（管理科学与工程专业论文）考虑环境要求的制造系统柔性测度及其改善方法.pdf

摘要 摘要 不断加剧的市场竞争、产品的多样化和顾客化迫使企业逐渐从传统的高度标 准化产品的大规模生产向顾客化产品的小批量生产转移。在此情势下，刚性的生 产设备通常难以再发挥出高效率。高的投资效率要求制造设备能够快速的从一种 产品转移到另一种产品的生产而无须大的设备重组，资源重组或设备更换。企业 为了应对不断加剧的市场竞争，多样化和顾客化的产品需求，急切地需要找到一 种有效的途径来提高自身的柔性。 然而，制造系统的柔性不仅取决于系统本身的结构，还取决于其所处的环境。 现有的关于改善系统制造柔性的方法的研究或者是将柔性视为系统自身的固有 属性，与环境无关，从而这类研究得到的改善方法容易失去与现实的相关性；或 者是通过系统面对环境不确定性时的表现针对每个具体的例子提出改善措施，却 由于其没有考虑系统结构而得不到具有普适意义的柔性改善方法。本文将系统结 构和主要的环境要求结合，研究制造系统和供应链的柔性改善问题，其中着重研 究过程柔性的改善问题。本文考虑的环境要求包括两类：一类是产品结构( b i l lo f m a t e r i a l ，b o m ) 约束，一类是产品需求特征。将系统结构和主要的环境要求结 合来研究制造系统的柔性改善方法能克服上述缺陷。 本文主要研究环境要求( 包括产品结构约束和产品需求特征) 对制造系统或 供应链的过程柔性测度和改善方法的影响，并提出考虑环境要求的过程柔性测度 和改善方法。本文研究的意义在于同时综合系统结构本身的特征和外部环境要 求，提出一套较为完善的过程柔性测度指标和柔性改善指导规则，解决上述问题。 本文从第一章到第六章的内容安排如下： 第一章回顾了目前关于制造系统和供应链中的柔性测度及其改善方法的相 关研究现状，说明了本文的研究内容和研究意义。 第二章和第三章考虑了产品结构约束对制造系统中过程柔性的影响，提出考 虑产品结构约束的过程柔性改善规则。其中，第二章提出了一种考虑产品结构约 束的制造系统过程柔性测度方法。在产品结构约束下，具有多条装配线的制造系 摘要 统的过程柔性应分为两个层次：装配线层次和系统层次。两个层次的过程柔性分 别解释为面临内部或外部环境变化时生产能力在不同零部件产品之间可转移程 度的大小。对于每个层次的过程柔性，本章提出了测度方法。该测度方法为分析 过程柔性的结构特性和提出柔性改善的指导规则提供了基础。 第三章对两个层次的过程柔性分别分析了其结构特性，并提出了柔性改善的 指导规则。结构特性是指关于何种装配线和系统结构具有更高柔性的特性。结构 特性的分析以过程柔性的测度方法为基础，指导规则以对结构特性的分析为基 础。指导规则能帮助管理者在不需要太多计算量的前提下做出有效的柔性投资决 鲢 柬。 第四章和第五章考虑了需求特征对制造系统和供应链过程柔性的影响。其 中，第四章研究了需求特征对制造系统过程柔性的影响，并提出考虑需求特征( 包 括需求变异性和需求之间的相关性) 的过程柔性测度方法。基于提出的过程柔性 测度，本章还提出了通过增加一条链来改善一般制造系统的过程柔性的指导规 则。 第五章研究了考虑需求特征的供应链过程柔性测度问题。针对现有的过程柔 性测度方法，本章指出了其中由于没有考虑需求特征而导致的问题，并提出了一 个新的供应链过程柔性测度。该供应链过程柔性测度值与供应链所处的需求分布 有关。 第六章总结本文的工作，归纳本文的主要创新点，指出目前本文研究的局限， 并根据已取得的研究结果对未来进一步研究的问题进行思考。 本文工作的主要创新点如下： ( 1 ) 提出了考虑环境要求时改善制造系统柔性的一系列指导规则。这些指 导规则能够使得管理者不需要通过复杂的计算就能找出改善柔性的满意途径，做 出有效的柔性投资决策。 ( 2 ) 将制造系统自身的固有属性和产品结构特征结合，提出了一种既能反 映系统内部结构特征又能反映产品结构约束影响的过程柔性测度方法。该方法将 考虑产品结构约束的过程柔性分为两个层次( 装配线层次和系统层次) 分别测度。 ( 3 ) 同时考虑系统能力转移的容易程度和发生能力转移的概率，分析需求 特征对系统过程柔性的影响，提出了考虑需求特征( 包括需求变异性和需求之间 i l 摘要 的相关性) 的过程柔性测度方法。 关键词：柔性制造系统过程柔性产品结构测度方法 改善规则 i i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed r a s t i cc o m p e t i t i o no fm a r k e t ，c u s t o m i z a t i o na n dv a r i e t yo fp r o d u c t sh a v e f o r c e dm o r e a n dm o r e c o m p a n i e st o s h i f tf r o mm a s sp r o d u c t i o no fh i g h l y s t a n d a r d i z e dp r o d u c t st ot h eb a t c hp r o d u c t i o no fc u s t o m i z e dp r o d u c t s i nt h i ss i t u a t i o n ， r i g i df a c i l i t yi su n a b l et or e t a i nh i g he f f i c i e n c yi np r o d u c t i o n t h er e q u i r e dh i g hr e t u m o fi n v e s t m e n tf o r c e st h ec a p a c i t yt ob eq u i c k l ys h i f t e df r o