離散制造業(yè)客戶訂單變更系統(tǒng)研究與開發(fā)

夏 金, 黃烈生, 孫立民

(1 煙臺大學(xué) 計算機與控制工程學(xué)院， 山東 煙臺 264005； 2 山東工商學(xué)院 信息化建設(shè)辦公室， 山東 煙臺 264005)

引言

離散制造業(yè)，其產(chǎn)品的生產(chǎn)過程通?？煞纸鉃楹芏嗉庸と蝿?wù)來完成，并且所需的原材料多是經(jīng)由采購而來，通過對多種原材料物理形狀的改變、組裝使其變換升值為一個產(chǎn)品[1]。企業(yè)主要以客戶訂單驅(qū)動生產(chǎn)，這一過程可描述為：接受客戶訂單，采購原材料，進行生產(chǎn)， 最終交付客戶訂單。現(xiàn)代企業(yè)大都屬于根據(jù)訂單生產(chǎn)(Make-To-Order, MTO)[2]企業(yè)。 這類企業(yè)，客戶訂單是整個企業(yè)的運作核心，也是企業(yè)賴以生存的根本。一般情況下，企業(yè)是以滿足客戶需求為主要目標，同時也要兼顧企業(yè)成本和利潤等問題。企業(yè)會借鑒準時生產(chǎn) (Just-In-Time, JIT)[3]方式設(shè)計活動行為， 根據(jù)客戶訂單中產(chǎn)品的數(shù)量及時對生產(chǎn)計劃做出調(diào)整，從而適應(yīng)市場的變化和最新需求。

客戶訂單本應(yīng)該具有法律屬性[4]，但是客戶訂單在執(zhí)行過程中需要考慮各種可能因素，企業(yè)也需要滿足客戶的變更請求，來爭取利潤的最大化。因此就要求ERP系統(tǒng)具備客戶訂單變更功能，從而滿足各種可能出現(xiàn)的變更情形。

傳統(tǒng)的客戶訂單變更處理方法有全重排式和凈改變式[5]。其中，全重排式是將所有接受的客戶訂單全部提交重新計劃再另行排產(chǎn)， 此種方法可以使得變更策略切實準確，但是需要的變更周期長，變動成本大。凈改變式是進行局部的更改，此種方式靈活，但大量頻繁的局部修改會產(chǎn)生全局性的差錯，并帶來未知問題。文獻[6]提出，及時統(tǒng)計因客戶訂單變更導(dǎo)致的相關(guān)損失是能夠達到客戶滿意的重點。本文研究的算法模型結(jié)合并改進傳統(tǒng)的處理方法，提出了一種基于減少損失，快速響應(yīng)的模型，而且還聯(lián)系某具體企業(yè)生產(chǎn)鏈實現(xiàn)了軟件開發(fā)。

1 客戶訂單的生命周期

客戶訂單的生命周期可以簡單理解為客戶訂單實現(xiàn)的全過程[7]。在本系統(tǒng)中，一張客戶訂單可以包含多種貨品， 需要對客戶訂單按照貨品進行種類拆分，故一張客戶訂單可以拆分成幾張子單， 每張子單可以獨立開展計劃，并安排生產(chǎn)。系統(tǒng)會對每一張客戶訂單進行監(jiān)控，客戶訂單在系統(tǒng)中的執(zhí)行流程如圖1所示。

圖1 客戶訂單的執(zhí)行流程Fig. 1 Execution process of customer order

對圖1中重要流程進行闡釋分析如下：

(1)客戶訂單錄入?？蛻粲唵武浫隕RP系統(tǒng)，需要填寫客戶訂單以及客戶訂單明細，每一張客戶訂單對應(yīng)多張客戶訂單明細， 每一張客戶訂單明細都包含一種不同的貨品。

(2)客戶訂單計劃(排產(chǎn))。客戶訂單經(jīng)過生產(chǎn)決策系統(tǒng)(即排產(chǎn)模塊)，生產(chǎn)決策系統(tǒng)進行分析，此時已經(jīng)有了生產(chǎn)計劃，即將進行實際產(chǎn)品生產(chǎn)。

(3)客戶訂單執(zhí)行。根據(jù)生成的排產(chǎn)結(jié)果，對客戶訂單的產(chǎn)品進行生產(chǎn)。

(4)生產(chǎn)過程監(jiān)控。對于已經(jīng)開始生產(chǎn)的客戶訂單進行監(jiān)控，主要包括客戶訂單的生產(chǎn)狀態(tài)，以及對原材料的采購進度監(jiān)控等。

