第17章 相关需求的库存管理机制.docx
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第17章相关需求的库存管理机制
第17章相关需求的库存管理机制
本章学习目的
·介绍了MRP在制造业的发展演变过程；
·讨论了MRP在ERP系统中的重要作用；
·阐述了MRP的基本原理及其运算逻辑；
·给出了构成物料需求计划系统的诸要素的定义；
·阐述了物料需求计划在服务业中的应用；
·探讨了如何将准时制生产方式融入MRP。
本章引例
加拿大默克－福斯特药业公司（MerckFrosstCanada&Co.）是全球第二大制药公司美国默克公司（Merck&Company）的一个分公司。
公司在实行了MRPII后不久，公司的管理层使认识到，为了能够在制药行业独领风骚，公司需要集中精力把公司打速成为一个A级的制药公司。
为了达到这个目标，公司的经理们3A1998年开始，就与一家专业的MRP咨询公司——奥利弗·怀特公司（OllieWight）展开了紧密的合作。
经过努力，最后使得默克－福斯特药业公司迅速地达到了A级水平，取得了一些令人惊叹的骄绩：
·截止到2002年，公司的准时交货率从75%上升到了98%；
·供应商准时供货率从75%上升到了85%；
·大大缩短了药品生产周期；
·药品的平均库存周转从原采的5.3个月下降到了3.9个月。
资料来源：
ProvidedcourtesyoftheOliverWightCompanies，NewLondon，NH．
管理主题
对于企业来说，很多产品，尤其是最终产品像汽车、冰箱、个人电脑等的需求通常被称为独立需求，也就是说，这些产品的需求与其他产品的需求无关。
前面第16章已经详细地阐述了关于这些产品的库存管理机制，尤其是重点介绍了适用于对这些产品在一定时期（如1年）内需求率为均匀的情况下的库存管理机制。
然而，还有另外一些产品的需求如组成这些最终产品的部件和组件的需求并不是独立的，通常被称为相关需求，因为它们的需求是取决于那些使用到它们的最终产品的需求的，如对于汽车轮胎的需求就要依赖于市场于汽车的需求；同样地，对于个人电脑键盘的需求也要依赖于市场对于个人电脑的需求。
从这两个例子中可以发现，不管是汽车还是个人电脑，一旦确定了对于最终产品的需求，那么构成这些最终产品的部件和组件的需求就能很容易地确定下来了。
与独立需求的库存管理机制不同，非独立需求即相关需求的库存管理机制采用的是物料需求计划方式。
最初，MRP主要是作为一个独立需求的库存管理机制来解决制造业的生产与库存管理问题。
今天，MRP已经发展成为ERP方式，几乎已经渗透到了整个企业的每一个管理的角落。
如图17-1和图17-2所示，比较了早期的MRP与几乎涵盖了企业所有职能管理的ERP。
图17-lMRP在生产与库存管理中所扮演的角色图17-2MRP在ERP系统中的重要作用
从图中可以看出，经过多年的发展，MRP在企业管理中所扮演的角色发生了很大的变化：
早期的MRP主要用于制造企业的车间作业计划和库存控制。
如今，许多业内领先的制造企业一方面采用了准时制生产方式实现车间作业控制，同时又采用了MRP确定由外部供应商提供的部件和组件等物料的需求计划，如图17-3所示。
图17－3将MRP和JIT融入企业的供应链
由于市场竞争的加剧，企业需要不断降低库存，不断缩短提前期，因此，对于每种物料准确的需求数量和供货日期等信息的获取在今天就显得至关重要，而MRP的核心思想正是实现相关需求的物料必须“在需要的时候”，投入“需要的数量”。
许多企业，无论是小公司还是大公司，都已纷纷实施了MRP，就是因为MRP不仅处理逻辑严密，而且简单易懂、切实可行。
MRP不仅可以确定每一个最终产品项所需要的零件、组件和原材料的需求数量，同时还提供了详细的计划来明确这些零件、组件和原材料需要外部采购或者需要内部生产的时间表。
