试制车型的物料需求管理探讨

邢宏珍，张 晶，陈 雷

(1.湖北工业职业技术学院，湖北 十堰 442000;2.深圳联友科技有限公司，广东 深圳 518000)

一、引言

试制车型是指没有量产，处于试验阶段的车型。在汽车制造企业有两种情况生产试制车型：一种是拟开发的新车型的试制阶段，试制成功后转为量产车型；另一种是特种汽车制造企业，面向特殊行业或客户，采用按项目(制造令号)的方式小批量的试制式生产，不断对车型进行改版与升级，项目结束则该车型停产。由于试制车型通常不会有较长的、稳定的量产周期，数量也较少，汽车生产企业通常会和量产车型分开管理，物料需求采用手工下达生产指示和采购订单来单独应对。但随着汽车市场竞争的日益加剧，各企业新车型的推出速度越来越快；特种汽车生产企业的订单需求也越来越多元。用手工方式对试制车型进行物料需求计算和管理面临越来越多的问题，迫切需要采用一种合适的MRP算法和系统来进行管理。

物料需求管理的核心是物料需求计算。物料需求计算是基于固定的提前期而产生的一个BOM(物料清单)中所有非独立需求明细项的订货进度的计划技术，最终产品依BOM展开，生成的物料需求计划表明采购件或生产件的数量与时间[1,2]。简而言之，MRP物料需求计算就是将最终产品分解成组成物料的采购计划、自制件生产计划和委外加工计划的过程。

汽车制造业MRP物料需求系统，一般根据MPS主生产计划(即车型生产计划)、BOM、工艺路线、工作日历等生成毛需求，再根据库存、在途定单、已分配定单、安全库存等计算净需求，对于采购需求再根据批量规则、批量周期等确定订货量，缺少其中任何参数，都无法进行物料需求计算。

试制车型处于未定型的试验阶段，新零件众多，BOM与工艺路线处于不停的变化之中，而一个车型的BOM物料通常达三四千种甚至上万种，且很多零件使用一次不合适后就需要更改，要业务部门能及时准确地维护好工艺路线等参数，工作量极其巨大，通常不太现实。因此标准的MRP算法和常见的MRP软件很难应用于试制车型的物料需求计算。本文基于MRP基本原理，根据在某特种汽车生产企业的试制车型需求管理实际应用中的摸索，提出一种建立在粗能力计划(RCCP)、不考虑能力需求计划(CRP)的前提下，使用工位替代法和锁定期滚动计算法来进行试制车型的MRP物料需求计算和管理的方法。

二、采用工位替代工艺路线

工艺路线是指导物料加工或装配顺序的技术性文件[3]，整车制造企业用到的工艺路线通常包括自制件工艺路线、分总成装配路线、整车装配路线等，分总成与整车装配路线中一般包括自制件、采购件和外委件。工艺路线是物料需求计算时生成车间生产计划的必要参数，是工时定额的主要依据，也是能力需求计划的依据。MRP计划是否可行，通常需要能力需求计划来验证[3,4]，但试制车型通常按制造令号排产，基于粗能力计划，可以利用线性规划(LP)等方法通过主生产计划(MPS)将需求平衡到具体的日期，一般认为试制车型的MRP计算不会超过能力需求计划，因此可以不考虑能力需求计划。

常见的工艺路线展示如表1所示，实际生产中，工艺路线的节拍、生产准备时间等参数是经过长期的测算和经验总结后确定的平均数，试制车型大量使用一次性的新零件，这些参数往往难以获得，维护起来极为困难。

表1 物料A的工艺路线示例

对某特种汽车制造企业试制车型实际生产过程的调查和分析发现：生产单元分为四级：生产中心、车间、生产线、工位。在相同的生产中心，做相同的加工/装配处理，一般有固定的工位，每个物料都必定在其中一个工位上进行加工或装配。因此，虽然维护每个新物料的工艺路线存在缺乏经验数据支撑和工作量大难以实现，但因为试制车型的物料需求计划的时间不需要非常精确，则只要将特定的加工使用哪些工位的数据固化下来，就会形成一种类似工艺路线的技术性文件，可以用来编制计划、指导生产。通过这种方法，不必维护每个物料的工艺路线，而只需要在BOM中维护其工位即可(由于不同生产中心相同车型的BOM可能不同，同一物料其所在工位会不同，故不能在物料表中维护)。如表2所示，根据生产中心，按车间和生产线，根据工位设计一些常用的计划类别。

表2 计划类别设置

这样的计划类别设置，在一定程度上相当于一种比较粗的工艺路线，由于试制车型的需求时间一般到天就可以，便可以通过在BOM中对物料维护工位的方式来代替工艺路线，只要保证车型的BOM在新增物料时有工位，就可以简化掉工艺路线的维护功能。计划类别设置好以后，生产计划就可以按照计划类别进行编制，如表3所示。

