单元化生产方式下生产任务分配决策研究

1、 、.。:、。曩一。一。磐。季一。瓤薯,.曩,。冀,。,叠莹位论;创作载发袭该论丈涉及的研究、。、。如懑使用权包括:学校阕或借润:学位论文全%一 薯于。童二一再一请表警本授权;:导瘴誊翁薯若参枣薯譬薯参,:簿§毒÷黪誊萋善一耋二一?。÷÷基童。¨攀簿;譬茗参.。,砖。棼攀譬,誊蠹秘二一毫晕,势。、。蠢蠢。囊薯。毒.器誊霉。鼻誊、毒:一:一摘要、论文题目:单元化生产方式下生产任务分配决策研究学科名称:管理科学与工程研究生:陈卫国签名指导教师:刘晨光教授摘要在经济全球化和信息革命的影响下,市场需求变得多样化甚至是个性化,要求在短时间内快速响应市场需

2、求,而传统的生产方式无法应对这种由买方决定的市场环境,于是制造企业出于对生存或逐利的考虑开始研究和尝试新的生产方式,在生产方式创新中,单元化生产方式是取得典型的成果之一。单元化生产方式是由转化而来的,以在欧美等工业发达国家的应用最为普遍,它是随需而变的一种生产方式,在一定程度上融合了单件生产方式的高柔性和大量生产方式的高效率,较好地适应了多品种、小批量、短交期、准时制的市场需求。学术界对于单元化生产方式的研究已经有很长的历史,并且取得了丰富的研究成果,但多是关于单元构建方面的研究,而对生产计划与控制方面的研究重视度不够,尤其是对生产任务分配问题的研究非常有限。因此,本文研究内容是单元化生产方式

3、下生产任务分配决策研究,其含义就是把产品订单分配到生产单元内,确定每个生产单元分配的产品种类和产品数量。通过对国外大量文献研究总结以及基于生产单元属性将生产任务分配问题分类,分别面向多属性完结生产单元、工序人员耦合型完结生产单元、设备主导型非完结生产单元的生产任务分配问题进行决策研究,通过对每种类型单元进行问题分析和建立数学模型,在目标函数优化的情况下得出生产任务分配的决策结果,同时给出了模型算法设计和算例,验证了模型的适用性。本论文对单元化生产方式下生产任务分配决策问题分析与建模的研究,在一定程度上拓展和深化了单元化生产方式下对生产计划编制方面的研究,同时也为企业在实施单元化生产方式中的生产

4、任务分配决策问题提供理论与方法支持,丰富了这一领域的研究。关键字:单元化生产方式;生产单元;生产任务分配;决策分析论文类型:应用基础研究基金项目:国家自然科学基金项目编号:西安理工大学硕士学位论文:.,。., . .,.,., . 。, ,:, .;.,:. ;,.,? ,?, .,. .,:; :目录目 录绪论?.研究背景.研究目的及意义.研究内容.研究思路与基本框架理论基础与文献综述?.生产方式的演变.生产方式的演变历程.单件生产方式.大量生产方式.单元化生产方式?.单元化生产方式基本理论?.单元化生产方式概述.单元化生产方式的优劣势及形成机理.单元化生产方式的研究内容?.单元化生产方式的

5、研究现状?.单元化生产方式下生产任务分配问题及研究进展?.单元化生产方式下生产任务分配问题定义?.基于生产单元属性的生产任务分配问题分类.单元化生产方式下生产任务分配问题研究进展?.面向多属性完结生产单元的生产任务分配决策研究?.问题描述.数学建模.符号说明.费用分析.模型构建.算法设计.算法思想.算法步骤.算法流程图?.算例面向工序人员耦合型完结生产单元的生产任务分配决策研究?.问题描述.数学建模.符号说明一西安理工大学硕士学位论文.最优人员分配方案模型构建?.最优产品分配方案模型构建?.算法设计?.一.算法思想.算法步骤. .算法流程图?:?.算例面向设备主导型非完结生产单元的生产任务分配

6、决策研究?.问题描述.数学建模.符号说明.费用分析.模型构建.算法设计.?.算法思想.算法步骤?。 .算法流程图?.算例.?一结论与展望?.研究结论?.?.研究展望.致谢?.,?.?.?一.参考文献.绪论绪论.研究背景随着经济的全球化和科学技术的发展,市场环境越来越表现为以顾客主导、变化迅速、竞争激烈的特征,制造企业为了在激烈的竞争中得以生存或谋求自身利益更大化,只好主动放弃了以产品为中心的传统生产理念,转而采用以顾客为主导的全新生产理念。而以产品个性化、低价格、快速响应市场能力为本质特征的客户化大生产与市场需求相吻合,因此成为世纪制造业的主流生产理念。客户化大生产是企业参与激烈竞争的新方式和

