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摘要 论文题目： 学科专业： 研究生： 指导教师： m r p 系统中的物料清单和物料需求计划研究 机械制造及其自动化 尹斐签名：芝塾 李德信副教授签名：壹妻：争 摘要 面向订单的单件小批量生产的物料需求计划对于企业建立一套有效的物料管理与生 产计划机制、顺利满足交货期的要求有着十分重要的意义。本文对物料需求计划中有关系 统基础数据刨建、物料清单和需求计划的自动生成等进行相关研究。 首先，研究了b o m 模块基础数据的创建和存储方法，然后在对物料的编码问题进行 研究的基础上，研究了本文的物料编码方法；设计并实现了一种产品结构树的自动生成算 法，并在产品结构树的基础上，应用递归遍历的方法，实现了物料清单的自动生成和数据 信息的统计，并通过实例验证了算法的准确性。 其次，在分析研究了物料需求计划模块基础数据的内容设计和创建方法，以及提前期 确定、低层码等几个关键问题的基础上，研究并实现了物料需求计划基本算法，准确生成 了每个物料的详细需求数量和生产进度计划，通过实例实现了物料需求计划的可视化，并 在此基础上，研究了“伸缩式”的m r p 算法改进策略，基本实现了计划的自适应调整： 为对物料需求计划的可行性进行检验，对能力需求计划算法进行了理论分析和探索研究。 在对物料需求计划系统进行详细的需求分析和功能设计的基础上，得出了系统内现有 基础数据信息之间的关系流图，并对b o m 和物料需求计划模块进行了具体的软件实现。 关键词：基础数据，产品结构树，b o m ，物料需求计划 a b st r s c t t i t l e ：r e s e a r c ho nb i l lo fm a t e r l a la n dm a t e r i a l r e q u i r e m e n t sp l a n n i n gi nm r ps y s t e m m a j o r - m e c h a n i c a le n g i n e e r i n ga n da u t o m a t i o n n a m e ：f e iy i n s u p e r v i s o r = a s s o c i a t ep r o f d e x i nl i a b s t r a c t s i g n a t u r e ： 阮阪 s i g n a t u r e ：佥丝盐l ? i t i ss i g n i f i c a n tt od or e s e a r c h e si nk e yq u e s f i o mo fm r pi nt h ee n t e r p r i s ew h i c hf a c * t h es i n g l eb a t c h p r o d u c t i o no r d e r s ，i ft h ee n t e r p r i s e sw a n tt oe s t a b l i s h a l le f f e c t i v es y s t e mt om a t e r i a l sm a n a g e m e n ta n d p r o d u c ep l a n n i n g i tw i l lm e e tt h ed e l i v e r e dr e q u i r e m e n to fc u s t o m e r s t h ee s t a b l i s h m e n to fs y s t e mb a s i c d a t aa n da u t o - c r e a t i o no f b o ma n dm r pa r er e s e a r c h e db a s e do nt h es i t u a t i o nn o w a d a y si nt h i sp a p e r h o wt oc r e a t ea n ds t o r et h eb a s i cd a t ao f b o mm o d u l ei ss t u d i e df i r s ti nt h i sp a p e r , a n dt h e nt h em e t h o d o fm a t e r i a lc o d ei sp u tf o r w a r db a s e do nt h ef o u n d a t i o no fr e s e a r c h i n gi nm a t e r i a lc o d i n gp r o b l e m a n a u t o - c r e a t i o na l g o r i t h mo fp r o d u c ts t r u c t u r et r e ei sd e s i g n e da n da l la u t o - c r e a t i o nm e t h o do fb o md a t a i n f o r m a t i o ni sr e a l i z e db ya p