Caterpillar's Building Construction Products Division Improves and

Stabilizes Product Availability

指導老師 郭雅玲老師運籌所 陳彥夫 9626705運籌所 黃勝鴻 9526713

大綱

• Caterpillar 公司簡介• Caterpillar 公司為何產生此研究的動機• 問題描述• 問題解決後成果• 結論

Presentation by 勝鴻

Caterpillar 公司簡介

財星 100 大企業

世界頂尖大型機械製造公司，主要生產建築和採礦設備，例如：柴油和天然氣引擎

在過去超過 80 年的時間裡 Caterpillar 公司為全世界的基礎建設作出了諸多貢獻

Caterpillar 在美國有 50 個生產地點，其他 65 個地點分佈在世界 23 個國家

Caterpillar 公司簡介

2006 年 Caterpillar 的收益達 415 億美元

大約有一半的銷售額來自美國境外的客戶，這使 Caterpillar 得以保持其全球供應商和美國主要出口商的穩固地位

部門簡介

Building Construction Products Division (BCPD)---- 生產建築和採礦設備的部門之一，產品包括 backhoe loaders (BHL) 、 wheel loaders 等產品

North American Commercial Division (NACD) ----負責管理 Caterpillar 北美地區產品的銷售、行銷以及與業者之間的聯繫的單位

名詞介紹

Product availability ---- 訂貨到交貨的時間

Inventory turns ---- 每年全部的存貨的翻新次數

Inventory turns

倉庫

123

倉庫

23

倉庫3

倉庫

1

23 12 1

背景

在全球競爭的環境下， Caterpillar 公司面對許多競爭者

，必須要有更好的競爭優勢以求生存，在這樣的產業 下， Caterpillar 公司希望能縮短並且穩定 product- availability ( 訂貨到交貨的時間 ) 。

背景

在 2001 年 Caterpillar 公司的 Building Construction

Products Division 開始計畫從各方面改善他們的供

應鏈

此計畫是依據 1997 年一個非常成功的 network-design 計畫設計的，目標是當降地成本與庫存的

同時也可以使業者與最終顧客之間的 product- availability 減少

背景

此計畫的第一階段主要著重在 product availability 和 inventory turns 的評估

評估可以改善多少 product availability( 訂貨到交貨的時間 ) 和 inventory turns( 每年全部的存貨的翻新次數 )

此計畫需要非常完整的資料以增加此篇研究的可信度

Presentation by 彥夫

進行階段

Pressure to improve product availability and reduce inventory

Six-sigmateam initialanalysis

Supply chain Modeling and optimizationprojects

Implementation ofrecommendations fortwo supply chains

Expansion of implementationto additional supply chainsand divisions

2000-2001 12/01 4/02 7/02 2003 2004-2005

BCP Claytonassembly plantcharters six-sigma team

SmartOpsadded to six-sigma team

Opportunity assessment and technology and processrecommendationsdelivered

Clayton assemblyplant demonstratesleading product availability

此篇文章所描述的

階段

產品圖片

Wheel load Backhoe load Skid steer load

資料的範圍

選擇資料的範圍包括 (1)demand data

1. 業者訂貨的歷史資料 ( 每種產品型態的訂貨資料

) 2. 最終顧客銷售量的歷史資料 3. 過去預測數量

資料的範圍

(2)product data 1. 銷售模式

2. 產品等級 (product hierarchy)

3. 可供選擇的產品型態 (product-configuration options)

資料的範圍

(3)orderfulfillment data

1. 過去 product availability 的目標

2. 過去實際達到的 product availability

3. 業者和最終顧客之間 product availability 的期望值 ( 此資料從業者得到 )

資料的範圍

(4)supply data

1. 供應商的 lead times 和運輸時間

2.product-assembly-process times

3. finished machines 的運送時間

4.Clayton production rate

資料的範圍

(5)inventory data 1. 過去業者存貨水準

2. 過去 Clayton 歷史的存貨水準 ( 包含 finished machines, components, and subassemblies)

資料的範圍

(6)process data 1.NACD 需求的預測

2. 業者需求的預測

3. 填寫訂單過程 (order entry)

4. 填寫訂單的規章 (order entry policy)

5. 填寫訂單的最後期限 (order entry deadline)

可以使 product availability 獲得改善的因素

根據上述資料，研究者發現以下四點可以影響 product availability

1. 訂單履行的效率 (fulfilling orders)

2. 訂單按照不同產品有不同的 product availability 去做管理及分類

(managing and differentiating orders by product availability expectations)

