（机械制造及其自动化专业论文）板材需求计划及其逆向计算逻辑研究.pdf

中文摘要 板材需求计划 及其逆向计算逻辑研究 研究生：钱小秋导师：许超( 教授) 学校名称：东南大学 摘要 传统m r p 理论仅仅考虑产品到零件毛坯的物料计划，从毛坯到原材料的物料需求计划和成本控 制的理论研究和应用方法几乎空白，所以不是一个完整的物料需求计划。 为了研究原材料的物料需求计划，论文提出了基于工艺b o m 的原材料需求逆向计划。在传统 物料需求计划的理论研究基础上，建立了钣金毛坯加工结构树，提出逆向计划的基本原理和基本要 素，并给山物料需求逆向计划基本流程图。该逆向需求计划的特点是父子结点间是止向约束、逆向 驱动的模式，同时各个结点单元具有相同的物料加工提前期。在这个计划期内的物料加工必然会产 生余料，从而引发余料库存及其应用的问题。 基于物料需求逆向计划的基本理论思想，建立了板料逆向计划的数学模型及其基本算法，并根 据排布计划的不同分析了具体计算过程中存在的问题。分析了影响逆向计划需求量计算的冈素，原 材料本身的生产加工特性和下上层物料需求的继承特性导致需求计算的复杂性，并提出逆向计划的 计算是周期推进式的父子联合计划过程。同时，探讨了材料加t 提前期与继承提前期之间的差异， 以及由此产生的逆向需求计划的联合排产策略问题。结合按需加工和建立缓冲库存两种方法的特点， 提出采取结点单级最优法实现需求计划的近似优化。 在物料需求逆向计划中必然会产生余料，论文研究了余料的属性，并对余料成本进行了定义。 然后讨论了余料再利用的价值问题，得到再利用的价值平衡点，为进一步研究余料的再生产管理和 对板材逆向计划需求量反馈奠定了基础。 关键词：m r p ；b o m 结构；物料需求；逆向计划；钣金材料 英文摘要 s h e e tm e t a lm a t e r i a lr e q u i r e m e n t s w i t hi t sr e v e r s ec a l c u l a t i o nl o g i c b yq i a nx i a o q i u s u p e r v i s e db yp r o f x uc h a o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a lm r pj u s tr e s e a r c h e st h er e q u i r e m e n tp l a n n i n gf r o mt h ep r o d u c tt ot h ep a r t s t o c k t h e r ei sb l a n ko nt h er e s e a r c ha b o u tt h em a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n ga n dc o s tc o n t r o lo f t h er a wm a t e r i a l s ，s ot h a tt h et r a d i t i o n a lm r pi sn o tat o t a lm a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g i no r d e rt od e f i n et h ep l a nf o rr a wm a t e r i a lr e q u i r e m e n t , ar e v e r s er a wm a t e r i a lr e q u i r e m e n t p l a n n i n gi sp r e s e n t e db a s e do nt h ep r o d u c t i o nb o m t h et r e es t r u c t u r eo fs h e e tm e t a lm a t e r i a li s b u i l t ，t h ee l e m e n t a r yo ft h i sr e v e r s ep l a n n i n ga n dt h ef l o w c h a r ti sr e s e a r c h e db a s e do na n a l y z i n g t h et r a d i t i o n a lt h e o r yo fm r p t h ef e a t u r eo ft h i sp l a n n i n gi st h a ti th a sp o s i t i v ec o n s t r a i n t sa n d r e v e r s e sd r i v i n gb e t w e e ne a c hf a t h e ra n ds o nn o d e s m o r e o v e r , a l lf a t h e rn o d e si nt h es a m el a y e r h a v et h es a m el e a dt i m e b e c a u s er e m n a n t sm u s tb ep r o d u c