(5)狀態(tài)巡查。對客戶訂單的整體執(zhí)行狀態(tài)進行巡查，實時監(jiān)控客戶訂單的執(zhí)行進度等。

綜上所述， 客戶訂單的生命周期可大致分為以下4個部分：

(1)客戶訂單未計劃。企業(yè)已經(jīng)接受客戶訂單， 并且已經(jīng)錄入系統(tǒng)，但是還未制定生產(chǎn)決策(即排產(chǎn)，以下均簡稱為排產(chǎn))，此狀態(tài)下客戶訂單變更對系統(tǒng)不產(chǎn)生實質(zhì)性影響。

(2)客戶訂單已計劃未執(zhí)行?？蛻粲唵我呀?jīng)發(fā)送排產(chǎn)，但是還未執(zhí)行，包括采購原材料未購回， 已領(lǐng)原材料未進行生產(chǎn)，已申請工序托工產(chǎn)品未托工和已申請成品托工產(chǎn)品未托工。此狀態(tài)下客戶訂單變更對成本不產(chǎn)生實質(zhì)性影響，但是涉及設(shè)備使用時間及后續(xù)排產(chǎn)的改變等。

(3)客戶訂單已執(zhí)行未完成。客戶訂單已經(jīng)上線生產(chǎn)，但是并未完成生產(chǎn)，包括自制產(chǎn)品未完成，工序托工產(chǎn)品未驗收和成品托工產(chǎn)品未驗收。此狀態(tài)下客戶訂單變更將影響成本、設(shè)備使用時間以及后續(xù)排產(chǎn)的改變等。

(4)客戶訂單已完成?？蛻粲唵萎a(chǎn)品已經(jīng)制造完成，不能進行變更，只能驗收入庫。

綜上研究可知，客戶訂單的生命周期如圖2所示。

圖2 客戶訂單的生命周期Fig. 2 The life cycle of customer orders

2 客戶訂單變更分析

客戶對于客戶訂單的變更請求是隨機的，可能出現(xiàn)在客戶訂單生命周期中的任何一個狀態(tài)，并且可能提出多種類型的變更[8]，企業(yè)無法準確預(yù)知會出現(xiàn)何種變更。對于企業(yè)來說，既要滿足客戶的請求，又要追求成本損失最小，也要達到效率最高。 經(jīng)過對企業(yè)實地調(diào)研和深入的分析研究，客戶訂單變更類型可表現(xiàn)為如下內(nèi)容：

(1)產(chǎn)品類型改變。客戶對于產(chǎn)品的種類、參數(shù)提出變更要求。

(2)工期提前。這種變更往往意味著企業(yè)要加班生產(chǎn)或者變更生產(chǎn)時間。

(3)工期延后。企業(yè)有可能收到工期延后的變更需求，這種變更企業(yè)一般會執(zhí)行原來的排產(chǎn)計劃， 并按照延后的交貨日期來進行發(fā)貨。

(4)產(chǎn)品數(shù)量增加。即發(fā)生增產(chǎn)的情況，客戶要求增加貨物數(shù)量。

(5)產(chǎn)品數(shù)量減少。這種變更對于企業(yè)來說往往影響最大，需要及時響應(yīng)變更，減少企業(yè)的損失。

(6)付款方式改變。這種變更對于企業(yè)的正常生產(chǎn)不產(chǎn)生實質(zhì)性影響。

(7)交貨地點改變。這種變更需要企業(yè)及時更新客戶訂單信息。

(8)發(fā)票抬頭改變。這種變更不涉及企業(yè)生產(chǎn)的改變。

上述變更問題可用形式化方式做出如下描述：

研究中，設(shè)T(τ1，τ2，τ3，τ4)表示客戶訂單生命周期，其中τi(1≤i≤4) 表示客戶訂單生命周期中不同的狀態(tài)，例如τ1表示客戶訂單未計劃，R(r1，r2，…，r8)表示客戶對于客戶訂單的變更請求，其中ri(1≤i≤8) 表示客戶不同的變更請求類型，例如r1表示產(chǎn)品類型改變。建立關(guān)系矩陣A=f(τ，r)，表示客戶訂單生命周期和變更請求之間的關(guān)系。

A=f(τ,r)=[τ1,τ2,τ3,τ4]T×[r1,r2,...,r8]=

(1)

