聚类分析下的单元生产

1、聚类分析下的单元生产摘要 变化迅速而且无法准确预测，买卖关系的主导方也由卖方逐渐转移到了买方，市场的产品朝多样化发展，在面临激烈的市场竞争中，制造企业需要不断调整自己的生产方式适应未来的发展。我们经过调研决定在该企业推行精益生产方式，在精益生产流程再造的基础上实施车间单元生产。本文中主要对车间的机器设备加工零件利用SPSS 软件进行聚类分析，在科学分类的基础上划分各个单元。最终实现在企业推进单元生产。关键词 聚类分析，SPSS，单元生产1选题背景及意义随着经济的发展与科学技术的不断进步，消费者需求的不断提升和变化，生产的需求逐渐呈现出饱和状态。制造厂商面对的是一个变化迅速而且无法准确预测的市场

2、，买卖关系的主导方也由卖方逐渐转移到了买方，市场的产品朝多样化发展。用户对产品的质量、性能及个性化需求的提高，促使企业不得不改变其生产模式。在面临市场激励的竞争，某制造企业深感变革的需要，提出与重庆大学项目组合作，最终顺利实现企业的变革。根据企业出现的问题与产品的特点，缩短产品的生产周期成为关键，项目组决定在该企业推行精益生产方式，在精益生产流程再造的基础上实施车间单元生产。 笔者作为2011届重庆大学的本科毕业生有幸参与到这一项目中，主要负责生产车间的布局问题。在充分调研的基础上，首先根据近年来的产品及其生产工艺，将生产车间的机器设备分成不同的单元。然后根据分类的单元采用系统设施规划（SLP

3、）对各单元进行车间布局。由于涉及到公司的保密问题，文中的具体产品均用代号表示，但并没有影响数据分析的实际意义。 本次选题的主要意义在于，对于车间的机器设备加工零件利用SPSS 软件进行聚类分析，在科学分类的基础上划分各个单元。既避免了实际过程中的分类的盲目性，同时结合SPSS提高了分类的科学性。同时，针对实际生产中面临的问题，将SPSS应用于解决具体问题，将理论的学习成功地应用于实践。2相关理论基础2.1单元制造方式的生产组织与布置单元制造是指将机器分组，每组称为一个单元这样一种布置类型。组的划分是由一系列相似零件所需要的工艺决定的。相似零件又称为零件族，它们有着相似的工艺要求，这些单元实际上

4、成了产品专业化原则生产的缩影。在加工生产中，一组机器完成的是一组(族)相似零件所必需的工艺。单元制造的核心技术成组技术，将零件按相似工艺特征分组才能保证单元制造的高效率。它要求确定出相似设计特征或制造特征的零件并分成零件族。按成组生产方式组织生产流程，是多品种小批量生产组织生产流程的一种理想选择。其基本原理是，根据一定的标准将结构和工艺相似的零件组成一个零件组，确定出零件组的典型工艺流程。2.2聚类分析理论阐述聚类分析法是理想的多变量统计技术，主要有分层聚类法和迭代聚类法。 聚类分析也称群分析、点群分析，是研究分类的一种多元统计方法。通过研究产品工艺数据样本间存在的不同程度相似性（亲疏关系以样

5、品间距离衡量），并根据大量样本的观测指标，找出一些能够度量样品或指标之间相似程度的统计量。以这些统计量为划分类型的依据，把一些相似程度较大的样品（或指标）聚合为一类，把另外一些彼此之间相似程度较大的样品（或指标）又聚合为另一类，直到把所有的样品（或指标）聚合完毕，这就是分类的基本思想。3公司机械加工车间产品PQ分析根据公司提供的产品数据显示，机加车间产品品种繁多，2006年到2009年加工的产品品种约800种，产品间产量相差较大，数量从几件到几万件不等。根据80/20原则划分机加车间的产品，从产量上确定哪些产品是机加车间经常生产，订单数量比较多的。具体操作步骤如下：收集整理产品产量数据。根据机