p l y i n gr e c u r s i v em e t h o d i ti sv e r i f i e dt h a tt h ea l g o r i t h mc a nb ep r e c i s e ，f a s t a n dr e a l t i m e t h ek e yq u e s t i o n so fm r pb a s i cd a t as u c ha sc o n t e n t d e s i g n i n ga n de s t a b l i s h e dm e t h o d ，l e a dt i m ea n d l o w l e v e lc o d ea r ea n a l y z e di no r d e rt or e a l i z et h em r pb a s i ca l g o r i t h mi nt h i sp a p e r , a n dt h e nt h ed e t a i l e d r e q u f f e m e n tn u m b e ra n dp r o c e s so f t h em a t e r i a lc a nb ec r e a t e dp r e c i s e l y ，a n dr e a l i z e dv i s u a ld i s p l a yo f m r p b ye x a m p l e b a s e do nt h er e s e a r c h e sa b o v e ，t h es e l f - a d a p t i v ea d j u s t m e n ti sr e a l i z e db yi m p r o v i n gf l e xm r p p o l i c y i no r d e rt ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo fm r pa l g o r i t h m ，t h ec a p a b i l i t yr e q u i r e m e n tp l a n n i n ga l g o r i t h mi s a n a l y z e di nt h i sp a p e r t h er e l a t i o nc h a r ta m o n gt h ed a t a b a s ei n f o r m a t i o ni sg a i n e db ya n a l y z i n gt h ed e t a i l e dr e q u i r e m e n to f m r pa n dd e s i g n i n gt h ef u n c t i o no fm r p a c c o r d i n gt ot h er e l a t i o nc h a r t ，a c h i e v e dm e t h o d so fb o ma n d m r pm o d u l e sa r ed e s c r i b e d k e yw o r d s ：b a s i cd a t a ，p r o d u c ts t r u c t u r et r e e ，b o m ，m r p 2 独创性声明 秉承祖匡l 优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人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成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：至塾丞，坷年牛月上日 学位论文使用授权声明 本人望塞。在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位沦文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者躲立坚导师签穗霎盎) 1 年斗月上e i 第一章绪论 1 绪论 1 1 课题研究的背景及意义 面向订单的生产企业中，客户对产品或零部件的模型配置给出要求，企业根据客户的 要求为客户提供订制的产品，产品结构在收到客户订单后才能被确定，这种方式对生产的 柔性要求大大增加，并且随着生产批量的减少，品种的增多，产品结构必需随着客户的需 求随时改动调整，导致生产计划的安排越来越困难，生产的波动较大，负荷不均衡“1 ， 企业内暴露出的问题日益增多：例如，由于产品结构、生产计划难以准确制定，与生产部 门密切相关的其他部门，如采购、库存部门，也无法制定相应的计划；客户需求的多变， 使生产计划不得不跟着变动，导致生产上所需的原材料不能准时适量供应，使企业的生产 计划难以适应等等。 物料需求计划系统( 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 ，m r p ) 作为一种现代化的生产管 理模式较早地被引入我国，经过近三十年的不断探索和实践，近年来被认为是最具有代表 性的现代制造企业管理规范和管理技术。 