用0-1矩陣表示A=[aij]4×8(1≤i≤4，1≤j≤8)，其中0表示對生產(chǎn)無影響，1表示對生產(chǎn)存在影響。研究結(jié)果即如表1所示。

表1客戶訂單狀態(tài)與變更請求之間的關(guān)系

Tab.1Therelationshipbetweenthecustomerorderstateandthechangerequest

客戶訂單狀態(tài)變更請求τ1τ2τ3τ4r10110r20110r30000r40110r50110r60000r70000r80000

這里，就以r5τ3為例來給出分析說明。此種情況表示客戶訂單已經(jīng)進行生產(chǎn)，收到客戶的減產(chǎn)變更需求，這種情況會對生產(chǎn)造成一系列的影響，例如，需要對未排產(chǎn)的貨品實施適當?shù)娜∠托薷模?以及對于正在生產(chǎn)的則應(yīng)對以強制繳庫或者留作庫存等操作， 所以此種情況的結(jié)果值為1，即表示對生產(chǎn)會產(chǎn)生影響。又如r1τ1，表示客戶訂單未計劃，收到客戶變更產(chǎn)品類型的需求，此種情況下，不會對產(chǎn)品的生產(chǎn)造成影響， 只需要修改客戶訂單重新錄入即可，所以此種情況的結(jié)果值為0，即表示對生產(chǎn)不會產(chǎn)生影響。

由表1可以看出，有些變更請求只對客戶訂單信息進行變更，并不涉及生產(chǎn)決策的改變，企業(yè)處理此類變更就比較簡單，也不會對公司的生產(chǎn)成本造成損失；有些變更請求會對公司的生產(chǎn)決策發(fā)生影響，公司的成本計算和設(shè)備使用也會出現(xiàn)較大變化。此外，有些變更請求是否對產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)生影響與客戶訂單的狀態(tài)有關(guān)。因此，對于客戶訂單的狀態(tài)巡查即顯得尤為重要。

3 客戶訂單變更實現(xiàn)

3.1 客戶訂單狀態(tài)巡查

實現(xiàn)客戶訂單變更的首要步驟，需要準確地獲取發(fā)生變更時， 客戶訂單在其生命周期中所處的狀態(tài)，準確繪制出指定客戶訂單的狀態(tài)樹，如圖3所示。

圖3 客戶訂單狀態(tài)樹Fig. 3 Customer order status tree

圖3中，可以清晰地看到需要變更客戶單的執(zhí)行狀態(tài)。由圖中可以得知，所繪制的客戶單已拆分成3張子單。其中，1號子單還沒有生成計劃，2號子單已經(jīng)開始生產(chǎn)，但是并未達到完成， 3號子單已經(jīng)生產(chǎn)完成。狀態(tài)樹可以直觀反映一個客戶單的完整狀態(tài)，以便開展后續(xù)工作。

3.2 客戶訂單變更算法流程

定義1客戶訂單C= {H，T，S，E，M}， 其中H集合包含客戶訂單的主信息，例如付款方式、交貨地點、客戶訂單抬頭等信息；T集合表示客戶訂單的生命周期；S集合表示客戶訂單的各種成本， 包含原料成本、人工成本、設(shè)備成本等；E集合表示客戶訂單所占用的設(shè)備使用時間，在排產(chǎn)之前都是φ(即空集)。M集合包含客戶訂單貨品數(shù)量。C'= {H，T，S，E，M}表示客戶訂單的變更歷史，即存儲變更之前的單據(jù)信息。

客戶訂單變更的整體流程可以抽象為如下的算法表示，該算法整合了各種變更在生命周期中的響應(yīng)處理。其中客戶的變更需求為r，這里只是做出了單一變更需求的研究描述。

