Dec 13,2012 第一百五十六期
 
庫存真能提高銷售嗎?


『鼓-緩衝-繩及緩衝緩管理方法』於『庫存式生產』的應用

 

項義立(Eli Schragenheim)2009版權所有
更新版,2016.12.19

 

為什麼採用『庫存式生產』(WHY MAKE-TO-STOCK?

 

至少以限制/制約/約束理論(theory of constraints,TOC)的觀點而論,『為什麼採用庫存式生產?』是一個有根據的疑問。傳統的鼓-緩衝-繩(drum-buffer-rope ,DBR)方式強調接單式生產(make-to-order)的重要性,因為生產接到的訂單是合情理的作法,如此物料或產能就不會浪費在製造沒有確實買方的東西。如果總是將市場需求(market demand)視為主要的系統制約(constraint),那麼接單式生產是直接配合市場(subordination to the market),製造訂單上需要的物品,避免製造不需要的物品。

 

試圖降低生產前置時間,以盡可能縮短顧客等待產品的時間,實施精益(Lean)及TOC無不涉及這方面的問題。然而,考慮採用存貨式生產的必要性只有一個理由,當生產一張訂單的時間,比顧客願意等待貨品的時間長。在這樣的情況下,需要在顧客提出購買產品前就進行生產。所以,縮短生產前置時間還不夠,往往是顧客一點也不願意花時間等待,當下就要買到,不然很可能流失銷售的機會。就是,『取自架上(off the shelf)』的情境,這樣需要建立產品庫存,即使是一個非常快速反應需求的製造環境,還是需要持有存貨。

 

供應鏈(Supply chains)的發展使的存貨式生產方式更加的普遍,從頭到尾整個供應鏈的每個環節都持有某個數量的存貨,就是為了快速供應下游的需求,必須儘量縮短每個環節的前置時間。所以,可以說成品存貨的目標,是為了保護銷售(確保不流失任何一次的銷售機會)。

 

然而,持有太多的存貨會造成兩種浪費結果。一種是物品直接被銷毀或拋棄,第二是產能用於無法產生價值的工作,更糟的是這些產能無法用於製造市場需要的產品。TOC和JIT/Lean認為第二種浪費比較嚴重,流失產能不僅表示浪費成本,還有銷售的浪費。因而,出現了一種共通性的衝突(generic conflict)情況,使用庫存式生產或是接單式生產,見圖一的疑雲圖描述。

 

疑雲圖表示,每個“想要(或稱為先決條件)”是必要的,方能落實直指的“需求(必要條件)”。接著,為了達成共同目標,兩個“需求(必要條件)”都必須存在。[先決條件於圖一有兩個,表示某種個別的作法。個別作法能實現其對應的必要條件,表示一個特定的需求或目的。] 圖中兩個“想要(先決條件)”處於直接抵觸的情形。所以,一方面,在某些情況下我們確實需要採用庫存式生產,以能於可接受的時間內交貨給顧客,並且為了賺得金錢,達到顧客滿意的指標(在可接受時間內交貨)是絕對必要的。另一方面,維持成品存貨會造成顯著的浪費,這與目標背道而馳。因此,我們不應該生產存貨。

 

這樣的情況之下,解決方針(direction of solution)得挑戰某一個先決條件的必要性。以這個特別的庫存例子來看,如果能持有非常少量的成品存貨,那麼浪費就差不多消失了。而持有成本不會比一般接單式生產環境中的費用高,實際上所有產岀的物品很快就能售出。這裡強調的重點在於,很低的存貨量!表示在短時間內,全部存貨都賣出。為了繼續滿足顧客的需求,必須很快回補(replenishment)那些低存貨量。

 

 

快速補貨與現實作法的衝突(FAST REPLENISHMENT AND THE CLASH WITH CURRENT PRACTICES

 

對於評估存貨數量而言,補貨時間的因素非常重要。有兩個普遍的作法,卻直接與縮短補貨時間的想法衝突,這些作法認為不會造成上述的浪費情形。

 

第一種與快速補貨衝突的作法是,集批(batching)的常規,TOC與JIT/Lean一致認為集批會造成巨大的損失。圖一呈現為了達成共同的目標,有兩個必要條件。而這兩個條件都受到集批作用的影響,上面必要條件的表述很清楚易懂。但是,下面必要條件由於採用集批的作法,產生較多的庫存,[而習慣於藉較多庫存,來避免無法滿足顧客需求的問題],而被認為是持有較多庫存是絕對必要的作法。其實大多數都純粹是浪費,在於成本與產能的運用上都是浪費。從另一個角度來說,當顧客滿意是落實立即與可靠的交貨期待,那麼使用集批會減弱快速回應的能力,這終究與公司賺錢的目標不一致。