可以使 product availability 獲得改善的因素

3.Lead times( 業者下訂單到完成訂單中間的時間 )

4. 存貨地點的決定(positioning inventory strategically)

關於存貨的決定作者推論出 (1)BCPD 在固定 product availability 目標、供應鏈的 限制以及在供給與需求的波動之下， BCPD 目前沒有較佳的方式找到一個最佳的總存貨水 準 (2)BCPD 需要一個動態規劃和最佳的存貨模式以改 善 product availability 同時又降低存貨

由於上述兩項發現， BCPD 試圖研究出存貨的配置，所以 BCPD 加入了 SmartOps 到 Six-sigma team 且

試圖找出以下問題之答案

★SmartOps 為一家提供分析技術幫助企業 1. 改善製程效率 2. 移除不必要的活動 3. 縮短製程時間 4. 增加顧客滿意度 的公司

問題 (high level)

在不同成本及存貨水準下可以分別達到多少 product availability? (What product availability is possible and at

what cost and inventory levels?)

問題 (high level)

可以減少多少存貨 ? (What inventory reduction is possible?)

問題 (high level)

當最小存貨下， BCPD 可以如何配置其存貨使其改 善 product availability ? (What mix and deployment of inventory will enable BCPD to improve and stabilize product availability while minimizing total chain inventory?)

問題 (high level)

BCPD 是否有所需要的資料及資源規劃系統去達到

最佳的存貨以及 product availability 的目標 ?

(Does BCPD have the appropriate data and systems it needs to optimize inventory and meet its product availability objectives?)

問題 (detailed)

BCPD 需要多少存貨水準及配置以達到 product availability 的目標 ? (Based on the physical and economic characte

ristics of the BHL supply chain, what inventory placement and levels does Clayton need to achieve stable 45-day or 30-day product availability to dealers for nonrental machine orders, 120-day product availability to dealers for rental machine, and 14-day or 10-day product availability to end customers?)

問題 (detailed)

什麼因素改變了最佳存貨曲線 ? (What factors shift the optimal inventory cur

ve?)

問題 (detailed)

什麼是影響 product availability 的因素 ? (What are the drivers of product availability?

)

Scope

研究範圍為在同一條生產線上生產的三種不同銷 售模式

各種組合的選擇，例如馬力大小、開放式或是封 閉式的駕駛座、兩輪或四輪或是使否加裝冷氣設 備等，都有上千種的組合可以給顧客選擇，全部 可選擇的範圍稱 arrangements

三種不同模式主要差別在 size, power rating, backhoe digging range

Scope

此計畫使用前五種佔了 86% 的 configurations 作為研

究對象

在圖表中 Arr7 、 Arr6 、 Arr4 及 Arr2 是典型標準的

configuration

ST ALC 使用的樣本是較有代表性的客製化產品項目

0

100

200

300

400

500

600

700

800

STALC

Arr 7 Arr 6 Arr 4 Arr 2 Arr 8 Arr 11 Arr 1 Arr 5 Arr 9 Arr 3 Arr 10 Arr12

1直條圖

Figure 3

Arrangement (including a la carte)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

# U

nit

es o

rdere

d

86%

一種 configuration

Supply chain model 描述

Stage 4 Stage 3 Stage 2 Stage 1

Tire 1 inventory Componentinventory

Assembledmachines

dealersDemand

forecast bycustomersegment

Plant

Assembly

Lead times

Lead times 意謂從業者下訂單到完成訂單中間的時間

Physical lead times 包含組合、運輸等時間

Nonphysical lead times 包含訂單處理或其他延誤

由於 lead time 在此研究中沒有完整的資料所以使用平

均變異係數 (average observed coefficient of variation) 作

為代表

Lead times

0

100

200

300

400

500

600

700

800

5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 more

1直條圖Total lead time (work days)

# components

Bill of Material

研究者利用 bill-of-material 了解每一種完成品經過

組裝過程到最後組裝完成需要利用多少種及多少 數量的 components

透過 bill-of-material 我們可以知道客製化產品中用

到哪些 components

訂單的三種型態

Sold orders 經直接銷售給最終顧客的訂單型態

Inventory orders 業者因為庫存量不足所向 Caterpillar 下的訂單

Rental orders 一部份顧客需要租借機械而向 Caterpillar 下的訂單

Customer-service targets

這三種不同型態的訂單會有不同的 product availability

業者希望在暢銷的機械中能縮短 order to delivery times

Customer-service targets

於是研究者設計出滿足不同訂單型態的策略 1.quick-ship orders 業者可以從標準清單中選擇， 但必須付額外費用

2.sold orders 必須等待 4 到 6 周

3.inventory orders 業者需要等待六週時間

4.rental orders 則要等待 14 周

名詞介紹

Configuration segments ---- 標準訂單的型態有三種 Product availability 可選擇 ，非標準訂單的型態 ( 客製化 ) 有三種 Product availability 可選擇，每種選擇就是一個 configuration

