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面向大规模定制的ERP系统中基础数据管理的研究
作者:admin;更新时间:05-29 13:34

  核心提示: 0 引 言企业资源计划(EntERPrise Resource Planning,ERP)是制造企业普遍采用的管理系统,其中物品编码、物料清单(Bill of Material,BOM)和产...

0 引 言

    企业资源计划(EntERPrise Resource Planning,ERP)是制造企业普遍采用的管理系统,其中物品编码、物料清单(Bill of Material,BOM)和产品工艺过程等基础数据是它的基石。在产品比较定型、结构比较稳定的传统生产方式中,每个产品、半成品、原材料可以编一个物品编码,并按照产品设计和工艺部门所提供的资料,将企业所有产品的BOM和工艺过程一次性输入到系统中。

    在产品个性化、低价格、快应变、高质量的市场环境下,大规模定制(Mass Customization,MC)已逐步成为未来企业的主要生产模式,其目标就是在满足客户个性化需求的同时,实现与大规模生产相同或相近的效率和效益。MC中的产品个性化特征非常多,不可能事先设计出满足所有客户的产品。如果按照一物一码进行基础数据的定义和维护,必然会造成数据量的剧增,最终导致ERP系统无法实施。可见,对面向MC的ERP基础数据管理的研究具有重大意义。

1 在MC中传统ERP基础数据管理存在的问题

    ERP中的基础数据主要在产品结构和工艺设计过程中产生。MC中通常将设计过程分离为产品族信息模型建立与产品快速配置两个过程。所谓产品族信息模型建立指在产品设计规划阶段,采用面向系列产品的设计思路来开发产品,在此基础上建立相应的产品族结构,形成覆盖整个功能要求的产品族可变型信息模型。所谓产品快速配置指在得到产品订单后,根据订单的需求在产品族信息模型的基础上进行实例化设计,快速得到满足客户需求的产品。因此,在MC中是将基础数据按产品族数据和订单数据分别进行管理,同时还将产品族信息模型建立和产品快速配置这两个过程所产生的数据有机联系起来。

    传统ERP的基础数据管理的核心是一物一码原则,即每一个不同的物品必须有一个不同的物品编码,每个自制物品都有自己的BOM和工艺过程。对于客户的定制要求,一般要重新进行设计,并且产生一套新的物品编码、BOM和工艺过程文件。在MC这种新的生产模式中,传统的基础数据管理方法势必存在以下问题:

    (1)时间太长由于产品是定制化的,不可能有库存储备来满足客户的要求,但如果在接到订单以后,再按照传统方式进行产品设计,势必会造成交货期延长,不能满足客户的要求。

    (2)信息冗余量太大针对特定客户订单重新设计一套基础文件,未形成产品族信息,不利于设计知识的重用,而且许多相似产品引用了相同的设计资源,造成了信息的冗余。

    (3)系统基础数据的维护量大MC产品的客户化特征很多,如果每一种变化都要重新设计,随着产品种类的增加,必然会造成物品编码、BOM和工艺过程信息急剧增加,进而带来相当大的基础数据维护量。

    (4)数据量大,处理效率低用全新的数据应对每一种变化必然带来大量数据,虽然有好些数据只使用一次,但在ERP系统中,由于生产领料、成本核算、历史查询、统计分析等要求,基础数据必须保留,这种处理方式必然降低后续系统处理效率。

    (5)BOM中的子件品种和数量不易描述传统BOM中,制造一件母件所需要的子件品种和数量是固定的。在MC生产方式的管理中,用户所需要的同一物品编号的产品会有一些差异,制造母件所需要的子件品种和数量是变化的。对于一些可选子件,有的客户需要,有的客户不需要,传统BOM很难挂接到母件上;而对于一些数量可变的子件,有的客户需要M个,有的客户需要N个,传统BOM中的母件对应子件数量很难填写。

    (6)工艺过程文件中的工序和工时不易描述在传统工艺过程文件中,制造一件母件所需要的工序和工时定额是固定的。在MC生产方式的管理中,用户所需要的同一物品编号的产品会有一些差异,制造母件所需要的工序和工时是变化的。对于一些工序,有的客户产品需要,有的客户产品不需要,传统工艺过程文件很难挂接到产品上;而对于一些工时可变的工序,传统工艺过程文件中的工时定额很难填写。

    可见,传统ERP的基础数据管理方法在MC中不适用,必须寻找一种新的管理物品编码、BOM和工艺过程文件的方法。

2 面向MC的ERP中基础数据管理的方法

    2.1 物品编码管理

    MC中基础数据管理的核心是产品族,所以在面向MC的ERP中,要利用产品族的概念,以有限数量的数据描述大量的物品,即物品编码不是指一个特定的物品,而是指物品的一个范围。在面向MC的ERP中,对物品进行编码时要按照相似性,使用一码多物的物品编码原则,即两个或多个主体一致、细节上有一些差异的物品用一个编码标志,同一产品族分类定义一个编码,同一类零部件定义一个编码,这样就会使物品编码的数量减少,系统的维护量降低,从而使系统的稳定性和可用性大大提高。