e dd u r i n gt h ep e r i o d ，i tr e s u l t si nt h e p r o b l e mr e m n a n t si n v e n t o r ya n dr e m n a n t sr e u s i n g w i t ht h ec o n c e p to fr e v e r s em r p ，ar e v e r s em r pm o d e ls p e c i a lf o rs h e e tm e t a l i sp r e s e n t e d ， s o m ek e yp r o b l e m si nt h ec a l c u l a t i o n ，s u c ha st h ep r o c e s sf e a t u r e sf o rs o m er a wm a t e r i a l ，a n dt h e i n h e r i t a n c eb e t w e e nn o d e sw h i c hw i l lr e s u l ts o m ec o m p l e xi nc a l c u l a t i o n , a r ed i s c u s s e d i ti sa u n i t e dp l a n n i n gp r o c e s s e di nc y c l e m e a n w h i l e ，t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ep r o c e s sa n di n h e r i t a n c e l e a dt i m e si sr e s e a r c h e d ，a n di tr e s u l t si nan e ws t r a t e g yi nt h eu n i t e dp r o d u c t i o no ft h er e v e r s e p l a n n i n g c o m b i n e dt h et w om e t h o d so fm a k e t od e l i v e r ya n dm a k e - t os t o c k , an o d eo p t i m u m m e t h o di sp r o p o s e dt or e a l i z es o m ea p p r o x i m a t eo p t i m i z a t i o no ft h er e v e r s ep l a n n i n g i ti si n e v i t a b l et oh a v er e m n a n t sd u r i n gt h ep r o c e s s t h ea t t r i b u t e sa n dc o s td e f i n i t i o no ft h e r e m n a n t si ss t u d i e di nt h et h e s i s t h eb a l a n c ep o i n tf o rr e u s i n gr e m n a n t si sd i s c u s s e d ，w h i c hw i l l b eb e n e f i tf o rt h ef u r t h e rr e s e a r c h i n go nt h er e m n a n t sr e u s e dm a n a g e m e n ta n di t sf e e d b a c kt ot h e r e v e r s ep l a n n i n g k e y w o r d ：m r p ，b o ms t r u c t u r e ，t h em a t e r i a lr e q u i r e m e n t s ，r e v e r s ep l a n n i n g ，s h e e tm e t a l 东南大学学位论文独创性声明 本入声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：燃目期：芝差丝兰2 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信惠研究所、冒家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阕和借阕，可以公奄( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括于1 j 登) 授权东南大学研究生院虹理。 第一章绪论 1 1 成本和制造成本 第一章绪论 马克思指出成本是商品生产中消耗的活劳动和物化劳动的货币表现；西方经济学的成本 包括“正常利润”；成本在管理学中被理解为一种企业生产、技术、经营活动的综合指标。 美国著名管理学家德鲁克曾指出：管理学所说的成本，是指成本一效益，或消耗效益。理 论上，成本有狭义和广义之分。