多品种小批量生产管理信息系统的需求分析

1 引言

随着科学技术的飞速发展，当今社会已经进入一个多样化的时代。客户需求日益多样化和个性化，促使企业越来越多地选择多品种小批量生产方式。多品种小批量已经成为当今制造业企业生产模式的主流。据有关资料统计，在金属加工和机械制造业中，多品种小批量生产类型占有很大的比例，美日等国的制造业有75％左右采用多品种小批量生产类型，而我国的机械制造业采用这种生产类型的企业约为95％左右。在航天系统中，电子元器件企业普遍采用这种模式。

多品种小批量生产最大的优点就是能够比较灵活地适应市场变化、较好地满足用户多样化的需求，增加企业的市场竞争力。但同时由于品种规格多、工艺离散程度高，这种模式下的生产组织与管理难度极大。伴随着市场竞争的日趋激烈和客户需求周期的日益缩短，有必要对多品种小批量方式下的生产管理进行专门的研究。

2 多品种小批量生产方式的主要特征

⑴ 产品的专用性很强。不同规格的产品一般都是为特定的客户订制，同时，由于客户需求的多样性和市场的不确定性，每一品种的生产批量都不会大，有些品种虽然有一定的批量，但都不足以维持全年生产，因此形成了多品种轮番进行重复生产的局面。

⑵ 工艺阶段性明显。零部件制造过程和产品装配过程相对独立，物流形式主要呈“T”型，原材料种类不是很多，但加工的零部件以及最终装配的成品种类很多，而且许多成品使用的零部件是相同的，由一些相同的零部件搭配其他不同的物料，可以装配出品种繁多的系列产品。

⑶ 工艺过程离散。多品种小批量生产的工艺特征为工艺过程离散的加工装配型，产品由离散的零部件装配而成，因而，产品的成套性一直是多品种小批量企业关注的一个焦点。

⑷ 生产组织主要采用订货装配型。由于产品具有系列化、模块化的特征，标准化程度较高，很多零部件是通用的，因此可以在订单来临之前，事先安排零部件的生产。在订单来临时，再下达产品装配任务，根据产品的结构清单，将相关的零部件装配起来即可。

⑸ 生产的组织方式主要按工艺专业化原则，零件移动一般按工艺顺序方式。这种组织方式能够适应品种多变的要求，但由于零件加工须经过多个生产单元，周转环节多，对加工过程的跟踪、协调和控制就比较复杂，同时顺序移动方式在便于组织生产的同时，也带来了等待时间长，生产周期延长的缺点。

3 多品种小批量生产管理的层次结构

在多品种小批量企业，生产管理活动可分为上层决策、中层计划和下层作业三个层次，如图1 所示。上层决策是由企业领导会同销售、生产、财务和库存等部门进行的年度产品规划，确定产品大类和产品系列的产量，确定企业对资源和资金的需求。中层计划是指根据销售预测和销售订单，制定一个短期生产计划即主生产计划，并通过对企业关键资源能力与负荷的比较，分析主生产计划的可行性，计划的对象是产品和产品下的零部件。然后，按照主生产计划和产品结构数据分析产生相关需求的物料需求计划，并经过生产负荷与生产能力的比较分析，使之趋于平衡，以产生一个可行的物料需求计划，下达给制造部门及采购部门处理。下层作业是指根据中层计划下达的生产任务按照工艺路线来编制工序加工计划，进行生产作业计划的排产，工票的下达，对生产过程进行监控，对实际出现的情况进行生产调度。




图 1 多品种小批量生产管理的层次结构

4 多品种小批量生产管理的业务流程

多品种小批量生产管理的主要业务有：订单处理、零部件预投计划、零部件追加计划、产品装配计划、生产制造过程（包括零部件制造和产品装配）。其业务流程如图2 所示。

图 2 多品种小批量生产管理的业务流程

4.1 订单处理

订单处理实际上是销售和生产部门的协调过程。为了提高客户满意度，企业必须更好地保证订单的交货期。销售部门在获取客户订单需求后，生产部门必须及时反馈此客户需求在现有情况下的可能完成情况，若生产部门在现有条件下无法按时按量满足订单需求，必须及时反馈给销售部门，并尽可能提供一个较为合理的参考消息给销售部门，以便销售部门及时与客户进行沟通，对订单进行修正，减少潜在的损失。订单处理中销售部门和生产部门的协调过程如图3 所示。