7、新手段,是关于企业在竞争激烈的市场环境中如何获得生存与发展的一种新的思维模式,它强调企业的生产运营要把有效集成人、组织、技术等生产资源作为获取核心竞争力的基本组织原则,把有效实施“大规模、“大范畴”、“大联合”等作为管理运作基础,把实现生产的有效性和经济性的协调统一作为基本目标,把生产的产品具有高度个性化、能够快速响应市场的需求变化以及具有较低甚至为零的转换成本作为获取核心竞争力的主要手段。产品个性化,是指产品能够最好地满足顾客对产品的个性化需求,是按照顾客不同需求的“量身定制,是“顾客主导”生产理念的深层次体现。快速响应市场需求,是指当顾客的需求发生变化以后,企业能够以最快的速度设计、生产、

8、交付给顾客所需要的产品,不会因为产品的批量小、个性化而导致生产周期的延长,也就是说能够实现生产的高度柔性化。较低甚至为零的转换成本,是指企业在实现了产品的个性化和生产的高度柔性化的同时,并没有导致产品生产成本的增加,从而使得产品成本与大量生产方式下所生产的产品成本相差无几,在成本上与竞争对手相比也不处于劣势,即产品具有可以被顾客理解的、愿意接受的价格。客户化大生产下产品所具有的个性化、快速响应市场需求变化、生产成本低等特征,正好顺应了当今市场环境对产品的需求,这也使得客户化大生产自然而然的成为了世纪制造业的主流生产理念。近年来,客户化大生产一直是企业界和学术界共同研究探讨的热点问题之一,在企业

9、应用方面,很多企业正力图把这一生产理念贯穿到实际生产过程中,如计算机制造领域公司、汽车制造领域公司、制衣领域的公司,并取得了较好效果,获得了巨大竞争优势。在学术研究方面,时至今日这方面的研究已经取得了丰富的成果。但传统的生产方式,如单件生产方式和大量生产方式已经不能满足这种生产理念的需要。有学者曾经提出一种观点世纪是大量生产、大量消费的时代,世纪则是少量生产、多样化消费的时代。为了适应市场对多品种、小批量、快速交货的动态需求以及对生产的高柔性要求,制造企业开始研究和尝试采用新的生产方式。同时,越来越多的专家学者也参与了理论与方法研究,陆续提出了准时制生产 ,、柔性制造系统,、精益生产,单元化生

10、产,和敏捷制造,等新的生产西安理工大学硕士学位论文方式。其中单元化生产方式在这种生产环境下很受制造企业的欢迎和青睐,通过对大量资料调查研究表明单元化生产方式在世界各国的许多制造工厂中已经逐步得到采用和推广,越来越多的企业即将采用或准备采用单元化生产方式,这种生产方式能够很好,的实现客户化大生产这一生产理念。国际工程协会曾经预言,未来将会有%的企业会采用单元化生产,单元化生产方式将成为制造业的主流生产方式之一。“”这一单词的中文翻译是细胞,但是在制造企业中它可以译成“单元”的意思,顾名思义,单元化生产方式就是把生产系统分成许多具有独立生产计划和控制的生产单元以此能迅速适应市场订单品种和数量高低起

11、伏的变化,适合多品种、小批量、短交期的市场需求。单元化生产方式在降低在制品库存水平、缩短产品生产周期等方面具有非常明显的改善效果,众多实施单元化生产方式的企业在改善前后的需方采购周期相差几倍。同时,单元化生产方式在降低生产成本、减少费用、保证产品质量、提高生产率等方面也有相当可观的收益,单元化生产方式不仅提高了经济效益,还改善了社会效益和环境效益。“多能工”、“同步化”、“少人化”等不仅增强了员工的自主性,还使员工的工作更富于挑战性和成就感,大大提高了工作乐趣,减少了工作的单调性,改善了工人福利待遇,因此,单元化生产方式具备一定的社会改良功能。单元化生产方式是按需组织生产的,减少了在制品库存、

12、搬运等不必要的浪费,降低了物料的耗损,单元化生产方式所采用的机器设备是一些轻便、简单的通用设备,对能源的损耗比较小,大大降低了二氧化碳的排放量,有学者称之为“绿色生产”,这也产生了一定的环境效益。所以单元化生产方式在日本被誉为双广经济、环保生产方式。单元化生产方式的研究已经有较长历史,国际上在这方面的研究成果也十分丰富,多是集中于对四个方面问题的研究,第一,生产单元的构建;第二,生产单元的布局;第三,生产计划与控制系统编制;第四,生产调度与控制。其中关于单元化生产方式下生产计划与控制系统编制的研究论文可见多篇。到目前为止,国际上关于单元化生产方式下生产任务分配决策研究的文章不是很多,所以急需国

13、际学术界的深入研究。当企业从传统的生产方式转型而采用单元化生产方式时,生产系统不仅通过单元构建把产品、设备分组而改进了工艺流程,还因为把生产单元视为一个独立的生产计划单位而简化了生产计划与控制的问题。一旦生产单元建立以后,接下来最重要的活动就是制定一保证生产系统的良好运行,实个生产计划来 现单元化生产方式的优势们。生产计划系统的编制可以分为战略层次计划、战术层次计划和作业层次计划。战略层次计划通常需要对市场环境有宏观的了解,并能洞察市场未来发展的方向,它的对象是对产品群的选定并由企业的高层管理者制定,主要工作是对零件族或产品族的划分、生产单元的构建以及机器设备的分组;战术层次计划是将战略层次计