早期的MRP解决了企业生产与库存管理问题，实现了企业物料信息的集成。
然而，随着计算机的能力和运算速度在过去约20年中的飞速发展，MRP应用的范围也在飞快地扩展，不仅涵盖了企业物料信息的集成管理，还涵盖了企业内部资源信息的集成管理，通常称这个阶段的MRP为MRPII，有关MRPII的内容将在本章的后面部分来介绍。
从MRPII发展到ERP，ERP充分吸收了MRP和MRPII的优点，同时融合了最新的因特网技术和先进的供应链管理理念，涵盖了企业在经济全球化的环境下合理调配企业内部资源与外部市场资源信息的集成管理问题。
17.1主生产计划
在第15章中讨论过的综合生产计划，确定了具体的产品组的计划，但并没有确定具体的产品项目。
在计划过程中下一个层次就是主生产计划。
主生产计划（masterproductionschedule，MPS）是一个分时段的计划，确定企业计划何时产出、产出多少最终产品项。
如果企业的最终产品项的品种非常繁多或者非常昂贵，那么，主生产计划项目也可以选择构成最终产品项的关键零部件。
例如，对一个家具公司来说，综合生产计划可以确定下一个月份或者下一个季度产出的床垫的总量，MPS则进一步明确床垫的具体型号及尺寸大小。
除了需考虑综合生产计划产出总量外，MPS还必须考虑公司已经签约的订单合同量，并需要按时段（通常是每周）确定每种型号的床垫需要多少以及何时需要。
MPS之后，进一步细化的计划过程就是MRP，以计算和计划生产出MPS所确定的每种型号的床垫所需的所有原材料、零部件和外购件。
时界
主生产计划中的柔性问题取决于以下几个因素：
提前期、特定最终产品项所需的零部件、与顾客和供应商之间的关系，生产能力过剩的数量以及管理层是否愿意变革等。
图17-4是主生产计划时界的一个例子。
在管理上，时界将主生产计划计划期划分为三个时区，从而保证了主生产计划具有一定的柔性，允许顾客有机会在不同的层次上做出一定的改变（这里的顾客可以是企业自己的市场营销部门，它正在考虑产品促销、品牌多样化等类似的问题），同时又能够保证主生产计划的相对的稳定性。
注意，在图中，对于最初8周，这个特定的主生产计划是冻结的。
每个企业都有自己的时界和运营规则。
冻结时区既可以规定为不允许改变，也可以规定为只允许最微小的改变。
在中间时区，只要零件是可以获得的，就允许在一个产品组中对特定的产品进行改变。
在应变时区，如果生产能力不变，并且不含有长提前期的物料项目，那么对产品的任何改变都是允许的。
图17-4主生产计划时界
设置时界的目的是在生产运营系统中保持一个合理的控制流程。
除非制定并遵守一些运营规则，否则整个生产运营系统将会非常混乱，并且充斥着过期的订单和持续的催查。
随着市场竞争的加剧，企业需要不断缩短提前期，增加产品选择机会，因此，企业一直在致力于缩短主生产计划的冻结期而又能够保证主生产计划的相对的稳定性。
为了达到这个目标，就要求企业大大加快对顾客的需求变动的反应速度，也就是说，在保证一个产品组或产品族的总供给量的同时，也要始终保持产品组或产品族内具体不同产品供给的柔性。
17.2物料需求计划
物料需求计划过程是一个将来自于综合生产计划的主生产计划展开成零部件和原材料的需求计划，包括零部件和原材料等每个物料项的精确的需求数量以及在生产周期中下达订单的日期、接受订单的日期以及完成订单的日期。
现在，可以采用计算机系统完成MRP功能了，虽然很多企业很早就开始使用计算机系统进行库存管理了，但是并没有与车间作业计划系统集成，现在的MRP系统可以有效地实现企业生产计划与库存管理的集成了。
其实物料需求计划并不是一个新概念，从逻辑上来分析，可能在罗马人建造宫殿、越南人造船、中国人建筑长城时就运用了这个概念，因为建筑商们总是由于建筑工地的场地限制而被迫制定出一系列物料的发送计划，使得所需的建筑物料能够在需要的时间才到达工地。