图 3 订单处理业务流程

4.2 零部件预投计划

零部件预投计划是多品种小批量生产管理的关键环节，其编制和控制是否得当，关系着企业是否能在合适的时间提供产品装配所需要的零部件，保证及时的客户交货期，并保持较低的库存水平，使企业的生产较为均衡，生产成本较低，这在很大程度上关系着生产管理系统的成败。多品种小批量生产中，库存的不是最终产品，而是各种零部件，根据产品预测制定零部件预投计划补充库存，在接收客户订单以后制定产品装配计划，消耗零部件库存。一方面，零部件库存要能满足产品装配即客户的需求，不要出现在装配能力富余的情况下，由于没有足够的零部件而不能满足客户的订单需求；另一方面，零部件库存需要保持合理的水平，以降低企业的经营成本，提高企业的利润和竞争实力。所以，如何合理地制定零部件预投计划对发挥多品种小批量生产方式的优势意义重大。

4.3 零部件追加计划

零部件追加计划是进行所需计划零部件的追加生产，以满足产品装配的需要，关系着产品能否及时交货。一般是在接收客户订单以后，进行短周期零部件的追加生产，以满足产品装配的需要；或者是在产品装配领料以后，使某些零部件的库存低于最低限度，需要进行追加生产，以保证最低库存，最终满足产品装配，满足客户的需要。零部件追加计划必须在订单到达后及时组织生产，以保证产品的交货期。

4.4 产品装配计划

产品装配计划也可以叫做总装进度计划（FinalAssemble Schedule ,简称 FAS），是在接到客户的订单以后，根据客户的交货期要求从库存储备中选择客户订单所需要的零部件，按时总装成产品即可。其生产周期为装配提前期，远远小于产品的总制造周期，较好地满足了市场迅速交货的需求。产品装配计划消耗零部件库存，然后由零部件预投计划以及零部件追加计划来补充库存。产品装配计划的制定需要零部件预投计划和零部件追加计划来提供足够的所需零部件，产品装配计划的制定和执行依赖于零部件生产计划，还需要考虑实际装配能力的限制。

4.5 生产制造过程

生产制造过程包括零部件制造和产品装配，为了达到及时保质交货的目标，必须对生产进行合理的控制。在生产制造过程中，需要根据物料需求计划进行生产作业计划的安排，对生产中实际出现的拖期等情况进行调度调整，生产作业与调度的流程如图4 所示。




图 4 生产作业与调度流程图

5 多品种小批量生产系统的组织结构

多品种小批量生产系统的组织结构可以分为：产品管理、产品/生产过程结构管理、生产计划制定、生产加工过程控制、生产过程跟踪、生产过程协调、计划调整/协调等七个模块，如图5 所示。




图5 多品种小批量生产系统的组织结构

对各模块功能分析如下：

⑴ 产品管理：主要是分析客户对产品性能的具体要求，以及对某些不确定性、模糊要求的管理，并根据企业自身的生产能力和特点，进一步细分，确定重点监控的性能指标和一般性指标。

⑵ 产品/生产过程结构管理：建立生产过程结构，为计划制定和过程跟踪控制提供制造标准和路线。涉及产品结构、工艺路线和工作中心等三类基本类型信息，其中在工艺路线中的准备时间、加工时间应是一个统计值，并随着生产环境的变化而变化，需要进行维护，通过产品结构，建立部件/工件之间的约束关系，由工艺路线和工作中心建立每个活动对生产环境的具体要求。

⑶ 生产计划制定：通过产品分析和预测，制定零部件预投计划，根据客户订单制定零部件追加计划和产品装配计划，并确定能力计划，以保证有足够的生产能力来完成零部件的生产和最终产品的按时按需装配，及时满足客户的需求。通过计划之间的协调，达到一定的生产柔性。