    2.2 BOM管理

    2.2.1 定义特征件

    BOM用来描述一个产品的构成和每个子件的用量,包含母件编码、子件编码和子件需求数量等信息。在传统ERP中,由于是一物一码,某个产品的BOM也是唯一的。而在面向MC的ERP中,物品编码是按照相似性的原则,这样虽然会使物品编码的数量减少,但不能保证物品唯一性。因此,面向MC的ERP中要定义特征件的概念,并且在产品族BOM中要挂接和标注特征件。

    把BOM中的数量可选件和属性可选件统称为特征件。所谓数量可选件,指有的客户需要、有的客户可能不需要的物品;也指有一些数量可变的物品,如有的客户需要M个,有的客户需要N个。所谓属性可选件,指材质、规格、型号、颜色、结构、组成、工艺等属性可能不同但编码一样的物品。数量可选件出现在BOM中母件和子件的数量关系上,主要指子件;属性可选件主要指物品本身,可以出现在子件中,也可以出现在母件中。如果某个母件的子件是数量可选件,则它必然是属性可选件,因此,MC生产的最终产品一般都是特征件。相对于特征件,某些属性一样、数量构成也不变的物品,称为必选件。

    2.2.2 产品族BOM

    在面向MC的ERP中,首先要根据产品族信息模型建立产品族BOM。产品族BOM与普通BOM的结构一样,也是一棵结构树,不同的是产品族的节点可能是类零件、类部件或产品族等特征件。与一般BOM比较,产品族BOM使产品结构定义在很大程度上消除了数据冗余,便于数据的维护和扩充,而且可使程序的执行速度显著提高。

    利用特征件挂接和标注,可以解决产品族BOM的“一码多物”的问题。同时,还要考虑BOM中子件需求数量这一关键信息。一般来讲,必选件的子件需求数量是固定的,可以根据设计数据直接输入,但特征件的需求数量要在客户签定订单后才能确定,因此产品族BOM中特征件的需求数量是无意义的,可以设置为0。但有些企业为了缩短交货周期和有效利用生产资源,在生产组织上要预先投入一些常规产品的生产。因此,对于这些常规产品的特征件要按照“常规”的需求数量挂接,这样就可以在订单未确定时,作出一些伪订单,以满足预投生产和信息系统处理的需要。

    在产品族BOM建立的过程中,一般要遵循参数化设计原则。即直接个性化的产品及各级部件(或半成品)、零件的图纸设计或工艺设计说明必须以参数的形式出现,在满足相关标准的前提下充分满足和反映客户的个性化要求。在确定的客户提出需求后,应该根据一定的参数化客户需求信息,得到产品各子件的实际用量和属性特征等信息,即能够从产品族BOM中生成具体订单的产品结构——订单BOM。

    2.2.3 客户需求描述

    MC中的定制化功能是通过产品快速配置过程实现的。因为产品快速配置过程是由客户订单驱动的,系统必须要先对客户需求进行描述,即通过相应的产品族BOM和参数化模板,选择或填写一些有关产品特征的参数,最终完成客户的个性化定制产品需求的描述。

    对于一个面向MC生产的企业而言,要满足成本不能过高的要求,必须有限制地让用户定制,可供用户配置的产品部件不是任意的,而且一个产品的许多零部件参数是具有相关性的,所以产品的定制化参数必须满足合理化和标准化原则,否则将与为用户度身定做没有区别。用少量的参数数据,通过参数相关性的推导公式,得到全部参数化零部件的参数数值的订单配置器,是ERP系统的关键。订单BOM配置器处理的参数主要可分为基本参数、间接参数、图纸参数3类:

    (1)在签定销售订单时,最终要用一些参数来确定客户的个性化要求。这些能够描述客户定制化要求的参数称作基本参数,也称合同参数。

    (2)很多参数是与其他参数相关的,即某个参数值可以通过其他一个或多个相关参数推导得到,这些参数就称为间接参数。

    (3)图纸参数指用于表示特征件的可选属性特征(如:长、宽、高、颜色等)的参数。图纸参数是在产品族设计中必须加以描述的,所以它与物品编码共同表示才有意义。

    利用订单BOM配置器,系统可以结合产品族BOM对参数化的客户订单进行处理,进而得到具体产品的结构,即订单BOM。

    2.2.4 订单BOM

    订单BOM可以看作是产品族BOM的延伸,是在产品快速配置过程中形成的。订单BOM是建立在销售订单基础之上的BOM文件,因此要根据销售订单进行划分,即一个销售订单编号对应一套订单BOM。它除了母件编码、子件编码、子件需求数量等基本信息之外,还包含销售订单编号和属性描述字段。这样,在ERP系统后续的计划和领料表管理中,就可以通过属性描述字段来确定属性特征件的具体特征,同时,能够利用订单BOM和客户订单中的交货日期和交货数量,分解出企业内部各模块化零部件的生产计划和原材料采购计划,并为最终的定制产品成本核算提供数据。订单BOM的具体内容有全BOM和部分BOM两种形式。