segment

quick-ship, sold, inventory

rental, sold, inventory

Table2

Sales model ConfigurationQuick-shipavailability

Soldavailability

Inventoryavailability

Rentalavailability

AAABBBBCCCDD

12

A la carte123

A la carte12

A la carte1

A la carte

YesYesNoYesYesYesNoYesYesNoYesNo

YesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYes

YesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYes

NoNoYesNoNoNoYesNoNoYesNoYes

configuration segment

Demand

Backhoe loaders 的需求是有季節性變化的

每個月中間兩週的訂單量最大

為了確保有正確的存貨所以每個星期必須要做需 求預測

Demand

為了要建立新的 product availability 策略，我們也需

要預測每星期 configuration segments

於是我們將每個月的需求預測變更為每星期的需 求預測

Demand

Disaggregation process( 建立了不同於以往的訂單型態 )

---- 根據過去每週訂單資料使每個月的需求預測改變 成為每週的需求預測

---- 使用歷史訂單資料使預測模式從 sales model改變 成為 configurations 的預測

Table2

Sales model ConfigurationQuick-shipavailability

Soldavailability

Inventoryavailability

Rentalavailability

AAABBBBCCCDD

12

A la carte123

A la carte12

A la carte1

A la carte

YesYesNoYesYesYesNoYesYesNoYesNo

YesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYes

YesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYesYes

NoNoYesNoNoNoYesNoNoYesNoYes

configuration segment

Demand

每週預測中我們發展出兩種模式

1. 業者的訂單預測 (order from dealers)

2. 最終顧客直接購買的預測 (sales to end customers)

Demand

我們注意到最終顧客的需求量比業者的存貨訂單有較少的變化幅度 (Bullwhip effect)

在計算預測錯誤上我們使用實際銷售數字計算 mean absolute percent error (MAPE)

我們轉換 MAPE 成為 coefficient of variation接著運用

coefficient of variation 估算在最佳存貨模型中需求

預測的不確定性

能力的限制

研究者考慮了時間的限制

在一週內可以生產的最大量與最小量以便決定在 Clayton 工廠中的人力安排策略

存貨成本及存貨持有成本

存貨持有成本研究者使用了每一件 component、每

一個 purchased part 或是 configured machine 的單位成

本，以計算出存貨成本佔的比例

Analysis

目的為達到最低存貨目標下並且能滿足不同的服務水準

透過系統運算找到了最佳存貨方式

two-echelon supply chain

Stage 2 Stage 1Componentinventory

Assembledmachines

Demandforecast bycustomersegment

Plant

Assembly

three-echelon supply chain

Stage 3 Stage 2 Stage 1

Tire 1 inventory Componentinventory

Assembledmachines

Demandforecast bycustomersegment

Plant

Assembly

Scenarios

為了使此研究方法更加完整，所以研究者又將此 方式透過模擬方式套用在另外兩種供應鏈模式 (tw

o-echelon chain 以及 three-echelon chain)

這兩種模式的研究內容包括以下幾點 1.two-echelon chain 以及 three-echelon chain ---- 業者所下的訂單中需要 4 個星期 product availability 的服務水準介於百分之 90 到 95 之

間

Scenarios

---- 業者所下的訂單中需要 6 個星期 product availability 的服務水準介於百分之 90 到 95 之

間

----quick-ship order 需要兩週的 product availability ； sold

order 需要四週； inventory orders 需要六週； rental

orders 需要 17 週

---- 業者訂單的預測當作需求資料的 input

Scenarios

---- 對客戶需求數量的預測當作需求資料的 input

---- 若將此研究方法用在 two-echelon chain 可以減少 10% 對供應商 lead time 的變異係數及 15% 的平均 lead time

---- 在 three-echelon chain 減少 25% 對供應商 lead time 的變異係數及 20% 的平均 lead time

Four-echelon supply chain

Stage 4 Stage 3 Stage 2 Stage 1

Tire 1 inventory Componentinventory

Assembledmachines

dealersDemand

forecast bycustomersegment

Plant

Assembly

Scenarios

2.four-echelon chain

---- 最終顧客的訂單中需要 2 個星期 product availability 的服務水準介於百分之 90 到 95 之間

---- 最終顧客的訂單中需要 10 個星期 product availability 的服務水準介於百分之 90 到 95 之間

---- 對客戶需求數量的預測當作需求資料的 input

---- 有較高或較低的 lead time 變異係數

Summary of Analysis問題 (high level)

在不同成本及存貨水準下可以分別達到多少 product availability?

