基于模型分析研究航天制造需求鏈管理

崔 鑫 葛 佳

基于模型分析研究航天制造需求鏈管理

崔 鑫 葛 佳

（天津航天長征火箭制造有限公司，天津 300462）

航天制造符合需求鏈管理的需求驅動原理，將航天制造與需求鏈管理相結合，形成航天制造需求鏈管理，是航天制造的發展趨勢。通過建立面向對象的Petri網集成模型，分析和探索航天制造需求鏈管理，提出其發展的要點和對航天制造帶來的影響。通過信息共享、協同制造、供需平衡、動態響應達到理想狀態的航天制造需求鏈管理，最終通過高效的制造鏈運作提升航天制造整體競爭力。

航天制造；需求鏈管理；面向對象的Petri網

1 引言

需求鏈管理是在供應鏈管理的基礎上發展起來的，是供應鏈管理的發展趨勢[1]。航天制造符合需求鏈管理的需求驅動原理，因此將航天制造與需求鏈管理結合起來，符合航天制造管理特點，有利于推動航天制造鏈各環節的信息共享和協同制造，從而提高航天制造的資源利用率和生產敏捷性，提升航天制造整體競爭力。

2 航天制造與需求鏈管理

2.1 需求鏈管理

工業經濟時代高速發展帶來的產能過剩導致市場競爭激烈，網絡經濟時代促使客戶個性化、定制化的需求增多，客戶需求在制造鏈中的主導地位不斷提升。如何應對產品快速更新換代、為客戶提供個性化服務、滿足客戶需求成為制造鏈的焦點，需要制造鏈以需求為驅動提升滿足客戶需求及變化的能力。這綜合推動了工業經濟時代的供應鏈管理（Supply Chain Management，SCM）模式向網絡經濟時代的需求鏈管理（Demand Chain Management，DCM）模式發展[2]。

DCM是在SCM的基礎上，隨著客戶關系管理、電子商務和信息技術的發展而發展起來的，是SCM發展的趨勢和延伸。根據Gartnter Research機構的定義，DCM是企業通過多種渠道和手段保持與客戶、渠道和合作伙伴之間需求和供應同步的商業策略，是企業多種應用系統以需求鏈為核心的集成化策略[1]。DCM按從最終客戶到供應商的順序，以客戶需求為整個制造鏈的起點、各節點運作的導向和驅動，以滿足客戶需求和提高整體競爭力為目標，運用科學的管理思想和先進的信息技術，實現對制造鏈各節點的高度集成和資源優化配置，形成制造鏈各節點的供需同步和協同效應，取得較之單個節點更好的整體效益。因此，DCM是通過信息共享和協同制造，快速響應和滿足客戶需求的業務集成管理模式[1，2]。DCM把關注焦點從產品供應轉移到客戶需求，與傳統SCM區別如下：

a. 傳統SCM以原材料供應和產品生產為起點，關注焦點和核心是制造商對產品的生產和供應，從管理層面強調正確地做事，解決效率問題；以產品供應為中心的客戶關系單向溝通，通過推動式的標準化生產滿足客戶一般化需求，制造鏈生產什么客戶接受什么，客戶需求是被動滿足的；需求信息在制造鏈上無連續流動，對客戶需求及變化反應遲鈍，信息斷層和不對稱造成產品積壓或交期延誤，難以滿足變化的客戶需求[1，2]。

b. DCM以產品需求為起點和驅動，關注焦點和核心是對客戶需求的滿足，從經營層面強調做正確的事，解決效益問題；以產品需求為中心的客戶關系雙向溝通，通過拉動式的定制化生產滿足客戶個性化需求，客戶需要什么制造鏈生產什么，客戶需求是主動滿足的；需求信息在制造鏈上連續流動和擴散，對客戶需求及變化反應迅速靈活，信息集成和共享實現快速響應和協同作業，能夠滿足變化的客戶需求[1，2]。

因此，DCM提供了一個“以產品供應為中心”向“以產品需求為中心”的戰略視角轉換，使制造鏈從“推動”轉向“拉動”、從“供應決定需求”轉向“需求決定供應”，使客戶需求與產品生產供應有機地結合起來，是一種能夠更好地匹配需求與供應的SCM新模式[1，2]。