m r p 系统的基础数据源物料清单( b i l lo fm a t e r i a l ，b o m ) ，贯穿于产品的整个 生命周期中，是系统各个功能模块之间进行数据交换的纽带，它的正确性和完整性对企业 的工作流、物流、信息流和资金流的畅通产生很大的影响，它的创建、使用和维护直接关 系着系统的运行质量。而单件小批量的离散型制造企业的b o m 数据是非常庞大而复杂 的，如果b o m 不准确，会导致生产的零部件不配套，甚至有时待用的零部件会成为积压 物料，引起生产活动紊乱，生产周期延长等。随着计算机和网络技术的快速发展，对物料 清单的设计、构建及计算机化实现提出了越来越高的要求，尤其在市场竞争日趋激烈的现 代企业中，产品的技术状态会随着客户的要求而不断变化，导致了b o m 数据具有动态性， 从而使b o m 数据的创建和管理更加复杂化。 在m r p 系统中，当主生产计划确定以后，利用b o m 动态驱动物料需求，得出需要哪 些自制件和外购件，需要多少，何时需要等。b o m 在m r p 系统运算中占有极其重要的地 位，主要表现在：b o m 全面展示了产品在生产过程中需要控制和管理的物料项和数 量关系，这些物料项对企业的生产经营活动是非常重要的，必须加以控制和管理是m r p 计算的关键内容。b o m 表达了组成产品各物料之间的制造装配顺序和时间关系，满 足了计算物料项在什么时间需要，什么时间下达计划的需求。 本文将对b o m 的基础数据创建和自动生成的具体方法进行研究，使其能有效集成企 业中的各种产品数据信息，为整个系统的开发提供完备的数据基础，同时这也是多数企业 在转型过程中的一个重要任务，对制造业的发展具有十分重要的理论和实际意义。 上个世纪九十年代初，在企业界掀起了一股研究与实施m r p 系统的热潮。但是人 们在研究m r p 系统的同时，却忽视了m r p 的基础和核心物科需求计划。 传统的 m r p 软件将主要精力集中于各模块之间的集成，这无疑是正确的，但却忽略了集成的前 提：拥有一个准确的物料需求计划系统。 西安理工大学硕士学位论文 物料需求计划系统强调时间进度，重计划，以确保交货期为目的，以时间计划为主线， 以产品结构、工艺工序为计划分解依据，强调在正确的时间将正确的物料、信息按正确的 数量送到正确的地方“1 。它在企业生产制造中处于非常重要的地位，指挥着企业的生产 活动，是控制和管理生产设备运行的命令，要利用有限的资源获得最佳的经济效益，必须 制定切实可行的物料需求计划，否则企业内一切活动都会陷入混乱。 但由于m r p 系统本身的局限性，它在单件小批量生产环境中很难发挥良好的作用。 订单需求源头上的不确定使生产计划对此疲于应付，造成企业生产计划的稳定性与订单的 频繁变更之间存在着一定的矛盾。 到目前为止，很多订单驱动的单件小批量离散制造企业，迫切地需要一个能满足实际 生产环境需要的计划与控制系统，来解决生产中遇到的各种问题和矛盾。 本课题针对上述现状，对订单驱动的单件小批生产环境下的制造企业物料需求计划与 控制系统进行研究，使企业的计划更科学，对生产的控制更及时，更合理；使计划能够有 效地指导加工和采购等各环节有序进行：使生产中的在制品积压，物料供应不及时，加工 等待现象严重等问题得到明显的改善，从而顺利满足交货期的要求。本论文的研究将有助 于面向订单的单件小批生产企业在信息化过程中对生产管理的集成，并可以帮助企业建立 一套有效的计划与控制机制，促进企业生产管理的水平和市场竞争力的提高。 1 2 物料需求计划系统发展概况 物料需求计划系统的指导思想是编制一个产品的所有零部件( 包括原材料) 按工厂日 历时间编排的交货计划，根据产品结构中的数量关系和时间关系使得每个零部件的交货日 期和交货数量相匹配，再依据库存信息准确计算出物料的需求数量和时间点，从而按需备 货和生产，避免无计划状态下的物料积压和缺货情况，消除大量无效成本，降低生产和采 购的盲目性，在不降低客户服务水平的情况下降低库存”1 1 4 1 。 物料需求计划系统是随着生产的发展和管理水平的不断提高而产生的一种科学的管 理思想、模式和方法is l 。自问世以来，由最初的订货点法经m r p 、闭环m r p 两个阶段发 展到现在的m r p 一1 1 e r p 系统，m r p 在通用理论上逐渐趋于成熟。 2 0 世纪4 0 年代初，西方经济学家通过对库存物料随时问推移而被使用和消耗的规律 的研究，提出了订货点法的理论和方法。该方法的思想是：为了应对生产过程中的不确定 性，为需求的每种物料设置一个最大库存量和安全库存量。由于物料的供应需要一定的时 间，如：物料的采购周期、加工周期等，因此，要有效地补充库存，必须有一定的时间提 前期，即必须在安全库存的基础上增加一定数量的库存，当库存达到安全库存与这一定数 量库存之和时，就发出订货要求。当供应的物料到货时，物料的消耗刚好达到安全库存量。 由于订货点法是根据历史纪录来推测未来的需求，它的应用条件是：需求相对均匀， 物料的消耗相对稳定，各种物料相互独立，提前期己知且固定，物料的供应也比较稳定。 