DOI: https://doi.org/10.1080/00207543.2026.2625240
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحقيق القيود والتهيئة
نظرة عامة
تقدم هذه الورقة نهج تخطيط الإصدار القائم على وظيفة التسوية (CF) المدمجة في تخطيط متطلبات المواد (MRP) للتغلب على قيود MRP في التعامل مع قيود السعة وأوقات التسليم الديناميكية. يستبدل نموذج التحسين خطوة الجدولة العكسية لـ MRP مع الحفاظ على إطاره العام. تكشف التجارب المحاكاة التي أجريت على نظامين لمتجر التدفق أن الطريقة القائمة على CF تتفوق بشكل كبير على الجدولة العكسية التقليدية من خلال تمكين حساب أوقات التسليم المخطط لها للطلبات الإنتاجية الفردية بدلاً من مجرد عناصر قائمة المواد (BOM).
تسلط المقارنة الاستكشافية الضوء على إمكانية CF لتعزيز أداء MRP في أنظمة الإنتاج متعددة العناصر ومتعددة المراحل التي تتميز بتحديثات الأفق المتداول والطلب العشوائي. من الجدير بالذكر أن نهج CF يتكيف بشكل فعال مع سياسات حجم الدفعات المختلفة، حتى تحت قيود كمية الطلب الثابتة (FOQ)، حيث يتحمل MRP عادةً تكاليف أعلى. ومع ذلك، فإن الطريقة مقيدة بعدة افتراضات مقيدة، مثل الشرط الذي ينص على أن العناصر التي تشترك في مورد يجب أن تكون في نفس مستوى BOM وأن أحجام دفعات MRP وتسلسل الإصدار تظل دون تغيير. تشير هذه القيود إلى أنه بينما يمكن أن تعمل CF كتعزيز معياري في البيئات ذات التباين العالي والسعة الضيقة، إلا أنها ليست بديلاً عالميًا للجدولة العكسية. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية تخفيف الافتراضات المتعلقة بمستويات BOM واستكشاف إجراءات حجم الدفعات الأكثر تعقيدًا لتحسين النهج المقترح بشكل أكبر.
مقدمة
تستعرض المقدمة التحديات المتعلقة بتخطيط الإنتاج، وخاصة الحاجة إلى مواءمة جداول إصدار العمل مع الطلب وسط عدم اليقين في أوقات الدورة، التي تتأثر باستخدام الموارد وحجم العمل. في تصنيع الأجزاء المنفصلة، تُعتبر أوقات الدورة متغيرات عشوائية تعتمد على حجم العمل، مما يعقد عملية التخطيط. يوفر إطار تخطيط متطلبات المواد (MRP) المعتمد على نطاق واسع، وبشكل خاص MRP-I، نهجًا منظمًا لتخطيط تدفق المواد ولكنه محدود بمعالجته البسيطة لسعة التصنيع، حيث يعتمد على أوقات التسليم المخطط لها (PLTs) التي لا تأخذ في الاعتبار تباينات حجم العمل.
تقترح هذه الورقة تحسينًا لإجراء MRP-I من خلال استبدال خطوة الجدولة العكسية بنموذج تحسين يستخدم وظائف التسوية (CFs) في كل مستوى من شجرة قائمة المواد (BOM). يحافظ النهج الجديد على خاصية اتخاذ القرار المتسلسل لـ MRP-I بينما يسمح بالحساب الداخلي لأوقات التسليم المخطط لها للطلبات الإنتاجية. على الرغم من أن الطريقة المقترحة تعمل تحت عدة افتراضات مقيدة، إلا أنها تهدف إلى تحسين الحلول التي تنتجها MRP-I التقليدية دون تغيير منطقها الأساسي بشكل جذري. ستستعرض الأقسام التالية الأدبيات ذات الصلة، وتفصل نموذج الإصدار القائم على CF، وتقدم نتائج المحاكاة من نظامين إنتاجيين، مختتمة برؤى واتجاهات للبحث المستقبلي.
