基于ERP单件小批环境下的生产计划研究

0 引 言

    ERP(企业资源计划)是在继承MRPⅡ的基本思想基础上，融合JIT、OPT、全面质量管理等思想的一种全面企业管理模式，主要采用先进技术对企业资源(物流、资金流和信息流)进行全面集成，为企业提供决策、计划、控制与经营业绩评估的系统化管理平台。

    离散制造业按照生产产品的稳定性和重复性程度可以将制造企业分为大量生产、成批生产和单件小批生产3种生产类型。每一种生产类型有自己的特点，但单件小批生产在设计与工艺方面：产品结构复杂，设计工作量大；边设计，边生产，边修改使生产技术准备周期长；不同产品其制造工艺流程不同，从而导致其生产准备、制造过程复杂，使其生产计划不同于其他生产模式，主要体现如下：①以准时交货为首要目标；②装配关系复杂，部分零部件的加工成为关键路径；③产品各部件之间的时序约束关系和成套性要求严格等，从而使以单件小批的生产企业管理问题增多，其中生产计划与控制是这些问题中最突出的，因此这种类型的生产计划不能通过单一的生产计划管理模式来实现，需要结合企业组织管理结构，采用一种新的管理思路来解决这类企业的生产计划问题，即基于产品结构网络图的MRP和JIT相结合的分级计划模式。

1 分级计划的提出

    1.1 分级计划

    单件小批模式下的生产主要以客户订单驱动其他相关的业务活动，包括产品／工艺设计、物料供应、生产计划、毛坯生产、零部件生产制造、成本核算等。该类型的企业生产管理通常采用公司、分公司、车间三级管理模式，结合单件小批生产模式的产品结构特点，因此编制计划也采用分级计划进行管理，而且需要采用由后向前的精益生产的方式编制生产计划，进而实现精益生产，称这种制订计划为分级计划。分级计划主要包括两个部分：公司级计划和分公司级计划，如图1所示。图1中实线箭头代表正向业务流，虚线箭头代表反馈业务流，实线和虚线上的文字代表数据流(或数据项)。

图1 分级计划

    分级计划需要结合单件小批生产，产品结构复杂、加工制造过程长的特点和精益生产思想，改变目前这种“推”式生产计划的编制和执行控制方式，变以“拉”为主、辅助以“推”的方式，以计划交货期为产品装配完成，可交货的时间点为生产计划编制的计算起点，按工艺大行程的顺序，由产品包装完成为起点，总装时间段、部装时间段、零件生产时间段、毛坯生产时间段、原材料采购时间段、工艺／工装设计准备时间段、产品设计时间段，到合同签订日期，以此为依据来编制主生产计划、粗能力平衡计划、物料需求计划、采购计划、库存管理，工作流驱动的审批流程管理，按照倒排的最后装配计划各装配点对零部件的需求时间、拉动这些零部件的制造开始和完工时间，当在某装配时间点需要装配这些零部件时间，正好由内部物料配送人员把所需部件送到该装配工艺点，整个过程就体现了JIT精益生产的思想。

    1.2 公司级计划

    公司级计划主要包含了负责产品的销售订单获取、产品设计、工艺／工装设计、物资采购，总装配主生产计划、关键零件、关键工序能力平衡等技术准备计划、生产准备计划和生产计划的编制、执行和考核，如图2所示。

图2 公司级计划业务流程

    编制完公司级装配主生产计划后，各分公司继续编制分公司的部件主生产计划，各分公司在制订自己的部件主生产计划时。把公司级的物料需求计划当成自己的订单输入，进行分公司物料需求计划、细能力需求计划与平衡、在制品出入库管理、车间作业计划编制，按公司级装配物料需求计划中对各分公司零部件加工最后完成时间点，倒排车间作业计划，都是由后一道工序的开工时间来拉动前一道工序的完工时间，依此类推就可完成所有零部件的加工制造计划和外购件、原辅材料的达到时间。公司、分公司计划之间主要以订单的形式确定出需要部件件号、需求时间、需求数量、配送计划表等信息。

    1.3 分公司级计划

    各分公司接到公司级的部件需求信息(部件件号、需求数量、时间、配送计划等)后，编制该分公司计划和物料需求计划、并做工作中心的细能力平衡。车间在分公司分解的计划基础上，根据实际产能和负荷情况、已完工、未完工情况完成车间作业计划调度、车间在制品管理、工序外协、质量信息采集、合格率数据采集和反馈等工作，如图3所示。

图3 分公司计划业务流程

2 分级计划实现的关键参数

    适合单件小批生产模式的分级计划的实现参数主要有物料清单(BOM)、工作中心、工艺路线、提前期等，其中工作中心和工艺路线按照常用ERP的要求进行设置，但要实现分级计划在物料清单和提前期的设置不同于其他生产模式，具体如下：