14、划规定的目标和任务变成可执行的计划,它的主要工作是把产品订单分配到已经建立的生产单元中,以便满足特定目绪论标的最优分配,这个过程被称为生产任务分配决策活动;作业层次计划比较具体,其周期也比较短,需要对企业资源和生产能力进行平衡分析,它的对象主要是零件类别,包括产品批量大小、产品在一台机器或生产单元内的开始加工时间和结束时间等等。本论文的研究内容是单元化生产方式下的生产任务分配决策问题分析与建模。.研究目的及意义单元化生产方式作为有效实现客户化大生产生产理念的方式之一,学术界和企业界已经对单元化生产方式进行了深入研究,在这方面已取得丰富的研究成果,但多是集中于单元构建方面的研究,而对生产计划与控

15、制系统编制方面的研究不是很多,尤其是在生产任务分配方面的研究的少之甚少。本论文针对单元化生产方式下生产任务分配问题进行了研究,基于生产单元属性将单元化生产方式下的生产任务分配问题进行分类,分别为面向多属性完结生产单元、面向工序人员耦合型完结生产单元、面向设备主导型非完结生产单元的生产任务分配,我们对每一种生产单元类型的生产任务分配问题进行了研究。研究目的在于通过对不同类型生产单元的生产任务分配问题进行研究,在充分考虑了实际生产环境下诸多生产因素对产品订单分配到已经建立的生产单元内的影响,力求生产任务分配决策最优化,使生产计划的编制更加合理,丰富这一领域的研究成果。本论文对单元化生产方式下生产任

16、务分配决策研究,在一定程度上拓展和深化了单元化生产方式下对生产计划与控制方面的研究,同时也为企业在实施单元化生产方式中的生产任务分配问题提供理论与方法支持。因此,本论文的研究在理论上和现实中都有很重要的意义。.研究内容第一章主要介绍了研究背景、研究目的及意义、研究内容、研究思路与基本框架。第二章是理论基础与文献综述,首先是介绍了生产方式的演变历程,其中对三个具有里程碑式意义的生产方式进行了简单论述。其次,对单元化生产方式进行了详细论述,分别从单元化生产方式的定义、优劣势及形成机理分析、研究内容和研究现状方面作了介绍,最后,定义了单元化生产方式下生产任务分配问题,基于生产单元属性将生产任务分配问

17、题分类以及总结面向不同类型生产单元的生产任务分配问题研究进展。第三章是面向多属性完结生产单元的生产任务分配决策研究,通过对问题进行描述、建立数学模型、开发算法设计和举例来验证模型和算法的适用性。第四章是面向工序人员耦合型完结生产单元的生产任务分决策研究,通过对问题进行描述、建立数学模型、开发算法设计和举例来验证模型和算法的适用性。第五章是面向设备主导型非完结生产单元的生产任务分配决策研究,通过对问题进行描述、建立数学模型、开发算法设计和举例来验证模型和算法的适用性。第六章是总结与展望,总结本文的研究内容和结论,展望未来在哪些方面有待进一步西安理工大学硕士学位论文深入研究。.研究思路与基本框架本

18、论文的研究思路:通过论述单元化生产方式的相关理论和定义,总结单元化生产方式下生产任务分配问题的研究进展,基于生产单元属性将单元化生产方式下生产任务分配问题进行分类,分别为面向多属性完结生产单元、面向工序人员耦合型完结生产单元、面向设备主导型非完结生产单元的生产任务分配。通过对面向不同类型生产单元的生产任务分配决策研究,对问题描述、建立数学模型、开发算法设计和算例来验证模型的适用性。本论文的研究基本框架如图.所示。第一章绪论理论基础与文献综述第二苹、, 上单元化生产方式下生产任单元化生产方式基本理论生产方式的演变务分配问题及研究进展,土土面向工序人员耦合型完结生产单 面向设备主导型非完结生产单元

19、的生产任务分配决策研究 元的生产任务分配决策研究面皇耋霍萎冀茎羹薹姜霎的第三章 第四章 第五章第六章结论与展望图.研究框架图 理论基础与文献综述理论基础与文献综述.生产方式的演变.生产方式的演变历程制造工具是人类区别于其它动物的特有本领,制造的历史与人类进化的历史一样悠久,但作为工业生产领域的制造活动,却是人类社会历史上第三次社会大分工的产物,因此,制造是继狩猎、农业之后出现的人类征服自然、改造世界的又一项伟大生产活动。生产方式是生产系统内部结构和运作机制的总称,它会因制造企业的意愿和观点的不同而有多种安排,即价值取向影响人们对生产方式的选择。价值取向受到制造的客观条件、人的认知能力和环境变化