2.2 航天制造

以新一代運載火箭為代表的航天產品制造，除標準件等，大部分采用響應航天客戶需求的訂單式定制生產模式，屬于典型的離散型制造。航天制造以航天客戶的需求為起點和驅動，具有多品種、小批量甚至單件生產的特點。航天制造流程較長，從原材料分割、零件加工、熱表處理，到部裝、總裝、總測，每個產品都會經過若干道工序協作加工完成。

隨著高密度、高強度發射的需要，航天產品更新換代速度加快，航天客戶對產品個性化需求越來越多樣、需求變化越來越頻繁，對產品制造前置期和生產周期要求越來越短，對需求響應速度要求越來越快，對產品和服務的質量、交期、成本要求也越來越高。隨著制造過程中急單、插單的增多，對以滿足航天客戶需求及變化為目的的航天制造動態響應能力提出了更高的要求。因此，航天制造必須提高對航天客戶需求的響應速度，縮短生產前置期，柔性、動態、快速響應需求變化，提高產品質量和交貨速度。

航天制造根據航天客戶的定制化需求進行研制和生產，企業內、外部的制造活動都是圍繞航天客戶的需求訂單生產運行，通過需求訂單驅動生產活動。因此，航天制造是以航天客戶的需求為驅動，符合DCM的需求驅動原理。將航天制造與DCM相結合，形成以航天客戶需求為驅動的航天制造DCM，符合航天制造管理特點。航天制造DCM以客戶需求為中心、需求決定并驅動生產供應，能夠快速響應客戶需求、動態響應需求變化，是航天制造管理發展的新方向。

3 航天制造需求鏈管理模型

Petri網是一種具有數學理論基礎的圖形化描述、分析分布式系統的模型工具。將面向對象建模技術與Petri網結合，形成面向對象的Petri網（Object-oriented Petri Net，OPN）。OPN適用于并發、異步、分布、并行、隨機信息處理系統的建模，能夠簡潔、直觀地形式化描述復雜系統的結構，展現系統的運行機制和信息流動過程[3]。航天制造是由多個實體對象組成的具有交互關系網狀結構的復雜系統，對象間通過信息傳遞實現交流，航天制造DCM需要考慮系統中的每個參與對象。OPN能有效分析此類大型復雜分布式系統，借助OPN模型的抽象表達，能夠清晰地表示航天制造DCM中各節點間的相互作用關系，直觀、規范地描述和分析其結構和總體運行機制。

3.1 航天制造需求鏈管理OPN模型

DCM對航天產品的定制生產具有直接的導向作用，航天制造DCM的運作是由需求信息驅動的。當航天客戶發出產品需求信息，制造鏈分析可行后發布制造、采購、外包等需求信息，開始合作伙伴的需求分析。每個合作伙伴構成制造鏈中的節點，核心制造企業向合作伙伴發送合作需求信息，合作伙伴反饋信息、評價通過后開始合作關系，實施航天制造DCM運作，如圖1所示。

圖1 航天制造DCM運作模式

從面向對象的角度，將航天制造鏈中具有相似功能的多主體對象抽象成單一對象類，航天制造DCM共有航天客戶、型號辦、制造企業、物流中心、供應商、外包商6個獨立的實體對象類組成，對象之間通過信息傳遞實現交流。為簡化模型，僅考慮OPN外部運作功能的對象類間關系，構建航天制造DCM運作過程參與對象類間的集成系統模型，如圖2所示。

圖2 航天制造DCM運作參與對象OPN集成模型

航天制造DCM運作過程各參與對象間的OPN外部結構由一系列輸入/輸出端口組成，用來在對象間接收和發送信息，通過信息傳遞進行聯系并使各對象同步。從模型可見，航天制造DCM各對象間通過信息庫所、門變遷和有向弧來連接。其中，信息庫所是對象間信息的發出和接收站，門變遷是對象間信息的分析，輸入/輸出有向弧表示信息庫所和門變遷之間的邏輯關系[3，4]，具體含義如表1所示。

表1 航天制造DCM OPN模型信息庫所和門變遷含義

3.2 航天制造需求鏈管理模型分析

通過OPN集成模型可以看出，航天制造DCM是以航天客戶需求為起點，通過需求驅動供應，實現需求響應、產品開發、生產制造、物料供應等活動的集成閉環流程。模型中各對象相互緊密關聯，存儲著大量的信息，在進行交互時發生了信息流動。