    2.1 建立适合分级计划的物料清单(BOM)

    对单件小批生产中的产品结构进行准确的建模，是进行生产作业计划分解的依据，复杂产品的通用结构包括3个部分：总装部分、部件或组件部分、自制零件部分。其中在单件小批生产模式下产品结构应尽量减少层数，因产品的结构本身很复杂，如产品结构层数增多，对生产计划与控制难度和工作量急剧增[NextPage]加，不利于计划和执行。

    单件小批生产的BOM进行分级处理，有利于实现分级计划，公司级计划只处理总装和关键件，而分厂或车间分别处理装配部件或自制零件，因此需要对所有物料清单(BOM)按照产品实现过程进行分级处理即确定总装、部件、自制零件；利用两种不同的MBOM定义方式的优点，针对不同级别的产品结构(BOM)采用不同的方式，总装、部件采用以工艺为中心的物料清单，把装配组件或零件与相应的工艺路线中工序号进行对应，为在执行过程便于按照JIT的思想进行控制和物料配送，如图4所示，对自制零件采用以物料为中心的物料清单。

    2.2 提前期

    提前期：指某一工作的工作时间周期，即从工作开始到工作结束的时间。在ERP系统中，生产提前期是由制造工艺路线中每道工序传送、排队、准备、加工和等待时间构成的，生产制造阶段的制造提前期由5类时间(排队时间、准备时间、加工时间、等待时间、传送时间)构成。总装、部件采用以工艺路线为中心的物料清单，需要通过分析工序之间的关系得到粗工序网络图，如图4所示，然后通过寻找关键路径，并对关键路径中的工序按照工作中心有限能力的计划方法得到物料的提前期。

图4 产品总装粗工序网络图

3 分级计划的实现

    3.1 主生产计划

    单件小批生产的主生产计划由客户订单转化而来，它是按最终产品或产品的组件来进行描述。单件小批生产的分级计划分为总装和部件的主生产计划。总装主生产计划主要确定总装产品、完工时间、总装产品的数量。其中总装产品和需求数量，通过MPS计算流程得到，总装完工时间从客户需要时间倒推到产品能包装发运时间，即为产品完工时间；各分公司主生产计划的输入信息是由总装的物料需求计划分解出的需要部件物料件号、需求数量和需求时间。

    3.2 物料需求计划

    总装的物料需求计划是对总装主生产计划进行分解，确定出每个部件的在总装过程中的生产计划、采购件需求计划。装配物料需求计划主要内容是分解产品的总装MBOM和库存，得到部件的需求数量，并在计算得到的总装工序网络图关键路径基础上，对关键路径中的工序按照工作中心有限能力的方法进行由后往前倒排，确定出关键路径中每个工序的开工／完工时间，并通过以工序为中心的物料清单把工艺路线的工序号与相应的部件进行关联，从而确定出关键部件的需求时间，流程如图5所示，在编制计划过程中通过工序关键路径由后往前，即用后道工序的开工时间拉动前道工序的完工时间来安排计划，其中该工序需要工作中心的能力＝该工序的准备时间＋加工时间×需要该物料的净需求。

图5 总装计划关键工序生产作业编制流程

    对于分公司计划，由于得到每个部件的在总装过程中的开工时间，因此各个部件在分公司中的完工时间就得到了，相应的部件下的零部件的计划时间就被确定了。

    分公司级计划根据BOM按照物料需求计划的算法进行分解，得到组成零部件开始、完工时间和生产数量。分公司计划与公司计划主要差异在分厂级计划能够把计划从装配延伸到毛坯生产、原材料采购，由关键的工序或原材料采购等关键过程，拉动其他活动或工。序，这样有利于生产准备和技术准备计划，便于整体控制。但对总装过程中是非关键零部件采用MRPⅡ直接编制生产计划。

    3.3 自制件计划

    关键零件是指生产占用关键资源的零件，通常是生产周期长控制难度大的零件，其中关键资源可以涉及人力、设备能力、原材料、生产面积等。如果关键零件的进度不符合计划要求，那么产品交货期必然造成拖期：关键零件的计划是生产作业计划的核心内容之一；为保证产品的进度，在编制关键零件生产作业计划时，采用倒排法来制定零件各个工序的开工日期和完工日期。

    3.4 分级计划的协调处理

    (1)关键工作中心的协调利用。企业会有多个订单都需要使用关键工作中心，可能使关键丁作中心的生产能力不能满足订单需求，处理这个问题首先分析关键工作中心的能力剩余多少，是否满足订单的要求。如满足则进行安排计划，否则调整和压缩需要使用关键工作中心的紧前紧后的工序时间使之满足生产，其次分析订单中的重要程度排序，再重新安排计划充分利用关键工作中心。