20、等的综合影响。制造生产的发展史说明:价值取向是沿着“技术一产品一市场一顾客这样一条轨迹发展的。在制造业的初期,制造技能是制约制造过程中最为关键的要素,因而这时的生产方式为面向制造技能的单件生产方式,产品都是在手工艺下生产出来的。手工艺生产是指技术高的工人利用简单富有柔性的工具,生产出少量的定制品这样一种生产系统,形成了最原始的生产。这种生产方式按照顾客的定制要求生产产品,柔性高,生产效率低,成本高。当制造企业的价值取向转变为以产品为中心 和亚当?斯密的劳动分工理论以及弗雷德里克?温斯洛?泰勒的计件工资制为基础的科学管理方法的发展,亨利?福特先生依据学习曲线、劳动分工及标准互换性理论,创造性地建

21、立了专用流水线来大量生产廉价型汽车,这种川流不息的传送带,把整个工厂联系在一起,标志着大量生产方式的诞生。这种生产方式是工人使用专业化设备生产出大量标准化产品、适应于平稳市场环境的刚性生产方式。随着经济的全球化和科学技术的发展,市场环境越来越表现为以顾客主导、变化迅速、竞争激烈的特征,为了适应市场对多品种、小批量、快速交货的动态需求以及对生产的高柔性要求,制造企业开始研究和尝试采用新的生产方式。在生产方式创新中,陆续提出了准时制生产、柔性制造系统、精益生产、单元化生产和敏捷制造等新的生产方式。其中单元化生产方式是生产方式发展史上又一里程碑,它在一定程度上融合了单件生产方式的高柔性与大量生产方式

22、的高效率,既减少了单件生产方式的高成本又避免了大量生产方式的过度刚性。较好地适应了多品种、小批量、短交期、准时制的市场需求形态。综上所述,在生产方式演变过程中,单件生产方式、大量生产方式和单元化生产方式演化过程。?塑型妻燮产口口口批里产品品种图基于产品批量和产品品种的生产方式演化过程. 。啪锄撕.单件生产方式脾一竺譬竺:孳欧蓑竺譬较为普遍的一种生产系统。通常,它是为实现生产系统最大灵活生产的磊二磊茹箸某篓竺三苎篓设兰,能够实现多品种、小批量产品的生产。竺竺三莩竺吾兰挲凳二需且每一个工艺的加工时间也有明显的差异。由干诗祜肛.:菜磊兰薹掌星三曩曼竺尘挚苎兰兰,.因此需要使用大量的通用设备来完成多种

23、工艺加工,葚蕃著“按工薏篓竺要兰如车床布置在个区间,钻床布置在另个区间等等葛一三磊篙一生产的示意图。的布局也可以称之为功能性布局。图单件生产示意图理论基础与文献综述在生产中%的时间都消耗在了与生产无关的活动上,大部分时间处于排队等待之中,同时,剩余%的时间用于准备和生产加工。当一个零部件在一个区间加工完成后,通常情况下,当开始下一阶段的加工,这个零部件必须移动一段相对较长的距离。为了完成所有工序的加工过程,零部件不得不穿越整个工厂,正如图.所示。因此,为了生产更加经济,零部件被批量的运输。这样每一批中的零件都需要等待剩余零件加工完成后才能运输到下一道工序,这种组织形式导致了下一道工序的设备停歇

24、等待,造成产品生产周期长、设备利用率低、在制品库存水平高、生产成本高、生产效率低。单件生产方式是具有高超技术的工人使用简单且富于柔性的设备生产出少量定制产品、适应需求多变环境的柔性生产方式。这种组织形式很好的实现了单件生产方式。世纪年代开始的产业革命,大大加速了这一生产方式的变革。但单件生产方式以其产品的创新性与独特性在当今市场中仍占有一席之地,在这一生产方式下,生产的产品具有以下几个鲜明的特征:第一,产品种类多、个性化。采用单件生产方式的制造企业是按照顾客的订单组织生产,每种类型的产品只生产一件或少数几件,生产的产品必须符合顾客的定制要求,具有突出产品个性化的特征。第二,生产柔性高、适应性强

25、。在单件生产方式下,工人在加工制造方面有着广泛的知识和高超的技能,他们大多采用手工操作,有时也使用一些简单的、小型的通用设备,对顾客提出的产品要求能快速响应。第三,生产效率低,质量不能保证。在单件生产方式下,采用的加工设备和工艺装备都是通用的,自动化程度低,生产效率低。有的产品生产一次后便不再重复生产,故没有制定标准的必要,有的产品虽有重复生产,或间隔期较长,或不定期,生产的稳定性差,专业化程度低,质量不能保证。第四,生产成本高、价格昂贵。单件生产方式下,产品的生产无法实现规模经济,致使生产成本增加,价格提高。第五,生产周期长。单件生产方式下,由于产品种类多、个性化、生产过程没有标准化,每次生

