《工厂物理学》之供应链管理

XJTU-IE,2007.9-2008.9,M:[e-mail](徐琛),[e-mail](李慰祖)第十七章供应链管理工作有终结的一天，而教育永无止境。——大仲马注：backorder在这里往往译作“延迟”、“缺货”、“迟单”或“积压单”；workbackorder译作“作业积压单”。backorder（迟单，缺货）与stockout（脱销，缺货）并用时的区别应在于MTO与MTS环境。17.1引言这本书的主题就是库存在生产系统运营行为中的核心作用。第一篇中，我们对库存控制及其与生产控制的关系进行了历史回顾。第二篇中，我们进一步研究了库存（具体来说是WIP）与产出、周期时间等绩效量度之间的相互作用，第三篇中，我们要将历史的和工厂物理学的见识结合起来，解决制造系统中库存管理的实际问题。我们的目标提高整个系统的库存效率（efficiency）。也就是说，我们不是要简单地削减库存，而是要实现以昀小投资构建库存的目标。照时髦的说法，这种库存持有与流动的全系统协调称作供应链管理（supplychainmanagement）。出于这里讨论的需要，我们将供应链中的库存分成四类：1.原材料（Rawmaterial）是从工厂外部采购的用于工厂内部制造/装配作业的元件、组件、或物料。2.在制品（Workinprocess，WIP）包括所有已投入产线但尚未完成的工件或产品。3.制成品库存（Finishgoodsinventory，FGI）指尚未出售的完工产品。4.备件（Spareparts）指用于维护或修理生产设备的部件。持有这几类库存的原因不同，因而提高其效率的选择也不同。因此，我们在以下的讨论中按各类分别对待。（582|583）17.2持有库存的原因17.2.1原材料如果我们能以完全准时制的方式（即，恰在生产系统需要时）从供应商处接收物料，就不需要保有任何原材料库存了。这在现实中永远不可能出现，故所有的制造系统都会储存原材料。影响原材料存量规模的因素主要有三个。1.成批（Batching）。供应商给出的数量折扣、工厂采购职能的限制（如，可下达和追1踪的订单数量有限）以及运输经济批量刺激了对原材料的大量订购。1我们称讨论成批问题时的库存为周期库存（cyclestock），因为它表示在订购周期内持有的存货。2.变动性（Variability）。当生产超前于排程、供应商配送落后于排程或质量问题导致过量报废时，如果没有额外的存货可用，产线就要由于缺少原材料而关停。这种额外的存货可以直接计划为安全库存（safetystock）（即，通过订购使得存货的期望水平保持在安全水平之上）或作为安全提前期（safetyleadtime）（即，以在需要之前到达的方式订购原材料并因而以原材料库存的形式等待）的结果。两种情形中，我们都称所持的用于防范变动性的存货为安全库存。3.废弃（Obsolescence）。需求或设计变更致使某些原材料不再有用，所以制造系统中的某些库存无益于上述两种目的。这类废弃库存（obsoleteinventory），曾作为周期库存或安全库存采购而现在却完全无用，并应在财务报告许可的情况下尽快处理及勾销。了解持有原材料库存的这些原因有助于确定改善措施。但是，必须记得它们不是严格孤立的。比如，我们在第二章指出，安全库存和周期库存防范的变动性（即，由于以非常大的批量订购，我们就降低了库存水平低于可能出现缺货情况的频率）。还有，废弃库存的水平显然受周期库存和安全库存的影响（即，如果以大批量订购或持有大量的安全库存，就会出现由于系统变更使得大量库存废弃的风险）。充分认识到这些相互作用还可以帮助我们设计原材料管理政策。17.2.2WIP除了JIT的零库存目标，我们永远不能以零WIP运行制造系统，因为如在第二篇所见零WIP导致零产出。在第七章，我们推导出临界WIP（criticalWIP），即产线在昀佳情形下实现全部产出所需的昀小量WIP。