军工科研单位物料计划管理研究

军工科研单位物料计划管理研究

孙云良

中国船舶集团有限公司第七〇七研究所

摘 要:现有的大部分制造企业已实现了现代化的信息化管理，如何将生产的信息化管理落到实处成为众多企业关注的重点。论文对生产物料计划统筹管理的优缺点以及物料计划的运算进行了分析，并阐述了MES系统的运用以及精益思想在生产过程中的应用。随着国际高科技竞争博弈的持续，叠加疫情的深度影响，对国外进口元件、器件、材料等供应链安全性、可持续性的安全保障带来巨大挑战，保障军工科研任务供应链的可持续性、确保按时交付的安全可控性，成为亟需解决的难题。

本文通过整合原材料订货和生产计划，以及基于制造业公司的两个案例研究的生产能力决策，开发了一个供应链（SC）模型。考虑了多种类型的不确定性。通过实验来对比这些策略，量化它们的相对性能，并说明信息的价值和不确定性的影响。这些案例研究提供了有用的见解，了解包括生产能力决策在内的综合规划模型在何种程度上可以在不同情况下获得经济效益，哪些类型的数据应该被共享，以及如何利用这些数据来实现更好的SC系统。

关键词：军工科研企业；物料管理；ERP系统

1综述

1.1研究背景

随着“十四五”规划实施，装备多型号研制、多项目批产任务逐步启动，军工单位科研生产任务进入了快速发展时期。多状态并行的工程研制及多型号批次生产任务交织对供应链管理提出了更高要求。

纵观供应链（SC）的背景下，大量的决策会影响到供应链绩效（SCP）；例如，材料投入和产出的管理、生产和运输计划、供应链设施之间的协调、需求预测和信息管理等。要建立一个充分协作的决策机制，使整个供应链和每个成员都受益，是一个复杂而具有挑战性的过程。管理原材料（RMs）的订购和生产计划，确保公司拥有所需的材料，以较低的成本研发制造或生产产品（成本在购买时就已累积，并在公司的资产负债表上列为流动资产）。生产能力在产品需求量大时限制了收入，但在需求量小的时候却增加了潜在成本。当SC面临破坏时（如贸易战或自然灾害），综合决策尤其复杂和困难。因此，在管理RM库存和生产时，采用最佳做法，综合考虑生产能力是很重要的。

1.2研究目标

十九大提出，军队现代化建设要适应世界新军事革命发展趋势和国家安全需求，提高建设质量和效益，最终实现强国强军梦。某军工企业生产运用的就是ERP系统及MES系统。ERP是英文EnterpriseResourcePlanning（企业资源计划）的简写，是指建立在信息技术基础上，以系统化的思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。ERP系统集信息技术与先进的管理思想于一身，成为现代企业的运行模式，反映时代对企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成为企业在信息时代生存、发展的基石。

大多数自然科学都会涉及到物理产品，而且往往是其核心，并面临各种不确定性。这些不确定性包括(1)与焦点公司有关的不确定性，即内部组织的不确定性，如产品特性、制造过程和控制，以及决策的复杂性(2)焦点公司或其SC伙伴控制范围内的不确定性，以及(3)来自SC以外的因素的外部不确定性，这些因素在公司的直接控制范围之外。

1.3研究意义

军工科研单位承担军工体系的基础保障任务。随着装备的快速列装和新型号研制周期缩短，高度定制化的产品交付特点，在“强军、兴军”快速保障体系建设下对供应链效率提出了越来越迫切的要求。当前背景下客户的需求周期与平均交付周期存在巨大矛盾。

本文对动态物料流的综合计划和控制进行了建模。这包括在存在多种类型的不确定性的情况下的RM订货和成品（FG）生产，这些不确定性存在于以下过程中。RM的采购和交付，FG的生产和再制造，货物分配和客户需求的到来。生产能力决策也被考虑，并与综合的RM订货和生产一起进行优化、决策。

该研究从三个方面支持SC决策：（1）管理材料采购和生产是SC决策框架的一个关键组成部分；（2）与SC中断有关的生产能力决策（如贸易战和大流行病）为面临类似问题的管理者提供了启示；（3）模型考虑了实际的案例研究，并量化了在各种不确定条件下的综合规划的好处；(4) 不确定因素包括（a）时间（如提前和延迟）和（b）数量（如需求、订单、供应、信息和材料流中出现的缺陷）等方面。