 

雖然如此,TOC認為某些情況下,集批是無法避免的作法。因而,需要清楚地定義出在什麼情況下,集批是絕對需要的作法,及弄清楚什麼是足以克服某特定障礙的最小集批量。

 

還有一種可能發生的情況,由於累積的準備時間(setup time),很小的集批量可能將某個特定的非限制資源(a specific non-constraint resource),轉變成瓶頸(a bottleneck)。因此,必須清楚瞭解實際的情況,以利構建一個清晰的想法,定義什麼是最小批量,並且不會造成非限制資源成為瓶頸的局面。當然,絕不需為了提升『效率(efficiencies)』而增加集批。就提升效率的重要性而言,唯一的地方在於系統中的產能限制資源(capacity constraint resource,CCR)。

 

補貨方式上,常見的控管庫存水位(stock levels)方式是,根據『最小-最大(min-max)數量』的作法。集批政策(batching policy)則隱藏於最大與最小的差額之中。庫存在『最小數量』,應該毫無疑問能夠保護銷售,或稱為『最小訂購點(a min. order point)』。任何超過這個水位的數量,都可視為過剩庫存(surplus inventory),衍生出上述的兩種浪費。

 

第二種與快速補貨衝突的作法是,使用預測(the use of forecast)的方式。任何生產存貨的運作,都涉及某種預測工作。在補貨時間內,對可能發生的銷售需求而言,『訂購點(order point)』的方式是種粗略的預測。然而,採用某種精准的預測式生產(make-to-forecast),而非採用接單式生產,往往造成浪費的後果,演變成災難。總之,即使全都精准預測,且在高庫存水位下,缺貨還是經常發生。

 

預測試圖回答這個問題:『下一個銷售期間內,該賣出多少數量?』總之,任何形式的預測都無法給予完全可靠的答案。即使是採用正式或電腦運算的預測技術,也是無法獲得完全可靠的答案。想想,我們其實並不真的有,足以為不同場景做好準備的答案。當領悟到我們實在不曉得未來會發生什麼事的事實,不要企圖去想像太遠的未來,保持一個合理的短前置時間來觀察可能的動態。

 

曾經有些公司試著預測長時段的需求,而需要製造很大批量。然後,隨著市場變化,使用經常性的再預測( re-forecasting)作法,來修正上次預測後所採取行動。一般而言,預測的性質是,隨著時間距離的拉長,預測品質隨之下滑。像是對下周的需求,預測結果還算相當不錯的話,而對下個月的需求預測,則有更多的變動因素,預測品質的可靠性自然會下滑。以此類推,對於下個年度的預測品質,預測訊息可能沒有實質的意義。

 

重點在於絕大多數真正有用的數字,不是平均需求量(average demand),而是“可能是多少(how much it might be)”,結果有了『安全庫存的概念(safety stock)』。

 

維持庫存是為了保護銷售需求,不僅得考慮需求的波動,而且考慮補貨時間的變動。終究得做到,補貨需求提出後到進貨的期間,保護的作用是處於有效的狀態。在銷售需求能依靠庫存可得性(the availability of stock)的運作機制前,安全庫存不僅得涵蓋預測的誤差,而且還要涵蓋補貨時間的誤差。

 

TOC快速補貨方式(FAST REPLENISHMENT IN THE TOC WAY

 

以生產方式的幾項參數(parameters)而言,TOC庫存式生產(make-to-stock)方式,與精益/及時生產(lean/JIT)的方式,兩者可能被視為是相似的作法。然而,TOC在控管(control)機制部分卻與精益相當不同,TOC的控管機制是以『緩衝管理(buffer management)』為核心

 

與其試圖對每個不確定的情況有十分精准的掌握(使用精密的預測技巧),TOC致力於建立一套穩健且足夠有力的管理機制。一開始的參數(initial parameters)根據粗略的預測數位,即是大致評估市場需求與補貨時間,由兩者的變化情況來定數位。如此構成一個足夠好(good-enough)的規劃(planning,具有相當彈性的計畫,而後續的執行控管系統(execution control system,則是以優先順序來驅動實際作業的系統,具有處理生產現場中例外或變動情況的機能

 