同时，借助于计算机技术的发展，物料需求计划的应用范围得到了很大的扩展，并且物料需求计划本身也得到了迅速的发展。
现在，那些生产多种由成千上万的零部件和原材料构成的产品的企业，已经可以充分发挥MRP优势了。
17.2.1MRP的目标、目的与基本思想
一个基本的MRP系统的主要目的是控制库存水平、设计物料的运营优先级和计划运营系统的能力负荷。
这些可以进一步详述如下：
（1）库存：
——订购准确的零部件；
——订购准确的数量；
——在准确的时间订货。
（2）优先级：
一按准确的完成日期订货；
——保持订单完成日期有效。
（3）生产能力：
——制定一个完整的负荷能力计划；
——制定一个精确的负荷能力计划；
——计划的制定要有充裕的时间来预测未来的负荷能力。
MRP的实质是“将正确的物料在正确的时间放到正确的地点”。
在MRP系统中的库存管理的目标是提高顾客服务水平、库存投资最小化和生产运营效率最大化。
MRP的基本思想就是：
当出现物料的短缺导致整个生产计划的延迟时，就需要加快该物料的供货；而当出现主生产计划的推迟导致物料需求推迟时，物料的供货也需要相应地推迟。
传统上，或者说典型的做法是，当一份订单完工进度落后于计划进度时，就需要花很大的努力赶工以赶上计划的进度。
反之则不然，当一份订单由于某种原因要求推迟完成时间时，在计划中并不做适当的调整。
这就造成了单向效应——完工进度拖延的订单需要加快赶工，但是完工进度提早的订单却没有被重新计划而以减慢进度。
除了尽可能少地利用生产能力，最好不要在真正需求形成之前拥有原材料和在制品，否则就意味着库存，因为库存会占用资金、占据仓库空间、妨碍设计变化并且无法应对客户订单的取消和推迟问题。
17.2.2MRP的益处
最愿意采用MRP计算机系统的是那些年销售额在100亿美元以上的制造型企业。
对于这些企业来说，一个MRP计算机系统是必需的，因为MRP系统不仅可以帮助企业确定生产线上所需投入的原材料、外购件和组件的准确的数量，而且可以提高企业对运营系统的不断变化做出快速反应的能力。
企业实施了MRP系统之后，很快就会得到MRP系统所带来的诸多益处，包括：
（1）价格更具竞争力；
（2）降低了销售价格；
（3）降低了库存水平；
（4）改进了顾客服务；
（5）对市场需求的反应速度加快；
（6）对主生产计划的改动更具柔性；
（7）降低了生产准备和调整费用；
（8）减少了机器闲置的时间。
除此之外，MRP系统还能够：
（1）提前通知管理人员，以便他们能够在实际订单下达之前就看到计划进度；
（2）指出何时应加快进度，何时应减慢进度；
（3）能够应对客户推迟或者取消订单；
（4）能够适应客户改变订单数量；
（5）能够应对客户提前或推迟订单的交货期；
（6）能够制定辅助能力计划。
许多企业在实施MRP系统之后，都声称企业的库存投资降低了40%，参见“运营管理实践：
A级企业通过实施MRP大大提高了获利能力”。
运营管理实践
A级企业通过实施MRP大大提高了获利能力
这里介绍的是那些在实施MRP之后获得了巨大成功的A级企业。
下表中所列的是三家A级企业及其实施MRP之后所取得的效益。
公司名称
主营产品
实施MRP之后所取得的效益
美国眼力健公司（Allergan）（美国波多黎各）
医疗保健品
库存从87天减少到了49天
供应商送货及时率从43%上升到了99%
及时送货给顾客的比率从40%上升到了100%
美国克拉克森公司（Clarkson）（美国内华达州斯巴克斯）
工业阀
库存降低了30%，从而节约了50万美元
预测的精确率达到了90%以上
提前期从6—8周降低到了2周
澳大利亚卡夫食品有限公司澳大利亚（墨尔本）
食品
库存资金从900万美元下降到了600万美元
及时送货给顾客的比率从40%上升到了100%
成品库存降低了18%
资料来源：
ProvidedcourtesyoftheOliverWightCompanies,NewLondon,NH.