如果客户需求不断变化，产品及相关原材料的需求在数量上和时问上是不稳定的，订货点 法的应用效果就不明显，这种模型在当时起到了一定作用。然而，随着生产制造业的发展， 2 第一章绪论 上述的应用条件越来越无法满足，订货点法显现出了越来越大的局限性“1 。 物料需求计划( m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ，m r p ) 是2 0 世纪6 0 年代发展起来的 一种计算物料需求量和需求时间的系统，它解决了传统的订货点法的缺陷，把企业生产需 求的各种物料分为独立需求和相关需求两种类型，根据产品结构把生产计划进行分解，并 参照库存信息，进而计算出物料需求的准确数量与时间，从而有效地解决库存积压与短缺 这一基本难题。m r p 的出现标志着生产管理在计划这方面进入信息化阶段。 随着时问的推移，人们发现即使有了m r p ，也不能保证编制出的生产计划是切实可 行的。因为它在编制计划时并未考虑企业的生产能力、采购能力和供货方的供货能力等方 面的限制。 于是，2 0 世纪7 0 年代，人们针对m r p 没有考虑企业现有约束、缺乏对计划进行调 整的能力的缺陷，把生产能力计划、车间作业和采购计划纳入m r p 中，对这些信息进行 计划的平衡调整，采用计划一执行一反馈一调整的控制逻辑，有效地对各项生产资源进行 规划和控制，从而使m r p 形成一个闭环系统，即闭环m r p 。其逻辑如下：根据订单和市 场分析预测制定主生产计划，根据主生产计划生成m r p 的过程中要进行关键能力平衡， 驱动生成物料需求计划，再经过细能力平衡( 能力需求计划) 生成车间作业计划和采购计 划。这时m r p 成为一个完整的计划和控制系统。 闭环m r _ p 的运行主要是物流的过程，而并没有涉及产品从原材料的投入到产品的产 出整个过程的资金流。然而，资金的运作会很大程度上影响生产的运作，例如：采购计划 制定后，企业由于资金短缺而无法按时完成，就会影响整个生产计划的执行。 针对这些新的问题，8 0 年代，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 ， m r p i i ) 把生产活动与财务活动联系到一个系统中，使闭环m r p 向m r p i i 迈出了关键 一步。m r p i i 在闭环m r p 的基础上，集成了财务、制造和供销，构成了完整的企业管理 流程。 m r p 一1 i 主要环节涉及：经营规划、销售与运作计划、主生产计划、物料清单、物料 需求计划、能力需求计划、车间作业管理、库存管理、采购管理、产品成本管理、财务管 理等。从一定意义上讲，m r p i i 系统实现了物流、信息流和资金流在企业内部的全面集 成。在m r p 一1 1 中，一切制造资源，包括人工、物料、设备、能源、市场、资金、技术、 空间、时间等都被考虑进来。利用m r p i i 可以制定周密而详细的计划，使企业内部各部 门活动协调一致，有效地利用各种资源、缩短生产周期、降低成本，实现企业整体优化( 7 1 e 1 3 物料清单( b o m ) 的发展及研究现状分析 传统物料清单( b o m ) 的概念是制造装配产品所需要的物料和项目清单，是描述产 品结构的数据文件，它作为m r p 系统的基础输入数据，同时也是车间作业指导装配任务 的依据，几乎与所有的职能部门都有密切联系。 初期阶段，b o m 是作为p d m m r p 系统的一个模块产生并发展的。自从1 9 8 8 年， g a r w o o dd “1 提出b o m 的概念后，人们逐渐开始把它作为一个独立的研究领域进行研究。 西安理工大学硕士学位论文 目前，涉及到b o m 的研究已有很多，但大多数所关注的只是企业信息集成的理念及软件 构架，对企业制造过程中b o m 本身的构建方法、效率和使用效果方面的研究成果却甚微。 b o m 的复杂性给其研究带来了一定的难度，影响b o m 复杂性的因素一方面是复杂 的产品结构，导致b o m 的数据量是惊人的；另一方面是在面向订单的单件小批生产组织 方式下，产品结构随客户的需求而不断变化，为满足客户特定的需求，b o m 结构必须具 有动态性 9 1 0 关于b o m 自动生成方面的研究也还在进行之中。在现阶段的企业应用中，b o m 存 在的问题很多，层次也比较低。国内企业在实施m r p 系统时，大多采用产品设计的b o m 形式，这与实际生产有很大的差距。传统b o m 结构的建立方法有诸多缺点和不足，易产 生数据的冗余，而且对部件的多级分解和查询也较难实现“”。具体反映在：b o m 是不完 整的，它无法反映出从原材料到成品之间的层次关系，因此无法体现具体的加工过程，对 于工艺的编制、指挥和组织生产起不到指导性的作用；b o m 反映的是产品设计的分离面， 不能很好地体现装配过程的层次结构；所生成的b o m 的准确性有待提高，企业缺乏统一 有效的b o m ，并且模块化程度比较低；很多情况下，还很难实现b o m 的自动生成与管理 1 1 1 1 0 在当今用户需求大多以整机产品的形式出现的情况下，一个既能反映实际生产装配， 又能体现加工过程，同时高效、准确地展现零部件和产品之间数量关系的b o m 还有待于 继续深入生产实际进行研究。 