    (1)全BOM  记录包括所有的零部件和原材料。它相当于传统BOM中某一个定型产品的BOM。这种形式的优点是产品结构清晰明了,显示完整,缺点是信息冗余较大。尤其是当产品的客户化部分较少时,必须重复记载在产品族BOM中已经记载过的结构。

    (2)部分BOM  记录只包括产品族BOM中涉及特征件的部分,针对每一个订单,只将产品族BOM中特征件部分放到订单BOM中,通过产品配置处理和手工调整,即可完成一个订单BOM的处理。这种形式的优点是信息冗余较小,但完整的产品结构需要与产品族BOM结合起来才能显示清楚。

    2.3 面向MC的ERP中的工艺过程管理

    2.3.1 标准工艺过程

    工艺过程是描述某个自制件(成品/半成品)加工制造的数据文件,是工艺过程设计的结果性数据。只有完整的工艺过程,才能使生产制造活动有序进行。工艺过程数据中最重要的就是工序和工时定额。在面向MC的ERP中,存在大量一码多物的情况,制造母件所需要的工序和工时是变化的,因此,必须利用产品族的概念,建立标准工艺过程,这也与设计过程中的产品族信息模型建立过程相一致。

    标准工艺过程是一种族工艺过程,即对于母件特征件而言,虽然是一码多物,但由于各物的结构基本相似,可以先找出一个结构最复杂、工艺路线最长的物品作为代表物品,然后,将其他物品也加入,获得一条满足全部物品加工要求的复合工艺路线。将复合工艺路线的工艺数据组织起来,就是标准工艺过程。在标准工艺过程中,除了工序和工时定额以外,还要包含基本工序/可选工序标志和工时定额参数等字段,这样才能在产品快速配置过程中得到具体订单产品的工艺过程。

    2.3.2 订单工艺过程

    类似于订单BOM,订单工艺过程也是在产品快速配置过程中由客户订单驱动形成的。订单工艺过程也要根据销售订单进行划分,即一个销售订单编号对应一套订单工艺过程。

    订单工艺过程是通过订单工艺过程配置器来完成的。订单工艺过程配置器主要处理标准工艺过程中的基本工序、可选工序和工时定额参数。基本工序指此特征件在加工过程中必须有的工序;可选工序指特征件在加工过程中,有些物品需要、有些物品不需要的工序;工时定额参数主要用来确定此工序的工时定额,一般为间接参数。所以,订单工艺过程配置器也要处理基本参数、间接参数、图纸参数等3类参数。

    利用订单工艺过程配置器,系统可以得到订单工艺过程,从而得到某个订单中各个自制特征件的工序和工时定额,为生产计划排产、能力平衡、成本核算等ERP子系统提供准确的数据。

    通过以上方法,就可以对面向MC的ERP中基础数据实现有效的管理。图1是面向MC的ERP中基础数据管理示意图。


图1 面向MC的ERP中基础数据管理示意图


3 面向MC的ERP中基础数据管理在实践中的应用

    天津OTIS电梯有限公司最主要的产品为各种直梯,日产量为40台左右,在开始实施ERP系统时,先按照传统ERP的基础数据管理方式进行数据准备。OTIS的每部电梯都是按照客户要求定制的,每部电梯又是由2万多种零部件组成,所以基础数据量太大,往往业务人员加班加点也不能按期完成数据的录入,系统无法进入运行状态。

    在这种情况下,经过反复研究,最终决定使用面向MC的基础数据管理方法。通过分析,虽然每部电梯都是按照客户要求定制的,但仍能按照其用途和主要特征,将所有电梯分为乘客电梯、观光电梯、住宅电梯、载货电梯、病床电梯等20多个产品大类。同时,每部电梯中基本结构和组成一致的零部件,大约占所有零部件的30%左右。因此,通过在系统中设定特征件,大大减少了物品编码,并在此基础上,制定出各产品族BOM和工艺过程。在天津OTIS,电梯的定制是通过一些量化的参数最后确定下来的。对于每一类梯种,定制的基本参数多达100多个,如载重、梯速、层高、层数、轿厢尺寸和操纵面板等。因此,系统对各梯种参数进行了专门的管理,并利用梯种参数对特征件的选择公式进行了定义。

    由于有了上述基础工作,对于每一个新的销售订单,首先根据电梯种类确定各梯种参数值,再利用订单配置器生成订单BOM和工艺过程,MRP生产计划和采购计划、成本核算等工作就可以顺利进行了。

    通过上述方法的处理,原先几百万条的基础数据被压缩到十几万条。通过参数化设置及订单配置器的使用,不仅使工作人员从十几人减少到4人,而且使订单设计分解工作的时间从几周减少到几天,大大提高了工作效率,仅此一项改进,就使产品交货期缩短了4周,使用面向MC的基础数据管理方法在天津OTIS取得了很大的成功。

4 结束语

    MC是制造业生产方式发展的必然趋势。在面向MC的企业中,针对传统ERP系统应用出现的基础数据管理上的危机,给出了ERP中一种新的物品编码、BOM、工艺过程文件的管理方法,并应用于电梯制造等面向MC的企业ERP系统中,收到了很好的效果。

Tags:面向 大规模 规模 定制 系统 基础 数据 管理 管理的 研究 

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