基于大規(guī)模定制的模塊化制造BOM研究
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大規(guī)模定制的思想最早是1970年Alvin Tofflor在《未來的沖擊》中提出的，Stanley Davis在《未來的理想生產(chǎn)方式》(1987)中首次使用“Mass customization”(譯為“大規(guī)模定制”或“大量客戶化生產(chǎn)”)一詞。簡言之，大規(guī)模定制模式是指對定制的產(chǎn)品和服務進行個別的大規(guī)模生產(chǎn)。實現(xiàn)大規(guī)模定制的一種有效方法就是建立能配置成多種最終產(chǎn)品和服務的模塊化構件，以此實現(xiàn)最低的成本、最高的個性化定制水平的目標。本文分析制造系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)物料清單(Bill of Material，BOM)的特點和要求，基于大規(guī)模定制模式下制造系統(tǒng)的特點，將模塊化思想融入到制造BOM的構造過程中，建立面向客戶訂單的可重構模塊化制造BOM，利用延遲制造策略在MRPII基礎上對
生產(chǎn)計劃模式進行改進，以大規(guī)模生產(chǎn)的成本和速度實現(xiàn)對個性化市場需求的快速響應。
1 BOM的基本概念
在產(chǎn)品的整個生命周期中，主要存在3種BOM，即：EBOM(Engineering BOM)、PBOM(ProcessBOM)和MBOM(Manufactoring BOM)。以BOM為主線組織的產(chǎn)品信息貫穿于企業(yè)的設計、工藝、生產(chǎn)、采購、銷售等業(yè)務活動的始終。EBOM是設計人員根據(jù)客戶訂單或功能要求進行產(chǎn)品設計所形成的工程設計階段的結構形式；PBOM是在EBOM的基礎上，工藝人員根據(jù)企業(yè)工藝裝備特點，編制產(chǎn)品的裝配件、零部件和最終產(chǎn)品制造的工藝規(guī)程；MBOM則在PBOM的基礎上，添加詳細工藝、工裝、材料和虛擬件等信息，反映了零件、裝配件和最終產(chǎn)品的制造方法和裝配順序。
MBOM全面地列出了在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中需要控制和管理的物料項，表明了物料項之間的數(shù)量關系，更重要的是表達了這些物料項之間的制造裝配核心順序關系。
大規(guī)模定制的目的是以大規(guī)模生產(chǎn)的成本和速度，為單個客戶或小批量多品種的市場定制生產(chǎn)任意數(shù)量的產(chǎn)品。大規(guī)模定制生產(chǎn)企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，是將產(chǎn)品內(nèi)部多樣化降低到一定程度，使得能夠柔性地制造產(chǎn)品，不會由于加工準備而造成額外的成本和時間的延誤。實現(xiàn)大規(guī)模定制的最好方法就是建立能配置成多種最終產(chǎn)品和服務的模塊化構件。
2 面向模塊化BOM的生產(chǎn)計劃模型
面向訂單組裝(MTO)是一種客戶定制型的生產(chǎn)模式，它可以在企業(yè)產(chǎn)品系列的可選范圍內(nèi)選擇配置，有一定限制，但交貨期短是它的一個重要優(yōu)勢。
2．1面向模塊化BOM的雙重MPS計劃