刘艳凯、于明“2 1 通过比较两种常用物料清单构造方法，即单层b o m 和多层b o m 的 优缺点，并且在企业使用多物料清单并行的基础上，提出一种实用性较强的复合式b o m 构造方法。这种方法适合于多产品、多系列的制造企业，既可以保证产品数据的准确性， 又可以实现产品结构树的可视化。最重要的是有效提高了b o m 分解的速度，消除了系统 运行的瓶颈；李世斌、陈春梅“”研究了在关系数据库基础上融合面向对象技术对产品 b o m 的网状结构进行分解，找出b o m 的适合面向对象数据库和关系型数据库结合处理 的产品结构模型，并提出了实现方法。对象关系数掘库拥有传统的关系数据库的优点，使 具有复杂数据结构和层次关系的b o m 更易于描述，而且，随着i n t e m e t 的发展还会需要 有更复杂的数据类型，因此，应用融合面向对象技术的关系数据库构造b o m 将是一个非 常具有探索价值的研究方向。 在b o m 遍历算法方面，余锐林、吴顺祥“”研究了基于s q ls e r v e r 的存储过程，通过 创建一个l 临时堆栈表，使得b o m 的遍历算法用一个循环实现，随着产品结构复杂度的增 加，这种算法在低层码生成算法的效率提高方面体现出了一些优越性；石为人、张青“” 总结了递归查找法和分层查找法的原理、遍历速度、资源占用、实用性等的基础上，综合 以上两种方法的优点，提出了适合关系型数据库存储的改进的b o m 遍历算法，基本实现 了速度快、资源占用低等优点，并在实际应用中取得了明显的效果。 4 第一章绪论 1 4 物料需求计划( u r p ) 研究的发展及研究现状分析 2 0 世纪6 0 年代以前，由于缺乏现代化生产管理的方法与工具，只能采用手工编制生产 计划，而随着工业产品结构变得越来越复杂，一个产品常常由成千上万种零件和部件构成， 用手工方法不能在短时间内确定如此众多的零部件及相应的制造资源的需求数量和需求 时间，据资料显示l l e l 在当时的美国，有些公司通过手工编制生产计划一般需要6 周到 1 3 周的时间，人们称这样编制生产计划的方式为“季度订货系统”，因此这样定制的计划 只能每个季度更新一次，一方面计划不是很细致准确；另一方面计划的应变性很差。 进入2 0 世纪6 0 年代以后，国内外学者对于生产计划与控制的研究开始活跃起来。在 目前众多的生产计划管理模式中，比较重要的有物料需求计划、准时生产( j u s t i n t i m e ， j r ) 和最优化生产技术( o p t i m i z e dp r o d u c t i o nt e c h n o l o g y , o p t ) 。 准时化生产方式的基本思想是只在需要的时候，按需要的量生产所需的产品。其出发 点是把制造系统中的浪费( 残次品、在制品存储及准备时间) 降低到最低限度，其核心是 追求一个零库存生产系统或使库存达到最小的生产系统。j i t 模式下生产计划系统只给最 终装配线下达生产任务，由装配线起逐级地向前领出部件、零件、在制品、毛坯直到原材 料。 j i t 比较适用于需求固定的零部件的生产控制，它的局限性在于，若单独采用j i t 进 行生产进度的控制必将会造成不必要的库存，并且j i t 不允许生产存在瓶颈工序，不做能 力计划，因此单独采用j i t 在面向订单的单件小批生产企业中是不容易行得通的 1 7 1 o p t 的生产管理理念强调最大程度地利用“瓶颈”资源，使得加工过程尽量连续不 断，因此，要求在“瓶颈”机床前形成零件队列，这就要求零件在“瓶颈”机床加工前的 各道工序尽早安排加l - ，使物料以最快的速度通过“瓶颈”，找出产品生产中影响生产进 度的最薄弱环节。集中精力保证最薄弱环节满负荷工作，从而达到不影响生产进度，缩短 生产周期，降低在制品库存的目的。 o p t 比较适合于一些产品结构简单、工序较少且大批量稳定生产的情况，能起到很 好的功效，但其在应用方面也有诸多不足，例如：要求瓶颈、需求都相对稳定；着眼于车 间现场的决策量来实现对生产的计划与控制等“”。 在制造业的生产经营活动中，一方面对原材料、零部件、在制品和半成品进行合理储 备，以使得生产连续不断地进行，同时满足波动不定的市场需求；另一方面，库存又占用 大量资金，为了加快企业的资金周转，提高资金利用率。需要尽量降低库存。m r p 就是 为了解决这一矛盾提出的。它既是一种较精确的生产计划系统，又是一种有效的物料控制 系统，用以保证在及时满足物料需求的前提下，使物料的库存水平保持在最小值内，即协 调生产的物料需求和库存之间的差距。 现在关于m r p 的研究和在企业中实施的现状也并不是很乐观。有待解决的问题还有 诸如：能力约束考虑不足，往往造成生产计划无法完成，物料需求不切实际。虽然 m r p i i 加入了能力平衡，但并不能弥补其在约束问题考虑上的缺陷1 1 1 m r p 生成计 西安理工大学硕士学位论文 划时，根据物料清单逐层展开为每层零部件生成需求计划，由于误差的累计，生成的计划 很容易与实际脱节。m r p 的提前期是推式计划的结果，需要提前确定，因而很可能造 成与实际情况不符，导致在制品库存增加。计划编制周期是周或月，属静态计划。