mp r o d u c i n go n ep r o d u c tt o a n o t h e rw i t h o u tm u c hs e t u pc o s t t or e s p o n dt ot h ef i e r c ec o m p e t i t i o na n dd r a s t i c a l l y c h a n g e dd e m a n d s ，c o m p a n i e sn e e de a g e r l yt of i n da ne f f e c t i v ew a yt oi m p r o v et h e i r f l e x i b i l i t y h o w e v e r , t h ef l e x i b i l i t yo fam a n u f a c t u r i n gs y s t e md e p e n d sn o to n l yo ni t so w n c a p a b i l i t ys t r u c t u r e ，b u ta l s oo nt h ee n v i r o n m e n tt h a ti ti si n t h ee x i s t i n gm e t h o d sf o r i m p r o v i n gf l e x i b i l i t yo f t e nd r o pi n t ot w og r o u p s m e t h o d si nt h ef i r s tg r o u pv i e w f l e x i b i l i t ya sa ni n t r i n s i ca t t r i b u t eo ft h es y s t e ma n di r r e l e v a n tt ot h ee n v i r o n m e n t s o t h e s em e t h o d sf o ri m p r o v i n gf l e x i b i l i t yh a v et h er i s ko fo m i t t i n gr e l e v a n c eb e c a u s e t h e yo m i te x t e r n a ld e m a n d m e t h o d si nt h es e c o n dg r o u pu s u a l l yp r e s e n te m p i r i c a l r e c o m m e n d a t i o n so nf l e x i b i l i t y i m p r o v e m e n tf o rs p e c i f i c i n d u s t r i a ls i t u a t i o n s w i t h o u tc o n s i d e r i n gs y s t e ms t r u c t u r e ，h o w e v e r , t h e s em e t h o d sa r ec a s e - s e n s i t i v ei n a d d i t i o nt ot h ed i s a d v a n t a g e so fi n t e n s i v ec o m p u t a t i o n t h i st h e s i ss y n t h e s i z e st h e c a p a b i l i t y s t r u c t u r eo fa m a n u f a c t u r i n gs y s t e m a n ds o m ee n v i r o n m e n t a l c h a r a c t e r i s t i c s ，a n di n v e s t i g a t e s t h e f l e x i b i l i t yi m p r o v e m e n t m e t h o d sf o r m a n u f a c t u r i n gs y s t e m sa n ds u p p l yc h a i n s t h em a i ne n v i r o n m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c s t h a ta r ec a p t u r e di nt h i st h e s i si n c l u d et w ot y p e s ：b i l lo fm a t e r i a l ( b o m ) c o n s t r a i n t s a n dd e m a n dc h a r a c t e r i s t i c s t h er e s e a r c hw h i c hs y n t h e s i z e st h ec a p a b i l i t ys t r u c t u r e a n de n v i r o n m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c so v e r c o m e st h ea b o v ed r a w b a c k s 。 