基于零部件就緒度的庫存控制研究

郭春東, 姬珂

(河北科技大學 經濟管理學院,河北 石家莊 050018)

一、引言

在當前的市場競爭中,質量、成本、交貨期、響應性等是產品立足市場的重要因素,其中造成產品成本居高不下的主要原因之一是庫存,庫存控制是企業降低成本、提升競爭力的有效途徑。目前,在企業管理實踐中庫存控制方法主要有:基于ABC分類法的安全庫存控制策略[1](P172-174);運用經濟訂貨批量模型進行庫存控制,建立備件庫存模型;使用EOQ模型建立備件采購模型,確保備件庫存更合理有效[2](P108-113);通過庫存補給策略進行庫存控制[3](293-298),采用聯合庫存管理簡化庫存形式,提高供應鏈需求的穩定性[4](P51-56)。此外,有學者為解決庫存水平高、部分物料缺貨的問題,對各類物料分別采用(S,s)、(r,Q)策略制定庫存控制模型,以此來求解各種模型參數及安全庫存[5](P301-304);VMI策略可以使公司及時有效地獲取庫存信息和銷售信息,提高服務效率[6](P86-88)。

對于企業而言,由于訂單的多樣化導致庫存的波動加大,相應響應需求的增加導致成本的增加,庫存管理難度也越來越高。庫存控制的靈活性較低、管理柔性不足、賬實不符、生產需求供應不一致等一系列問題仍困擾著企業庫存管理實踐。技術就緒度是一種衡量技術發展成熟度的指標,客觀、量化地反映了技術對于項目預期目標的滿足程度[7](P47-52),經常被用來評估項目交付物的成熟情況,很好地解決了由于項目不成熟導致后期實施過程中的項目成本增加以及進度延遲等問題,大大提高了項目的可靠性和項目水平。

零部件就緒度,即產品的各個零部件的準備就緒程度,以此來判斷零部件是否已經為下一階段的作業做好準備。根據零部件的重要程度判定就緒時間和就緒度水平,動態管控庫存,即通過產成品裝配對零部件需求的緊迫程度來制定零部件到達倉庫的時間,降低庫存存放數量和存放時間,減少庫存管理成本。用零部件就緒度評估零部件在整個生產過程中的狀態,可以極大地減少生產過程中的等待浪費,改善企業的庫存管理問題。

二、零部件就緒度庫存控制模型的構建

(一)零部件就緒度評估流程

目前技術就緒度評估多被用來評價一項技術的發展水平[8](P121-138)。Cintia Nailor Pedrini等[9](P15-15)提出從人員、流程、技術和管理等維度分析公司所處的發展水平。Vella等[10](P1362-1383)研究了制造技術的評估方法,通過對各個過程能力以及它們之間的技術接口進行建模,用于評估微納米制造領域技術的成熟度。為了增加科技成果轉化率,保證研發成果的穩定性,在科技計劃項目管理部門進行管理和評估時加入技術就緒度方法,可以提高項目管理決策的準確性[11](P158-162)。

本文在相關學者研究的基礎上引入零部件就緒度評估(Component Readiness Assessment, CRA),由評價一項技術的成熟度[12](P43-47)過渡到評價組成一個產品的內部零部件在不同時期應達到的就緒程度要求。為了響應產品的拉式生產,對生產過程中整個庫存水平的狀態進行調節,使產品在交貨期前達到一個合適的水平。針對不同的零部件應該處于什么水平狀態下使庫存狀態維持最好,制定合理的就緒度指標,庫存數量超過規定的就緒度數值就安排生產,低于規定的就緒度數值就停止生產。通過產品BOM(Bill of Material)圖確定零部件等級,即安裝需求順序,考慮企業實際操作條件安排生產。然后根據零部件就緒度來判斷零部件是否已經為下一階段的作業做好準備。最后依據制造周期就緒度進行生產的全面管控。