關鍵的參數是『補貨水位(replenishment level)』,必須設定每個產品(SKU)的補貨水位。這是相等于接單生式生產(make-to-order)採用的DBR(Drum-Buffer-Rope,鼓-緩衝-繩)方法中交期緩衝(shipping buffer)的參數。

 

補貨緩衝(replenishment buffer)的行為模式相似於最小最大(mixmax)的補貨方法,但是最小數目相等於最大數目。因而,當某個產品每天賣出某些數量,則為明天的補貨需求,啟動這個數量的產品訂購,最好是上游自動補充這個數量。

 

在此的預設思考是不使用最小批量(minimum batch)。本文後續將提到補貨系統自行調節(self-adjust)的方式,所以當生產負荷沉重時,像太多的換線準備工作也是種負荷,那麼可能採用較大批量的應變作法。就是說,TOC並不是種極端的作法。某些情況應該有指定最小批量的需求,否則CCR(capacity constraint resource,產能限制資源)會過於沉重。所以,最小批量是一種生產政策的選擇,而不該『隱藏』於兩個參數[最大與最小數量]的差距之中。

 

補貨水位的大小應該涵蓋平均需求量加上安全存貨量,足以適當地保護可能的需求高峰和可能的補貨延誤。假如喜歡維持低存貨量(low stocks),補貨時間(replenishment time)應該盡可能縮短。正規的DBR方式能夠維持相當快速的補貨作業,根據生產負荷量及CCR(生產鏈中最弱的一環)的產能程度來規劃。為落實非常短的前置時間(very short lead time),生產現場的管控(control)極為重要。

 

緩衝管理於庫存式生產環境之應用(BUFFER MANAGEMENT IN A MAKE-TO-STOCK ENVIRONMENT

 

緩衝管理是一種管控機制,其中原理可簡述為『指出計畫的保護[存貨或時間]幾乎耗盡的情況(identifying situations where the planned protection is almost exhausted.)』。一旦在生產現場中發現這樣的情況,就發出一個警示,接著給予高優先的處理順序,在期限前的剩餘時間內,補救這個偏離生產進度的事態。

 

在接單式生產環境的DBR方式,緩衝全是時間緩衝(time-buffer)。耗盡緩衝(exhausting the buffers)表示生產進度太接近交期或某個特定的期限。在庫存式生產環境,主要的緩衝是實體的成品(real finished goods)存貨。幾乎耗盡保護[庫存]的意思是,在庫存貨量(on-hand stock)非常低,即是任何補充到達前都可能沒貨。這樣的緊急水位(emergency level)稱為『紅線水位(red-line level)』,或『第一區(zone 1)』,代表一種必須額外控管情況,應該採取行動。當存貨低於緊急水位時,必須催趕該產品的工單並儘快完成。

 

緊急水位是預設為補貨的目標水位的三分之一(百分之三十三)。緊急水位的大小應該符合兩個準則:

  1. 尚有的存貨還能支撐在製品趕工,且及時補充成品的時間。如果情況並非如此,則應該將緊急水位設定在較高的程度,對於補貨水位的程度可能需要相同地升高。
  2. 假如經常或極少跨過緊急水位的情況,補貨水位應該考慮調降。

 

一般經驗顯示百分之三十三是一個好的起始預估值,加上考慮上面兩個準則,以利調節補貨與緊急水位之間的關係。

 

根据TOCICO字典的计算定义

 

时间缓冲:

Ÿ 缓冲状态% = (可得时间)/(标准生产前置时间)x 100%

 缓冲渗透%100% - 缓冲状态%

库存缓冲:

Ÿ 缓冲状态(%) = (在库成品数量 + 已下单产品数量)/(目标库存总数)x 100%

Ÿ 缓冲渗透% =  100% - 缓冲状态%

 

换句话说,缓冲状态(率)呈现可得的数字,而缓冲渗透(率)是已消耗的数字

 

一種產品的[庫存]緩衝消耗是不足補貨目標水位的數目。一個百分之七十的緩衝消耗表示,在庫存貨量是百分之三十的補貨目標水位。考慮預設的緊急水位數量,及百分之七十的緩衝消耗,在此已跨過緊急水位,消耗進入緊急的數量。依照每個產品的[庫存]緩衝消耗來判斷車間加工的優先順序。普通認為當有兩個補貨工單同時出現在工作站時,一個工單的產品緩衝消耗是百分之三十六,另一個的緩衝消耗是百分之五十,清楚可見後面這個的優先順序較高。

 