t h em a i nt o p i c so ft h et h e s i sa r e a n a l y z i n gt h ei m p a c t so fe n v i r o n m e n t a l c h a r a c t e r i s t i c s ( i n c l u d i n gb o mc o n s t r a i n t sa n dd e m a n dc h a r a c t e r i s t i c s ) o np r o c e s s f l e x i b i l i t ym e a s u r e m e n ta n di m p r o v e m e n tf o rm a n u f a c t u r i n gs y s t e m sa n ds u p p l y v a b s t r a c t c h a i n s ，a n dd e v e l o p i n gm e t h o d sf o rm e a s u r i n ga n di m p r o v i n gp r o c e s sf l e x i b i l i t y c o n s i d e r i n ge n v i r o n m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c s t h eo r g a n i z a t i o no ft h et h e s i si sa sf o l l o w s ： i nt h ef i r s tc h a p t e r , t h el i t e r a t u r ea b o u tt h em e a s u r e m e n ta n di m p r o v e m e n to f f l e x i b i l i t yi nm a n u f a c t u r i n gs y s t e m sa n ds u p p l yc h a i n sa r er e v i e w e d t h ec o n t e n ta n d s i g n i f i c a n c eo ft h i st h e s i sa r ea d d r e s s e d c h a p t e r s2a n d3d e a lw i t ht h ei m p a c to f b o mc o n s t r a i n t so np r o c e s sf l e x i b i l i t yi n m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ，a n dp r o p o s e m e t h o d sf o rm e a s u r i n ga n di m p r o v i n gp r o c e s sf l e x i b i l i t yu n d e rb o mc o n s t r a i n t s i n c h a p t e r2 ，a ne f f e c t i v em e a s u r e m e n tm e t h o di sp r o p o s e df o rp r o c e s sf l e x i b i l i t yo f m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s f o rt h em a n u f a c t u r i n gs y s t e mt h a tc o n s i s t so fm u l t i p l e a s s e m b l yl i n e s ，p r o c e s sf l e x i b i l i t yu n d e rb o mc o n s t r a i n t si sd i f f e r e n t i a t e di n t ot w o h i e r a r c h i c a la n dh i g h l yi n t e r r e l a t e dl e v e l s ：t h ea s s e m b l yl i n el e v e la n dt h es y s t e m l e v e l b yi n t e r p r e t i n gp r o c e s sf l e x i b i l i t y a st h ea b i l i t yt os h i f tc a p a c i t ya m o n g d i f f e r e n tp a r t so rp r o d u c tt y p e si nf a c eo fe x t e r n a la n d o ri n t e r n a lc h a n g e s ，a p p r o a c h e s f o rm e a s u r i n gp r o c e s sf l e x i b i l i t yo nt h et w ol e v e l sa r ep r o p o s e d i nc h a p t e r3 ， s t r u c t u r a lp r o p e r t i e sa n dt h eg u i d e l i n e sf o ri m p r o v i n gp r o c e s sf l e x i b i l i t yo nt h et w o l e v e l sa r ei n v e s t i g a t e db a s e do nt h em e a s u r e m e n tm e t h o dd e v e l o p e di nc h a p t e r2 t h e p r o p o s e dg u i d e l i n e s c a nh e l pt h em a n a g e ro fam a n u f a c t u r i n gs y s t e mt om a k e e f f e c t i v ed e c i s i o n so n