顧客訂單分離點決定庫存的存放位置。企業生產類型的不同,產品定制需求發生的時間段不同,訂單分離點也會不同。按照生產組織方式劃分,主要有MTS(Make to Stock)、ATO(Assemble to Order)、MTO(Make to Order)和ETO(Engineer to Order)四種模式,顧客訂單分離點更適應面向訂單生產的組織模式,大多設置在生產所需的原材料和模塊化零部件。面向訂單生產的企業是依據訂單中所指定的產品BOM規劃生產排程,依據顧客要求的特殊產品按照裝配順序進行生產,可將存貨降至最低。在獲知客戶的精確要求和購買意向之前不做任何準備工作或采購部件,零部件就緒度在訂單下達之日起開始進行評估,基本流程如圖1所示。

圖1 零部件就緒度評估基本流程圖

(二) 零部件就緒度庫存管控

零部件就緒度計算公式為

(1)

其中,CR(Component Readiness)為零部件就緒度;CQ(Consumption Quantity)為消耗數量;PQ(Production Quantity)為生產數量;NS(Number of Stations)為裝配工位數量;D(Day)為裝配所用時間;CV(Consumption Velocity)為消耗速度;PV(Production Velocity)為生產速度;T(Time)為生產所用時間。

零部件就緒度通過產品的消耗速率和生產速率來體現,如果消耗量低于生產量的二分之一,則說明存貨量不足以支撐第二天的消耗量,應盡快安排生產;如果消耗量高于生產量的二分之一,則說明存貨量足以支撐第二天的消耗量,應停止安排生產,以防庫存超量。因此規定CR值在[0,0.5)時,不需要安排生產;當CR值在[0.5,1)時,說明不滿足第二天的消耗量,需要安排生產;當CR值>1時,表明零部件完全就位,目標完成。

(三) 零部件損毀率計算

由于生產過程中產品存在誤差,產品在一定的誤差范圍內符合質量標準,不會產生額外的加工工序及費用。對于超過規定允許的誤差范圍的產品,超出誤差下限的不良品因不可修復而產生一定的報廢成本,超出誤差上限的不良品因返修而產生費用,這些都會產生一定的費用,并使生產數量增加。相應的損失函數為

(2)

其中,O為標準值;O1為下限值;O2為上限值;Cd因超出誤差下限歸為報廢品;Cu超出誤差上限為需要返修品。

生產過程中,質量損失是不可避免的,一旦產品的質量特性值偏離了目標的預期值[13]P11-12)(,即使是符合規格的產品,也仍有質量上的損失,而不符合規定的產品就會產生一定的生產費用,這種損失隨著偏離程度的增大呈現平方遞增,相應損失函數也會呈現不對稱的情形。因此,生產備用庫存數量計算方法為

S=C×DR,

(3)

(4)

SP=[DR×C×(QR/C)]/C,

(5)

其中,S(Spare)為生產的備用庫存數量(件);C(Capacity)為產能;DR(Damage Rate)為零部件損毀率;FS(Framing Standard)為標準框盛放各個零部件的數量;SP(Safe Period)為安全期;QR(Quantity Required)為需求量。式(3)表示所需要生產的備用庫存數量要考慮生產過程中的損毀數量,即報廢品以及不良品等不能用于組裝或銷售的半成品。式(4)表示當需要備用的零部件少于一個標準框所裝數量的20%時,則舍去;當需要備用的零部件多于一個標準框所裝數量的20%時,則安排生產。式(5)表示為生產和不合格品相同數量產品所需的時間,即損毀品影響交付時的補救時間。

(四) 產品制造周期就緒度庫存管控

零部件就緒度水平(Component Readiness Level,CRL),是指基于企業生產運作戰略,某種零部件相對于客戶訂單分離點所處的就緒水平狀態,反映了在向顧客交付某種產成品前,生產產品所需零部件的生產安排,及由此劃分出的具體零部件的不同等級狀態。零部件包括自制件和外購件,不同的自制件和外購件因作用不同在裝配時對其需求的程度不同,每個部件的就緒度也會不同。