傳統(tǒng)的基于MRPII的生產(chǎn)計劃模式通過主生產(chǎn)計劃(MPS)來規(guī)劃最終產(chǎn)品的需求時間和需求數(shù)量，是展開物料需求計劃(MRP)運算的主要依據(jù)。在大規(guī)模定制環(huán)境下，首先是將大規(guī)模定制企業(yè)產(chǎn)品模塊化，并劃分為通用模塊、專用模塊和可選件，然后利用延遲區(qū)分策略(Postponed differentiation)將大規(guī)模定制生產(chǎn)過程分成兩大階段。在客戶訂單分離點(Customer Order Decoupling Point，CODP)以前，其生產(chǎn)過程利用計劃推動，按預測生產(chǎn)，獲得“規(guī)模生產(chǎn)”效益；而在客戶訂單分離點(CODP)之后，生產(chǎn)過程由客戶訂單驅(qū)動，按照客戶訂單的要求進行最終產(chǎn)品的生產(chǎn)和組裝。面向模塊化BOM的多層MPS計劃模型如圖1所示。當產(chǎn)品是一組系列且具有模塊化產(chǎn)品結構時，可以根據(jù)客戶的要求，從可選件中選擇所需要的零部件，構建面向具體訂單的MBOM，并通過最終裝配計劃(FAS)進行處理。為了保證大規(guī)模定制模式下交貨期短的優(yōu)勢，編制計劃時，對于模塊化產(chǎn)品結構中的通用件、基本組件和可選件則針對計劃型MBOM根據(jù)預測用MPS處理。
FAS同MPS實際上沒有本質(zhì)的區(qū)別，F(xiàn)AS是MPS的一種特定形式，它的計劃期僅限于總裝提前期。FAS的完成必須要由MPS按時、按量、按期地向FAS提供所需的裝配件。
2．2延遲區(qū)分策略的應用
建立基于延遲制造技術的生產(chǎn)計劃模型的基本思路是：通過對產(chǎn)品構造差異點進行分析，將產(chǎn)品構成單元分為通用的和可定制的兩部分x延遲產(chǎn)品差異點部分的生產(chǎn)和在制品向下一階段的移動，直到獲得足夠的市場信息，并形成最終產(chǎn)品。所謂客戶訂單分離．點(CODP)是指企業(yè)生產(chǎn)活動中由基于預測的庫存生產(chǎn)轉(zhuǎn)向響應客戶需求的定制生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換點。核心制造企業(yè)將CODP點確定在產(chǎn)品裝配之前，在CODP點之前的生產(chǎn)階段主要完成零部件的準備，在CODP點之后則根據(jù)客戶訂單差異完成成品的裝配。如圖1所示，CODP點之前根據(jù)計劃型MBOM確定各種零部件的種類和數(shù)量并形成組件的主生產(chǎn)計劃(組件MPS)，實現(xiàn)通用組件的庫存儲備；一旦客戶訂單確定，則制訂面向訂單的最終裝配計劃(FAS)，按照訂單要求進行產(chǎn)品差異化裝配。
延遲制造的目的是以大批量制造標準或基礎產(chǎn)品來提高規(guī)模經(jīng)濟，而推遲最后的裝配直到接到用戶的訂單。通過延遲制造，產(chǎn)品裝配由客戶訂單驅(qū)動，企業(yè)可以取得預測驅(qū)動的大批量制造和訂單驅(qū)動的柔性化的最終制造，并同時獲得局部響應和整體效益。
3 模塊化MBOM的構造
模塊化是標準化思想在產(chǎn)品部件級的應用。模塊化設計是通過對產(chǎn)品系統(tǒng)的分析研究，把其中具有相同或相似功能的單元分離出來，用標準化原理進行統(tǒng)一、歸并和簡化，以通用單元即模塊的形式獨立保存下來，根據(jù)客戶要求并基于不同的組合“規(guī)則”約束，將模塊組合成多種新產(chǎn)品的一個分解和組合的過程。
3．1 MBOM中的部件劃分
大規(guī)模定制生產(chǎn)模式下，系列產(chǎn)品的MBOM通常由以下3種類型的物料組成：(1)通用件。某一系列都必須用到的相同物料。(2)基本組件。作為一個基本組件是所有產(chǎn)品都不可缺少的，但是組件中有多種選擇件，必須任選其一。例如汽車上的發(fā)動機，每臺汽車都需要，但發(fā)動機可以根據(jù)排量、供應商等特征的不同由客戶進行選擇。(3)可選件。指那些在成套產(chǎn)品中可以包括，也可以不包括的物品，如汽車上的空調(diào)或是一些音響設備等。