f l e x i b i l i t yi m p r o v e m e n tw i t h o u tm u c hc o m p u t a t i o ne f f o r t c h a p t e r s4a n d5c o n s i d e rt h ei m p a c t so fd e m a n dc h a r a c t e r i s t i c so np r o c e s sf l e x i b i l i t y o fm a n u f a c t u r i n gs y s t e m sa n ds u p p l yc h a i n s ，r e s p e c t i v e l y i nc h a p t e r4 ，t h ei m p a c t s o fd e m a n dc h a r a c t e r i s t i c so np r o c e s s f l e x i b i l i t y o fm a n u f a c t u r i n gs y s t e m sa r e a n a l y z e d ，a n daf l e x i b i l i t ym e a s u r e m e n tm e t h o dc o n s i d e r i n gd e m a n dv a r i a t i o n sa n d d e m a n dc o r r e l a t i o n si s d e v e l o p e d b a s e d o nt h e m e a s u r e m e n t ，g u i d e l i n e s f o r i m p r o v i n gf l e x i b i l i t yb ya d d i n g as i n g l el i n ka r ep r o p o s e d i nc h a p t e r5 ，t h e m e a s u r e m e n tm e t h o df o rp r o c e s sf l e x i b i l i t yo fs u p p l yc h a i n si nc e r t a i nd e m a n d d i s t r i b u t i o n si si n v e s t i g a t e d d r a w b a c k so fa ne x i s t i n gf l e x i b i l i t ym e a s u r ew i t h o u t c o n s i d e r i n gd e m a n dc h a r a c t e r i s t i c s a n ds y s t e ms t r u c t u r e sa r er e v e a l e d an e w f l e x i b i l i t ym e a s u r ef o rs u p p l yc h a i n si sd e v e l o p e dw h i c hi sr e l e v a n tt ot h ed e m a n d d i s t r i b u t i o nt h a ti ti si n c h a p t e r6c o n c l u d e st h et h e s i s ，a n dg i v e ss o m ed i r e c t i o n sf o r v i a b s t r a c t f u r t h e rr e s e a r c h i n n o v a t i o n sa n dc o n t r i b u t i o n so ft h i st h e s i sa r eb r i e f l ys u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) u n d e re n v i r o n m e n t a lr e q u i r e m e n t s ，g u i d e l i n e s f o r i m p r o v i n gp r o c e s s f l e x i b i l i t yo fm a n u f a c t u r i n gs y s t e m sa r ep r o p o s e d ，w h i c hh e l pt h em a n a g e r st om a k e e f f e c t i v ed e c i s i o n so nf l e x i b i l i t yi m p r o v e m e n tw i t h o u tm u c h c o m p u t a t i o n ( 2 ) b ys y n t h e s i z i n gt h ei n t r i n s i ca t t r i b u t e so ft h em a n u f a c t u r i n gs y s t e ma n dt h e b o ms t r u c t u r eo fp r o d u c t s ，an e wm e t h o df o rm e a s u r i n gp r o c e s sf l e x i b i l i t yi s p r o p o s e d ，w h i c hr e f l e c t sb o t ht h ei n t r i n s i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h es y s t e ma n dt h ei m p a c t o fp r o d