采用这种方法编制主生产计划，在物料需求计算时，就不需要通过工艺路线来计算车间作业计划，而是通过展开后的BOM中物料的工位去关联主生产计划计划类别中的工位，如果某物料的工位存在于计划类别中当天有生产计划数量的工位中，则可以根据BOM中该物料的采购属性，分别产生该天采购、生产、委外物料需求计划。

在维护BOM时为物料维护工位，显然比为每个物料设置在每个生产中心中的各道工序生成工艺路线工作量要小得多，因此该方法在实践中具有较好的可操作性。

三、锁定期滚动计算

试制车型的另一个特点就是BOM易变。由于试制车型是处在一个不断完善的过程，其设计图纸会不停变更，相应会带来设计BOM和制造BOM的不断变化 。

MRP根据制造BOM展开计算，耗时一般很长，通常会计算一个比较长的时间范围的需求，常见的是按周或按月计算[5]，而试制车型的BOM变化是非常频繁的，几乎每天会变，第一天的BOM和第二天的BOM可能就已经有很大差异，更别说一周或一个月的BOM变化，这样就会产生严重问题：根据计算时刻的制造BOM计算出来物料需求向供应商下达定单，但在计算时刻到定单到货之前这个时间段，BOM发生了变化，某些物料已经取消或变更，按原计划执行的话，就会产生无效的要货，导致无效的库存。这是许多企业无法使用MRP进行试制车型物料需求计算的主要原因。

通过实践探索，鉴于试制车型生产量一般不大，对该问题可以引入主生产计划的需求时界和计划时界处理策略——主生产计划通常对需求时界中的需求进行锁定，而计划时界中的需求允许变动[3,6]。相应地，可以采用每天进行MRP计算，边滚动边锁定的方式来计算BOM频繁变化时的物料需求。通过滚动计算，每天定时根据最新的BOM对物料需求进行重排计算，产生最新的物料需求计划替代之前计算出来的计划，可以最大程度上保证物料需求的准确性——但由于无论是生产计划还是采购计划，为确保按时满足交付需求，都必须给予一定的提前期，对于提前期已经进入某个时间范围时所生成的需求指示必须进行锁定，这决定了不可能总是能用最新的BOM计算物料需求。以采购需求为例，MRP进行净需求计算时，有两个重要时间：一是净需求的要求到货日期(即毛需求日期)；二是净需求的定单下达日期(即毛需求日期减去提前期)。理论上，定单下达日期必须是在当前时刻以后，如果定单下达日期临近当前时刻，则必须无条件执行，否则就无法按期到货，允许临近当前时刻多长时间可以下达正式定单就是锁定期的作用——对物料设置锁定期后，可以确定其锁定区间，MRP计算时对定单下达日期进入锁定区间的需求进行锁定，允许下达定单。

锁定期的设计方法有多种，可以设置为固定锁定期，如根据质检、送货等时间，对所有物料定义为若干天；也可以借荐ABC分类法，对不同物料设置不同锁定期，如根据零件的价值、采购/生产周期、BOM变动频率等特点来设置，如，将一般不会发生变化的标准件定为C类，发生变更机率较小的物料定为B类，而对于设计图纸上尚不确定、可能会变化的零件定为A类，对A、B、C类零件设置锁定期为日、三日、周/月。两种方法各有优缺点。

基于该前提，每日的净需求数量(Qn)根据主生产计划按BOM展开的毛需求数量(Qg)和在途定单(P)、安全库存(Qsafe)、已分配订单(A)等计算如下：

Qbi=Qbi-1+ΣPi-ΣAi-1+QSNPQZ i-1

(1)

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

(2)

根据物料的提前期，计算出净需求应下达定单的日期j和当日需求下达数量Qd分别为：

j=i-提前期

(3)

Qdj=Qni

(4)

式中i的取值范围为当前计划期的开始时间到结束时间。Qbi表示i当日期初库存；Qbi-1表示i上一日期初库存；Ai-1表示上一日已分配定单；SNPQZ表示按批量规则进行订货量计算，根据物料属性和设置的不同的批量规则，有不同的取整策略，常见的批量规则有固定批量、配套批量、补货到最大库存等[6]，如果SNPQZ值是负值，则净需求Qni为0；QSNPQZ i-1表示上一日的SNPQZ值。

由此，依据锁定期，可以将生成的每日净需求Qdj划分为计划订单、待确认订单和正式定单三类：j超出锁定区间时生成的Qdj作为计划订单，可以提前下达给供应商，但不作为订货依据，也可以不下达；j在锁定区间内的Qdj生成待确认订单，待确认订单需要人工确认后才能转为正式定单，只有正式定单是供应商备发货和交货的依据。在MRP重排计算时，对于计划订单、待确认订单需求予以覆盖，而正式定单需求则予以保留，这样会生成一个连续滚动的、正式定单相对精确的物料需求清单。