26、产都要重新设计,产品设计和工艺准备工作时间较长。.大量生产方式与相比,流水线生产属于对象专业化设计,大批量生产以达到高效率和低成本。流水线生产是按照产品的工艺流程顺序而安排,这时需要大量的专用设备以达到高生产率,而专用设备的成本通常都比较高,可以通过大批量的生产来平衡投资成本。同时流水线生产由于具有很强的刚性,不能或很难做出频繁的、低成本的调整来适应多品种小批量生产。因此流水线生产的一个主要弊端就是缺乏柔性。图.展示了流水线生产示意图。西安理工大学硕士学位论文图流水线生产示意图大量生产方式是指由工人使用专业化设备生产出大量标准化产品、适应于平稳市场环境的刚性生产方式。流水线生产是有效实现大量生

27、产方式的一种生产组织形式,大量生产方式于世纪年代开始在美国传播,第二次世界大战后成为美国乃至世界制造业的主导方式,从年代到年代,这一生产方式被日本推向了极端。大量生产方式在当今制造业中仍是应用十分普遍的一种组织管理模式,在这一生产方式下,生产具有以下几个突出特点:第一,产品种类单一。在大量生产方式下,企业采取“单一产品原则”从事生产,利用稳定单一的产品满足市场需求。第二,生产柔性低。在大量生产方式下,整个生产线被分割成若干个工序,各工序由于设备、场地、工艺加工要求的限制,增减产能时必须整条生产线同步增减,这样完成产能增减速度远远跟不上订单品种与数量高低起伏变化的速度,生产系统过于刚性。第三,生

28、产效率高。在大量生产方式下,产品高度标准化,操作高度专业化,工人工作熟练,再加上严格的生产节拍控制,保持了生产的高效率。第四,生产周期短。大量生产方式在“科学管理理论的支撑下,运用标准化、简单化和专业化等原则,加速了产品设计和制造过程,从而使产品的生产周期大大缩短。第五,生产成本低。大量生产方式在规模经济性的效应下,单位产品平均成本大幅降低,从而能够以较低的价格参与市场竞争。.单元化生产方式正如上文所指出的那样,单件生产方式和大量生产方式不能满足日益多变的市场需求。因此,一种很有前景、非传统的生产方式?单元化生产方式?应运而生。单元化理论基础与文献综述生产方式是一种随需而变的生产方式,它在一定

29、程度上融合了单件生产方式的柔性和大量生产方式的效率,能迅速适应市场订单品种和数量高低起伏的变化,适合多品种小批量短交期的市场需求。作为一个新兴的生产方式,近年来,单元化生产方式已经受到企业界和学术界越来越多的关注。我们将在.节对单元化生产方式做详细介绍。.单元化生产方式基本理论.单元化生产方式概述单元化生产方式是在世纪后期才逐渐被制造企业采用的,是由转化而来,应用于生产管理之的。“单元”这一词的应用,是在成组技术后发展进步的结果,是成组技术理论的一个成功应用。它不再像单件生产时代一样对每个产品都区分对待,而是根据零件和产品的特征、工艺过程和加工方法的相似性,把具有相似性的零件或产品归为一个零件

30、族或产品族,加工设备也要按其加工的产品进行分组,其目的是在产品品种多样化趋势日益明显的环境中提升整个生产系统的效率。下面分别介绍一下单元化生产方式的理论基础、本质和基本特征。成组技术成组技术是将具有某些相似性而又杂乱的多种事物或信息,按照一定的分类基准进行有规律的安排,从而把符合特定目的、满足特定条件的事物或信息分类成组处理的一种高效率的生产技术和管理技术。成组技术的思想是上世纪开始产生的,直到年代由前苏联学者米特洛万诺夫进行系统的研究,首先提出成组技术原理,并在苏联推广应用。后来传成组技术进行深入了研究,制定出一套完整的工作程序和零件分类编码系统,使这种生产技术更趋完善并便于推广应用。成组技

31、术的应用适合多品种、小批量生产的组织管理,基本原则是根据零件的结构形状特点、工艺过程和加工方法的相似性,打破多品种界限,对所有产品零件进行系统的分组,将类似的零件合并、汇集成一组,再针对不同零件的特点组织相应的机床形成不同的生产单元,对其进行加工,经过这样的重新组合可以使不同零件在同一机床上用同一个夹具和同一组刀具,稍加调整就能加工,从而变小批量生产为大批量生产,提高生产效率。单元化生产方式的本质随着市场的变化,单件生产方式和大量生产方式已不在适应当前的市场竞争环境,其前所述的各自的缺点已经在激烈的竞争中暴露出来,为了使企业在竞争中生存,必须产生一种新的生产方式来适应多变的市场、产品品种的多样