緩衝管理作為規劃參數的回饋資訊(BUFFER MANAGEMENT AS FEEDBACK TO THE PLANNING PARAMETERS

 

前面提到緩衝管理指出應該關注的事態,在於保護[時間或存貨]幾乎耗盡的情況。使用這樣的訊息來保持生產計畫不被改動,以設定優先順序及必要的趕工動作來維持進度。然而,某個時段中幾乎耗盡的發生次數與強度,可能表示潛在的發展趨勢,也可用於驗證補貨與緊急水位的適合性。假設產品P10的在庫數量,上個月有十天是低於緊急水位(在紅線)。假設一個月有二十二個工作天,其中有十天處於緊急狀態,這是占了相當的份量。對於這樣的情況,應該要增加庫存緩衝(補貨的目標水位)。增加緩衝的比例不應該過少,不該還落到系統『噪音』的程度(即是正常的波動程度),而該像是增加百分之二十五。反之亦同,假如產品P15一次也不曾跨越紅線(緊急水位),也就是沒有超過三分之二的補貨目標水位,這樣的情況應該降低百分之二十五的緩衝量。

 

這種分析是種粗略的預測,但是考慮到所有影響存貨變化的參數:平均市場需求,平均補貨時間,及兩者的波動程度(the average market demand, the average replenishment time, and the level of fluctuations of both.)。因而,這是種對於規劃參數有效性的終極感應器。

 

使用DBR方法來釋出補貨工單(THE REPLENISHMENT ORDER RELEASE PROCEDURE UNDER DBR METHODOLOGY

 

以庫存式生產的所有產品,必須每天檢查數量。當某產品的庫存比補貨水位低時,則需要進一步檢查有多少在製品(work-in-process,WIP)。假如在庫與在製品總數還是比補貨目標水位少時,就必須發出新的補貨單。然而,發出工單之前,需要檢查CCR的總負荷量。每張補貨工單該有當天需釋出的優先順序,優先順序是補充數量除以補貨目標水位,新補貨單的優先順序考慮到在製品的數量。

 

以DBR方法而論,CCR受到CCR時間緩衝的保護。每天只啟動CCR時間緩衝可容納的補貨工單,只釋出到CCR的負荷限度。當CCR的負荷大於該限度時,排程公式需延遲釋出材料,直到在排定CCR開始加工之前的CCR時間緩衝才釋出(the scheduling algorithm would delay the material release until CCR-time-buffer before the scheduled start of the CCR.)。如銷售量每日持續發生中,且排產根據補貨訂單的優先順序,由於較低優先順序和CCR處於高負荷的情況,補貨單會處於排隊的狀態。接著隔天有更多銷售,這些產品需補貨的數量加大,就會提高其生產工單的優先順序。

 

這個程式根據CCR的負荷情況,自行調節平均批量。在非高峰期,CCR負荷不高時,大多數的補貨工單第一天就被投入生產,表示相當小的批量。當CCR負荷高時,補貨工單都等著被投入,因而平均批量加大。所以,這樣的補貨系統確保根據負荷而自行調節。當負荷增加時,補貨水位與平均負荷兩者都升高,而當負荷減少時,補貨水位與平均負荷兩者都下降。因此,只要CCR還有足夠產能處理市場需求,這是一個穩定的系統。

 

接單式生產與庫存式生產兩者組合的功能(FUNCTIONING UNDER MIXMODEL— MAKE-TO-ORDER AND MAKE-TO-STOCK

 

在許多生產環境,使用接單式與酷存式兩者組合的生產形式確實有其道理。通用的產品最好採用庫存式生產方式,在維持合理的低存貨量(在短期內賣出的數量)之下,能夠提供立即送貨。非通用的產品,有時稱為『慢銷產品(slow products)』,但有其市場需求的重要性,以庫存式生產處理的話,會有較多的問題。有許多的情況,慢銷產品的顧客能接受等待一小段時間才拿貨。藉此小段的可用時間,這樣的產品能以接單式生產處理。

 

上述程式如何使用於兩種形式的訂單呢?如以慢銷產品的訂單交期而論,DBR的排程能根據訂單交期(due dates)及交期時間緩衝(shipping-time-buffer),來安排CCR的負荷,接著以沒有任何特定交期的補貨訂單(replenishment orders)補足CCR的生產計畫。

 

