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裝瓶工廠中管理供應的 MRP

何謂 MRP(物料需求規劃)?

物料需求規劃(Material Requirements Planning,MRP)最早在 1960 年代推出時即贏得「殺手級應用程式」美名,除了引發商業軟體及需要執行商業軟體的電腦系統廣泛採用,更吸引全球數十萬家大型到小型企業競相投入建置 MRP。而在二戰後的繁榮年代,能夠簡化製造生產的軟體對業界有著莫大的吸引力,因為效率的提升,往往意味著獲取高昂報酬。藉由軟體的電腦化計算,製造商得以提高生產速度、提供更多元的產品,並透過更準確的估計物料需求來削減成本。

 

在當今競爭激烈的商業環境中,生產效率可以說更為關鍵,不料,現代資源規劃系統與早期以 MRP 為基礎的軟體套件相比,還要複雜得多。現在,多數產業中各級規模的公司,無不仰賴以 MRP 為基礎的系統來滿足客戶對其產品的需求、控制存貨、管理整個供應鏈、降低成本,以及因應市場變化,包括自然災害和供應鏈中斷造成的市場變化。

MRP 的定義:MRP 是專為規劃製造生產而設計的系統,專責識別必要物料、預估數量、判斷何時需要物料以滿足生產排程,並管理交貨時間,同時制定滿足需求並提升整體生產力的目標。

MRP 與 ERP 的比較

您可以說企業資源規劃(Enterprise Resource Planning,ERP)是 MRP 的後裔,也可以說 MRP 是 ERP 的一個元件,無論從哪個角度來看,都符合事實。

 

為了說明這一點,讓我們回顧一下歷史演變。在 MRP 誕生之後,下一步的發展為將原始 MRP 模組(銷售、存貨、採購、物料表和生產控制)進行整合,並將其與財務和會計功能合併,而組成的新套件稱為 MRP II,從此以後,軟體套件不斷經過研究發展、成長茁壯,並擴充出諸多新功能。於是到了最後,為了能更貼切地囊括其廣泛的功能,便出現了 ERP(或企業資源規劃軟體)一詞。

 

時至今日,規劃功能所涵蓋的對象已不僅止於物料,甚至是最新的 ERP 產品,追本溯源也是從 MRP 發展而來,而所有 ERP 產品更是仍然固守 MRP 最初的基本原則:識別所需項目、所需數量及所需時機。

 

另一方面,由於 ERP 軟體遠比 MRP 包含更多功能,因此第二種說法也具有相同強烈的論據:MRP 確實只是企業資源規劃軟體的一部分。

MRP 系統的優勢

為什麼製造產品的公司需要 MRP 系統?因為企業能否在市場佔有一席之地,十分仰賴卓越的物料規劃、生產和存貨管理能力。

 

雖然物料規劃可以相對地簡單又直接,但只有在產量低、產品數量有限且每個產品中只有少數部件時,這種規劃方式才能奏效。

 

對於複雜的產品和更高的產量,系統需要進行複雜的計算,而是否具備預測和規劃物料及部件的能力,則是有效管理生產和成品存貨的重要關鍵。這種計畫性生產是規劃和調度設備及技術人員的重要基礎。存貨通常是企業經營的主要成本,也是製造商獲利最大的其中一種要素,如果缺乏物料需求規劃,便無法有效地管理存貨,從而在適當時機備妥適當數量的適當品項。庫存過多會提高成本,然而庫存不足會導致缺貨,這往往是造成生產中斷、出貨延遲、成本增加及客訴不斷的主要原因。

誰會用到 MRP 系統?

儘管我們傾向於將 MRP 視為製造商專屬的功能,但無可否認,「製造商」一詞指陳的對象確實可以很寬泛。在 MRP 的意涵中,製造商指的是任何可取得部件或物料,進而以某種方式對這些物料等加以改造,最後生產可銷售給客戶之不同產品的組織,其中可能包括:

  • 包裝產品或將物品集合組裝成「套件」或組合以作為轉售單品的倉庫
  • 針對訂單組裝自訂配套的倉庫(貯存主要單品和可選附購品,然後將自訂產品放在一起裝運)
  • 將提供給客戶/患者之文件、裝置、消耗品或其他實體物品包裝成套的服務供應商
  • 根據預測之用途來管理用品和設備的辦公大樓管理、醫療院所、政府大樓管理人員及社區管委會
  • 使用 MRP 來管理食材以及供應廚房庫存和補貨的餐廳

MRP 怎麼運作?