3．2虛擬件的應用
虛擬件的原始含義是指出現(xiàn)在圖紙上，但卻不出現(xiàn)在實際加工過程中的組件，也可以說是為了用于處理設計圖紙和制造工藝之間差異的。這種類型的虛擬件提前期為零，一般無需存儲，只有虛擬件下屬的子件才有出入庫事務。
大規(guī)模定制生產(chǎn)模式下的模塊化MBOM中，具有一系列可選物料的基本組件，實際上就具有虛擬件的性質(zhì)。按照最終裝配計劃(FAS)在生產(chǎn)線上進行最終產(chǎn)品的裝配，通常這些產(chǎn)成品的MBOM扁平化程度較高，這就使得裝配過程中總裝生產(chǎn)線上產(chǎn)生的中間件演變?yōu)樘摂M件。
3．3可重構的模塊化MBOM
BOM有兩種基本的構造方法：單層BOM和多層BOM。單層BOM只記錄直接父件和子件之間的對應關系；多層BOM采用“單父一多子”的數(shù)據(jù)結構，詳細記錄產(chǎn)品的整個結構信息，即使是同樣的零部件結構，只要存在于不同的產(chǎn)品中，也要分別記錄。產(chǎn)品結構從EBOM轉(zhuǎn)換為MBOM之后，計劃MBOM就在此基礎上形成。大規(guī)模定制生產(chǎn)模式一個典型特點就是產(chǎn)品的多樣化，即系列產(chǎn)品存在多種零部件的組合，在客戶訂單分離點(CODP)之前，是為最終裝配計劃(FAS)做零部件準備，因此是根據(jù)計劃MBOM中虛擬件下所屬各種可選物料的百分比構成進行MPS處理。如圖2所示，例如部件總成B包含兩個子件：部件總成B1和B2，根據(jù)相關需求的計算，確定部件總成B的需求數(shù)量；再根據(jù)B1和B2的需求百分比進行分配。獲取客戶訂單后，按照客戶訂單的要求配置定制的物料清單，即進行產(chǎn)品MBOM的配置。例如，客戶訂單要求部件總成B采用B1；其子件零件E采用E2；可選件F包中只選擇安裝F1和F3；部件總成C采用C2；可選件組D中只選擇了零件D1。由此，面向具體客戶訂單的模塊化BOM就建立了。這種模塊化BOM上所反映的父項與子項之間的關聯(lián)關系，并不是傳統(tǒng)BOM所表示的從屬關系，實際上是一種潛在的工藝裝配關系。例如，在客戶化后的產(chǎn)品P中，部件總成Bl由哪些零部件構成，需要通過標準零部件庫來確定；模塊化BOM中B1的子件E2、F1和F3實際上是受到選擇B1后產(chǎn)生的規(guī)則約束影響而關聯(lián)到B1上的。
模塊化MBOM可用于由許多通用零部件制成并有多種組合或選擇的復雜產(chǎn)品，如工程機械。客戶根據(jù)通用產(chǎn)品配置規(guī)則確定個性化的交付產(chǎn)品，一種通用產(chǎn)品可以顯示多種差異化特征。如圖3所示，兩個客戶分別針對通用856型輪式裝載機在變速器、發(fā)動機、鏟斗等方面進行了差異化配置。由于對856型裝載機總裝所需要的零部件已經(jīng)根據(jù)預測在客戶訂單分離點(CODP)之前完成了庫存儲備，在客戶訂單確定后，就可以按照客戶MBOM進行差異化裝配，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對個性化客戶需求的快速響應。
4 結論
對生產(chǎn)大量相思卻又明顯區(qū)別的產(chǎn)品或服務的企業(yè)，通過模塊MBOM實現(xiàn)大規(guī)模訂制，具有滿足顧客多樣化需求和降低成本的雙重意義。屋里清單是產(chǎn)品的直接體現(xiàn)，通過模塊化BOM，可以再保持現(xiàn)有零部件單層BOM種類的基礎上，增加模塊化組件庫，利用虛擬實現(xiàn)客戶需求的差異，建立面向客戶訂單的定制BOM。利用延遲區(qū)分策略建立組件級的雙重計劃出來模式，充分保證客戶訂單交貨期，同時也提高了生產(chǎn)過程的柔性，降低了生產(chǎn)準備成本和庫存成本。