在现实情形下，实际WIP水平常常大量地超出临界WIP（如，常是20~30倍）。这种WIP将处于以下五种状态中的一种：（582|583）1.排队（Queueing）等待资源（人员、机器或运输工具）。2.正在被一种资源加工（Processing）。3.等待成批（Waitingforbatch），不得不等待其他加工任务的到来以形成批次。这个批次将用于补给大量制造作业（如，由于同时烧结而要一满屋子加工任务的热处理）或转运作业（如，加工任务只以满栈板移动）。注意加工或转运批次一旦形成，任何其他的等待资源的时间（如，等待热处理设备或叉车可用）都被划入排队时间。4.转运（Moving），在各种资源之间运输。5.等待匹配（Waitingformatch），组件在装配作业前等待对应物的到达以使装配发生。一旦“成套”部件到达，任何其他的等待装配资源的时间都定义为排队时间。1正是这些因素引起了第二章EOQ模型中的固定订货成本。EOQ模型平衡了这项固定订货成本与库存持有成本来确定一个经济订货批量。2图17.1制造系统中WIP的典型分类要在WIP管理/削减项目中使用上述分类，需要两种认识。第一，如图17.1所揭示的，大多数制造系统中处于转运或加工状态的WIP的比例很小（如，低于10%；见Bradt1983的经验资料）。WIP的主要状态是排队、等待成批或等待匹配。显然，WIP削减项目要想成功，必须解决后一类的问题。第二，排队WIP、等待成批WIP和等待匹配WIP的起因不同。如在第二篇所见，排队的主要由高利用率和变动性（流动变动性以及加工变动性）引起。等待成批WIP显然由成批加工或转运引起；批量越大，需要的WIP越多。等待匹配WIP由到达装配作业的工件缺乏协调引起，这种不协调有些要归因于简单的流动变动性有些要归因于生产控制过程。这些区别意味着不同种类的WIP将受不同管理政策的作用，如后面要讨论的。（584|585）17.2.3FGI如果我们可以把生产的所有东西在加工完成后立即直接送达客户，那就不会需要FGI了。有些制造系统（如，生产定制化产品的重负荷加工车间）几乎能够做到这一点，而许多都不行。持有FGI的基本原因有五条。1.客户响应（Customerresponsiveness）。为了提供短于制造周期时间的配送提前期，许多企业使用备货生产（make-to-stock）（而非接单生产（make-to-order））政策。许多产品，比如，建筑材料（如，屋顶纸板、木料）、标准电子元件（如，电阻、电容）和基本的食品（如，苏打、食用油）都是日用品（commodity）。就这点来说，它们的价格与规格（如，质量）都由市场决定。这样，唯一的竞争性问题就是配送了。为此，这类产品常常生产出来作为存货。支持给定备货生产系统所需的FGI数量依赖于客户需求变动性以及想要的客户服务水平。一种联合备货生产与接单生产效力的方法是接单装配（assembly-to-order）。这种程序生产组件作为存货，然后在接到订单时组装。以第十章的术语来讲，接单生产的推/拉界面（push/pullinterface）在原材料处，备货生产的在制成品处，而接单装配的在二者之间的某个地方。结果就是，其响应比传统的接单生产快，库存比备货生产低。2.成批生产（Batchproduction）。无论出于什么原因，如果生产按预设的数量（批量）发生，那么产出有时候不会完全匹配订单，任何多余的都将进入制成品库存。例如，一间钢厂的批量为250吨（以有效利用铸造炉），但订单平均为50吨，则它将常常把批次中的剩余部分放入FGI。33.预测误差（Forecasterror）。在没有固定的客户订单情况下投放加工任务时，无论是在备货生产体系中补充存货还是在接单生产体系中满足期望的订单，未如期望情形销售的产品将不可避免地累积。这种过量将以FGI的形式结束。4.生产变动性（Productionvariability）。在订单不能及早送达（或在多早送达时有限制）的接单生产体系中，生产时机（timing）的变动性有时将导致居留于FGI以等待运送的产品。