現代 MRP 系統是一個緊密整合的閉鎖式循環系統,涵蓋範圍遍及整個企業。其負責追蹤所有活動,並與規劃和排程系統持續互動,確保一切井然有序,協助企業專注於履行客戶承諾和期望。

 

MRP 流程的關鍵步驟為:

  1. 準確定義需要生產的項目。工程部會負責建立和管理所有最終產品和子組件的物料表(BOM)。BOM 也稱為產品結構,是每個單品確切內容的階層模型。例如,最終產品可能有許多子組件;每個子組件可能有兩個以上的部件;每個部件可能有一張零件表。BOM 將說明所需物料的順序、某些零件與其他零件的相關性,以及各零件的所需數量。
  2. 量化需求。系統會計算滿足需求所需之最終產品的所需數量和日期。計算方式為根據銷售部門的客戶訂單和預測,減去預期的現有存貨。真正接單式生產的製造商主要將著重於客戶訂單,庫存式生產的公司強調預測,而其他公司則結合訂單和預測來規劃未來的生產。該資訊會提供給主要生產排程(Master Production Schedule,MPS),也就是所有利益相關方對生產內容的協議,例如達到特定的產能、存貨和獲利。
  3. 確定供應。使用所有產品的 BOM 和 MPS,MRP 執行將逐步計算在規劃期間必須生產或採購的組件、部件和物料。接下來,MRP 會根據可用庫存檢查所需數量,即所謂凈額結算,以確定每個部件的短缺淨額。使用預先定義的參數(例如批量調整),MRP 可確定每個品項適當的「製造或購買」數量。最後,MRP 會使用適當的採購或生產前置時間來計算採購的適當開始日期,並將此資訊傳送給採購部門或生產控制。

以下為 MRP 流程示意圖:

MRP 運作方式示意圖

MRP 流程圖

使用 MRP 進行產能規劃

傳統 MRP 規劃會使用所謂的「無限產能」或「無限制型」模型來計算物料需求(生產和採購訂單),但這僅限於處理物料,而不計產能問題或限制。

 

然而,某些公司產能有限,限制了生產能力,因此在制定排程時,需要使用「有限產能」模型來考慮這些限制,而產能限制的範例,則包括生產資源,譬如烤箱或噴漆線、模具或經過專門培訓的技術人員。

 

使用傳統 MRP 時,必須使用單獨的產能規劃工具,根據產能來驗證物料計畫,而且此兩步驟的反覆測試過程,可能會耗費相當多的時間。雖然傳統 MRP 作為可行的解決方案,標誌著製造規劃有了巨大長足的進步,不過若能採用名為「進階規劃和排程」或「進階規劃系統(APS)」的新軟體,還可進一步同時優化物料和產能,建立限制型計畫。

傳統與現代 MRP 軟體的比較

與傳統 MRP 相比,現代 MRP 系統擁有許多優勢,以下列舉一些重要區別:

Edit Table Feature Comparison Component

MRP 的新技術

誠如過去一樣,當前的 MRP 軟體供應商正利用新技術來改善產品,並為使用者提供更多功能。最重要的是機器學習人工智慧(AI)在進階規劃流程中的應用,讓系統能夠制定更好的規劃和排程。採用機器學習的規劃系統可持續監控條件和活動,以開發更精確的因果模型,從而使其對未來的建議更全面、更精確、更有效。

 

另一個重要的創新是工業物聯網(IIoT),也稱為工業 4.0。IIoT 泛指成本低廉、智慧且互連之感測器與裝置的大幅擴散,可用於監控和控制整個供應鏈中的任何事物。IIoT 可將大量資料帶入為 AI 和機器學習引擎提供資料的規劃系統。

 

雖然並非全新技術,但雲端部署會繼續為 MRP 系統增加新的功能,包括對當前工作方式影響重大的協作工具。雲端還可藉由嚴格的備份、容錯移轉和災難復原等功能,提供更好的安全性、更高的可用性,以及更可靠且永續性更高的系統。最後,記憶體式運算資料庫則為 MRP 系統帶來前所未有的性能速度,顯著加快回應時間。

當代 MRP 發展進程

任何 MRP 概觀都是生物體的概要。在經過長達半個多世紀的發展與成長,MRP 已從相對簡單又直接的計算,發展成一個全面、智慧且重要的決策支援系統。其為任何將部件轉化為產品以滿足客戶需求的組織,提供有效、高效和回應迅速的規劃和管理。

將 MRP 功能提升至新境界

ERP 系統可以簡化生產流程並有助於即時回應。

MRP 常見問題

MRP 是計算滿足生產計畫和客戶需求所需之物料採購計畫(採購單和製造訂單)的功能或軟體模組。當結合工程、存貨、採購和生產控制等支援應用程式時,該軟體套件稱為製造資源規劃或 MRP II。在 1990 年代中期,MRP II 更名為企業資源規劃(ERP),以反映其廣泛的範圍,並將功能有限的舊版本,與更新、功能更強大的新版本予以區分。雖然某些機構可能使用更通用的「企業系統」一詞來稱呼,不過 ERP 這個專有名詞仍是這些系統的主要名稱。