17.2.3MRP的适用范围
MRP适用于各种具有工艺专业化的工作环境（在功能相同的设备上小批量地生产出多品种的产品）。
在表17-1中包括了流程工业，但是请注意，这里所指的流程只限于改变产品的生产类型，而不包括连续的流程，例如石化和钢铁行业。
表17-1MRP适用的工业类型及其预期效益
工业类型
例子
预期效益
面向库存装配
最终产品由许多零部件组成并且储存在仓库里，以满足顾客的需要。
例如手表、工具、家电
高
面向库存加工
最终产品是由机器制成的，而不是由零部件组装成的。
一般是标准的库存项目，根据对顾客需求的预测来加工生产。
例如活塞环、电开关
低
面向订单装配
最终的装配是根据顾客选择的零部件进行的。
例如卡车、发电机、发动机
高
面向订单加工
物料项目是由机器根据顾客的订单进行加工生产的。
一般是工业订单。
例如轴承、齿轮，扣钉
低
面向订单设计
物料项目是根据顾客的订单来设计加工的。
例如水轮发动机、重型机械设备
高
流程工业
诸如铸造、橡胶，塑料，特制纸、化学用品、油漆、酒、食品等工业
中等
从表中可以看到，MRP在装配型企业中具有最高的应用价值，而在加工型企业中应用价值最低。
还有一点要说明：
MRP在产品年生产量很小的企业中的运行效果并不好，特别是对那些生产复杂而昂贵的产品且产品的技术含量很高的企业，经验显示，由于这些企业的产品的提前期太长而且太不确定，从而导致MRP系统无法处理。
像这些企业面临的市场需求复杂多变且风险大，因此，并不适合采用物料需求计划，而是比较适合采用网络计划技术，即最好采用项目计划方法（已经在附录3A中进行了讨论）。
17.3MRP系统结构
MRP所需的输入要素主要由三部分组成：
主生产计划、物料清单文件和库存记录文件。
MRP的输出报告主要包括主报告和辅助报告，见图17-5所示。
图17-5在图15—1的基础上扩充了一些内容。
；请大家注意，图中并没有涉及能力问题，也没有任何向上层计划的反馈。
对于这些问题，将在本章稍后的MRPII和能力需求计划部分进行讨论。
图17-5标准MRP系统的输入与输出概图
下面将详细介绍图17-5。
MRP系统的基本工作流程是：
基于企业酌客户订单和市场预测，先建立一个最终项目的主生产计划，据此可以确定各个不同的时间段所需的相关物料需求量。
物料清单文件表明了构成一个最终项目的所有物料项目（即零部件和原材料）及其相互间正确的数量关系。
库存记录文件描述了如物料现有库存量和已订购的物料数量等库存状态。
主生产计划、物料清单文件和库存记录文件就构成了制定物料需求计划的三个主要输入要素，从而将主生产计划转化为切实可行的、具体用于派工或采购的计划单。
17.3.1产品需求
正如前面所说的，MRP的最终项目的需求有两个主要来源：
其一是已知客户下达的一些特定的订单，譬如销售人员得到的订单，或是企业内部部门之间的业务发生的内部订单。
这些订单一般都签有预定的交货期，但不涉及需求预测，只需要将这些订单简单地累计起来就可以了。
其二是对随机的客户需求预测。
这些是一般的独立需求订单，可以用第9章中所介绍的预测模型来预测需求量。
因此，需要把已知的客户需求和预测的需求综合起来，作为主生产计划的需求输入。
1.可签约量
可签约量（available-to-promise，ATP）是指企业主生产计划中尚未确定客户订单时间和订单量的物料量，因此，企业可以利用ATP来签约，特别是对于临时的、新来的客户，从而快速地向客户承诺准确的交货量和交货期。
例如，某公司在2月份的第1周产出了100件产品，其中35件是为了满足那些已经订货的顾客需要，剩余的65件就是为了满足预测的需求。