u c t ss t r u c t u r e s t h em e t h o d ，f o rt h ef i r s tt i m e ，d i f f e r e n t i a t e sp r o c e s sf l e x i b i l i t y w i t hb o mc o n s t r a i n t si n t ot w oh i e r a r c h i c a la n dh i g h l yi n t e r r e l a t e dl e v e l s ：t h e a s s e m b l yl i n el e v e la n dt h es y s t e ml e v e l ( 3 ) b ya n a l y z i n gt h ei m p a c t so fd e m a n dc h a r a c t e r i s t i c so np r o c e s sf l e x i b i l i t yo f m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ，as y n t h e s i z i n gm e t h o dw h i c hc o n s i d e r ss i m u l t a n e o u s l yt h e a b i l i t yo fc a p a c i t ys h i f t i n ga n dt h ep r o b a b i l i t yo fr e q u i r i n gc a p a c i t ys h i f t i n ga m o n g p r o d u c t si sd e v e l o p e d b o t ht h ev a r i a t i o n so fa n dc o r r e l a t i o n sb e t w e e np r o d u e t s d e m a n d sa r ei n c o r p o r a t e di n t ot h em e a s u r e m e n tm e t h o d b a s e do nt h ep r o p o s e d m e a s u r e m e n t ，g u i d e l i n e sf o ri m p r o v i n gf l e x i b i l i t ya r ed e v e l o p e d ，w h i c hi m p r o v e f l e x i b i l i t ym o s tb ya d d i n gas i n g l el i n kt ot h eo r i g i n a ls y s t e m k e yw o r d s ：f l e x i b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，p r o c e s sf l e x i b i l i t y ，b i l lo fm a t e r i a l ， m e a s u r e m e n tm e t h o d ，i m p r o v i n gg u i d e l i n e s v i i 图序 x i i 图序 图2 1 简单制造系统示例1 8 图2 2 从产品类型纷l 到起3 的能力转移过程示例2 2 图3 1九条装配线的结构4 4 图4 1 两个制造系统示例5 6 图5 1 两阶段供应链示例7 5 图5 2 单阶段供应链示例7 6 图5 31 = 5 时供应链的吼值8 2 图5 4i = 1 0 时供应链的贸值8 2 表序 表序 表2 1三种产品类型的b o m 结构1 9 表2 2 三条装配线能生产各种产品的最大产量1 9 表2 3 三组典型的b o m 结构2 9 表2 4当需求服从正态分布时b p f 指数和改进的j & g 指数绩效比较31 表2 5当需求服从泊松分布时b p f 指数的绩效3 2 表3 1 三种产品类型的b o m 结构4 2 表3 2 每条装配线能够生产的每种产品类型的最大产量4 3 表3 3 类1 的绩效( w = 2 0 0 0 0 ，需求服从正态分布，c v c = o ) 4 5 表3 4 类2 的绩效( w = 2 1 3 3 3 ，需求服从正态分布，c v c = o ) 4 5 表3 5 类3 的绩效( = 2 2 6 6 7 ，需求服从正态分布，c v c = o ) 4 6 表3 6 类1 的绩效( w = 2 0 0 0 0 ，需求服从泊松分布) 4 6 表3 7 类2 的绩效( w = 2 1 3 3 3 ，需求服从泊松分布) 4 6 表3 8 类3 的绩效( w = 2 2 6 6 7 ，需求服从泊松分布) 4 7 一 表3 9y 的符号检验的频苹表4 8 表4 1四种产品需求之间的相关系数5 7 表4 2 相关系数矩阵p 1 6 2 表4 3相关系数矩阵p 2 6 2 表4 4 相关系数矩阵p 卜6 3 表4 5 相关系数矩阵p 4 6 3 表4 6 相关系数矩阵p 5 6 3 表4 7 相关系数矩阵p 6 6 3 表4 8 相关系数矩阵p 7 6 4 表4 9 相关系数矩阵p 8 6 4 表4 1 0 相关系数矩阵p 9 6 4 表4 11 相关系数矩阵p 1 0 6 4 表4 1 2 相关系数矩阵p 1 1 - 6 5 x i i l 表序 表4 1 3 相关系数矩阵p 1 2 。