原始的 MRP 功能或模組是物料需求的計算,而當結合支援應用程式(例如客戶訂單、存貨、工程、採購、生產控制、財務和會計)時,該套件稱為製造資源規劃或 MRP II。MRP 一直以來,幾乎是所有現代製造資訊系統中的核心規劃方法。

MRP 是計算物料需求,並且推薦生產和採購活動(訂單)以滿足這些需求的功能或軟體模組。MRP 規劃是執行這些計算以制定計畫的流程。MRP 幾乎是所有製造商專用整合資訊管理系統的核心部分,稱為企業資源規劃或 ERP

主要排程,或者更準確的名稱為主要生產排程(MPS),是可銷售產品的建立計畫,由計畫性生產數量、開始日期和到期日期所組成。主要排程代表滿足淨需求所需的製造活動,而淨需求是客戶訂單、預測或兩者減去可用存貨的組合。

需求導向 MRP(DDMRP)是物料需求規劃的一種變體,其融合限制理論(ToC)、看板(源自 JIT 和 Toyota 生產系統)及其他現代製造管理理念的諸多元素,用以改善分銷規劃。DDMRP 著重使用緩衝存貨量,透過網路觸發物料補貨,並在存貨低於定義目標時進行補貨。

預測型 MRP(pMRP)是對 DDMRP 解決方案的增強,能協助預測產能負荷問題。此解決方案可讓規劃者在規劃階段早期評估各種可能的情境,而此種對產能問題的洞察,更有助於制定有關製造產品或者購買產品或物料的最終決策。

供應鏈規劃是一個通用術語,包含在適當時間生產適當數量之適當產品,以滿足需求所需的所有規劃活動。供應規劃包含合適的主要排程、MRP、資源規劃、產能規劃及進階規劃系統。

需求是客戶訂單和預測的數量及時間。製造組織內的所有規劃和執行(活動)都旨在滿足需求。需求規劃和需求管理是接受、辨識和處理需求資訊的流程和應用程式。需求規劃功能可以針對未來需求制定預測,同時配合製造和物料規劃,調整組織營運方向,以滿足未來需求。需求管理還可以搭配行銷、銷售和分銷,瞭解需求的來源和影響,並管理計畫以塑造需求,從而改善銷售並妥善利用可用資源。

APS 一詞用於識別包含進階邏輯(例如最佳化)的現代規劃引擎,以同時建立物料和產能的可行計畫。APS 這個專有名詞的涵義有點模糊,它還可以包括供應鏈規劃功能和應用程式,例如需求規劃與管理、分銷規劃以及有限排程等等。不管是哪種涵義,共同特點就是使用啟發式、最佳化、模型化和其他複雜的計算引擎。

物料表(BOM)是項目(例如產品、組件、零件和單品)與其所包含之物料、零件和部件之間關係的結構化定義。BOM 通常是按照可鏈結到多級表單的直接父項部件關係來呈現。BOM 也稱為「產品結構」。

基本 MRP 系統受限於根據固定假設(例如標準前置時間)來規劃物料需求。規劃工單時,建議在到期日前以指定的天數(標準前置時間)開始執行工單。這是假設產能總是超前,也就是所謂的無限產能假設。

 

基本 MRP 計畫產生之後會進行單獨的產能規劃流程,以檢測並回報任何排程衝突,例如同時規劃多個工作在同一台機器上執行。使用者必須在規劃系統外手動解決這些資源衝突。不過,現代規劃引擎(例如進階規劃系統或 APS)可同時規劃物料和產能,從而辨識產能的有限性。

限制理論(Theory of Constraints,ToC)是物理學界的一個理念,由 Eli Goldratt 在其著作《目標》(The Goal,1984 年)中引入製造管理領域。ToC 假設生產永遠不會比工廠中最慢的資源(機器或工作中心)來得快,因此,有效的管理必須只著重於開發和提升該瓶頸。建立在此基本假設之上的整個生產管理方法,以及執行過程中涉及的許多視覺化工具,已納入某些 ERP/MRP 系統中加以整合,藉以改善排程和工作流程。

及時生產(Just-in-time,JIT)是 Toyota 生產系統的簡稱,此為日本汽車製造商在 1980 年代制定的生產管理方法,其高度仰賴標準工作(幾乎沒有變化空間的剛性流程)、高品質以及人工操作、視覺控制(看板)。這個方法後來在 Womack、Jones 和 Roos 所著的《改變世界的機器》(The Machine That Changed the World,1990 年)一書向西方普及。過去許多曾被認為與 MRP 不相容的 MRP 系統,如今採用電子(和物理)看板對廠內存貨進行補貨。請注意,JIT 一詞可套用於任何旨於在剛需要物料之前即引進該物料的系統或策略,從而減少存貨。實際上,MRP、MRP II、ERP、APS、DDMRP 以及幾乎所有製造規劃和控制系統,皆屬於 JIT。

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