32、化、交货期的缩短及优质的产品质量,由此产生了单元化生产方式。单元化生产方式是成组技术的成功应用,是根据零件的结构形状特点、工艺过程和西安理工大学硕士学位论文加工方法的相似性把零件分成零件族,再针对不同零件族的特点组织相应的机床形成不同的生产单元。每个生产单元由多个功能不同的机器组成,这些机器被放置的十分接近,并且只用于一个零部件族的生产。图单?化生产不葸图单元化生产方式是把复杂的机器设备分成几个设备组,每一个组专门用于一个零件族的加工。因此,在理想情况下,每一个零部件类型在一个单元里生产。于是,原材料的流在调查中所报告的动得到了简化,计划的制定更加简单。正女生产被转化成了图.中所展示的单元化生

33、产。从的这个转变中获得的最明显好处是减少了零部件移动距离,节省了空间需求,和较少的机器需求。由于相似的零部件类型被分在了一组,这导致了准备时间的减少,对市场变化能够快速响应。单元化生产方式的基本特征单元化生产方式是为了提高生产效率由生产转化来的,设备由按功能工艺的相似性进行布局转换为按产品族来组织生产,这样既在一定程度上保留了生产的柔性,又发挥了成组技术的效率。因此,与相比较,单元化生产方式具有以下基本特征:应用领域范围广单元化生产方式已经经历了很长一段时间的发展,在许多行业都得到了成功实施,特别是汽车制造领域应用最为广泛,电气机械、运输设备和精密仪器等行业也相继采用了单元化生产方式,应用领域

34、范围越来越广。应用在生产加工阶段理论基础与文献综述单元化生产方式下的生产单元一般涵盖了成型、铸造、热处理、加工、装配、完成、检验和包装道工序,这意味着单元化生产方式常被应用于多种加工处理过程。依赖于多能工在单元化生产方式下的生产单元内,通常是由一个人或几个人完成产品的全部操作,工人通过培训要能够同时掌握热处理、钻孔、铣削、焊接等任务,这样单元化生产方式对多能工的依赖性很强。生产单元数量多单元化生产方式是基于成组技术理论将产品和零件进行分组,根据产品及零件的特征、所用设备的要求以及加工工艺特点等标准,具有相似特征的产品或零件则归为一类,同类的产品或零件在相同的生产单元中处理。因此,建立的生产单元

35、的数量多。设备型布局单元化生产方式是通过对那些按功能布置的设备进行重组,广泛采用由丰田汽车株式会社始创的型线布局。单元内的设备采用型线使设备布置紧凑,方便了工件制品之间的传递,减少了工件运输时间和成本。同时,单元的出口和入口都在同一位置上,这使得“拉动式”的准时制生产能够在生产单元的各工序间实现。.单元化生产方式的优劣势及形成机理鉴于单元化生产方式在理论研究领域和企业实践领域所被证实的各种优势,许多研究者都对其进行了研究。在有关单元化生产方式的大量文献中都出现了关于该生产方式优势的介绍,很少有文章提及单元化生产方式的劣势,然而,随着单元化生产方式应用领域的扩展以及生产环境的快速变化,单元化生产

36、方式的一些劣势也逐渐凸显,引发了对这一生产方式的重新认识和评判。在研究大量相关文献的基础上,现从多个不同的角度分别对实施单元化生产方式的优劣势及其形成机理进行系统的分析,以全面认识这一生产方式,为正确地解决该生产方式下的具体决策问题奠定理论基础。.单元化生产方式的优势及其形成机理单元化生产方式兼具了单件生产的柔性和大量生产的效率,是一种柔性与效率共济,且能够很好适应多品种、小批量需求环境的生产方式。实施单元化生产方式不但能为企业的生产柔性和效率方面带来改善,还会影响生产的各个环节和领域,现主要从三个方面对实施单元化生产方式的优势及其形成机理进行分析,:在时间相关因素方面存在的优势加工提前期缩短

37、生产单元内部设备间以及各个生产单元间的紧凑布局缩短了物料在生产单元内设备间以及生产单元问的移动距离,从而缩短了物料搬运时间。同时,由于生产连续性的提高、换装时间和搬运距离的缩短,使得产品加工前和加工后的等待时间都明显减少。而且,一些突发事件,如设备故障、物料供应不足、工人旷工等,只会影响个别生产单元,不会导西安理工大学硕士学位论文致整个生产系统的瘫痪,挽回了宝贵的生产时间。换装时间缩短一个生产单元通常负责生产一类产品,各个生产单元只需要在其负责的几个产品类型间进行转换,每类产品在外部形态或加工要求上存在着一定的相似性,所以,换装时不用考虑前后两批产品相同的加工项,只针对不同的工序进行换装,换装

38、工作量小,次数少,换装时问也大幅缩短。保证按时交货由于各个生产单元分工明确,单独组织生产,能够缩短加急单和补单的生产计划时间和等待时间。而且,由于多个同类设备分散在不同的生产单元中,对于不包含在产品组合中的产品类型,生产单元也可以通过重组生产单元和构建虚拟生产单元的方式来快速组织新产品的生产。可见,单元化生产方式不但能够缩短交货提前期,还能够很好地应对市场需求的变化,保证产品按时交货,避免延迟交货带来的损失。在成本相关因素方面存在的优势移动成本降低,下离散的车间布局使得产品在生产过程中不断往返与各个车间之间,物料移动距离大,产生了大量的搬运费用。而单元化生产方式采用的紧凑的布局方式,大大缩减了