美国财务会计准则委员会在其第6 号概念公告中将费用( 狭 义成本) 定义为：某一个体在其持续的、主要或核心业务中，因交付或生产了货品，提供了 劳务，或进行了其他活动，而付出的或其他耗用资产，或因而承担的负债( 或两者兼而有之) 。 我国企业会计准则将费用( 狭义成本) 定义为：企业在生产经营过程中发生的各项耗费。广 义成本通常定义为一定目的而付出的( 或可能付出的) 用货币测定的价值牺牲【l 。2 1 。 制造企业成本通常分为制造成本( 产品成本) 和期间成本。在美国会计学会1 9 5 1 年成 本概念以及成本基准委员会的报告中，把产品成本( p r o d u c tc o s t ) 定义为一定生产物单位相 关的成本；期间成本( p e r i o dc o s t ) 定义为一定期间内与收益相关的成本l l a l 。 制造成本又称为生产成本，是指在生产过程中为制造产品而发生的成本，是生产某产品 而直接有关的成本，指在制造过程中发生的各种耗损的资源，包括直接材料、直接人工和制 造费用三个成本项目。直接材料( d i r e c tm a t e r i a l ) 是指构成产品实体的材料。直接材料费用 是指企业在生产商品和提供劳务过程中所消耗的，直接用于产品生产，构成产品实体的原料、 主要材料、外购半成品及有助于产品形成的辅助材料和其他材料费用。制造费用是在制造过 程中，发生在生产车间的除直接材料和人工之外的费用。原材料成本是指产品消耗的原材料 价值【4 】。零件的制造成本定义如下： 月 h - m - s ， c p = 彬，+ ( e f + c l ，) - c r i = 1 i = 1 ；l f = 1 , 2 ，z ( 1 1 ) j = 1 , 2 ，m ， 其中形为第i 个零件所用的材料重量，万为第f 个零件的材料单位重量的价格。是 第i 个零什第，道工序的设备消耗成本，q f j 是第，个零件第，道工序加工的人力成本，q 为废料回收成本。 在钣金制造中，传统做法是将同- - 力i i i 艺方法下的一批零什所用的全部板材成本分摊 到各个零件，比如采用等离子或激光切割制造的工件可能是在同一规格的板材材料上排料优 化。 1 2 材料成本控制研究概述 市场经济的竞争，也可以说主要是制造技术的竞争。在企业生产力的构成中，制造技术 的作用往往占6 0 左右【5 1 。在“世界工厂”的中国，这种竞争更加激烈和残酷。“中国制造 ( m a d ei nc h i n a ) 已经成为世界各个角落时常可见的商品标志，世界加工中心在中国已经 东南大学硕上学位论文 成为无可争议的事实【6 】。世界各大发达国家在中国这块古老土地上利润角逐，给中国传统企 业带来千载难逢的发展机遇的同时，也给企业的生存带来前所未有的挑战。尤其在利润空间 相对狭小的传统制造业，企业需要面对的生存压力更加巨大。 随着计算机技术和通信技术的发展，极大地拓展了制造业的深度和广度，产生了一系列 创新性的制造概念、管理模式和制造技术，制造业信息化迅速改变着传统制造产业的面貌。 伴随着世界经济全球化发展，制造领域内的市场竞争愈演愈烈，一场以制造业信息化为内涵、 以先进制造技术为特征的新的制造业革命正在世界范围内波澜壮阔的展开。制造业只有自主 的利用信息技术来改造和强化自身，依托网络实现本地和异地企业信息资源共享，改造企业 组织结构，改善信息流、数据流载体平台，采用数字化、信息化、网络化、智能化、集成化 的制造策略，实现制造过程的低成本运行，努力提高对市场需求的快速响应能力和市场竞争 力，才是制造业的发展创新之路。 在市场经济的优胜劣汰规律的推动下，各企业为了降低成本、提高利润想尽办法。采购， 作为价值链的起点，是降低成本的突破点。计划经济模式下的采购方法缺点已经暴露无遗， 这种采购模式一般采用库存驱动模式，按照库存量来决定采购的原材料和数量。这样制定的 采购计划就会脱离生产计划，无法按主生产计划动态的更新，致使采购无法与生产需求保持 高度的协调性。原材料的加工生产计划架设了主生产计划到采购的桥梁，是控制材料成本的 直接途径。库存，也是企业关注的一项重要环节，是制造业信息化进程中不可同避的模块， 准时生产( j u s ti nt i m e ，j 1 t ) 核心价值就是通过零库存来降低成本。相反，库存积压会减少 流通资金，提高产品成本，降低了企业的市场竞争力【7 】。 1 3 物料需求计划研究现状 6 0 年代中期，美国i b m 公司奥列基博士( d rj o s e p hao r l i c k y ) 首先提出物料需求计划 ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ，简称m r p ) 方案。m r p 管理模式为实现准时生产、减少 库存的基本方法：将企业产品的各种物料分为独立物料和相关物料，并按时间段确定不同时 期的物料需求：基于产品结构的物料需求组织生产，根据产品完工日期和产品机构制定生产 计划，从而解决库存物料订单和组织生产问题【8 - 9 】。在1 9 9 4 年g u p t a 和t a l e b 又提出了一种 逆向物料需求计划( r e v e r s em r p ，简称r m r p ) ，认为r m r p 是一个传统m r p 的翻转，主 要应用于实现拆解计划1 j 。 