型號辦根據航天客戶的產品需求，制定研制計劃，向制造企業提出制造需求。制造企業根據型號辦的制造需求，制定生產計劃，向物流中心提出原材料需求。物流中心根據制造企業的原材料需求，制定采購計劃，向供應商提出采購需求。制造企業專注于發展核心業務和建立核心競爭力，根據自身設備和生產能力，通過帶料外包方式向外包商提出部分非核心業務的外包生產需求。以上過程是以需求信息流為驅動的需求運作過程，是逆供應運作過程。

供應商根據物流中心的采購需求配送符合條件的原材料。物流中心根據制造企業的原材料需求供應原材料。外包商根據制造企業的外包需求生產、供應符合需求的外包產品。制造企業根據型號辦的制造需求，結合物流中心供應的原材料和外包商供應的外包產品，制造滿足需求的航天產品，最終通過型號辦將產品交付航天客戶，滿足航天客戶需求。以上過程是以物質流為驅動的順供應運作過程。

可見，航天制造DCM是以信息流為中心，物質流是信息流的實施過程。這有別于傳統SCM以物質流為中心，信息流是物質流的輔助工具。從模型上看，航天制造DCM是把航天制造鏈上各節點按從需求到供應的過程有效地連接起來。從實質上看，航天制造DCM還包含以下內涵：

a. 航天制造DCM是以航天客戶需求為整個制造鏈的起點和核心，以需求信息為驅動沿制造鏈進行傳遞和擴散。在航天制造鏈上，各節點能夠掌握航天客戶和相關節點的需求，即能滿足下游節點需求又能向上游節點提出需求，從而形成需求鏈。因此，航天制造DCM不僅能從整體上滿足航天客戶需求，而且能將與航天客戶的供需關系轉化為制造鏈內部的供需關系，通過逐環落實需求、滿足需求，實現整個制造鏈的高效運作[5]。

b. 航天制造DCM能夠實現制造鏈各節點生產資源的集成協同和有序流動，使需求過程更加明確、精細；能夠實現制造鏈各節點與航天客戶需求的有效連接，使需求銜接更加及時、準確；能夠把航天客戶的需求轉化為制造鏈內部各節點的需求、資源的需求，使需求邊界更加具體、透明[5]。

c. 航天制造DCM通過轉化制造鏈各節點的供需關系，使制造鏈整體能夠按市場供需關系機制運行，明確界定各節點權、責、利邊界。制造鏈各節點在需求明確、目標一致的環境下，只有通過相互協同作業滿足相關節點需求才能獲得收益，從而建立戰略聯盟關系，提升協同能力和合作性競爭關系[5]。

4 航天制造需求鏈管理發展要點

理想的航天制造DCM，是一個信息高度集成、交換迅速，可根據航天客戶的需求實現定制化生產，最大限度滿足客戶需求及變化的動態企業戰略聯盟。航天制造DCM應該通過有效的信息集成和傳遞實現制造鏈上各節點的信息共享、信息同步，在此基礎上才能建立相互高度信任關系，實現協同制造，達到供需平衡，才能夠柔性地動態響應不斷變化的客戶需求，最終通過高效的制造鏈運作建立起航天制造戰略聯盟，如圖3所示。

圖3 理想的航天制造DCM

4.1 信息共享

對于理想狀態的航天制造DCM，信息管理是基礎?！芭１扌笔切畔⒃趥鬟f過程中扭曲的結果，如果制造鏈各節點對信息掌握的不準確、不及時，會導致“牛鞭效應”的放大[1]。信息共享是控制“牛鞭效應”的有效手段。保持生產與需求同步，航天制造鏈在獲取航天客戶的需求信息及需求變化信息后，應迅速以信息流擴散到各節點。各節點必須能夠及時、準確地接收、識別、分析、處理、決策、傳遞來自航天客戶的信息、相關節點的信息以及自身信息，從而實現制造鏈的信息共享。