算法1客戶訂單整體變更算法

(1) 輸入變更需求r。

(2) 將客戶訂單C信息復(fù)制到客戶訂單變更歷史C′中。

(3) 如果變更需求r∈H(客戶訂單主信息)則執(zhí)行下一步，否則執(zhí)行第(5)步。

(4) 修改客戶訂單C執(zhí)行第(14)步。

(5) 掛起指定客戶訂單C，繪制客戶訂單狀態(tài)樹。

(6) 如果客戶訂單生命周期τ=τ4，τ∈T(客戶訂單已完成)執(zhí)行第(14)步。否則執(zhí)行下一步。

(7) 如果τ=τ1，τ∈T(客戶訂單未計劃)則執(zhí)行第(10)步。否則執(zhí)行下一步。

(8) 如果τ=τ2，τ∈T(客戶訂單已計劃未執(zhí)行)則進行下一步分析：如果r=r2(工期提前)或者r=r5(產(chǎn)品數(shù)量減少)或者r=r1(產(chǎn)品類型改變)則執(zhí)行第(11)步；如果r=r4(產(chǎn)品數(shù)量增加)則執(zhí)行第(13)步；如果r=r3(工期延后)則執(zhí)行第(12)步，否則執(zhí)行下一步。

(9) 如果τ=τ3，τ∈T(客戶訂單已執(zhí)行未完成)則進行下一步分析:如果r=r1(產(chǎn)品類型改變)則執(zhí)行第(11)步；如果r=r4(產(chǎn)品數(shù)量增加)則執(zhí)行第(13)步；如果r=r3(工期延后)則執(zhí)行第(12)步；如果r=r2(工期提前)則進行判斷：如果計劃完工時間 ≤變更需求時間 則執(zhí)行第(12)步，否則變更生產(chǎn)計劃；如果r=r5(產(chǎn)品數(shù)量減少)則進行人為決策：如果執(zhí)行原計劃則多余產(chǎn)品留作庫存，否則多余產(chǎn)品強制繳庫。

(10) 取消相關(guān)客戶訂單，重新定制客戶訂單。

(11) 歸還設(shè)備使用時間，取消相關(guān)客戶訂單，重新定制客戶訂單。

(12) 執(zhí)行原計劃。

(13) 新增子客戶訂單，相應(yīng)客戶訂單成本增加S=S+S′。

(14) 變更完成。

以上給出各種狀態(tài)下變更的概述性解決方案，并不涉及具體處理操作。其中，對于減產(chǎn)變更的處理最為復(fù)雜，接下來將重點描述減產(chǎn)變更的處理模型。

3.3 減產(chǎn)變更模型

一般地, 客戶訂單C= {H，T，S，E，M}可以拆分成幾個子客戶訂單, 則可得到：

(2)

其中，i表示貨品種類數(shù)。Ci通?？梢苑譃閿?shù)次進行排產(chǎn), 則存在：

(3)

其中，j表示排產(chǎn)的次數(shù)。 每個Cij對應(yīng)一個標識τ,τ取值為{0, 1, 2， 3}, 0表示已計劃未排產(chǎn)，1表示已排產(chǎn)未生產(chǎn)，2表示正在生產(chǎn)，3表示已生產(chǎn)完成。則客戶訂單可定量描述為：

(4)

對于減產(chǎn)變更，需要先確定式(4)包含的所有子客戶訂單所處的狀態(tài)，準確繪制一棵狀態(tài)樹，對所有子客戶訂單以標識τ進行逐層計算，直至達到所需變更數(shù)目為止。對于每一種狀態(tài)都要進行準確分析并形成合理的處理方案，具體步驟可表述如下。

算法2客戶訂單減產(chǎn)變更算法

(1)輸入變更需求r，獲取減產(chǎn)數(shù)量m′。

(2)將客戶訂單C信息復(fù)制到客戶訂單變更歷史C′中。

(3)掛起指定客戶訂單C，繪制客戶訂單狀態(tài)樹。

(6)如果mτ=3≥mnow(已完成量大于需求量)則進行下一步分析：如果τ= 0(未計劃部分)，則執(zhí)行第(10)步；如果τ= 1(已計劃未生產(chǎn)部分)，則執(zhí)行第(11)步；如果τ= 2(已生產(chǎn)未完成部分)，則執(zhí)行第(12)步，否則執(zhí)行下一步。

(10)取消相應(yīng)客戶訂單，修改客戶訂單C信息。

(13) 變更完成。

上述算法詳述了減產(chǎn)變更的整體過程，逐層深入計算，不但可以減少變更時間，也可以使得變更相對準確，第(12)步加入了人工干預(yù)，使得減產(chǎn)變更日趨靈活，更加適應(yīng)實際的企業(yè)生產(chǎn)，也可以使得有經(jīng)驗的調(diào)度員全面地掌握生產(chǎn)的動態(tài)，從而進行合理控制安排生產(chǎn)調(diào)度。