    (2)各级计划之间的协调处理。单件小批生产计划受众多因素影响与限制，如人力、设备(设备故障、工具工装等)、物料等，分级计划的完成状况是逐级反馈。通常在本级进行协调处理，尽量减少计划的变动。如有变动应把受变动的计划纳入新的计划中。

4 结束语

    大型单件小批的生产计划是该类企业管理非常关键的一环，本文根据单件小批的产品生产特点、组织结构和产品BOM结构，提出分级计划来解决生产计划存在的问题。并针对实行分级计划的需要从产品物料清单进行分析，构建基于工序的物料清单，得到相应的产品结构粗工序网络图，由该图计算关键路线确定动态的提前期，同时从总装或关键部件的计划时间限定其他零部件的计划时间，在此基础上分析了实现生产计划的业务流程，从而确保单件小批生产计划能有效的执行，提高[NextPage]企业市场竞争力。

3 分级计划的实现

    3.1 主生产计划

    单件小批生产的主生产计划由客户订单转化而来，它是按最终产品或产品的组件来进行描述。单件小批生产的分级计划分为总装和部件的主生产计划。总装主生产计划主要确定总装产品、完工时间、总装产品的数量。其中总装产品和需求数量，通过MPS计算流程得到，总装完工时间从客户需要时间倒推到产品能包装发运时间，即为产品完工时间；各分公司主生产计划的输入信息是由总装的物料需求计划分解出的需要部件物料件号、需求数量和需求时间。

    3.2 物料需求计划

    总装的物料需求计划是对总装主生产计划进行分解，确定出每个部件的在总装过程中的生产计划、采购件需求计划。装配物料需求计划主要内容是分解产品的总装MBOM和库存，得到部件的需求数量，并在计算得到的总装工序网络图关键路径基础上，对关键路径中的工序按照工作中心有限能力的方法进行由后往前倒排，确定出关键路径中每个工序的开工／完工时间，并通过以工序为中心的物料清单把工艺路线的工序号与相应的部件进行关联，从而确定出关键部件的需求时间，流程如图5所示，在编制计划过程中通过工序关键路径由后往前，即用后道工序的开工时间拉动前道工序的完工时间来安排计划，其中该工序需要工作中心的能力＝该工序的准备时间＋加工时间×需要该物料的净需求。

图5 总装计划关键工序生产作业编制流程

    对于分公司计划，由于得到每个部件的在总装过程中的开工时间，因此各个部件在分公司中的完工时间就得到了，相应的部件下的零部件的计划时间就被确定了。

    分公司级计划根据BOM按照物料需求计划的算法进行分解，得到组成零部件开始、完工时间和生产数量。分公司计划与公司计划主要差异在分厂级计划能够把计划从装配延伸到毛坯生产、原材料采购，由关键的工序或原材料采购等关键过程，拉动其他活动或工。序，这样有利于生产准备和技术准备计划，便于整体控制。但对总装过程中是非关键零部件采用MRPⅡ直接编制生产计划。

    3.3 自制件计划

    关键零件是指生产占用关键资源的零件，通常是生产周期长控制难度大的零件，其中关键资源可以涉及人力、设备能力、原材料、生产面积等。如果关键零件的进度不符合计划要求，那么产品交货期必然造成拖期：关键零件的计划是生产作业计划的核心内容之一；为保证产品的进度，在编制关键零件生产作业计划时，采用倒排法来制定零件各个工序的开工日期和完工日期。

    3.4 分级计划的协调处理

    (1)关键工作中心的协调利用。企业会有多个订单都需要使用关键工作中心，可能使关键丁作中心的生产能力不能满足订单需求，处理这个问题首先分析关键工作中心的能力剩余多少，是否满足订单的要求。如满足则进行安排计划，否则调整和压缩需要使用关键工作中心的紧前紧后的工序时间使之满足生产，其次分析订单中的重要程度排序，再重新安排计划充分利用关键工作中心。

    (2)各级计划之间的协调处理。单件小批生产计划受众多因素影响与限制，如人力、设备(设备故障、工具工装等)、物料等，分级计划的完成状况是逐级反馈。通常在本级进行协调处理，尽量减少计划的变动。如有变动应把受变动的计划纳入新的计划中。

4 结束语

    大型单件小批的生产计划是该类企业管理非常关键的一环，本文根据单件小批的产品生产特点、组织结构和产品BOM结构，提出分级计划来解决生产计划存在的问题。并针对实行分级计划的需要从产品物料清单进行分析，构建基于工序的物料清单，得到相应的产品结构粗工序网络图，由该图计算关键路线确定动态的提前期，同时从总装或关键部件的计划时间限定其他零部件的计划时间，在此基础上分析了实现生产计划的业务流程，从而确保单件小批生产计划能有效的执行，提高企业市场竞争力。