6 5 表4 1 4 无变异系数差异时s f 测度和d s f 测度的一致性比例6 6 表4 1 5 有变异系数差异时s f 测度和d s f 测度的一致性比例6 8 表4 1 6n = l = 3 时“最优”系统柔性不低于所有“可能”系统的比例6 9 表4 1 7n = l = 4 时“最优”系统柔性不低于所有“可能”系统的比例6 9 表4 1 8n = l = 5 时“最优”系统柔性不低于所有“可能”系统的比例7 0 表4 1 9n = l = 6 时“最优”系统柔性不低于所有“可能”系统的比例7 0 表5 1测度吼和g 的绩效比较7 9 中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作 所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任 何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学 校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：堑m 潲年叩月7 日 第一章绪论 第一章绪论 近年来，不断加剧的市场竞争、产品的多样化和顾客化给企业带来了巨大的 压力，迫使企业从传统的高度标准化产品的大规模生产逐渐向顾客化产品的小批 量生产转移。在这种形势下，柔性制造生产系统( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n g a s s e m b l y s y s t e m s ，f m s f a s ) 由于其在生产效率、生产质量和产品多样化等方面具有的竞 争优势而显得越来越重要。柔性制造系统是一种集机械、电子、自动化、计算机 等技术于一体的现代化制造技术，可以解决多产品小批量生产中效率低、周期长、 成本高、质量差等问题。 当前制造战略发展的总体趋势是，在管理组织上要求各种管理职能的一体 化；在计划与决策系统方面，强调多种层次的决策一体化；在战略目标方面，追 求制造系统的柔性与敏捷性( 华中生，2 0 0 0 ) 。企业为了应对不断d e ij i l j 的市场竞 争、多样化和顾客化的产品需求，急切地需要找到一种有效的途径来提高自身的 柔性。然而，制造系统的柔性不仅取决于系统本身的结构，还取决于其所处的环 境。柔性是系统相对于其所处环境的一种特征( c h r y s s o l o u r i s ，2 0 0 6 ) 。现有的 关于改善系统制造柔性的方法的研究主要集中于两类。一类是将柔性视为系统自 身的固有属性，与环境无关。这类研究得到的改善方法容易失去与现实的相关性。 第二类是将柔性视为系统相对于其所处环境的一种特征，通过系统面对环境不确 定性时的表现针对每个具体的例子提出改善措施。然而由于其没有考虑系统结 构，得不到具有普适意义的柔性改善方法。本文将系统结构和主要的环境要求结 合，研究制造系统和供应链的柔性改善问题。本文考虑的制造系统的环境要求是 指影响制造系统柔性的环境因素，具体包括两类：一类是产品结构( b i l lo f m a t e r i a l ，b o m ) 约束，一类是产品需求特征。产品结构从零部件的需求层次决 定了装配线的柔性配置需求，而产品需求特征从产品的需求层次决定了系统的柔 性配置需求。这两类环境要求体现了环境对系统柔性测度和改善的影响。将系统 结构和主要的环境要求结合能克服上述缺陷。 本章的目的在于说明本文的研究背景与意义，内容安排如下：1 1 节介绍柔 第一章绪论 性的定义、分类及作用；1 2 节介绍制造系统和供应链中的柔性测度和改善方法 问题研究现状；1 3 节说明在制造系统改善柔性时考虑环境要求的重要性；1 4 节介绍本文的研究对象；1 5 节介绍本文的研究问题；1 6 节说明本文工作的意义 并介绍本文的内容组织结构。 1 1柔性概述 从一般意义上讲，柔性是一个系统应对环境的不确定性的能力。具体地说， 柔性就是一个组织面对环境的不确定性时使得生产与市场需求匹配的能力 ( i r a v a n ie ta 1 ，2 0 0 5 ) 。 当前企业面临的竞争形势是，产品的生命周期更短、产品的多样性要求更高， 市场需求更难预测，交货周期要求更短。在此情势下，刚性的生产设备通常难以 再发挥出高效率。而柔性制造可以使多种产品的批量生产同样具有大规模生产的 效率。与大规模生产中的规模经济相对，批量生产中的效率用范围经济来反映( 黄 飞华和华中生，2 0 0 4 ；p a n z a ra n dw i l l i g ，1 9 8 1 ；g o l d h a ra n dj e l i n e k ，1 9 8 3 ；t a l a y s u m e ta 1 ，1 9 8 6 ；b a u m o le ta 1 ，1 9 7 7 ) 。在中等规模中等多样性的生产中，效率主要 是通过从一种产品的生产切换到另一种产品的生产过程中准备成本和准备时间 的大幅减少来实现的( s e t h ia n ds e t h i ，1 9 9 0 ) 。高的投资效率要求制造设备能够 快速的从一种产品转移到另一种产品的生产而无须大的设备重组，资源重组或设 备更换。这就要求企业找到一种增加柔性的合适的方法。 近半个世纪以来，对柔性的研究非常广泛。本文主要研究制造系统和供应链 中的柔性改善问题，因此本节只讨论与制造柔性相关的内容。 1 1 1 制造柔性的定义 关于制造柔性最早的定义可以上溯到1 9 6 7 年r o p o h l 定义制造柔性为系统元 素之间相互整合连接以使得生产设备可以适应不同生产任务的特性( r o p o h l ， 1 9 6 7 ) 。s e t h ia n ds e t h i ( 1 9 9 0 ) 定义制造柔性为系统可以重新组织制造资源来有 2 第一章绪论 效的以可接受的质量生产不同产品的能力。这个定义成为后来学术界对制造柔性 进行广泛研究的基础。 1 1 2 制造柔性的分类 近三十年中，有大量研究对制造系统中各种类型的柔性进行了定义。尽管如 此，到目前为止对于怎样定义柔性仍然没有一致的意见。