然而，到了第2周，由于临时新来了一些新客户订单，市场营销部门因此又销出了40件，这样，第2周的可签约量变成了25件。
2.对备用件的需求
除了对最终产品的需求之外，顾客还可能订购特定的零件和组件作为备用件，用于产品服务或产品维修。
相对于最终产品的需求来说，这些需求并不复杂，因此，通常主生产计划并不予以考虑，而是直接在物料需求计划的相应层次上予以考虑，即直接作为该零件或组件的毛需求累加起来。
17.3.2物料清单文件
物料清单文件（billofmaterial，BOM）包含了完整的最终产品项描述，不仅列出了构成最终产品项的所有原材料、零部件和组件，还描述了这些构件相互之间的从属关系和数量关系。
BOM文件通常也称为产品结构文件或产品结构树，表达了一个最终产品项是如何构成的，包含了构成最终产品项的所有原材料、零部件和组件的信息，以及各构件之间的数量关系。
为了进一步说明这一点，见图17-6所示的产品A的例子，产品A是由2个单位的零件B和3个单位的零件C组成。
零件B由1个单位的零件D和4个单位的零件E组成；零件C由2个单位的零件F、5个单位的零件G和4个单位的零件H组成。
图17—6产品A的产品结构树
过去，物料清单文件通常采用缩排格式列出各部分构件，以便清晰地表明最终产品项所包含的相关物料以及物料之间的从属关系。
表17-2以缩排格式显示了图17-6中的物料清单，两者之间的联系很容易比较出。
然而，从计算机的角度来看，以缩排格式存放物料信息是非常低效的。
为了计算在更低层次上的每个物料项目所需的数量，每个物料项目都要进行展开并累加。
如果以简单的单层式来存放物料信息，结果要有效得多，也就是说，每个列出来的物料项目都只列在其父项下面，包括1单位父项所需的数量。
这样就避免了重复展开，因为每个子项只被父项包含了一次。
表17-2显示了缩排格式和单层格式的零部件列表。
BOM文件还包含了索引数据（也称指针），用来确认每个物料项的父项并允许在整个BOM中反向求溯。
表17-2缩排格式和单层格式的零部件列表
缩排式零部件列表
单层式的零部件列表
A
A
B
（2）
B
（2）
D
（1）
C（3）
E（4）
B
C（3）
D
（1）
F
（2）
E（4）
G（5）
C
H（4）
F
（2）
G（5）
H（4）
低层代码
如果所有相同的零件都出现在每个最终产品项的同一个层次上，那么生产所需的零件和物料的总数量就可以很容易地计算出来。
考虑图17-7所示的产品L。
例如，物料N既是物料L的输入，又是物料M的输入。
因此，物料N要降至第2层（如图17-7所示），以使所有的N在同一层上。
这就是所谓的低层代码。
如果所有相同的物料都被放置在相同的层次上，那么对计算机来说，扫描每一层并累计每个物料项目需要的数量就是一件很简单的事。
同样，物料S和T被降到了第4层。
图17-7产品L的层级结构
a）产品L的原始层次结构b）扩展到每个物料项的最低层后的产品L的层次结构
17.3.3库存记录文件
计算机系统中的库存记录文件是很冗长的。
库存中的每一个物料都建立了单独的库存记录文件，而且包括了每一个物料的各种详细信息，如表17-3所示，尽管表中的库存记录文件还是来源于比较早的版本的MRP系统，仍然可以看到包含在库存记录文件中的各种信息。
MRP系统根据特定的时间段即MRP术语时段来存取库存记录文件状态段的信息。
在MRP系统运行时要访问这些库存记录。
表17-3MRP系统中的库存记录文件
物料主数据
物料号
物料描述
提前期
标准成本
安全库存
订单数量
准备时间
生产周期
上年使用量
物料类别
允许废品率
切割数据
指针
其他
库存状态
储位
控制平衡
时段
合计
l
2
3
4
5
6
7
8
毛需求
计划收货
现有库存