目前对物料需求计划的研究热点主要考虑执行过程中生产能力的匹配和提前期等问题。 e d w a r d 在其关于制造管理的模型与分析专著中指出：在任何制造企业中的所有计划和控制 系统的关键是从生产计划到操作定义的机制，这个操作定义是指今天和明天可以执行的短期 详细计划，即今天已众所周知的物料需求计划( m r p ) 。e d w a r d 认为m r p 是处理具有装配结 构的产品非常有用的工具，因为它允许结构化的材料明细表( b i l lo f m a t e r i a l ，b o m ) 与m r p 数据集成，以便生成每个层次上对工件的正确需求。e d w a r d 采用低层编码( l o w 1 e v e lc o d e ) 确定零部件在正向结构树上的层次，在0 层是最终产品，最底层只是达到零件，因此所描述 的是由零件到产品的计划过程1 1 1 1 。n a n u a 认为物料需求计划是一个由逻辑过程组成的基本信 息系统，在一个制造环境中管理装配的零部件、工件和原材料库存，一个m r p 系统的主要 目标是确定材料明细表上每个物料数量，并且考虑在何时进行制造或购置。n a n u a 甚至提及 到零件是由原材料制造，认为这个过程因产品而异【l2 1 。对于提前期，国内外的研究从最初 的认定加工时间是一定的，发展到对动态变化提前期的研究。o r l i c k y 认为产品生产用一个 基本批量米组织，实际生产量是基本生产批量的倍数，于是提出了可变提前期的模型【1 3 j 。m i z e 2 第一章绪论 认为动态提前期是在预先制订了生产提前期标准的前提下，在运行m r p 之前，根据实际生 产投入数量，对生产提前期进行修正，提出了修正提前期策略【1 4 1 。动态提前期的提出增强了 对生产条件的适应能力，可提高m r p 的柔性。 为了解决m r p 的计划缺乏弹性的问题，在2 0 世纪5 0 年代提出了高级生产计划排程 ( a d v a n c e dp l a n n i n g & s c h e d u l i n g ，简称a p s ) 的理论，a p s 是一种基于供应链管理和约束理 论的先进计划与排产工具。a p s 高级计划排程系统从m r p 的盲点发展而来，其考虑生产过程 中的多种因素，如班次、产能、当前负荷能力等，并能根据车间生产现状实时对生产进行调度， 它借助一些复杂的数学运算方法来处理多种变量，使供应链的优化成为现实u 引。l o r i n c z 认 为先进计划系统) 是一个技术的集合，可以推动或自动进行人类的决策，或是由在支持客户 计划的操作基础上求解复杂问题的方法组成7 1 。l o r i n c z 强调这是一个提供混合设计和计划 的工具系统，这个系统采用数学进程来优化穿越供应链的物流。l o r i n z 只是宏观提出了问题， 没有具体所指以及具体的方法和措施。u m b l e 在谈及企业资源计划的发展时指出：当前的一 些系统只是执行陈旧的逻辑更加快捷和实时，这个领域已经成熟剑以新的方法对这些旧问题 进行改进的时机，这也许包括在这个动态环境下共同生存的同样技术伙伴8 。显然，u m b l e 已感觉到那些陈旧的逻辑即将革新，但对未来发展只是一个预感。 随着全球对环境污染的日益重视以及对供应链管理( s c m ) 的研究深入，逆向物料需 求计划( r m r p ) 也是这个领域的一个研究热点，然而，所有这些研究主要是针对产品的拆 卸与回收，也没有涉及到原材料的生产计划。p a n i s s e t 在很早就指出大多数m r p 逻辑以及对 b o m 的支持不提供拆卸或分解的计划i l 纠。g u p t a 和t a l e b 提出一个逆向m r p 的算法，可以应 用到一个产品结构上，这个产品结构具有对零部件确定的需求，并且是在已知产品数量下完 成零部件的拆卸需求l l0 1 。b a r b a - g u t i e 等认为以往的r m r p 算法并没有考虑到大批量的问题， 认为结合到人批量将使得这个问题在拆卸条件下具有更大挑战，其观点是一个产品的零部件 数量与拆卸零部件的需求可能不等，引发需求较低的零部件库存与他们兄弟结点上的物料相 比超出计划【2 0 1 。但所有这些研究所关注的只是在物质循环过程中可回收的绿色制造以及再 造问题，而在制造过程中由零件毛坯向原材料的聚合问题以及解决这个r m r p 的方法并没有 提及。 课题研究的背景和意义 传统物料需求计划及其理论计算方法止于零件毛坯或外购件，但在相当一部分产品的实 际生产中自制零件是从零件毛坯开始，而零件的毛坯来自于已初步加丁的条料、板料或棒料， 这些二卜毛坯材料又源于材料供应市场的某种规格原材料的切割或其他处理。 传统m r p 并没有给出从零件毛坯到原材料的定义和方法；传统材料成本是分摊到制造 的每个零件上，对余料成本以及余料的再利用没有研究；制造过程中备料计划与管理儿乎没 有研究；现有理论无法指导企业根据生产订单，并沿着聚合的树型数据结构来确定原材料需 求及其库存，因此传统m r p 不能覆盖制造企业物料需求的全部过程。