOM信息，单层BOM和多层BOM已经不能满足此系统的需要．

模块化是标准化在产品研发、制造过程中的应用．模块化设计是通过对产品的系统分析，将其中具有相同或相似功能的单元分离出来，再用标准化思想进行统一、合并和简化，以模块化的形式独立保存下来，最后根据农机功能要求，将模块组合成产品[7]．

2 面向农机生产的库存管理

农机制造所需物料众多，农机物料管理困难．ABC分类法可以将关键的少数和非关键的多数区分开来，此方法使企业把管理重点放在少数关键物料上面，从而降低农机物料管理的难度[8]．ABC分类控制管理方式如表1所示.

3 基于瓶颈物料的农机物料净需求算法

瓶颈物料是指在农机生产过程中制约整个系统有效产出的关键物料，它是制约物料需求计划实施的约束因素，直接决定着现有物料对生产计划的满足程度，是生产管理与过程控制的关键点．

表1 不同物料库存的控制策略

农机企业通常以市场需求和订单为依据制定企业主生产计划，通过MRP计算，对BOM信息逐层展开、分解．当出现生产计划改变，企业难以准确识别瓶颈物料．因此，为了能够使生产计划准确、迅速、动态的响应，提高制造系统的整体绩效，本文从企业物料可用量入手，制定基于瓶颈物料的净需求计划，结合企业产品BOM信息，以机型的部件信息为模块，计算出瓶颈部件，再将该部件信息分解成最底层的物料信息，从而确定出生产过程中的瓶颈物料，计算流程如图2所示．

图2 物料净需求计算流程

图3 面向农机生产的瓶颈物料判别流程

3.1 瓶颈物料识别

在农机生产过程中，瓶颈物料的识别是根据物料可用量，计算出上级（即部件）的实际可生产数量，对部件进行分解计算，确定出瓶颈物料信息．判别流程如图3所示，具体步骤为：

Step1:根据计划信息输入产品型号信息；

Step2:结合产品模块化BOM信息，并获取产品部件个数n；

Step3:初始化i=1；

Step4:通过企业物料采购计划，获得第i个部件中各物料的可用量N(t)，并计算各物料的可装配部件数量BJ num，取最小BJmin，并记录相应的瓶颈物料信息；

Step5:若i<=n，i=i+1，执行Step3，否则，执行Step5；

Step6:获取n个部件的可生产数量，取最小值BJmin；

Step7:得到部件的瓶颈信息，分解部件，获得瓶颈物料信息；

Step8:除去瓶颈物料信息中的C类物资，得到A和B两类物资的瓶颈信息．

3.2 基于瓶颈物料的生产物料净需求计算

根据识别出的瓶颈物料，进行瓶颈物料的净需求计算．物料可用量N(t)的计算与下列计算量有关，计算流程如图4所示．

图4 物料可用量N(t)计算流程

（1）毛需求量S(t)

毛需求量是指物料的需求数据根据独立需求和相关需求的数量直接合计得出，它是根据主生产计划成品的数量和产品BOM结构得到的需求量，尚未考虑库存已有数量和未来的预计到货量等信息．对于独立需求物料，毛需求量=主生产计划需求量，对于相关需求物料，毛需求量=父项的净需求×用量因子．

（2）现有库存量P(t)

现有库存量指企业中在第t时段内某一物料的实际总量．

（3）已分配量A(t)

已分配量是企业在第t时段内已分配的物料数量．

（4）安全库存量Safestock

为了确保生产的持续性，避免出现因为不稳定物料供应而导致的物料缺货的情况，一般设置物料的安全库存量．

（5）计划收到量R(t)

预计到货量是企业在第t时段内因采购等原因物料到货的数量．

（6）合格率u

在最终需求的物料中，总会存在一定数量不合格的物料，为充分满足生产需要，增加了相应物料的数量．

因此，第t时段物料净需求量为

4 系统实现

4.1 系统开发工具及体系框架

系统采用的开发工具如下：

编程调试软件：Visual Studio.NET 2008（以.NET Framework 3.5为基础，选用C#作为服务端语言）；数据库软件：Microsoft SQL Server 2008．

基于模块化BOM的农机生产物料净需求系统采用典型的C/S三层结构框架模式，包括用户层、业务层和数据层[9]．系统总体框架如图5所示．

4.2 实例分析

以某农机企业生产为例．由于订单需求，现需要生产一批YE-8300型玉米收割机．企业执行新生产计划，难以准确判断出企业生产过程中出现的瓶颈物料．

YE-8300型玉米收割机由15个不同功能的部件组成，每个部件又由数量不等零件组成，并且不同部件公用一个或者多个零件．YE-8300型玉米收割机部分组成如表2所示．

表2 YE-8300型玉米收割机部分部件结构表

4.2.1 BOM信息创建

农机整机BOM信息创建是按照先部件后整机的顺序原则，其创建流程如图6所示．

图5 系统总体框架

图6 整机BOM信息创建流程图

1.创建部件BOM信息

进入部件BOM创建界面如图7所示，根据界面的提示填写部件信息．

2.创建整机BOM信息

进入整机BOM创建界面，如图8所示，根据提示填写机型名称、型号信息．部件选择有两种方式：一是在右侧选择该机型的部件信息以及填写单装数量；二是导入事先整理好的部件BOM信息的excel文件．

图7 创建部件BOM信息

图8 创建整机BOM信息

4.2.2 瓶颈物料运算

进入计算界面，用户选择计算目标机型后，系统将显示该机型的产品结构，右键单击开始计算，系统将显示当前各部件的装配数量，以及瓶颈部件信息，如图9所示．

通过比较可装配数量，得到发动机的可装配数量最小，因此识别出发动机为瓶颈部件．

4.2.3 基于瓶颈物料的面向农机生产物料净需求计算

根据上述结果，对发动机进行物料净需求计算，如图10所示．填写瓶颈部件信息，输入数量，获得发动机装配的物料需求数量．由于油壶固定板和牌照固定板属于C类物料，因此在物料净需求计算时，除去C类物料，只对发动机架焊合、门框焊合等物料进行物料净需求计算．

图9 系统计算结果

图10 获取瓶颈物料信息

5 结论

(1)本文通过对瓶颈物料与物料需求计划研究，提出基于瓶颈物料的物料净需求算法，结合模块化BOM构造方法，实现了基于瓶颈物料的农机生产物料净需求的研究与实现；

(2)在该系统中，用户可以方便快捷地修改、创建部件、整机的BOM信息，方便BOM信息管理，能够提高企业内部产品设计的标准化、系列化程度；

(3)通过物料净需求计算，得到现有物料可用量能够生产成品数量以及相应的瓶颈物料信息．将ABC分类法运用到实际库存管理中，提高企业判断物料可用库存量对新生产计划需求满足程度的能力；实现生产过程中瓶颈物料识别，提高瓶颈物料管理能力，使得现有物料可用库存量最大程度满足新生产计划的需求．