補貨訂單不應該設定交期,根據上述的程式來投入生產。一旦投產後,補貨訂單的緊急性不是根據使用的時間,而是根據產品的緩衝狀態(product buffer status)。假如某個產品投入生產後,這個產品的銷售增加,那麼這個產品的補貨訂單該成為十分緊急。如果銷售比平均量還少,就沒有急著生產的壓力。

 

本文作者認為給補貨訂單加上一個假的交期(artificial due date)是不正確的作法。就是說,在還有不少成品庫存的情況下,可能造成沒必要的趕工。而在交期未到,但是存貨相當低的情況下,卻不知必須催趕補貨訂單。

 

緩衝管理(Buffer management)能維持接單式與庫存式生產間的正確優先順序。客戶訂單的緩衝消耗(接單式生產)的計算是,根據自投產後的已用時間,除以交期時間緩衝的大小。以補貨訂單來看,緩衝消耗根據達補貨水位的不足數量,除以補貨水位數目。雖然計算緩衝狀態的方式不同,它們是完全相似的原理。

 

範例:

假設在三月一日,CCR有三張訂單:

  • 一張大顧客訂單(接單式生產),要生產900個P3產品,交期是三月二十八日。交期緩衝(shipping buffer)是兩周。
  • 一張補貨訂單(庫存式生產),要生產500個P1產品,補貨緩衝(replenishment buffer)是1,000個,在庫存貨(on-hand stock)有430個。
  • 一張補貨訂單(庫存式生產),要生產100個P2產品,補貨緩衝(replenishment buffer)是300個,在庫存貨(on-hand stock)有106個。

 

接單式與存貨式兩種生產形式的緊急區都是緩衝的百分之三十,或是百分之七十的消耗或滲透(penetration)。

CCR應該先做哪一張訂單呢?

 

當然不是P3產品的客戶訂單。那張訂單到交期還有四個星期,而其交期緩衝僅是兩周。交期緩衝狀態等於,交期緩衝減掉到交期前剩下的時間,再除以交期緩衝,這會得到負一百的緩衝滲透或消耗值(negative penetration)。

 

怎麼一張訂單會有緩衝的負滲透呢?幾個可能的解釋:

  • 有人太早釋出訂單到生產線,不依照DBR的排程。
  • 當訂單還等在CCR,以交期緩衝來看,對負交期緩衝還有進一步的解釋:
    • CCR緩衝相當長,但是訂單卻提早到達。(The CCR buffer is relatively long, but that order reached the CCR early.)
    • 由於CCR的排程考慮,原來CCR的排程計畫將訂單排的相當早。(The original CCR schedule has placed the order very early due to scheduling considerations on the CCR.)

 

P1緩衝狀態的計算是,(1000-430=570)個需要補充。對補貨水位的比例是570/1000 = 0.57,表示57%滲透。

P2緩衝狀態的計算是,(300-106)/300 = 0.65,表示65%的緩衝滲透。

 

如果能彈性評估CCR的排程計畫,則目前的優先順序應該是P2最先,接著是P1,再來是P3。

 

假設現在CCR有更多訂單,十天后這三張訂單還在CCR。這時優先順序該是怎樣呢?

 

不需更多的P3訊息,它的緩衝狀態還是負數。需要更新P1及P2成品庫存的資訊。假設發現P1剩下200個,p2剩下102個。那麼,P1的緩衝消耗是(1000-200)/1000= 0.8,或是 80%。P2的緩衝消耗是(300-102)/300 = 0.66,或是 66%。因此,由於市場需求變化,導致生產優先順序需變更,P1成為最緊急的訂單。事實上,它以跨越紅線水位,進入緊急情況。因而,可能需要採取緊急措施。

 

注意到,庫存式生產的訂單優先順序依照存貨的情況。而接單式生產則根據交期來評估訂單的優先順序。

 

結語(CONCLUSIONS

 

透過本文中應用DBR及緩衝管理於庫存式生產方式的討論,作者希望一個訊息已清晰表達,存貨式生產與接單式生產略微不同的作法,因為其優先順序根據市場需求及成品庫存的變化而持續更動。

 

將補貨訂單轉換為擬似顧客訂單並加上一個假的交期,對作者而言是不正確的作法。頂多在生產計畫一開始呈現出正確的優先順序,但假的交期很快就會失去有效性。緩衝管理使用相同的緩衝狀態,及滲透的保護概念,成功地結合這兩種訂單,並給予當下的優先順序。

 

能夠持有非常少的成品庫存,及能夠敏捷地補貨,為立即交貨提供一套十分穩健的方式,且能保有實際需要的多餘產能,以能維持取得更多機會的彈性。

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