以制造成本控制观点， 物料成本规划必须从材料源头开始，因为一个零件在制造过程或制造下游，主要发生的制造 成本已不是材料成本，即材料的成本已在制造初期的下料中被确定，如图1 1 简示。传统m r p 理论仅仅延展到零件的毛坯，并不能在源头控制制造材料的成本；不能优化材料的利用；没 有考虑在备料过程中的在制品及库存；也没有考虑到真正原材料库存的影响，所以不是一个 完整的物料需求计划。 3 东南大学硕上学位论文 现有m r p 理论只是研究了生产制造中的一个 展开方向的树型结构需求和一个方向的生产能力 匹配的计划，因此不是一个全面的物料需求计划 ( t o t a lm r p ，暂且定义为t m r p ) 。这种半物料需 求计划( h a l f m r p , h m r p ) 造成材料计划与实际 生产需求的差异以及毛坯计划与原材料需求的差 异。计划的模糊性可能造成一些企业的车间余料、 废料随处可见，造成资源的大量浪费；采购计划 的非精确性；备料计划的非合理性，影响备料在 制品的中间库存；原材料库存的需求过大；计划 的频繁调整以及制造执行力度的疲软等现象，所 有这些问题必将引发实际制造成本的增加和生产 效益的低下。 图1 - 1 一般制造成本的构成曲线 不同零件的毛坯有不同的儿何形状和尺寸要 求，这里的问题是如何从工艺、订单要求、库存管理、对供应链的控制以及材料利用优化等 方面综合实现对原材料的需求计划。比如，焊接件或钣金件的毛坯件可能来自于规格板材的 切割或条料冲压，条料来自于剪切的板料，而规格板材来自于规格的钢卷；在一张给定尺寸 的板材上存在多种不同数量零件的多种优化排料组合：如果所供应的板材尺寸允许定尺优 化，则产品制造厂商义可以对供应商所提供的板材提出个性化的需求；并由此为制造企业原 材料库存中的物料及其保有量提出较为精确的数据；对于型材、棒材等一维原材料这个问题 同样存在。 事实上，当一个产品完成设计并投入制造时存在一个再设计过程，这个过程与实现产品 的工艺技术和生产能力相互关联；与产品的生产订单的数量相互关联；与生产计划和管理相 互关联；也与原材料的供应链市场相互关联。这些因素导致这个过程的多解性，并超越现有 m r p 的逻辑推理模式和所基于的方法。然而，这个过程仍然存在一个结构化的b o m ，如上 述，从生产的过程米看，钢卷约束板料的生产，板料又是条料、毛坯的材料来源，这种钢卷 到毛坯的材料的发散关系和传统m r p 的产品装配体剑零件的发散结构关系是相似的，但是 需求决定关系则是由毛坯开始到钢卷的层次关系，所以这个过程对应的结构树与现有m r p 所关联的树型恰好相反，使得基于现有m r p 进行的物料需求在制造全过程上出现中断或模 糊区域；并在这种由散至聚的演变过程中显得无能为力。 现有m r p 定义及形成可能局限于以往的条件和技术手段，只是对一个确定装配结构的 局部过程进行解释或规划，而不是对一个产品完整实现过程的物料需求进行解释或规划。因 此并不能说明在一般制造中这个由聚至散、由散至聚的物料演变过程不存在。显然，研究这 个完整过程的支持理论和方法对完善制造资源管理的理论意义重人，同时对基于一定形式的 原材料应用行业如车辆、造船、航空、化t 、机械装备、轻- t 机械、服装皮革以及工业布线 等均有实际应用价值。这里以中国南方某铁路车辆企业为例，企业年消耗钢材1 3 万吨，其 中9 0 板材需求。如果板料利用率提高1 ，则年材料成本节约将为6 0 0 多万人民币( 按照 5 5 0 0 元吨估算) ，随着原材料市场的价格上扬，这个数据的影响将更加明显。假定余料占材 料消耗的1 0 左右( 一般总是存在的) ，并且作为废料处理仅此一项年损失约为5 0 0 0 多 万人民币( 废料按照原料五分之一价格估算) 。 1 5 课题研究的主要内容 在市场竞争日益激烈的今天，制造成本的控制对于一个企业来说显得越来越重要。而原 4 第一章绪论 材料的成本在整个制造成本中占据着很重的分量，所以制定合理的原材料的物料需求计划， 提高原材料的利用率对成本的控制可以产生很大的影响力。 论文以钣金材料为研究对象，进行一般制造过程中普遍存在的从零件毛坯到原材料的制 造过程管理及物料需求计算的理论和方法研究。内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 研究传统m r p 的不足之处，揭示现有的传统物料需求计划无法解决关于原材料的 物料需求问题。 ( 2 ) 通过对现有的m r p 理论为基础的研究，以钣金材料为研究对象，提出物料需求中 的逆向计划，在这个过程中产品结构树向下延伸，并产生聚合，从而形成与产品结 构树反方向的原材料结构树。在原材料聚合过程中，同样存在中间过渡的半毛坯库 存和备料生产制造过程。 ( 3 ) 根据由加工工艺为基础建立的工艺b o m 得到原材料结构树，以此结构基础进行应 用方法推算和基本逻辑研究。 ( 4 ) 在聚合的每个层次上可能产生余料和废料，余料的再次利用导致不同产品对材料的 交叉需求，并提出对余料成本的定义和进行余料利用价值的研究；余料的再利用制 约丁生产过程中的内部延迟期以及余料库存的管理。 ( 5 ) 由此引发一个与传统逆向聚合的物料需求计划完全不同的顺向于聚合树的逆向物 料需求计划问题，以完善现有物料需求计划方法的不足。 