6、加车间产品产量进行排序，并计算出各类产品产量占总产量的百分比。得到产品产量大于20000件的产品共有47种，累计占总产量的78.6%。绘制PQ分析表，并选取了产量前100的产品数据，见附表A1。 根据PQ分析表内的数据绘制巴雷特图。前100种产品整理绘制的巴雷特图，如图3-1所示。图3-1 产品巴雷特图4结合聚类分析对车间设备进行分组按工艺相似性原则，使用SPSS软件对机加产品进行聚类分析，划分出产品单元。根据已获得的数据，在47种产品中选出螺母、螺栓、螺钉等产品，并将每一类产品进行产品工艺矩阵处理、产品工艺0-1矩阵处理，然后采用SPSS进行聚类分析，得到聚类分析表，具体操作步骤如图4-1所

7、示。图4-1 产品工艺分析步骤使用SPSS软件分析得到的单元只对工艺因素进行了聚类，同时结合非工艺因素（如不同设备间定置的相互排斥、设备数量等），对聚类分析得到的各单元类进行调整，划分初步的产品制造单元。4.1代表产品的聚类分析根据PQ分析的结果，选择的具有工艺具有代表性的产品进行产品工艺矩阵分析。选择的产品大类包括螺栓、螺母、螺钉等。从螺母产品数据中共挑选出16个版本号的螺母产品，然后根据产品的加工工艺，将车、数车、磨、铣、滚丝、钳工、制标等连续在机加车间加工的产品工序进行分段，螺母类产品第一工序段工艺矩阵如附表A2。根据附表A2螺母类产品第一工序段工艺矩阵，将表格里面各工作中心组用1代替，

8、两个工序间无工序部分用0代替，得到螺母类产品第一工序段0-1矩阵，得到附表A3。 将附表A3中的0-1矩阵输入SPSS统计分析软件，运用SPSS分析软件的聚类分析模块进行聚类分析，分析结果如表4-1所示：表4-1 螺母第一工序段聚类分析结果编号品名3 类2 类1A112B223C114D115E116F117G118H319I1110J1111K3112L3113M1114N1115O1116P11根据表4-1中对螺母第一工序段聚类分析结果，划分为两个单元，如表4-2：表4-2 螺母第一段工序划分的单元单元1普车-1普车-2数车-1数车-2单元2普车-1普车-2普铣-1同理，对螺母第二工序段聚

9、类分析结果及产品工艺的特点，将划分的两个小单元进行合并得到单元3。根据螺栓产品数据，将有工艺有工时的产品挑选出来，共有63个版本号的螺母产品，然后根据产品的加工工艺，将车、数车、磨、铣、滚丝、钳工、制标等连续在机加车间加工的产品工序进行分段。对螺栓第一工序段聚类分析结果及产品工艺的特点，按两类进行聚类，并将两类单元进行合并得到单元4，螺栓第二工序段聚类分析划分单元5和单元6，螺栓第三工序聚类得到单元7。由提供的螺钉产品数据，将有工艺有工时的产品挑选出来，共有15个版本号的螺钉产品，对螺钉第一工序段聚类分析结果及产品工艺的特点，划分单元8，对螺钉第二工序划分单元9，第三、四工序段分别得到单元10

10、和单元11。表4-3 单元机器的分组情况单元工作中心组工作中心组工作中心组工作中心组单元1普车-1普车-2数车-1数车-2单元2普车-1普车-2普铣-1单元3普车-2普车-3数车-1数车-2单元4普车-1无心磨-1单元5普车-1普车-2数车-1无心磨-1单元6普车-2普车-3数车-1无心磨-1单元7无心磨-1普车-3无心磨-2单元8数车-1普铣-1无心磨-1单元9普车-1普车-2普车-3数车-1单元10普车-1无心磨-1无心磨-2数车-1单元11普车-4无心磨-14.2产品总体单元划分和设备数量的配置产品总体单元划分根据4.1小节中各个产品工序段的单元划分结果，以及单元内工艺相似性，结合车间工