النتائج
يقدم قسم النتائج من ورقة البحث تحليلًا مقارنًا لتخطيط متطلبات المواد القياسية (MRP) ونهج تخطيط الإصدار القائم على السعة المرنة (CF) باستخدام نظام إنتاج بسيط (PS1). تفحص الدراسة أداء كلا الطريقتين تحت مستويات استخدام متغيرة (80%، 85%، و90%) وتباين الطلب. تشير النتائج الرئيسية إلى أنه عند جميع مستويات الاستخدام، فإن سياسة حجم الدفعة التي تقلل التكاليف هي فترة الطلب الثابتة (FOP) مع نهج دفعة مقابل دفعة، ولا يحتفظ أي من نموذجين التخطيط بمخزون أمان. من الجدير بالذكر أن كل من MRP وCF تنتج خططًا متطابقة في ظروف عدم وجود تباين في الطلب، ولكن مع زيادة التباين، يظهر CF أداءً متفوقًا من خلال إصدار الطلبات الإنتاجية قبل الفترات ذات الطلب العالي، مما يحافظ على تكاليف أقل ومستويات خدمة أعلى.
تحت ظروف التنبؤ غير المثالية، تكشف الدراسة أن CF يتفوق على MRP، خاصة عند مستويات عدم اليقين العالية، بسبب أوقات التسليم المرنة وتوقيت الإصدار الديناميكي. يؤدي اعتماد MRP على أوقات التسليم المخطط لها الثابتة (PLTs) إلى تأخيرات في إصدار الطلبات، مما يؤدي إلى تكاليف مخزون أعلى وتأخير. بالمقابل، يسمح قدرة CF على إدارة أوقات التسليم بشكل تكيفي بامتصاص تقلبات الطلب بشكل أكثر فعالية، وبالتالي تحقيق توازن أفضل بين التكلفة والخدمة. تتماشى النتائج مع الأبحاث السابقة التي تؤكد مزايا طرق التخطيط التكيفية على النهج الثابت في البيئات التي تتميز بعدم اليقين في الطلب. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانية CF لتعزيز كفاءة تخطيط الإنتاج، خاصة في السيناريوهات ذات التباين الكبير في الطلب.
المناقشة
يؤكد قسم المناقشة في الورقة على الهيكل الهرمي لتخطيط الإنتاج، الذي يفصل بين تخطيط تدفق المواد والتحكم في الإنتاج. يبرز أهمية وظيفة إصدار الطلب في تنسيق تدفق المواد وتأثير استخدام الموارد على أوقات الدورة المحققة. يشير المؤلفون إلى أن أوقات الدورة تتأثر بعوامل مختلفة، مع اعتماد قوي على حجم العمل المدفوع بقرارات إصدار الطلب. يصنفون الأساليب الحالية لمعالجة العلاقة بين إصدار الطلب وأوقات الدورة إلى ثلاث استراتيجيات رئيسية: أوقات التسليم المخطط لها (PLTs) المستقلة عن حجم العمل؛ وظائف التسوية غير الخطية؛ وطرق متعددة النماذج التكرارية. تنتقد الورقة قيود PLTs الحتمية والتحديات الحسابية للنهجين الآخرين، خاصة في سياقات قائمة المواد (BOM) متعددة المستويات.
تستكشف القسم أيضًا تقدير PLTs، وهو أمر حاسم لتخطيط الإنتاج الفعال، خاصة في بيئات التصنيع حسب الطلب. يتم مناقشة طرق مختلفة مدفوعة بالبيانات وتقنيات تحسين لتقدير PLTs، بما في ذلك تلك التي تقلل التكاليف المرتبطة بالانحرافات عن أوقات الدورة المتوقعة. يقترح المؤلفون نهجًا جديدًا يستخدم وظائف التسوية (CFs) لتحسين تخطيط إصدار الطلب مع مراعاة قيود السعة، مما يعزز مرونة إصدارات الطلب المخطط لها مقارنة بأساليب MRP التقليدية. تختتم الورقة بتحديد عملية تطوير النموذج، التي تدمج CFs في إطار MRP، مما يسمح بالتعديل الديناميكي لتواريخ الإصدار وتحسين إدارة موارد الإنتاج. يهدف هذا النهج إلى تحسين الأداء في بيئات الإنتاج المقيدة بالسعة والعشوائية، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في منهجيات تخطيط الإنتاج.
DOI: https://doi.org/10.1080/00207543.2026.2625240
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Constraint Satisfaction and Optimization
Overview
This paper introduces a clearing function (CF)-based release planning approach integrated into Material Requirements Planning (MRP) to overcome MRP’s limitations in handling capacity constraints and dynamic lead times. The optimization model substitutes MRP’s backward scheduling step while maintaining its overall framework. Simulation experiments conducted on two flow shop systems reveal that the CF-based method significantly outperforms traditional backward scheduling by enabling the calculation of planned lead times for individual production orders rather than just for Bill of Materials (BOM) items.