5 第二章物料需求计划相关理论 第二章物料需求计划相关理论 2 1 物料需求计划概述 2 1 1 物料需求计划的产生与发展 自1 8 世纪产业革命以来手上业作坊向工厂生产方向迅速发展，出现了制造业。在此 之后，所有企业几乎无一例外地追求着基本相似的运营目标，即在给定资金、设备、人力的 前提下，追求尽可能大的有效产出；或在市场容鼍的限制f ，追求尽可能少的人力、物力投 入；或寻求最佳的投入产出比。就其外延而言，为追求利润；就其内涵而言，为追求企业 资源合理有效的利用。 这一基本目标的追求使制造企业的管理者面临一系列的挑战：生产计划的合理性、成本 的有效控制、设备的充分利用、作业的均衡安排、库存的合理管理、财务状况的及时分析等 等。日趋激烈的市场竞争环境使上述挑战对企业具有生死存亡的意义。于是，应付上述挑战 的各种理论和实践也就应运而生，在这些理论和实践中，首先提出而且被人们研究最多的是 库存管理的方法和理论。人们首先认识到，原材料不能及时供应、零部件不能准确配套、库 存积压、资金周转期长等问题产生的原因，在于对物料需求控制得不好，然而当时提出的一 些库存管理方法往往是笼统的、只求“大概差不多”的方法；这些方法往往建立在一些经不起 实践考验的前提假设之上，热衷于寻求解决库存优化问题的数学模型，而没人认识到库存管 理实质上是一个大量信息处理的问题。事实上、即使当时认识到这一点，也不具备相应的信 息处理手段。 在5 0 年代中期，计算机的商业化应用开启了企业管理信息处理的新纪元，这对企业管 理所采用的方法产生了深远的影响。而在库存控制和生产计划管理方面，这种影响比其他任 何方法都更为明显。 ，。大约在1 9 6 0 年，计算机首次在库存管理中获得了应用，这标志着制造业的生产管理迈 出了与传统方式决裂的第一步。也正是在这个时候，在美国出现了一种新的库存与计划控制 方法计算机辅助编制的物料需求计划。美国i b m 公司奥列基博士( d r j o s e p h a o r l i c k y ) 首先提出物料需求计划( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ，简称m r p ) 方案。把企业生产中 涉及的所有产品、零部件、原材料、中间件等，在逻辑上统一视为物料。把企业生产中需要 的各种物料分为独立需求和相关需求，其中独立需求是指需求量和需求时间由企业外部的需 求( 如客户订单、市场预测，促销展示等) 决定的那一部分物料需求；相关需求是指根据物 料之间的结构组成关系，由独立需求的物料产生的需求，如半成品、零部件、原材料等。 m r p 的基本原理和方法与传统的库存管理理论与方法有着显著的区别。可以说，它开 辟了制造业生产管理的新途径。 传统的库存管理理论认为，要想减少库存费用、只有降低服务水平，即降低供货率；或 者反过来，要想提高服务水平，就必须增加库存费用。但是有了m r p ，这种信条已不再成 立。 成功地运用m r p 系统的企业经验表明，他们可以在降低库存量，即降低库存费用的同 时，改善库存服务水平，即提高供货率。于是在制造业管理领域发生了一场革命：新的理论 和方法逐步建立，而传统的理论和方法乃至整个传统学派的思想都受到了重新评价。 初期的m r p ，即物料需求汁划，是以库存管理为核心的计算机辅助管理工具。而2 0 世 6 东南大学硕十学位论文 纪8 0 年代发展起来的m r p i i ，已延伸为制造资源计划( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g ) 。它 进一步从市场预测、生产计划、物料需求、库存控制、车间控制延伸到产品销售的整个生产 经营过程以及与之有关的所有财务活动中，从而为制造业提供了科学的管理思想和处理逻 辑，以及有效的信息处理手段。到了2 0 世纪9 0 年代，义出现了e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c e p l a n n i n g ) 的概念，进一步发展丁m r p i i 的理论和方法【2 1 珑1 。 m r p e r p 的发展经历了5 个阶段： ( 1 ) 2 0 世纪4 0 年代的库存控制订货点法 ( 2 ) 6 0 年代的时段式m r p ； ( 3 ) 7 0 年代的闭环m r p ； ( 4 ) 8 0 年代发展起米的m r p i i ： ( 5 ) 9 0 年代出现的e r p 。 2 1 2m r p 内涵 2 1 2 1i y i r p 的基本原理 物料需求计划( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ) 是一种利用计算机来自动计算生产过程 中各种物料需求数量和需求时间的系统1 2 引。其中的物料( i t e m 或m a t e r i a l ) 指所有与生产有关 的各种物品；包括原材料、配套件、毛坯、在制品、半成品、产成品以及消耗品。 早期的m r p 是基于物料库存计划的生产管理系统。m r p 系统的目标是：围绕所要生产 的产品，应当在正确的时间、正确的地点、按照正确的数量得到真正需要的物料；通过按照 各种物料的真正需要的时间来确定订货与生产日期，以避免造成库存积压【2 引。 