计划订单下达
辅助数据
订单详情情况
等待处理措施
盘点人员
跟踪情况
MRP系统是结合库存记录文件从产品结构的顶端开始向下分析，逐层展开计算BOM中的各层零部件或原材料的需求，要经过多次搜索才能确定引起零部件或原材料需求的父项。
因此，MRP系统允许生成一个反查记录文件。
该文件既可以是库存记录文件的一部分，也可以以单独文件形式保存。
反查需求允许在产品结构中由下向上逐层反溯物料需求，识别每个产生相关需求的父项。
库存事务文件
库存状态文件通过及时登记库存事务来进行更新。
库存状态的变化是由于入库、出库、废品损失、领料出错和订单取消等事务引起的。
17.3.4MRP的运行程序
MRP系统是使用库存记录文件、主生产计划文件和物料清单文件的数据来运行的。
运行的程序如下：
（1）通过主生产计划获得在某时间段即时段所需的最终产品项列表。
（2）通过物料清单展开组成最终产品项的每个物料项目所需的物料和零件的需求。
（3）通过库存记录文件得到库存现有的以及已下达订单的物料项目及其数量。
（4）物料需求计划程序通过对不同时段的库存记录文件和物料清单文件的不断查询来计算所需的每个物料项目的需求量。
（5）由主生产计划直接展开得到的每个物料项目的需求一般称为毛需求；毛需求再根据现有的库存数量以及已下达订单的数量调整得到净需求；净需求再根据每个物料项目所需的提前期来偏置（即倒推）计划订单下达的时间表。
若MRP运行程序没有考虑到能力的限制，那么就需要对主生产计划进行人工地能力平衡。
这是一个不断重复的调整过程，主生产计划员先将一个试验性的主生产计划输入MRP运行程序中（同时输入的还有需要使用同样能力资源的其他物料项目），再将MRP运行程序的运行结果与实际能力资源做比较，从而判断是否具有可行性。
然后，再根据两者的能力差异对主生产计划做相应调整，并再次运行程序，直到MRP运行程序的运行结果与实际能力资源相一致为止。
虽然，看上去让计算机来不断地重复运行这些考虑到能力资源限制的各种模拟计划应该是轻而易举的，但事实上，整个调整过程通常工程浩大而且非常耗时。
为了应对如今更加复杂的问题，主生产计划通常需要成批地层开，而不是单个地展开为物料需求计划。
虽然企业是按照每条主生产线来制定主生产计划，因而会将不同的主生产线的计划制定工作分配给不同的计划人员去完成，从而导致计划人员在能力资源有限的情况下，会为了满足自己负责的主生产线的能力资源要求而与其他计划人员展开竞争。
然而，企业作为一个整体，需要每个计划人员从企业整个生产运营系统的角度来考虑能力资源的有效利用和及时交货之间的平衡问题。
17.3.5MRP的输出
因为MRP运行程序可以通过物料清单、主生产计划和库存记录文件获取数据，因此，无论是内容还是形式，输出报告基本上都没有限制。
这些报告通常被分为主报告和辅助报告（随着MRP发展成为MRPII以及ERP，又增加了很多其他的输出报告）。
1．主报告
主报告是用于库存和生产控制的最主要或最常规的报告，包括：
（1）在未来某一时刻要下达的计划订单；
（2）执行计划订单的订单下达通知；
（3）重新计划的计划订单的交货期更改单；
（4）根据主生产计划做出的取消或延迟计划订单的取消/延迟通知；
（5）库存状态数据报告。
2．辅助报告
辅助报告指的是在MRP运行程序中可选的一些附加报告，主要分为以下三类：
（1）计划报告，用于诸如预测在未来某一时刻的库存和需求的报告。
（2）绩效控制报告，用于那些停怠的物料，以确定这些物料的提前期、使用数量以及成本的实际情况和计划情况之间差异的绩效控制报告
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