在信息共享的基礎上，制造鏈各節點的需求明確、目標一致，生產運作能夠達成統一，便于組織和匹配離散的生產資源，實現各節點的有效銜接，提高整個制造鏈的運作效率。當制造鏈某環節異常，各節點能夠依據統一的目標和共享的信息，迅速調整、及時作出準確的生產和供需決策，使生產供應最大限度地接近實際需求，降低供應風險[6]。因此，航天制造DCM應把正確的信息，在正確的時間，傳遞至正確的節點，進行正確的處理和決策，才能真正地將航天客戶的需求轉化為制造鏈內部的生產運作。

若制造鏈上各節點獨立的信息平臺形成多個“信息孤島”，平臺間未建立聯系，相互不知對方準確的需求、進展和反饋，當出現異常時，其它節點難以及時作出反應。因此，航天制造DCM應利用先進的信息技術，規范信息接口、定義和采集手段，統一標準，建立基于分布式集成的、互融的信息系統平臺，實現制造鏈各類信息高效、準確的集成、傳遞和共享，從而解決各節點內、外部信息系統的數據孤立問題，實現航天制造鏈信息高水平共享。

為減小生產運作與實際需求間的節拍差，使生產運作滿足客戶需求的變化，航天制造DCM需要實現信息的雙向交流。制造鏈各節點要分享航天客戶和相關節點的需求信息，還要逆向同步相關節點生產運作的反饋信息。通過共享的需求和同步的反饋，使制造鏈各節點的生產與需求達成一致，根據實時情況作出協調性的調整和決策，提高航天制造鏈運作效率。

4.2 協同制造

航天制造DCM的核心價值在于能夠通過信息共享，使制造鏈各節點圍繞滿足航天客戶需求的統一的目標進行垂直一體化的整合，最大程度地推進整個制造鏈的信息同步、制造協同，改進航天制造鏈的運作表現。航天制造DCM實現的協作，是一種主動的、更為緊密的合作，是一種動態的、常態的戰略伙伴關系。

現今的競爭關系不僅是企業個體間的競爭，更是制造鏈整體間的競爭[6]。航天制造鏈各節點只有建立高度的信任、協同、協作關系，才能通過共享和同步的信息，減小由于需求波動和變化導致的不確定性，使各節點能夠有效銜接、高效運轉、風險共擔、利益共享、協同制造，通過協同一體化提高制造鏈整體運作的準確性，建立長期穩定的戰略合作關系，從而提升航天制造鏈整體競爭力。航天制造DCM應建立統一的協同平臺，構建協調與合作機制，優化組織結構和業務流程，適應客戶需求驅動管理，圍繞需求合理高效地整合、優化資源配置。只有實現制造鏈整體流程集成化，才能使各節點的需求、計劃、生產、資源緊密相聯，使資源滿足生產、生產滿足計劃、計劃滿足需求，避免生產的盲目性，提高生產的準確性，實現航天制造鏈的協調運作和協同制造。

4.3 供需平衡

由于信息不共享，生產計劃與實際需求間存在偏差，導致生產與控制不協調，無法形成協同制造。這種情況下，一般通過增加庫存抵御可能存在的供應風險。但是增加庫存無法從根本上解決風險問題，還可能因為預測不準或決策不當造成庫存積壓，增加庫存壓力和成本[6]。

航天制造鏈各節點包含供、需兩個職責，各節點既是下游節點的供方，又是上游節點的需方。航天制造DCM需要通過信息共享達到協同制造，實現以需求作為驅動組織生產、拉動供應，以需定產、為需供應，實現制造鏈各節點間的供需同步和平衡。這不僅能夠縮短航天制造的生產前置期，同時能夠降低各節點的庫存。需注意的是，為了降低某節點的庫存而增加其它節點的庫存，對于制造鏈整體是沒有意義的，為達到降低整體庫存的目的，航天制造鏈應實現整體的協同制造和供需平衡。

4.4 動態響應

隨著航天客戶個性化定制需求增加，產品更新換代周期縮短，需求變化日趨頻繁，需求不穩定趨于常態，臨時插單現象多發，生產計劃的靈活性和嚴肅性難以兼顧，易發不齊套現象。航天制造DCM不僅要通過信息共享實現協同制造，達到供需平衡，而且要求需求變化時制造鏈各節點的響應速度能夠跟上變化節奏。航天制造DCM應堅持動態流程重組，快速響應變化，及時做出正確的調整決策，最大程度地柔性滿足航天客戶變化的需求。為實現快速動態響應，需要縮短信息在制造鏈中的流動時間，提高各節點響應速度，可通過簡化網鏈結構提高信息流的速度和精準度，通過柔性管理適應航天客戶動態變化的需求。