m r p 管理模式为实现准时生产、减少库存的基本方法：将企业产品的各种物料分为独 立物料和相关物料，并按时间段确定不同时期的物料需求；基于产品结构的物料需求组织生 产，根据产品完工日期和产品机构制定生产计划，从而解决库存物料订单和组织生产问题。 m i 冲的基本原理是，在已知主生产计划( m a s t e rp r o d u c t i o ns c h e d u l e ，简称m p s ；) 的 条件下，根据产品结构或所谓的产品物料清单( b i i lo fm a t e r i a l ，简称b o m ) 、制造工艺流 程、产品交货期以及库存状态等信息，由计算机编制出各个时间段各种物料的生产计划及采 购计划f l 川。m r p 运算除了要根据m p s 和b o m 以及物料主文件中的有关时间提前量的参数 外，另一个重要的依据是库存信息，不但要知道现有的库存鼍，还要知道现有量中已分配但 尚未出库的数量、预期即将入库的数量、安全库存量和不作为生产使用的库存量1 8 】。 m r p 要解决4 个问题；即： ( 1 ) 要生产什么? 主生产计划( m p s ) 。 ( 2 ) 用什么生产? 物料清单。 ( 3 ) 具备了什么? 库存数据。 ( 4 ) 还需要什么? 生产计划或采购计划。没有反馈就没有控制，只有把需要与可能 结合起来，通过能力与负荷的反复平衡才能实现一个完整的计划和控制系纠1 8 】。 2 1 2 2m r p 的基本要素和输入 m p s 、物料清单和库存信息称为m r p 的三项基本要素。其中m p s 起“驱动”作用， 它决定m r p 系统的现实性和有效性；另外两项是最基本的数据依据，他们的准确性直接影 响m r p 运算的结果。为了实现准确制定企业产品生产所需原材料、零部件的采购计划和投 7 第二章物料需求计划相关理论 放计划的主要功能，上述的三要素和用户产品订货的独立需求构成m r p 的信息来源和计算 的数据输入。 ( 1 ) 主生产计划 主生产计划是根据客户订单结合市场预测制定出来的各产品的排产计划。主生产计划 生成m r p 的过程中要进行关键能力平衡( 粗能力平衡) 、驱动物料需求计划、细能力平衡 ( 能力需求计划) 生成车间作业计划和采购计划。主生产计划的计划对象是生产规划的产品 系列具体化后的产品，通称最终产品。 ( 2 ) 独立需求与相关需求 对一种产品或零部件的需求，若与对其它产品或零部件的需求无关，则对这种产品或 零部件的需求为独立需求。相反，对某些产品项目的需求若取决于对另一些产品项目的需求， 则对这种产品项目的需求为相关需求。正是制造过程中的相关需求使得m r p 能围绕物料转 化组织生产，达到基于时间控制复杂的并行性的目的。 ( 3 ) m r p 产品结构树和物料清单 m r p 从产品结构出发，实现了物料信息的集成，形成了一个上小下宽的锥状产品结构： 其顶层是生产成品，属于企业市场销售部门的业务；底层是采购的原材料或配套件，是企业 物资供应部门的业务；介于中间的是制造件，是生产部门的业务。产品或中间件由零部件、 标准件或原材料组成，所组成的层次数量关系既是产品结构，也是进行m r p 运算时首先必 须明确的内容。为了更直观地表达生产过程中各种物料的从属关系和数量构成关系，产品结 构树被广泛采用，如图2 1 。这是典型的层次结构，最上层的层级码为0 ，下一层部件层级 码为1 ，依此类推。当一个产品的多个层次需要某种物品时，为了便下计算机处理，取该物 品的最低层的层级码l l c 作为该物品的层级码( 即数字最大的层级码) ，如图2 - 1 中，a 的 层级码为2 。 第0 层 第1 层 l i i i i 第2 层 i i i l 图2 - l 产品的层次结构 产品结构树虽然直观，但其层次结构不利于被计算机识别和处理。如何将层次型数据转 化为有效的关系犁是数据库设计的主要- 作，如果设计不合理，它将影响到整个系统的运行。 转化的基本步骤是将多层的结构转化为多个单层的结构，再将多个单层结构整合成一个关 系，如描述一个物料的属性：最终产品、父项名称、所在层次、子项名称、用量、低层码等。 图2 1 中产品结构树生成的初步关系见表2 1 。这种物料关系表就称为物料清单( b i l lo f m a t e r i a l ) 。它不仅体现了产品各个部分的组成与被组成的关系，而且可以直接被计算机处 理，易于维护。 表2 1 生成的x 产品的关系表 8 东南大学硕士学位论文 ( 4 ) 库存状态文件 库存是指半成品和毛坯等中间库存。库存状态文件是m r p 中变动量最大的文件，每次 运行m r p 的同时，库存物料文件就会及时的更新。库存数据包括每一个物料的现有库存量、 计划入库量和已分配量等信剧2 3 之7 1 。 m r p 工作流程图如图2 2 ： 其他 预测需求合同 2 1 2 3 m r p 的计算和输出 图2 - 2m r p 工作流程图 物料需求计划不仅要计算各层物料的需求数量，更重要的是要得出它们的需求时间。时 间阶段化是m r p 的基本特点。m r p 系统对每项物料的库存状态按时区做出分析，自动确定 计划订货的数量和时间，并提醒人们不断调整。 ： m r p 的计算逻辑是按产品结构层次由上而下逐层展开的，首先根据主生产计划的最终 产品数量确定总需求量；其次查询可用库存量，计算出净需求量；再根据批量规则计算出每 批订货量，即计划交付量；最后根据提前期确定计划投放量及订购时间。 m r p 的计算过程中主要计算量有： 总需求量：主生产计划产生最终产品的需求最( 毛需求量) ，它来源于市场预测、客户 订单的需求；中间件的毛需求量来自上属物料项目的需求。 预期到货量：也称预期入库量( 如果需要入库的话) ： 某时区可用库存量：某时区库存可用量= 上时区库存量+ 本时区预计入库量一本时区毛需 求量 安全库存量 某时区的净需求量，可以通过该时区库存量的变化得到：净需求量= 毛需求量该时区可 用库存量【2 4 】 另外还要计算计划订单量和计划交付量的数值。计算逻辑如图2 3 1 7 】： 9 第二章物料需求计划相关理论 图2 3m r p 计算逻辑 当库存可用量为负值时，意味着出现了净需求，其发生时间指出了即将发生的物料短缺， 需要按其需求时间和数量进行能力平衡后制定生产或采购计划。预计入库量是指本时区之前 各时区已下达的订货，预计可以在本时区之内入库的数量。安全库存量的设置是为了应付不 确定性，尽管是相关需求，仍有不确定性，比如，不合格品的出现、外购件交货延误、设备 故障等。提前期和批量是在m r p 计算过程中的两个重要参数。提前期：从完工日期算起倒 推到开始日期这段生产周期或者说从订单下达到生产完成入库这段总共用去的时间，也称偏 置期。一次加工或者订货的数量称为批量。如果要使系统真正起剑计划与控制的作用，m r p 模块中提前期和批量的数值设置必须综合考虑产品的上艺过程和采购流程，车间的生产能力 以及它f i j 两者之间的相互作用等各方面的因素1 2 3 | 。 m r p 的输出可作为能力需求计划、车间作业计划、采购计划等其他生产管理模块的输 入信息，其输出的内容包括： ( 1 ) 下达计划订单，包括外购件的采购订单和自制件的自制订单。 ( 2 ) 计划日程改变的通知，即要求提前或推迟已下达订单的完工日期。 ( 3 ) 由于生产进度的取消或暂停，而下达订货取消或暂停通知。 ( 4 ) 输出库存状态报告。 ( 5 ) 未来一段时间的计划订单。 2 2 逆向物流和逆向m r p 2 2 1 逆向物流概述 2 2 1 1 逆向物流的内涵 国内外学者及研究机构对逆向物流的定义有不同的表述。1 9 8 1 年，l a m b e r t 和s t o c k 最 早提出逆向物流的概念，把逆向物流定义为：与极大部分的货物流动方向是相反的1 2 引。这 个定义与1 9 8 6 年m u r p h y 提出的定义类似。1 9 8 9 年m u r p h y 和p o i s t 把逆向物流定义为：货 物从消费者到生产者的流动。二十世纪八十年代，逆向物流的范闱也仅限于货物从消费者到 生产者的流动，与正向物流相反。 1 9 9 8 年，s t o c k 把逆向物流定义为：物流在产品收回、产品循环使用、物料替代、物料 循环使用、废物处理和修理、整修和再制造中的作用f 29 | 。这个定义类似于s t o c k 教授和k o p i c k i 分别在1 9 9 2 年和1 9 9 3 年给出的定义。c a r t e r 和e i l r a m ( 1 9 9 8 年在j o u r n a lo f b u s i n e s sl o g i s t i e s 中) 也采用了类似的定义：逆向物流是公司通过再循环( r e c y c l i n g ) 、再使用以及减少原材料的 使用，使公司可以有效率地达成环境保护的过程。c a r t e 和e l t r a m 认为逆向物流狭义的定义 是：通过配销的网络系统将所销售的产品进行同收的过程【3 们。 到了1 9 9 9 年，r o g e r s 和t i b b e n l e m b k e 对于逆向物流的定义被美国物流管理协会( t h e c o u n c i lo f l o g i s t i e sm a n a g e m e n t ，c l m ) 所采用，成为比较通用的一个定义1 3 ，即：“逆向物 l o 东南大学硕上学位论文 流是为了资源回收或处理废弃物，在有效及适当成本下，对原料、在制品、成品和相关信息， 从消费点到原始产出点的流动和储存，进行规划、执行与管制的过程。” 2 0 0 2 年，美国物流管理委员会也给逆向物流下了一个正式的定义：逆向物流是对原材 料、加工库存品、产成品，从消费地到起始地的相关信息的高效率、低成本的流动而进行规 划、实施和控制的过程1 3 2 1 。 欧洲逆向物流管理协会认为，逆向物流是概括性的术语。从广义上来说，逆向物流代 表了与产品和材料重新使用相关的所有活动。对于这些活动的管理可以成为产品同收管理 ( p r o d u c t sr e c y c l em a n a g e m e n t ，p r m ) 。而p r m 着眼于在产品或材料消耗之后仍进行适当 管理。这些活动从某种程度上来说，与企业内部由于产品加工而导致的次品同收有儿分相似。 逆向物流是指为了保证环保而进行的产品的可持续回收产生的所有物流活动，包括对己用 品、部件和材料进