对于接单生产或备货生产体系，产量的变动性（如，由于随机的产出损失）可能引起相对于需求的过量生产（如，如果我们“过度膨胀”来补偿产出损失）。再一次地，过量部分将进入FGI。5.季节性（Seasonality）。一种处理季节性变化需求（如，剪草机、吹雪机、室内空调）的方法是在淡季建立库存来满足旺季需求高峰。这种预建库存（build-aheadinventory）也将成为FGI的一部分。注意这些提高FGI的因素是相互影响的。例如，一旦建立FGI来提供短的提前期或满足季节性需求，也就增大了遭受预测误差的风险。因此，系统地看待FGI是很重要的。只有这样我们才可能考虑提供显著优势的基本结构变革。比如说，系统可能更应当以接单生产的方式运行，而非备货生产；可能应当使用额外的产能或季节性劳力来解决季节性需求，而非预建库存，或者是应当重新定位推拉界面（如，使用接单装配策略）。在对改进策略的讨论中，我们再回到这些选项上来。（585|586）17.2.4备件备件并不直接用于生产昀终产品，但它们确实通过保持机器运行而支持生产过程。在许多系统中，保有库存占用的资金并不大，但短缺的后果可能极其严重（如，整条产线可能由于缺少某种关键工件而关停）。然而另一些系统（如，支持全国联网机器维修的合约服务）中，备件库存占用的资金可能非常显著。对于每一种情形，存储备件的基本原因都是1.服务水平（Service）。任何备件系统的主要目标都是支持维护和修理过程。如果修理人员必须等待某个部件（如，从一个集中存储地或外部供应商），那么完成这次修理的时间就会被大大延长。在其他条件都一样的情况下，较高的服务水平（即，避免由缺乏部件引起的延迟）需要较高的备件库存水平。2.采购/生产提前期（Purchasing/productionleadtimes）。如果备件可以立刻买到或产出，那么就没有必要去存储。不幸的是，这种情况永远不会出现；所以为了提供设定的服务水平，我们必须持有备件库存。一般来说，获取备件的提前期越长，我们要持有的库存就越多。3.成批补充（Batchreplenishment）。如果在补充备件时存在规模经济（如，采购时有数量折扣或生产时有大的固定成本），那么大量采购或生产就很有意义了。当然了，较大的补充批次意味着较高的库存水平。从理论上讲，备件库存系统与FGI系统区别不大。对于两者，我们都是存储部件，可能是以批次，来以某个服务水平满足不确定的需求过程。由于这种相似性，很可能可以用差不多的工具来控制备件和FGI。然而，也要认识到这两类库存的不同作用。例如，基于行业标杆，为FGI设定90%的补给率（fillrate）可能是合理的。但考虑到某种关键部件短缺引起较长时间机器停工的物料与财务后果，90%的部件补给率可能是远远不够的。故而，当使用相似的模型来阐述这两类库存的问题时，我们必须仔细考虑所包含的成本与目标，从而为模型设定合适的参数。4回顾了持有不同种类库存的原因之后，我们现在来看提高各类库存效率（即，以较小的总投资达到同样的收益）的技术。（586|587）17.3管理原材料如上面讲到的，原材料管理的目标是使它们在为生产过程所需时可用，且持有量不超过需要量。有些策略可以在所有部件上增强我们的这种能力。另一些只在某些特定类别的部件是经济可行的。因此，我们的基本策略是一种“分而治之（divideandconquer）”，也就是对不同类别的原材料应用不同的方法。在下面的小节里，我们给出一些整体改进策略，一种分类方案，以及对应于具体部件类别的聚焦控制政策。17.3.1能见度改进（VisibilityImprovement）很明显，如果我们知道需要什么部件而不用猜测，就可以在采购原料上做得更好。不幸的是，制造周期时间和采购提前期通常很长，以致于我们不得不在接收固定客户订单之前采购某些原材料。短期内，除了维持原材料安全库存以缓冲采购错误，我们别无选择。但长期内，我们可以通过下面的政策来改善境