4 運行實例

此部分將以上文研究的減產(chǎn)變更為例，運行結(jié)果均為前文研發(fā)的算法實現(xiàn)。本文涉及的項目為客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Client/Server，C/S)[9]。使用的數(shù)據(jù)庫為Oracle 11g。采用目前較流行的Java語言進行開發(fā)[10]。整體設(shè)計架構(gòu)采用mybatis-spring框架[11]。變更系統(tǒng)界面如圖4所示。變更實例是對客戶訂單號為20的客戶訂單進行減產(chǎn)變更?？蛻粢髮⒖蛻粲唵沃械呢浧窋?shù)量由原數(shù)量5變更為2。由上述流程可知。需要先確定所需變更的類型。

在如圖4所示的界面中，可以由操作人員判斷選擇所需的變更類型，后臺將對數(shù)據(jù)庫中所選客戶訂單進行搜索遍歷，執(zhí)行客戶訂單狀態(tài)巡查的步驟，最終將巡查結(jié)果以一棵狀態(tài)樹的形式展示給操作人員，如圖5所示。

由圖5可以看出，客戶訂單產(chǎn)品為活塞桿組件，在實際的生產(chǎn)過程中，將會拆分為許多子產(chǎn)品及相關(guān)的工序，并將當前的生產(chǎn)情況以狀態(tài)樹的形式在系統(tǒng)中展示出來。通過客戶訂單狀態(tài)巡查，操作人員可以更加清晰地了解公司當前的生產(chǎn)進度，幫助管理員做出科學(xué)的調(diào)度方案，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

圖4 客戶訂單變更系統(tǒng)界面Fig. 4 Customer order change system interface

圖5 客戶訂單狀態(tài)巡查Fig. 5 Customer order status inspection

基于前述研究可知，此次需要處置變更的客戶訂單經(jīng)算法運行后，后臺將啟動執(zhí)行取消未計劃的相應(yīng)的子客戶訂單并修改原客戶訂單的操作，對于在制品則由操作人員選擇需要強制繳庫的數(shù)量，對于本次實例來說, 操作人員只能選擇小于等于1的數(shù)量，結(jié)果界面如圖6所示。

圖6 強制繳庫界面Fig. 6 Forced entry interface

此處選擇強制繳庫數(shù)量為1，后臺系統(tǒng)將會計算得到強制繳庫的損失比率，計算結(jié)果如圖7所示。

圖7 選擇處理方案的損失及設(shè)備使用情況Fig. 7 Loss and equipment usage of choosing treatment options

參照圖7將會表明，選擇強制繳庫的變更處理方案，對原客戶訂單在制產(chǎn)品造成的損失較大， 是一種較為失當?shù)淖兏桨?。企業(yè)在實際的生產(chǎn)過程中，往往需要根據(jù)經(jīng)驗權(quán)衡產(chǎn)品的生產(chǎn)，對于發(fā)生減產(chǎn)變更情形時，可以將多余的在制產(chǎn)品生產(chǎn)完成，作為企業(yè)的備貨入庫存儲。當其它客戶提出同樣的產(chǎn)品需求時，則直接從倉庫進行裝箱發(fā)貨，將無需再籌劃安排產(chǎn)品的生產(chǎn)。在設(shè)備加工能力允許的情況下，這類選擇可以減少企業(yè)的損失，提高企業(yè)的市場競爭力。

5 結(jié)束語

ERP系統(tǒng)的發(fā)展為企業(yè)提供了一個科學(xué)高效的管理方式。本文描述了在客戶訂單的生命周期中，客戶訂單的執(zhí)行流程和完成方式；通過深入企業(yè)結(jié)合實地的考察調(diào)研分析，提煉得出了幾種客戶訂單變更類型。利用形式化的描述，找出客戶訂單狀態(tài)與變更請求之間的關(guān)系。在客戶訂單變更系統(tǒng)中，針對減產(chǎn)這一復(fù)雜的變更類型開展詳盡研究，使用抽象算法描述了減產(chǎn)的變更流程，建立變更模型用于計算變更后的損失情況、設(shè)備占用量和庫存使用情況。

根據(jù)本文算法和變更模型設(shè)計的客戶訂單變更系統(tǒng)，在投入企業(yè)用于實際生產(chǎn)時，計算損失和設(shè)備使用率方面可能會存在一定的誤差。在今后的工作中，需要對此進行后續(xù)的完善和優(yōu)化，使客戶訂單變更系統(tǒng)達到最佳的效果。

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