39、移动距离,降低了移动频率,不但节省了单元内设备之间的移动,还大幅降低了生产单元问的物料移动费用。库存成本降低单元化生产方式能够从在制品库存和产成品库存两个方面有效降低库存费用。首先,由于生产单元采取的紧凑型布局方式,使得各加工工序间的距离大幅缩短,生产连续性得到明显提高,产品质量也得到保障。同类设备的复制,提升了加工柔性,降低了设备故障对生产造成的不良影响,因此,生产单元中很少发生生产中断的现象,在制品库存水平和相关费用就明显降低。其次,由于不同的生产单元中存在多个同类的设备,产品能够选择多条工艺路线,而且生产单元的布局灵活,能够实现快速重组,这为按订单生产提供了必要的生产柔性。由于整个系统的

40、生产柔性提高了,能够快速响应需求的变化,故企业也不需要维持较高的产成品库存来防止生产不足和延迟交货带来的损失。在其他相关因素方面存在的优势工厂用地面积利用率提高单元化生产方式的基本生产单位是生产单元,生产单元是种包含了多个具备不同功能的设备,能够生产一类相似产品的生产组织形式。与流水线僵硬死板的直线布局和分布零散的功能导向型布局相比,生产单元只承载了部分产品的生产任务,内部设备数量相对较小,这些设备通常紧密地摆放在一定的范围内,且具备不同的布局形态,其中,产生于丰田生产方式的型线布局是生产单元最常见的布局形态。由于设备的紧凑排列,单个生产单元不但占地面积很小,还能有效利用厂房中的狭小区域。因此

41、,实施单.翌型量查苎簦竺元化生产方式能够节省生产设施的占地面积,提高工厂用地面积利用率。产品质量提高由于生产单元内部设备和工作台摆放的相对紧凑,工人也距离较近,掌握多项技能的工人能够迅速发现前面工序中出现的缺陷,并快速反馈次品信息。同时,生产单元采用的型布局方式,使得工人一旦检查到产品的缺陷就可以立即进行处理,无需等到所有产品加工完成后再进行返修“。次品能够很快被发现并修复,从而提高产品的质量。工人工作满意度提高与流水线上工人枯燥乏味的单一工作内容相比,生产单元内的工人负责多个相似产品的生产,工人通常能够掌握多项技能,从头至尾完成产品的整个生产过程。这促进了学习效应,改善了工人操作技能水平,满

42、足了工人的工作丰富化需求,提高了工人积极性和满意度,从而减少了旷工现象,降低了工人离职率,有利于持续改善的推进。工夹具管理简化不同的生产单元负责生产多个产品的生产,多个生产单元可能需要相同的工夹具,这导致整个生产系统对设备和工夹具的需求量增加。同时,生产单元的产品种类只在小范围内变化,常用工夹具在生产过程中的使用频率增加,不需要根据产品的变化借还工夹具。单元化生产方式处理这一问题时,将原有的专门用于工夹具集中管理的工夹具室取消,对工夹具进行复制和采购,并将其按照需要分配给各个生产单元,由生产单元对其进行管理和维护。控制难度降低单元化生产方式中将设备、工具和工人等生产要素按照生产需要分配给生产单

43、元,尽可能减少生产单元间的物料移动,形成独立的生产单元。生产单元负责产品生产的整个过程,各个生产单元被视为一个可控的子系统,这样能够大幅降低生产控制工作的复杂性和工作量。.单元化生产方式的劣势及其形成机理单元化生产方式的上述优势得到了学术界和企业界的普遍认可,但是随着企业自身特质与生产环境特征的变化,单元化生产方式隐含的许多劣势也逐渐凸显,现从两个方面阐述这些劣势川:在成本相关因素方面存在的劣势设备投资增加由于每个生产单元分别负责一类产品的生产,原先被多个产品共用的设备无法被多个生产单元共享,此时,在资金允许的条件下,要对这些设备进行采购,保证各个生产单元的生产能力。此外,由于各个生产单元加工

44、的产品相似度高,使用的工夹具也差异不大,所以,将工夹具分配到各个生产单元的各个设备上能够减少取用和归还工夹具的时间,提高生产效率。在这种情况下,原先整个工厂共用的工夹具数量明显不足,所以,也要购买相应数量的的工夹具以确保生产的顺利进行。因此,在实施单元化生一?一?一一产方式的初期,设备投资明显增加。培训费用增加单元化生产方式下,在一个生产单元内的工人要承担多个产品的全部操作内容,通常情况下,这些工人都能够掌握多种操作技能,有些工人甚至能够完成一种产品生产的全部工序操作,这些多技能工人都是通过多技能培训得到的。对于产品换代快的企业来说,这种多技能培训必将是一项持续进行的长期任务,显然,这会耗费大