这是由于柔性本身具有 多个维度：柔性可以看成是系统的一个物理性质，决策的一个属性，一个经济指 标，或者一个战略工具( s h e w c h u ka n dm o o d i e ，1 9 9 8 ) 。s e t h ia n ds e t h i ( 1 9 9 0 ) 把5 0 多种关于各种柔性的定义归为1 1 类，分别是：机器柔性( m a c h i n ef l e x i b i l i t y ) 、 物料搬运柔性( m a t e r i a lh a n d l i n gf l e x i b i l i t y ) 、操作柔性( o p e r a t i o nf l e x i b i l i t y ) 、 产量柔性( v o l u m ef l e x i b i l i t y ) 、零部件选路柔性( r o u t i n gf l e x i b i l i t y ) 、过程柔性 ( p r o c e s sf l e x i b i l i t y ) 、产品柔性( p r o d u c tf l e x i b i l i t y ) 、扩张柔性( e x p a n s i o n f l e x i b i l i t y ) 、程序柔性( p r o g r a mf l e x i b i l i t y ) 、生产柔性( p r o d u c t i o nf l e x i b i l i t y ) 和 市场柔性( m a r k e tf l e x i b i l i t y ) 。这1 1 类柔性又可分为三个层次：基本柔性。主 要包括机器柔性、物料搬运柔性以及操作柔性；系统柔性。主要包括产量柔性、 零部件选路柔性、过程柔性、产品柔性以及扩张柔性；集成柔性。主要包括程 序柔性、市场柔性以及生产柔性。关于这些柔性的定义及其相互关系，请参考相 关文献( 如s e t h ia n ds e t h i ，1 9 9 0 ；黄飞华，2 0 0 6 ) 。 s h e w c h u ka n dm o o d i e ( 1 9 9 8 ) 将制造柔性概念分解为六个属性，依次是：生 产需求细分层次( 1 e v e lo fm a n u f a c t u r i n gr e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n ) 、研究对象 ( m a n u f a c t u r i n gs y s t e ms p e c i f i c a t i o n ) 、制造环境( m a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t s p e c i f i c a t i o n ) 、柔性维度( f l e x i b i l i t yd i m e n s i o n ) 、柔性测度方法( f l e x i b i l i t y m e a s u r e m e n ta p p r o a c h ) 和时间框架( t i m ef r a m e ) 。根据该六属性框架，s h e w c h u k a n dm o o d i e 将逾7 0 种关于各种柔性的定义和测度进行分解、归类，比较了不同 研究者对于同一种柔性的不同定义之间的异同。该六属性框架为总结每种定义和 测度的重要方面以及背后的假设提供了一种机制，同时，还为发展新的柔性定义 和测度提供了向导。 在柔性的各种术语和定义( s e t h ia n ds e t h i ，1 9 9 0 ) 中，过程柔性引起了研究 第一章绪论 者和实践者的特别注意。这是因为当企业想要扩大生产规模和或范围时，如何 实现过程柔性以及需要投资多少生产资源得到足够的柔性是其制造战略的关键 问题。本文的主要研究内容围绕制造系统和供应链的过程柔性展开。 b r o w n ee ta 1 ( 1 9 8 4 ) 定义过程柔性如下：过程柔性是衡量机器或系统以多 种方式生产给定零部件类型集合的能力。s e t h ia n ds e t h i ( 1 9 9 0 ) 定义过程柔性为 一个制造系统不需要大调整而可以生产的零部件类型集合的大小。s e t h ia n ds e t h i 认为系统的过程柔性由机器的机器柔性、零部件的操作柔性和物料搬运柔性共同 决定。s a r k e re ta 1 ( 1 9 9 4 ) 定义过程柔性为系统不需要大调整而可以生产不同产 品类型的能力。j o r d a na n dg r a v e s ( 1 9 9 5 ) 定义过程柔性为系统在同一个工厂或 生产设备上同时生产不同种类产品的能力，指出过程柔性由产品指派决策决定， 即指派哪种产品在哪家工厂或哪条生产线上生产。b o y e ra n dl e o n g ( 1 9 9 6 ) 定义 过程柔性为制造型工厂生产多于一种产品的能力。i r a v a n ie ta 1 ( 2 0 0 5 ) 认为过程 柔性由系统结构决定，并定义结构柔性如下：结构柔性是系统重新分配生产以应 对需求或资源能力的变化的能力。本文采纳j o r d a na n dg r a v e s ( 1 9 9 5 ) 对过程柔 性的定义。过程柔性定义为一个系统或一条装配线同时生产不同产品类型的能 力。 1 1 3 制造柔性的作用 制造柔性用于缓冲由于环境的不确定性导致的变化对系统生产的影响。环境 变化包括内部变化和外部变化( g a r r e t t ，1 9 8 6 ) 。内部变化一般包括物料短缺， 旷工，机器故障等，外部变化一般包括产品需求量以及产品组合的变化等( h u a a n dh e ，2 0 0 8 a ) 。环境的不确定性可能来源于竞争者的行动，顾客偏好