首先,通過分析影響關鍵零部件制造的因素,選擇影響較大的幾個因素對零部件進行重要性評價。其次,根據BOM圖裝配順序,結合零部件重要性評價結果得出初步的加工順序,衡量零部件在一定時期的制造進程,即裝配的先后需求,計算出零部件加工周期。最后根據不同重要程度零部件進行加工完成需要的天數對零部件進行就緒度管控安排。根據各階段制造所需時間確定CRL等級,按照零部件就緒表進行生產安排,制定在交貨期之前零部件的生產數量、生產時間與完工時間,控制零部件到達倉庫的時間和庫存量。

產品制造周期就緒度計算公式為

(6)

(7)

其中,MR(Manufacturing Cycle Readiness)為制造周期就緒度;OD(Order Delivery)為訂單交付日期;OA(Order Arrival)為訂單下達日期;LT(Lead Time)為每個階段生產周期;ST(Slack Time)為松弛時間;AT(Assembly Time)為產品裝配時間;OT(Other Time)為其他時間;M(Machine)為機器數量產品制造周期就緒度,區間為[0,1]。

根據產品生產階段、零部件的制造過程[14](P149-151)以及特點,產品制造就緒度評估分為8個等級、10個階段(見表1)。

表1 零部件就緒度等級

三、實例分析

有客戶9月1日預訂了產品Q共50 000件,交貨期為10月1日。組成Q的零部件分別有A01,A02,A03,A04,A05,A06,A07,A08,A09,A10,A11,A12,A13,B01,B02,B03,B04,B05共十八種,A系列的零部件為該工廠自行注塑生產件,B系列為外購件。裝配二級零部件為A01,A02,A03,A04,A05,A07,A12,B02,B04,B05。裝配一級零部件為A06,A08,A09,A10,A11,A13,B01,B03。裝配二級產品產能每天6 157件,裝配一級零部件產能每天6 402件,考慮寬放時間,裝配最小產能定為6 000件。產品Q的BOM圖如圖2所示。

圖2 產品Q的BOM圖

(一)零部件就緒度管控

結合零部件供應速度和消耗速度制定零部件就緒度,表2為組成產品Q的二級零部件出入庫數量,表3為組成產品Q的二級零部件就緒情況。

從表3中可以看出,第一天A02,A03,A04,A05的就緒度在[0.5,1),說明這四種物料不能滿足第二天的消耗量,需要對這四種物料進行生產安排。第二天A02,A03,A04,A05的就緒度在[0.5,1),說明這四種物料不滿足第三天的消耗量,需要對這四種物料進行生產安排。

表4為組成產品Q的一級零部件出入庫數量,表5為組成產品Q的一級零部件就緒情況。

表2 二級零部件出入庫數量表

表3 二級零部件就緒度

表4 一級零部件出入庫數量表

表5 一級零部件就緒度

從表5可以看出,第一天A06,A08,A09,A11,A13的就緒度在[0.5,1),說明這五種物料不滿足第二天的消耗量,需要對這五種物料進行生產安排。第二天A09,A11的就緒度在[0.5,1),說明這兩種物料不滿足第三天的消耗量,需要對這兩種物料進行生產安排。

(二)零部件損毀率計算

通過零部件損毀率的計算,設定安全期,便于周轉,備用庫存的生產依據加工機器的實際生產能力進行排產,防止不良品的產生導致交貨不及時。安全期設置為一天,考慮現場生產條件,備用件生產框數見表6,可以滿足裝配要求。

表6 零部件損毀率及備用庫存量計算

(三) 產品制造就緒度庫存管控

重要性不同的零部件的就緒度要求也不一樣,通過制造周期就緒度管控明確生產進度,產品Q的制造周期就緒度動態管控見表7,可知產品Q在進行最后總裝時共需16天,以此為依據可以進行動態管控,依據實際情況安排開始生產時間。

使用式(6)和式(7)可以求得從訂單下達到核對領用的就緒度管控,并且就緒水平全部落到就緒度區間中,因此就緒度安排是合理可信的。依據就緒表進行時間安排,已知安全期為一天,產品Q自9月17日開始安排加工生產,可使零部件在庫時間最短,在庫數量較少。