11、作中心组设备数量，将机加车间的设备划分为如下表8个单元：表4-4 专用单元的划分单元工作中心组工作中心组工作中心组工作中心组单元1普车-2普车-3数车-1单元2普车-1普车-2数车-1数车-2单元3普车-1数车-1单元4普车-2数车-1单元5普车-4公用单元6普车-1公用单元7无心磨-1无心磨-2公用单元8滚丝-1由于滚丝、钻床、去毛刺等工序的效率较高，因此决定将其配备在专用单元之中。单元内设备数量的配置根据前期的调研情况，机加车间工作中心组的状况如表4-5：表4-5 机加车间设备数量统计表工作中心组设备数量普车-112普车-27普车-33普车-42普铣-13数车-121数车-24数铣-11无

12、心磨-17无心磨-25滚丝-111根据表4-5中的工作中心组的数量，结合表4-4中单元的划分以及各个工序的加工时间范围，初步确定机加车间单元的数量和设备的数量如表4-6，通过SPSS将产品的工艺加工分组，最终实现了将加工设备单元化，使得单元生产能够较好地推行。表4-6 产品工艺单元分类单元与设备数工作中心组工作中心组工作中心组工作中心组单元数量单元1普车-2普车-3数车-12单元内设备数量112单元2普车-1普车-2数车-1数车-23单元内设备数量2122单元3普车-1数车-13单元内设备数量12单元401普车-201数车-11单元内设备数量23公用单元5普车-42单元内设备数量1公用单元6普

13、车-12单元内设备数量1公用单元7无心磨-1无心磨-21单元内设备数量75公用单元8滚丝-111单元内设备数量1附录：数据表1 产品产量统计编号产量产量百分比产量累计百分比169860812.92%12.92%23963227.33%20.25%31974483.65%23.90%41922523.56%27.46%51862763.45%30.90%61518292.81%33.71%71333422.47%36.18%81204392.23%38.41%91183892.19%40.60%101073721.99%42.58%111002051.85%44.44%12920071.70%4

14、6.14%13888821.64%47.78%14885071.64%49.42%15804641.49%50.91%16778051.44%52.35%17738091.37%53.71%18697241.29%55.00%19685991.27%56.27%20683041.26%57.53%21649681.20%58.73%22638271.18%59.91%23628631.16%61.08%24622911.15%62.23%25601101.11%63.34%26579441.07%64.41%27573361.06%65.47%28528730.98%66.45%2952573

15、0.97%67.42%30507600.94%68.36%31506630.94%69.30%32427770.79%70.09%33417170.77%70.86%34385010.71%71.57%35370500.69%72.26%36358450.66%72.92%37356950.66%73.58%38350250.65%74.23%39349450.65%74.88%40306170.57%75.44%41303960.56%76.01%42271920.50%76.51%43264750.49%77.00%44222460.41%77.41%45215150.40%77.81%4

16、6204010.38%78.19%47201720.37%78.56%48196200.36%78.92%49190110.35%79.27%50188570.35%79.62%51187470.35%79.97%52186880.35%80.31%53185580.34%80.66%54173070.32%80.98%55158540.29%81.27%56155660.29%81.56%57155470.29%81.85%58153950.28%82.13%59147790.27%82.40%60131410.24%82.65%61130720.24%82.89%62129730.24%8

17、3.13%63128200.24%83.37%64126400.23%83.60%65125600.23%83.83%66121590.22%84.06%67118960.22%84.28%68118130.22%84.50%69116310.22%84.71%70115670.21%84.92%71110960.21%85.13%72110950.21%85.33%73108550.20%85.54%74105950.20%85.73%75101950.19%85.92%7698940.18%86.10%7793570.17%86.28%7892200.17%86.45%7990510.17

18、%86.61%8086020.16%86.77%8184230.16%86.93%8283340.15%87.08%8379540.15%87.23%8475620.14%87.37%8575610.14%87.51%8674900.14%87.65%8774780.14%87.79%8874750.14%87.93%8974050.14%88.06%9073100.14%88.20%9172500.13%88.33%9271960.13%88.46%9368200.13%88.59%9465130.12%88.71%9564690.12%88.83%9664520.12%88.95%9764410.12%89.07%9863400.12%89.19%9961800.11%89.30%10061640.11%89.41%表2 螺母类产品第一工序段工艺矩阵编号普车1普车2普车301普车-401数车-101数车-201无心磨-101无心磨-201普铣-101数铣-102钳工-102钳工-205滚丝-102钳工-102钳工-202制标-1101普车