对于新零件，供应商通常也需要一定的试制期，因此实际应用时锁定期的设置可能较大，该方法不能百分百解决因BOM变更导致的要货错误，仍需要通过其它手段，比如根据设计变更通知单去关闭已经发出但尚未交货的正式定单，但基本上能保证需求的相对精确和业务的正常运行。该方法需要每天运行MRP物料需求计算，而MRP计算是非常耗时的，因此只能适用于试制车型品种不太多的情况。

四、车身同色件处理

车身同色件是指与车身颜色必须相同的零部件，这种零件在采购时一般有白件(未上漆)和颜色件(已上漆)两种形式，汽车制造企业如果直接按颜色件采购，BOM只搭到颜色件，如果按白件采购，然后通过委外和自制加工成颜色件，BOM会在白件下层搭颜色件。试制车型因为试制数量少而颜色多，大部分车身同色件是按白件采购，通过委外加工为颜色件。

对于量产车型来说，因为是持续性生产，车身同色件不会成为问题，无论是直接采购颜色件还是采购白件进行自制或外委加工，不同的颜色件或白件有不同物料编码，按正常算法计算各种颜色件的采购净需求，白件自制加工或委外加工的工序，按工序计划执行即可。

但在试制车型生产中，车身同色件却可能会成为一个比较大的问题。试制车型的生产特性决定了试制车辆不可能大量生产，而委外供应商通常只接受批量规模(lot sizing)的定单，因此车身同色件的委外定单一般会远远大于实际要货需求，没有用完的颜色件通常会变成积压库存，最终报废，根据某企业的调查统计，其报废数量和金额很惊人，因此在试制车型的物料需求计算时应当予以解决，优先消耗同色颜色件。

以较常见的白件委外成颜色件的业务模式进行讨论：白件是采购件，颜色件是委外件，MRP采购需求计算只会计算是采购件的白件，但按照白件采购净需求来计算仓库的库存时，仓库中存放的可能有白件，也可能有各种颜色的颜色件，将颜色件库存视作白件显然不对，但是如果不算入，则这部分颜色件可能永远没有机会消耗，而如果按照颜色件(非采购件)计算采购净需求则不符合标准MRP算法，所以，为解决试制车型的车身同色件颜色件的库存积压问题，需要寻找一种新的思路，一种可行的算法是，毛需求按标准MRP算法计算，但净需求计算时考虑颜色件，当需求中所需要的颜色件仓库中已有库存，则白件的采购需求应当相应减少，具体算法如下：完成MRP毛需求计算后，计算净需求时，首先生成委外计划，根据本次主生产计划中有多少种颜色件需求，分别计算展开BOM后的颜色件的毛需求和当前库存，如果当前库存大于其毛需求，则在白件的期初库存中加上该颜色件的毛需求；如果当前库存小于等于其毛需求，则在白件的期初库存中加上该颜色件的当前库存；直到所有该白件在计划中出现的颜色件计算完，该算法能较准确的消耗掉库存中的颜色件。白件的期初库存Qn计算公式如下：

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

(5)

式中Qos为当前计划号的委外计划中出现的颜色件的委外需求数量，Qstock为当前计划号的委外计划中出现的颜色件的当前库存数量，Qw为白件的当前库存数量。

该算法对库存记录规则有一定要求，要求库存中对白件物料号和颜色件物料号进行区分，并分别记录库存，而不能是不区分颜色的物料号的库存。通过模拟和实测，该算法在一定程度上能较好的解决颜色件的积压问题，较原来使用白件物料号进行库存记录、进行净需求计算有显著减少。

五、结语

MRP在制造企业尤其是汽车制造企业中使用非常广泛，已经是一种非常成熟的技术，近几十年来，在MRP基础上已逐步发展出MRPII、ERP、APS(高级计划与排产)等理论和系统，但在物料需求计算上，其核心仍是MRP算法，标准MRP算法往往因为要求太高而无法在试制车型管理中得到较好应用，导致试制车型往往单独手工管理。因此，有必要根据企业业务的特点对试制车型MRP算法做部分适应性的改造，建设相应信息系统，来减轻其相关人员的工作量、提升需求计划准确度和管理效率。

本文通过在实践中摸索与总结，探讨了一种基于MRP基本原理，针对试制车型物料需求计算和管理的方法，目前该方法已应用在某汽车制造企业的ERP系统中，取得了较好的效果，但该方法是针对特定企业的特定业务需求，能否普遍适用有待验证，且算法仍有许多可改进之处，有待进一步完善。