表7 零部件就緒度動態管控

產品加工時需要的零部件一般包括自制件和外購件,自制件由本廠進行生產制造,外購件需要承包給供應商,外購件的就緒度由供應商企業的生產能力決定,考慮供應商的影響因素設定安全期,確保外購件在就緒日期前如數入庫。外購件二級B系列需要在9月19日達到0.98～1,于9月20日配合二級A系列自制件進行領用裝配,一級B系列需要在9月20日達到0.98～1,于9月21日配合自制件進行領用裝配和總裝。外購件的購進需要采購部門與外購件供應商進行協調,考慮供應商的可信度,適當地調整就緒度,保證外購件可以按時購進。

(四) 庫存改善分析

對比之前的制造生產方式所持有的庫存數量,分析發現改善效果。按照該公司之前的生產方式,庫存數量如圖3所示,按就緒度庫存控制產生的庫存量如圖4所示。

圖3 原有生產方式產生的庫存數量

圖4 改善后庫存數量

根據零部件就緒度安排生產進程,庫存最多有1 011箱,而用之前的生產方式,庫存最多有3 023箱,減少了66.56%。平均每天在庫庫存由1 587箱降低至778箱,平均庫存減少50.98%。在生產運作過程中,有效地控制了生產量和消耗量的速率,在后續的裝配過程中沒有出現斷線問題,并可以按時交付。

以上案例分析說明,通過就緒度對庫存進行管控,可以有效解決制造過多導致倉庫存放數量過多、庫存積壓過久等問題,按照零部件就緒表安排生產,可以邊加工邊裝配,倉庫庫存隨進隨出,減少庫存浪費。

四、結論與建議

(一)結論

根據國內外對于技術成熟度評估的研究,在庫存管理實踐中引入零部件就緒度評估,以此來判斷零部件在生產過程中的準備狀態,避免制造零部件過多或過早造成的庫存浪費,減少庫存管理成本。通過研究,得出以下結論。

第一,零部件就緒度控制模型具有一定的實用性。該模型針對面向訂單制造類型的企業構建,也適用于生產裝配一體化企業的庫存管理,對其他類型企業也有重要的借鑒意義。

第二,運用就緒度等級對庫存進行管控,有利于降低庫存成本。依據就緒度管控生產可以減少零部件長時間放置導致損壞、庫存占用過多等一系列浪費。通過案例分析發現,按照就緒度進行生產,結合了MRP(Material Resource Planning)的優點,能夠消除生產與庫存盲目性,使生產過程保持連續性,生產時間從21天縮減至10天,避免了由于批量生產導致庫存呈現塊狀結構的缺點。通過比較使用原生產方式與使用就緒度管控方式進行生產,庫存占有數量大大減少,平均每天在庫庫存由1 587箱降低至778箱,平均庫存減少50.98%。

第三,運用該模型對生產管理方式和理念的改進和提升具有重要意義。運用零部件就緒度模型進行庫存管理,由過去粗放式的管理轉向更規范、經濟化的管理,使生產管理更加科學、經濟、合理、有效。

(二)建議

第一,在企業產品生產過程中完善考核機制,嚴格按照就緒度進行生產管控,使就緒度應用制度化。

第二,成立改善生產小組,定期召開會議,在庫存控制過程中貫徹PDCA原則,把有關就緒度的改善措施生成制度文件進行推廣實施。如果改善效果不明顯,則針對影響要素循環分析,發現存在的問題,進一步提出改善的對策建議。

第三,在庫存存貨量降低的基礎上,對倉庫推行更加精細的現場管理,系統劃分倉庫庫位。明確各個庫位存放庫存的種類,對各個物料存放的區域進行劃分,并標記、標識,使庫存擺放位置更加精準化。如,對倉庫里的共用器具劃定區域并標識,確保通道暢通無阻;對于產線旁的成品和半成品、物料周轉等劃定區域并標記、標識,禁止隨意擺放。制定有關放置物料標準的制度文件,推行現場管理,定期檢查現場原材料、半成品以及成品的倉儲情況。

零部件就緒度模型主要針對的生產類型是訂單式生產,對于產品的需求是批次性的,本文沒有論述針對連續生產的零部件的管控模型,未來可以在這方面加強研究。就緒度管控對于企業庫存管理具有廣闊的應用前景。