计 划如发生变更只能等到下次编制计划时才能更改，很难适应频繁变化的市场需求，缺乏应 有的指导性和权威性。现阶段许多企业计划编制依然主要靠人工进行，面对频繁的计 划变化，其工作任务极其艰巨复杂，很难保证计划与控制的质量。即使一些企业实施应用 了m r p 系统进行计划编制，其运算效率还是相当低下，运算周期很长，导致计划不能及 时反馈并指导生产。 戴宝纯、张宇孝“”分析了按订单生产的计划特点和特殊性，阐明了传统m r p 系统 无法解决的产品编码和计划编制问题，提出通过配置和控制规则库产生订单b o m ，再与 标准m r p 系统集成实现按订单编制生产计划的具体解决方法。英登耀、张阿卜”以部 分企业的实际应用为背景，指出了典型的咖婶一i i 在应用于企业时主生产计划和物料需 求计划失效的问题，并且分析了失效的原因，提出了一种把“订货点法”、“物料需求计划 ( m r v ) ”、“制造资源计划( m r p l i ) ”这些管理模式结合的新的物料计划方法。至于如 何实现这个目标，还需要根据企业的实际情况进行具体分析和设计；余锐林、吴顺祥“” 针对物料需求计划的算法设计，通过引入低层码( l o wl e v e lc o d e ) 这一概念，很好地控 制了不同物料计划的优先顺序，既改进了m r p 算法的设计，又提高了m r p 的运行效率。 然而在面对例如产品中包含一些可以一次性购进的特殊物料和耐用物料或者季节性比较 强的物料时，此算法将失去意义，所以，这种算法仍需要进一步的改进。 1 5 本课题的研究目的和内容 b o m 是制造和装配产品所需要的物料和项目清单，产品结构树将b o m 中产品的零 部件按装配层次、数量关系显示出来，使复杂产品的结构得以直观地表达。b o m 是企业 各部门进行数据传输的纽带，更是m r p 系统运算生成物料需求计划、生产作业计划的核 心基础数据。物料需求计划是m r p 系统的核心内容，生成计划的效率和准确性以及对生 产实际情况的适应性是生产计划系统实施运行效果的主要评价因素，对企业生产中的各环 节具有直接的影响。 鉴于此，本课题研究的主要目的是：首先，创建产品数据信息数据库，并实现产品结 构树和物料清单的快速、准确自动生成；其次，研究物料需求计划的自动生成算法，实现 计算机自动生成，并在基本算法的基础上进行改进使其能更有效地指导生产。 本课题研究内容围绕如何解决基础数据的内容设计及存储、产品结构树和b o m 自动 生成、物料需求计划自动生成及改进策略等几个问题，在本论文的章节中进行了详细的描 述。论文框架结构安排如下： 第二章，首先解决产品结构和物料数掘的设计、存储及物料编码问题；其次在基础数 据的基础上，研究产品结构树自动生成方法，并对这种方法进行实现，然后通过分析比较 b o m 的组织形式，通过递归遍历节点信息的方法，实现b o m 的自动生成和信息统计， 第一章绪论 并通过实例进行验证。 第三章，首先，对物料需求计划基础数据构造问题进行深入细致的研究，在基础数据 驱动下，设计并实现物料需求计划基本算法，并通过实例进行验证：其次，在基本算法的 基础上，研究针对单件小批量生产的“伸缩式”m r p 算法改进策略，并对基本算法和改进 后的算法进行对比分析。最后对能力需求计划做了一些理论阶段的探索性研究。 第四章，首先，在分析面向订单的单件小批量生产的特点和企业面临的主要问题的基 础上，对物料需求计划系统进行需求分析和功能设计，得出系统现有数据之问的数据流关 系，其次，对b o m 和物料需求计划模块进行具体的软件实现。 第五章，对本文所做工作进行简要总结，并结合自身的研究体会，展望下一步的研究 方向。 7 西安理工大学硕士学位论文 2 物料清单及其生成方法研究 制造企业的各项核心业务都是围绕产品来展开的，而产品又是由部件、零件及原材料 等基本物料组成“”。它们之间的关系可以通过产品结构树的形式来表达。但是为了方便 生产制造中有效地使用，还必须把产品结构树转化为计算机可以识别的数据格式来描述产 品信息，即物料清单( b i l lo f m a t c r i a l ，b o m ) 。 b o m 是报表化的物料集成表达，是企业信息系统的基础，如果没有准确、完整的物 料清单，就无法准确了解企业产品生产的流程，相关业务也无法有效地进行，产品的生产 制造流程也无法明确建立并顺畅执行下去。b o m 数据不准确，其影响不仅仅体现在b o m 模块本身，而且会随着其他模块对b o m 的使用而放大。因此，研究产品基础数据、产品 结构树和物料清单的准确、高效地自动生成非常重要。 2 1 b o m 的定义 b o m 最早是作为可被计算机识别的产品结构而出现的。b o m 的定义，从不同的系 统来看，其含义具有一定的差别。 从c a d 系统来看，b o m 是描述产品结构的技术性文件，偏重于产品信息的汇总， 如明细表；从c a p p 系统中来看，它则担任了计划文件或指导生产文件的角色，包括加 工工序卡、工装材料等汇总信息。m r p 系统中，b o m 是各个功能模块之间进行数据交换 的纽带，也是m r p 系统最重要的数据来源，在m r p 系统中b o m 的定义则会根据部门 的不同而有不同。