通过研究，可以更好地了解综合规划在不同情况下提供的生态效益程度。这些案例提供了关于哪些特定类型的数据应被共享以及如何利用这些数据来实现综合SC系统的优化。             

2 ERP系统简介

2.1ERP系统定义

2019年，企业资源计划（ERP）系统的全球市场价值为396.5亿美元，预计到2025年将达到652亿美元（Mordor Intelligence 2020）。这些ERP系统的核心是物料需求计划（MRP）逻辑。鉴于对终端项目的需求，MRP系统计算出每个时期每个部件要生产（或订购）的批量大小。这些计算是基于物料清单（BOMs），它表明了部件的层次结构（即产品的结构，以及生产每个终端项目或后续部件所需的部件数量）。MRP系统经常被用于不确定的环境中。

然而，在这种情况下，经典的MRP系统创造了不充分的计划，因为它们的计算利用了被认为是确定性的需求预测（Chevreux等人，2018）。虽然这些系统可以根据最近更新的需求信息相对快速地重新确定生产计划，但这种被动的变化远非最佳。事实上，新的生产计划受制于之前执行的计划，它缺乏一个主动的视野来处理未来需求的不确定性。为了缓解这个问题，从业人员经常试图提高需求预测的准确性。仅仅靠这种对策是远远不够的，因为人们实际上无法完全消除预测误差。因此，除了努力提高需求预测的准确性外，制造企业不可避免地要依靠一种能够适当考虑随机需求的方法（Cecere 2015）。因此，作为这个方向的一个步骤，本文研究了MRP系统的随机优化的使用。MRP系统所解决的问题是一个多梯队、多项目、批量大小的问题。

2.2ERP系统使用范例

ERP的实质是MRPII（ManufacturingResourcesPlanning，“制造资源计划”）基础上进一步发展而成的面向供应链（SupplyChain）的管理思想。运算规则是供需相等，即供应和需求相对等，供应分类有计划订单、请购单、采购订单、库存，需求分类有WBS需求、子件相依需求、MO子件需求、预测订单需求。企业发展的重要标志是合理的运用企业资源，在没有ERP这样的现代化管理工具时，企业的资源情况往往不是很清楚明了，导致部门间的协调比较困难，ERP的运用使得企业更好地运用和掌控了资源。

WBS需求是设计师进行投产，项目经理审批后生成子件相依需求，子件相依需求即是设计师投产而生产经理未释放的需求状态，生产经理收到项目组的纸质投产单后，拿到打图室进行图纸打印，拿到图纸后再在ERP中进行计划分解，生成MO子件需求。生产计划与物料计划是并行产生的，生产经理可以根据纸质单据进行打图投产，生成MO子件需求。在生产过程中，物料的消耗设计师可通过预测订单提前预算。计划订单是项目投产后生成的供应，物料经理未释放的状态，物料经理释放过计划订单后生成了请购单，采购部门接收到请购单后与供应商进行合同的签订后生成采购订单。

2.3ERP系统优点

ERP系统可以协助中小企业评估改变协作战略的好处和影响的决策支持，这在面对外部干扰时尤其重要，如贸易战或大流行病。当SC受到政策或自然灾难的干扰时，常规订单要么被取消，要么被推迟。基于综合的RM订单、生产和生产能力做出的决定可以大大帮助SEM的生存。中小企业在这些情况下尤其脆弱，因为它们缺乏大公司的资金流、技能和市场力量。过去在JIT、VMI、批量换货和SC协调方面的研究将大型组织视为焦点企业，但中小企业却被忽略了。这项研究帮助中小企业管理团队理解SC的好处、影响和要求。

随着企业数字化、信息化转型，智能仓储和配送的需求越来越迫切。军工科研任务的定制化、多品类、小批量、多状态、多频次的管理现状造成物料过程繁杂性增加。亟需以信息化、数字化统领计划管控模型和集成供应链提升计划预测性的运作规则，全面提升管理水平。

3军工科研单位物料计划改进策略

要解决物料管理网络中的不确定性问题，由于不确定性的组合数量较多，所以很复杂。然而，真实的案例研究对这些影响有更深刻的认识。事实上，不确定情况下的生产计划过程已经在各种情况下得到考虑（Mula等人，2006）。生产能力已经在SC规划、约束条件（Chen和Xiao 2015）、与SC风险的关系（Jain和Hazra，2017）以及位置和能力（De Rosa等人，2014）方面得到研究。然而，当SC面临中断时，生产能力是一个可能的问题或风险（Hariharan等人，2020）。

不确定性是大多数SC的一个固有特征。SC的不确定性包括：延迟交货、损坏和损失、产品需求、不准确的订单信息、订单取消、汇率、运输时间、市场定价、操作产量的不确定性、生产准备时间、质量的不确定性、机器故障、人为错误、旷工和产品结构的变化（Davis 1993；Mula等人2006；Blackhurst等人2007；Snyder等人2016；Yue和You 2016）。Flynn等人（2016）讨论了微观层面的不确定性、中观层面的不确定性和宏观层面的不确定性。不确定性可分为两大类：准备时间和数量。