⑷ 生产过程控制：根据生产过程结构和生产计划下达的任务，对生产过程的各个环节进行安排和控制，并反馈回生产计划制定部门。

⑸ 生产过程跟踪：收集生产数据，并进行加工能力趋势分析、资源利用评价和未来计划时间内的生产瓶颈分析，为生产过程协调和生产计划制定提供实际信息和分析结果。

⑹ 生产过程协调：进行生产过程的协调，在生产环境波动的情况下快速反应，与生产过程控制和生产过程跟踪形成一个小闭环，解决实际生产中的问题。

⑺ 计划调整/协调：为生产计划制定提供反馈信息和分析报告。

6 多品种小批量生产管理的数据流程

根据前面的分析，多品种小批量生产管理的业务活动主要有客户订单的处理、主生产计划的制定、物料需求计划的制定、生产作业与调度、库存管理等。其中，主生产计划包括零部件预投计划、零部件追加计划和产品装配计划，制定主生产计划时，需进行粗能力平衡；物料需求计划包括零部件制造计划、采购与外协计划等，制定物料需求计划时，需进行细能力平衡；生产作业与调度包括生产作业计划、车间任务分配、生产调度等。多品种小批量生产管理的基本对象有人员、物料、设备、信息和车间等，这些对象之间的相互关联构成了生产管理业务活动的基础。在生产管理信息系统中，主要涉及的对象实体有订单、物料、产品结构清单、工艺信息、人员、设备、工作中心、生产计划、工票等。其数据流程如图6 所示，图中方框表示业务处理过程，半开口框表示处理过程中的数据输入和输出。




图6 多品种小批量生产管理系统的数据流程

7 多品种小批量生产管理信息系统的功能需求

多品种小批量生产管理信息系统主要用来解决由于产品品种多、工艺过程离散、市场需求不确定等给企业带来的生产组织复杂、计划控制难度大的难题。根据前面对多品种小批量生产方式的特征、生产管理的业务流程和数据流程、生产系统的组织结构的分析，结合作者的实践总结和调查分析，多品种小批量生产管理信息系统应主要满足以下功能：

订单处理：能够对随机到达的订单进行运算，给出能否按时按量完成，或者可能完成的情况，以便销售部门做出正确决策或与客户沟通。

生产计划管理：包括主生产计划（零部件预投计划、零部件追加计划、产品装配计划）的制订和物料需求计划的生成，能够对产品任务的成套性进行监控，能够按BOM 结构表进行成套性反向查询。

生产过程监控：能够对产品装配的进度和完工情况、零部件的进度和完成情况、工序的完成情况进行动态监控，便于管理人员及时掌握生产进展情况或对生产计划进行调整，以保证生产任务的按时完成。

生产能力监控：能够对生产能力总体情况、各工种/工作中心的负荷情况进行动态监控，支持高层管理人员决策，同时便于管理人员抓好关键环节、瓶颈环节，以保证生产的顺利进行。

生产成本监控：能够对各类零部件的库存和在制情况进行监控，使库存数量和在制数量既要满足产品装配的要求，又要保持一定的合理水平，以降低库存积压和资金占用。

基础数据管理：为计划制定和生产过程跟踪控制提供制造标准和路线，包括产品结构、工艺路线、工作中心、工时定额、材料消耗以及工装配套等基本信息，这是计划管理与调度作业的核心和基础。

8 结束语

多品种小批量企业由于品种规格多、工艺离散，生产组织与管理的难度极大，这就迫切需要一个能满足实际要求的生产管理信息系统。本文在对多品种小批量生产特征进行研究的基础上，对多品种小批量生产管理的管理层次、业务流程、组织结构、数据流程进行了重点分析。结合作者多年来的实践总结和调查分析，提出了多品种小批量生产管理信息系统的功能需求，为以后的系统设计奠定了基础，同时也为多品种小批量企业的生产管理提供了理论参考。

作者简介：张建林（1962-），男（汉族），浙江海盐人，副教授，管理信息系统专业；研究方向：信息管理。