The exploratory comparison highlights the potential of CF to enhance MRP performance in multi-item, multi-stage production systems characterized by rolling-horizon updates and stochastic demand. Notably, the CF approach adapts effectively to various lot-sizing policies, even under fixed order quantity (FOQ) constraints, where MRP typically incurs higher costs. However, the method is bounded by several restrictive assumptions, such as the requirement that items sharing a resource must be at the same BOM level and that MRP’s lot sizes and release sequences remain unchanged. These limitations suggest that while CF can serve as a modular enhancement in environments with high variability and tight capacity, it is not a universal replacement for backward scheduling. Future research directions include relaxing the assumption regarding BOM levels and exploring more complex lot-sizing procedures to further refine the proposed approach.
Introduction
The introduction outlines the challenges of production planning, particularly the need to align work release schedules with demand amidst uncertainties in cycle times, which are influenced by resource utilization and workload. In discrete parts manufacturing, cycle times are treated as workload-dependent random variables, complicating the planning process. The widely adopted Material Requirements Planning (MRP) framework, specifically MRP-I, provides a structured approach to material flow planning but is limited by its simplistic treatment of manufacturing capacity, relying on deterministic planned lead times (PLTs) that do not account for workload variations.
This paper proposes an enhancement to the MRP-I procedure by replacing its backward scheduling step with an optimization model utilizing clearing functions (CFs) at each level of the Bill of Material (BOM) tree. The new approach maintains the sequential decision-making characteristic of MRP-I while allowing for endogenous computation of PLTs for production orders. Although the proposed method operates under several restrictive assumptions, it aims to improve upon the solutions generated by traditional MRP-I without fundamentally altering its core logic. The subsequent sections will review related literature, detail the CF-based release model, and present simulation results from two production systems, concluding with insights and directions for future research.
Results
The results section of the research paper presents a comparative analysis of standard Material Requirements Planning (MRP) and a Capacity-Flexible (CF) release planning approach using a simple production system (PS1). The study examines the performance of both methods under varying utilization levels (80%, 85%, and 90%) and demand variability. Key findings indicate that at all utilization levels, the cost-minimizing lot sizing policy is Fixed Order Period (FOP) with a lot-for-lot approach, and neither planning model holds safety stock. Notably, both MRP and CF produce identical plans under conditions of no demand variability, but as variability increases, CF demonstrates superior performance by releasing production orders ahead of periods with high demand, thereby maintaining lower costs and higher service levels.
Under imperfect forecast conditions, the study reveals that CF outperforms MRP, particularly at higher uncertainty levels, due to its flexible lead times and dynamic release timing. MRP’s reliance on fixed planned lead times (PLTs) leads to late order releases, resulting in higher inventory costs and tardiness. In contrast, CF’s ability to adaptively manage lead times allows it to absorb demand fluctuations more effectively, thus achieving a better cost-service balance. The findings align with previous research that emphasizes the advantages of adaptive planning methods over static approaches in environments characterized by demand uncertainty. Overall, the results highlight the potential for CF to enhance production planning efficiency, particularly in scenarios with significant demand variability.
Discussion
The discussion section of the paper emphasizes the hierarchical structure of production planning, which separates material flow planning from production control. It highlights the significance of the order release function in coordinating material flow and the impact of resource utilization on realized cycle times. The authors note that cycle times are influenced by various factors, with a strong dependence on workload driven by order release decisions. They categorize existing approaches to address the relationship between order release and cycle times into three main strategies: deterministic, workload-independent planned lead times (PLTs); nonlinear clearing functions; and iterative multi-model methods. The paper critiques the limitations of deterministic PLTs and the computational challenges of the other two approaches, particularly in multi-level Bill of Materials (BOM) contexts.
The section further explores the estimation of PLTs, which is crucial for effective production planning, particularly in Make-to-Order environments. Various data-driven methods and optimization techniques for estimating PLTs are discussed, including those that minimize costs associated with deviations from expected cycle times. The authors propose a novel approach that utilizes clearing functions (CFs) to optimize order release planning while considering capacity constraints, thereby enhancing the flexibility of planned order releases compared to traditional MRP methods. The paper concludes by outlining the model development process, which integrates CFs into the MRP framework, allowing for dynamic adjustment of release dates and improved management of production resources. This approach aims to optimize performance in capacity-constrained and stochastic production environments, marking a significant advancement in production planning methodologies.