3.1优化订货计划与规划

军工科研单位中的ERP系统可以是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。本文表明，ERP系统随机优化方法可以显著降低静态和动态决策框架中依赖MRP系统的公司的生产成本。固定和优化启发式被证明对更复杂的静态-动态框架是有效的，并可用于解决现实规模的ERP系统。这些方法的可扩展性可以通过以下方式进一步加强。在固定和优化启发式的第一步，基于移动窗口的方法可以在合理的时间内找到两阶段模型的优质解决方案。在第二步，按情景或按阶段分解的方法可以规避与情景数量指数增长有关的问题。

关于不确定情况下的生产和库存管理建模的文献很丰富。Mula等人（2006）回顾了不确定情况下生产计划模型的文献。他们的重点是现实世界应用的中期战术模型。他们将模型分为四类：概念型、分析型、基于人工智能型和模拟型。ManMohan和Christopher（2009）提供了一个关于在需求不确定的情况下使用随机编程的SC规划模型的调查。Govindan和Cheng（2018）编辑了一个专刊，以解决各种不确定情况下的SC规划问题（如可持续性评估、风险缓解、供应商选择和SC协调），重点关注随机编程和稳健优化技术的应用。

ERP系统多阶段随机优化存在几种阶段性的分解方法，如嵌套的Benders分解、带有区块分离的Benders分解、随机分解等等。随机双重动态编程对于静态-动态决策框架特别有吸引力，因为它避免了情景树的指数增长。只要需求概率分布是阶段性独立的，所考虑的问题就可以分解成一系列决策问题（。SDDP逐个阶段地解决这个问题，并通过一组切割来近似估计未来成本。

3.2加强管理人员精益思想建设

在科研生产过程中，精益思想的推进，可以说是减少浪费的一种方式。精益思想是一种以团队思想为基础，可以实现持续改善的生产方式，精益所关注的是如何识别并消除浪费。不过这里所提到的浪费，指的是在客户的观点来看，那些不产生增值的活动。对于企业而言，精益更应该被当作一项长期的健康计划予以实施，而不仅仅是一顿美食，它应该是一种能使企业在竞争日益激烈、不稳定并充满挑战的环境中，增强能量与活力的有效方法。浪费可以分为八种，分别是库存浪费、运输或移动浪费、动作浪费、等待浪费、过程生产浪费、多余工序浪费、缺陷或错误浪费、管理浪费（员工未尽其用）。而库存浪费现象较为明显，库存是供应商、生产商和客户之间的缓冲环节，在办公室环境中，库存指的是客户订单或供应商之类的信息，库存可以分为四种类型，分别是原材料（通常指原材料和零部件的采购）、在制品（已经进入生产加工过程中，未完工的产品）、制成品（已经完成加工，可供销售的产品）、非生产性物料（指设备维护、维修，售后服务类）。

3.3使用信息化物料管理平台

军工科研单位可以采用物料管理系统，物料管理平台是通过信息化技术进行管理，以至能够利用微信等系统与系统搭配使用。系统具备大数据自动生成技术，根据公司管理需求能够快速自动生成业务统计满足管理工作使用。系统在使用中能够严谨把控每一步工作的实施，保证每一步操作严谨把控。本系统包含服务类物料状态管理、服务类采购申请明细、固定资产编号管理、产品类采购订单明细、合同信息管理等功能模块。系统能够针对全计划以及各类计划的管理做到细节处理，拥有各类进度计划的管理性能。专业的管理系统工程一定是紧密集成的，开放的API，保持生态链健康发展。为最终用户提供简洁、高效的工作门户。

4结论

近年来，国家明确提出中国从高速度发展阶段转入高质量发展阶段，国资委对央企提质增效、两金压控的新要求，一方面宏观经济下行压力日益严峻，另一方面微观企业在高速发展阶段积累的管理粗放、效率低下等问题日益突出。降本增效、绿色发展，创新驱动、精细管理成为企业发展内生动力。强化企业内部协同，规范供应链运作，以系统最优解践行高质量发展理念成为供应链管理的迫切需要。             

制造商正在广泛使用MRP系统来计划他们的生产。最近的MRP系统使用数学程序在确定的需求假设下计算批量大小，并单独计算安全库存以对冲不确定性。为了共同优化批量大小和安全库存的决策，本文研究了MRP系统中随机优化的使用。更确切地说，我们为MRP系统中遇到的多工位多项目允许批量问题提供了一个两阶段和多阶段的公式。两阶段模型假定生产数量在整个范围内是固定的。相反，多阶段模型代表了静态-动态决策框架，其中生产数量在每个时期都是按顺序确定的。

参考文献

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