产品整个生产过程要经过工程设计、工艺制造设计和生产制造3 个阶段， 因此在生产制造领域相应这3 个过程中，根据应用侧重点的不同，b o m 所包含的内容也 有所差异。 企业产品设计部门根据客户需求或者设计要求进行产品设计，完成产品设计工作后， 从设计图纸提取产品名称、产品结构、零部件的版本、物料明细表、物料汇总表、产品使 用说明书等相关数据，用来生成零部件物料清单，并对其进行组织和管理。这一阶段的 b o m 称为产品设计b o m ，即e b o m ( e n g i n e e r i n gb o m ) ；工艺部门在设计b o m 基础 上，根据企业工艺装配特点，编制产品的装配件、零部件和最终产品的设计方法，同时在 工艺b o m 中确定零部件的加工设备、工装夹具、刀具等工艺信息，生成相关零部件的工艺 文件，称为产品的工艺b o m ，印p p b o m ( p r o c e s sp l a n n i n gb o m ) “”。 本文研究b o m 的侧重点是在生产制造部门存储产品的物料信息，为了满足m r p 计 算的需要，在m r p 计算的输入中，用b o m 表示为生产某种产品所需要的所有物料的属 性，以及物料之间的结构和数量关系。 在计算的过程中，以b o m 中的产品结构为物料分解依据，在这里b o m 是一种数据 之间的组织关系，在制造过程中，被企业生产制造部门用来组织和管理生产产品所需的零 部件物料信息，决定零部件之问的装配关系和装配数量以及零部件和最终产品的制造方 法，称为制造b o m ，即m b o m ( m a 叫f a c t u r i n gb o m ) 。 8 第二章物料清单及其生成方法研究 基于这样的出发点，本文对b o m 的处理采用一种直观的图示的表现形式，即产品结 构树，如图2 - 1 所示。树中的根节点代表产品，其余节点表示零件和部件，通过自顶向下 分解的形式或自底向上追踪的形式提供信息。它将产品的所有结构按层次关系全部显示出 来，以使产品与其下属零部件之间的父子关系一目了然，通过产品结构树这种非线性的数 据结构，能清晰直观的可以表达产品这种多分支多层次的关系。 由图2 - 1 可以看到，产品a 由3 个b 、2 个c 和4 个d 组成，而部件b 又由2 个e 和 1 个f 组成，部件c 由2 个g 和3 个b 组成，依此类推，产品结构可以无限复杂。 图2 1 产品结构树图示 f i 9 2 1 s t r u c t u r eo f p r o d u c t s 2 2 基于关系型数据库的产品结构树的自动生成方法 关系型数据库是目前普遍被采用的数据库类型，研究产品数据在数据库中合理的创建 和存储方法，是顺利实现产品结构树自动生成的基础“”。 2 2 1 基于关系型数据库的产品结构树分析 由于企业生产过程中产品结构的多样性和复杂性，产品结构树是多层的，并且产品父 部件与子部件之间并非是一对多或者多对一的关系，而是一种比较复杂的网状结构的多对 多的关系。父部件通常由许多子部件装配而成，而同一零部件又会被用在多种产品或部件 的装配中，如图2 2 中的产品所示，f 被b 和c 使用，g 被b 、c 和d 使用，h 被c 和d 使 用。 图2 - 2 产品结构网状示意图 f i 口- 2d e m o n s t r a t i o no f p r o d u c ts t r u c t u r e 9 一 百蛊 一 西安理工大学硕士学位论文 就目前的技术情况而言，采用关系型数据库中的二维表的形式存储数据，对于这种错 综复杂的网状的产品结构模型来说，很难找到数据模型进行直接表达，并且由于数据结构 定义比较复杂，数据的查询、操纵和控制困难，应用程序的编制复杂、维护量大等缺点而 不多用“”。因此，设计产品结构在数据库中的组织形式和存储方式必须根据实际环境进 行分析，如何将网状结构转变为一种接近于二维的层状关系，再进而转变为能直接在关系 型数据库中有效表达的二维表数据模型，是本节数据存储设计的核心。 针对这个问题，本文的处理方法是，将重复使用的子件复制拆分，按不同的零部件来 处理的方法，把使用在不同部件中的相同子件，用不同的项目代号来区别以便分离，转换 过程如图2 3 所示。将重复使用的f 复制拆分，使其分别归属于b 和c ，将g 复制拆分使 其分别归属于b 、c 和d 。通过这种方法，可以实现将网状的产品结构转化为层次分明的 树状结构，从而也就可以方便实现产品结构树中的节点信息在关系型数据库二维表中的表 达和存储。 图2 - 3 产品结构转换 6 口一3 t r a n s f e ro f p r o d u c ts t r u c t u r e 2 2 2 数据属性设计过程 建立数据库表是数据库设计的核心，数据表设计的合理与否不仅决定产品结构数据的 一致性和完整性，而且直接影响产品结构树的分解速度“”。如果设计不合理，将成为系 统的瓶颈。对于关系型数据库，本文中将产品的层次结构转化为相应的二维表结构的基本 步骤是：首先，将多层的结构转化为多个单层的结构；其次，将多个单层的结构整合成一 个关系。 