45、量的时间和资金。在其他相关因素方面存在的劣势柔性水平有限与众多制造企业采用的工艺专业化车问布局相比,单元化生产方式的生产效率明显提高,但是其生产柔性却有所降低。由于单元化生产方式将能够生产的产品组合按照相似性划分为产品族,每个生产单元负责一个或多个产品族的生产,故每个生产单元内能够加工的产品种类是有限的。所以,在应对产品品种变化及其频繁的市场时,单元化生产方式的生产柔性就显得有些不足。资源利用率降低设备和人员是两大重要的生产资源,在单元化生产方式下,这两大资源被分配到不同的生产单元中,用于生产一定范围内的产品。由于设备的复制以及工人的多技能化使得整个生产系统的生产能力大幅提高,但是市场需求通常

46、存在产品品种和数量上的波动,这必然会导致一些生产单元不能得到充分的利用,从而降低资源的利用率。工人压力增大单元化生产方式下,工人的压力主要来自于三个方面。一方面是来学习的压力。由于工人要掌握多项技能,必须花费大量时间来不断学习新的技能,因此,对于工人来说,学习压力和工作强度都较以前明显增大。另一方面是来自身发展的压力。由于工人掌握的技能组合通常存在交集,一种工作拥有多个能够胜任的工人,在技能方面,工人失去了原有的优越感,无形中增加了竞争压力。还有一方面是来人际关系的压力。生产单元内的工人作为一个小团队要互相协作,共同完成产品的整个生产过程,不能只顾完成己的工作,还要与其他工人进行协调,以保证生

47、产的流畅性,必要时还要帮助其他工人。在这种情况下,工人之间的沟通变得频繁、联系变得紧密,因此,也会产生很多矛盾,给工人带来人际关系方面的压力和困扰。.单元化生产方式的研究内容对单元化生产的研究主要集中生产单元构建、生产单元布局、生产计划编制、生产计划与控制等四个方面,下文将逐一概述。.生产单元的构建生产单元构建是实施单元化生产方式的初始环节,是指通过成组技术识别零件族和相部件加工工艺对设备的需求,其中表示该零件需要在某台上进行加工,反之为。通过对理论基础与文献综述零件设备矩阵的转化,使其模块化,得到最优单元构建方案,如表.所示。表任意分区. 零件零件 广?:;?;设;设;备; 日: :与富审旨

48、纠目。,窑?一?旦?三?、三. ? 零件 设;牟,?设;一?一、车备备; :; :;】作为单元化生产方式的构成要素,每个生产单元都是各类异质设备集合,它们共同致力于生产一类相似的产品族。单元构建过程中常见的目标包括:单元间物料移动最小、零件/设备相似度最高、单元间工作负荷差异最小、单元构建成本最小、单元总产出时间最短、处理瓶颈零件最少等。在多目标的单元构建问题中,一些目标可能并不相互独立,有时甚至相互冲突。这都使得生产单元构建成为一个极其复杂的问题。在过去的二三十年间,单元构建问题得到学术界的广泛关注并取得了大量的研究成果。这些关于单元构建问题的研究,从识别零件族和设备族的先后顺序上来看,通常

49、可以划归为只针对零件分组或设备分族,先对零件分族然后对设备分族,以及零件和设备同时分族三类;从识别产品族和设备族的方法上来看,可以将生产单元构建问题分为产品设计导向型的单元构建和产品加工导向型的单元构建,其中,设备导向型单元构建是指依据产品的设计上的相似度对产品进行分族,加工导向型单元构建是按照产品工艺需求的相似性划分零件族。在生产单元构建方法的研究中,基于零件/设备的聚类分析法、相似系数法、零部件编码分析法、图论法,数学规划法以及包括模拟退火法、遗传算法、神经网络法等启发式算法广泛应用于生产单元的构建问题中。单元构建的最后一步是对所构建的生产单元的性能进行评估,评估的指标通常包括:,族效率,

50、族效能,族测度设备利用率指标,多工艺路线族效率西安理工大学硕士学位论文等。.生产单元布局广义上讲,生产单元的布局主要包括静态布局设计和动态布局设计两部分内容。生产单元的静态布局设计假定在整个生产周期的各个阶段,零件/设备矩阵中的信息是不变的,其目标函数一般是通过设备等资源的布置组合使得总的物料处理费用包括单元内和单元间的物料处理成本最小;而在生产单元的动态布局设计中,各个阶段零件/设备的信息是不确定的,目标函数的设定往往也较为复杂。具体而言,生产单元的布局的研究主要包括如下三方面内容:动态确定生产需求下的单元布局设计在动态确定生产需求下的单元布局设计中,每个阶段都有众多静态布局方案可供选择,而总的目标是为了实现一系列所选取的各个阶段的静态布局所构成的整个动态多阶段下的总成本最小,即各个阶段的静态布局成本与相邻阶段之间布局转化成本的总和