制造鏈各節點應以客戶管理為中心進行流程再造，建立能夠迅速反應、動態響應、柔性應對、高效滿足客戶個性化需求的業務流程、組織結構和運行機制，通過需求分析、需求判斷、需求預測等需求管理提升動態響應的柔性和滿足需求的效率。制造鏈各節點應通過集成歷史數據，分析需求規律，結合型號研制動態和戰略規劃進行需求預測和判斷。這需要制造鏈各節點提高對歷史需求數據集成的準確性和對戰略調整的敏感性，以精準的數據分析替代籠統的經驗判斷，通過數據驅動提高決策精準度，通過需求管理提升動態響應柔性。

對航天產品進行分析，其個性化需求一般是局部的需求差異，其它部分結構和功能趨于類同?？梢宰援a品研發階段將產品分為通用件和定制件。通用件通過模塊化、系列化、通用化的方式，采用按庫存生產（Make To Stock，MTS），制造鏈各節點按預測需求和安全庫存推動高效批量生產和供應。定制件通過差異化、定制化的方式，采用按訂單生產（Make To Order，MTO），制造鏈各節點按客戶需求拉動定制生產和供應。以航天客戶訂單分離點（Customer Order Decoupling Point，CODP）為界，將MTO與MTS相結合形成推拉混合型生產，在MTO與MTS之間尋求科學合理的平衡點，通過數據分析建立排產模型，依托柔性生產組織方式，既可批量生產提高生產效率，又可定制生產滿足快速響應需求，進一步增強航天制造鏈動態響應的柔性和應變能力[4,7]。

5 結束語

航天制造DCM改變航天制造鏈與航天客戶間的互動方式，由以制造鏈供應為主導的推動模式轉變為以客戶需求為主導的拉動模式。航天制造DCM不僅是滿足航天客戶需求的過程，也是實現航天制造鏈各節點、各環節有效銜接、信息共享、協同制造的過程，從而提高航天制造的資源利用率和生產敏捷性，提升快速響應客戶需求、動態柔性響應需求變化的能力，提升航天制造整體競爭力。

1 張子剛，張偉，劉華. 需求鏈管理-供應鏈管理的新趨勢[J]. 物流技術，2004(5)：85～87

2 寧宣熙，孫宇，胡正華，等. 需求鏈管理研究[J]. 管理科學，2004(2)：25～31

3 唐亮，于天彪，丁軍妹，等. 基于面向對象Petri網的供應鏈運作建模[J]. 東北大學學報（自然科學版），2008(7)：1037～1040

4 方志梅，葉飛帆，李院生. 柔性供應鏈的Petri網建模與分析[J]. 中國機械工程，2006(21)：2238～2242

5 謝志華. 從供應鏈管理走向需求鏈管理[J]. 會計研究，2004(12)：39～44

6 馬士華，林勇，陳志祥. 供應鏈管理[M]. 北京：機械工業出版社，2000

7 王雯，傅衛平，任立鵬. 基于著色賦時混合Petri網的精敏型供應鏈動態系統建模與仿真[J]. 機械科學與技術，2009(10)：1393～1400

The Model-based Analysis and Research of Aerospace Manufacturing Demand Chain Management

Cui Xin Ge Jia

(Tianjin Long March Launch Vehicle Manufacturing Co., Ltd., Tianjin 300462)

Aerospace manufacturing accords with the demand driven principle of demand chain management. It is the development trend of aerospace manufacturing to combine aerospace manufacturing with demand chain management to form aerospace manufacturing demand chain management. By building an integrated model with object-oriented Petri net, this paper analyzes and explores the aerospace manufacturing demand chain management, and puts forward its development focus and impact on aerospace manufacturing. Aerospace manufacturing demand chain management in an ideal state is achieved by information sharing, collaborative manufacturing, balance of supply and demand, and dynamic response. Finally, the overall competitiveness of aerospace manufacturing is improved through efficient manufacturing chain operation.

aerospace manufacturing；demand chain management；object-oriented Petri net

崔鑫（1987），高級工程師，機械制造及其自動化專業；研究方向：航天產品數控加工和生產經營管理。

2020-05-12