通过对产品生产过程的分析，产品结构树有如下两个特点：1 ) 不同的层上可能有相 同的原料或半成品，如图2 1 中的b 在第一层和第二层同时出现；2 ) 出现在不同层次的 相同半成品构成不变，如b 由e 和f 构成。 以图2 一l 中的产品a 为例，一个父子关系按一条记录存储，根据上述产品结构的两个 特点可知，首先，如一一存储产品的零部件信息，则要存储a b 、a c 、a d 、b e 、b f 、c b 、c g 、b f 、b e 总共9 条记录，明显可以看出部件b 的两条记录是重复的， 即重复存储了b 部件的装配信息；其次，部件下属零件的物料信息、加工工艺信息、库存 信息和成本信息等等都要重复记录，无疑将产生大量的数据冗余。 i o 第二章物科清单及其生成方法研究 本文中解决这一问题的思想是：使零部件构成之间建立一定的依赖关系。通过对产品 结构树的分析发现，产品构成可看成是多层零件和部件的堆积，如图2 一l 中a 由b 、c 、d 构成，b 由e 和f 构成，c 由g 和b 构成，由此可见，可以依照如图2 4 所示的处理方式， 只要把产品和每个部件的第一层保存起来，a 的产品结构信息表中存储了b 、c 和d 基本 信息，由于b 和c 又是部件。还有下属零部件，通过一个关联的属性值，例如物料编号来 关联到b 和c 的产品结构信息表，其中，b 的信息表中存储e 和f 基本信息，c 的信息表 中存储g 和b 基本信息。 依照此原理类推下去，就可以实现任意复杂产品的结构，从第一层开始，把各层中相 应部件的结构展开即可，这样处理的优点是，大大减少了数据的存储量，从根本上解决了 产品结构信息、物料信息及工艺信息等数据的存储冗余问题。 i ： 图z 一4 信息存储处理方式 f i 醇- 4 m e t h o do fi n f o r m a t i o np r o c e s s i n g 综合考虑上述这些问题，本文首先设计产品装配层次关系数据的存储规则，在生产实 际中，项且名称很可能重复，因此用项目代号这一字段作为项目的唯一标识，并作为表与 表之间关联的公共属性。本文中采用如图2 - 5 所示方法编制系统中产品结构的项目代号。 产品结构信息的存储模型如表2 - 1 所示。 i 产品序号 j 用整数表示 ，代表产品 库中的第1 1 个产品 l 层次序号l l 用字母表示， 依次表示产品 层次结构中的 第n 个子树 零部件序号 用两位整数表 示，表示该子 树中的第1 1 个 零部件 图2 - 5 项目代号制定方法 f i g2 - 5 m e t h o do f i t e m s i d 西安理工大学硕士学住论文 表2 - 1 产品结构存储模型 t a b 2 1t h es t o r a g em o d e lo f p r o d u c ts t r u c a u e 项目编号 下属第一层项目编号 名称 层次数量 0 a 0 1o b o lb l3 o a o l0 b 0 2c12 0 a o lo b 0 3d14 o b o lo c 0 1e22 o b 0 10 c 0 2f2l 0 b 0 2o d 0 1g22 d b 0 2 o b o lb23 在本模块中使用b o m 的时候，需要获得的数据包括三个方面：零部件物料的信息和零 部件的装配层次关系信息。物料的信息包括基本信息和加工工艺信息，这两部分信息是固 定的，非常容易获得，零部件的装配层次关系的获得则相对较麻烦，因为每个零部件的基 本物料及加工信息相对稳定，也可以说是与零部件编码一一对应的，只要通过零部件的物 料编码就可以查询到；而零部件的装配层次关系信息，与零部件代码不是一一对应的，一 个零部件会涉及多个装配关系。 如果将这些信息混合处理必然会造成数据冗余和一些难以处理的问题。所以，数据表 的构造应将物料基本信息、加工工艺信息与产品装配结构信息分开存储，其中装配层次信 息在进行信息维护过程中不能失真，即关系模式中的字段设计，要始终能准确反映产品结 构中的层次关系和父件、子件之问的数量关系，设计过程中要反复检验。 本文在构造零部件装配层次信息表时，第一张表名称设置为产品的项目代号，表中记 录根部件的所有下属零部件的信息，其中通过设置有无子节点字段来判断其是部件还是零 件：若布尔型字段值是l ，则为部件，以此部件项目代号为表的名称，建立其下属所有零 部件的信息表：若字段值足0 ，则为零件，无下级子节点。以此类推，直至将所有零部件 信息创建完成，在创建表过程中，将项目代号字段设置为主键，这样就为后续访问表制定 了有序的访问规则。数据表的创建和访问规则如图2 - 6 所示： 1 2 图2 - 6 表的创建和访问规则 f i g2 - 6 c r e a t ea n dv i s i tr u l e so f t a b l e 第二章物料清单及其生成方法研究 2 2 3 产品结构树自动生成算法实现 产品零部件之间的装配关系是一种递归关系，即一个部件既可能是上属件又可能是下 属件，产品愈复杂，递归的层次愈多，零部件装配的数量就愈大。企业产品零部件数据量 往往十分庞大，人工几乎不可能准确无误地建立产品中的层次关系。以数据库为基础的产 品结构树自动生成算法，可以精确高效地完成产品结构树层次结构的生成。 本论文中设计了一种生成产品结构树的简捷算法，这种