(What product availability is possible and at what cost and inventory levels?)

問題 (high level)

2stage-chain3-stage chain

4-stage chain

product availability

分別可達 45 天與 30 天的目標

分別可達 14 天或 10 天的目標

個項產品的存貨(individual product)

減少 20 到 100% 增加 25 到 180%

物料的存貨(component)

從 100 增加到 150%

從 100 增加到 150%

個項的物料存貨(individual component)

從 -70 增加到 +280%

從 -60 增加到 +310%

Table3

Cases analyzed Tire 1 Clayton Clayton Dealer inventory components products products

Case1(2-stage chain)

Case1(2-stage chain)

Case3(3-stage chain)

Increase by 100-150%

Decrease by 40-50%

Increase by 50-75%

Increase by 100-150%

Decrease by 40-50%

Increase by 50-75%

Increase by 120-170%

Decrease by 40-50%

Decrease by 50-60%

Figure7

Tire 1supplierinventory

Plantcomponentinventory

Total chaininventory

Plant assembledproduct

Dealerinventory

Current

Recommended

問題 (high level)

可以減少多少存貨 ? (What inventory reduction is possible?)

利用在物料與成品間存貨水準的配置， Clayton plant 可以減少 30 到 50% 的總存貨

問題 (high level)

當最小存貨下 BCPD 可以如何配置其存貨使其改善 product availability ?

(What mix and deployment of inventory will enable BCPD to improve and stabilize product availability while minimizing total chain inventory?)

BCPD 應該要將 components 的存貨增加並且減少

finished machines 的存貨，改善後 Clayton 總存貨水

準上升大約 30% ，但是 individual component 和

product 從減少 70% 到增加 280% 的存貨水準

問題 (high level)

BCPD 是否有所需要的資料及系統使其達到最佳 的存貨以及 product availability 的目標 ? (Does BCPD have the appropriate data and syste

ms it needs to optimize inventory and meet its produc

t availability objectives?)

Caterpillar 公司有所需的資訊，但必須要改善產品的 configuration segments 預測，同時管理 lead time

s 的資料，但是沒有一種資源規劃系統使供應鏈上最佳總存貨與 product availability 這兩個目標相互結合，

以達到最好的資源分配

問題 (detailed)

BCPD 需要多少存貨水準及配置以達到 product availability 的目標 ? (Based on the physical and economic characteri

stics of the BHL supply chain, what inventory placement and levels does Clayton need to achieve stable 45-day or 30-day product availability to dealers for nonrental machine orders, 120-day product availability to dealers for rental machine, and 14-day or 10-day product availability to end customers?)

使用最佳化模式後， Caterpillar 公司決定使用每週 的存貨為目標達到較好的 product availability

問題 (detailed)

什麼因素改變了最佳存貨曲線 ? (What factors shift the optimal inventory cur

ve?) 研究了超過十種情形後，發現是由供應商的 lead times 以及 lead times 的不確定性為決定因素

問題 (detailed)

什麼是影響 product availability 的因素 ? (What are the drivers of product availability?

)

Component 的存貨策略以及存貨利用效率會影響product availability ，而訂購率以及訂購率的變

化會讓存貨策略以及存貨利用效率影響 product availabil

ity 更加嚴重

推行結果

Clayton 減少了整體供應鏈 16% 的總庫存

Clayton 減少了平均訂購時間 20% 及降低其標準偏

差達 50%

由於改善了 product- availability, Clayton 在2003 年比

2002 年增加了 2% 的訂購量

此研究過程增加了股東的信心與繼續投資的意願

推行結果

比以前縮短的 lead time 增加了業者與顧客的滿意度

Caterpillar 的各國分公司也陸續希望能利用此方法改

善效益

到此篇研究為止已減少了 10% 的 net landed cost

結論

Product availability 的議題在現在非常重要且需要不

斷的被改善

公司可以使用多方面的目標以建立一套可以改善 product availability 的程序

結論

提升在物料的存貨以及降低成品的庫存可以降低 總供應鏈的存貨，進而減少總成本

透過減少總存貨和成本可以使提升顧客對公司的 滿意度及改善市場佔有率

THANK YOU!