（管理科學(xué)與工程專業(yè)論文）流水線工藝柔性選擇及其柔性資源生產(chǎn)計(jì)劃的制定.pdf

新萄要 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)的內(nèi)部因素( 包括所使用的技術(shù)，機(jī) 器和所生產(chǎn)的產(chǎn)品) 及外部因素( 勞動(dòng)者的素質(zhì)、管理方式、生存于其中的市 場(chǎng)) 都在不斷發(fā)生變化為了適應(yīng)這種變化，出現(xiàn)了許多新的技術(shù)和管理方式， “柔性生產(chǎn)”這一概念就是其中一種適應(yīng)范圍較廣，較為成功的生產(chǎn)模式經(jīng) 過幾十年的發(fā)展，“柔性”已從最初單純的技術(shù)領(lǐng)域逐漸滲透到制造系統(tǒng)的各個(gè) 方面，產(chǎn)生了整套較為完善的理論 制造系統(tǒng)柔性指的是制造系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力，包括流水線的工藝 柔性，資源柔性和管理柔性一個(gè)成功的柔性制造系統(tǒng)具備以下兩種素質(zhì)： 1 制造系統(tǒng)能夠迅速及時(shí)的響應(yīng)由內(nèi)鄉(xiāng)卜部環(huán)境變化所帶來的問題，當(dāng)環(huán)境 朝著有利于制造系統(tǒng)的方向發(fā)展時(shí)，它能夠抓住有利因素，提高效益；當(dāng)環(huán)境 朝著不利的方向發(fā)展時(shí)，它能夠適應(yīng)變化并盡可能減小損失；2 制造系統(tǒng)在其 所處于的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，能夠通過合理的方式，以有限的投資，充分發(fā)揮自身的 柔性能力，產(chǎn)生最大的效益 為了取得最高的利潤(rùn)，建立并管理一個(gè)成功的柔性制造系統(tǒng)需要解決三個(gè) 問題：1 在流水線建立前，必須決定其工藝柔性水平，即決定流水線應(yīng)具有怎 樣的柔性水平才能在將來的生產(chǎn)中產(chǎn)生最大的期望效益；2 。在流水線建立后， 如何制定合理的柔性生產(chǎn)計(jì)劃，充分發(fā)揮制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力；3 制定合理的 管理制度，確保并提高制造系統(tǒng)的工作效率 由予鍘造系統(tǒng)所處的環(huán)境干差萬別，麗人們對(duì)柔性的認(rèn)識(shí)又存在許多誤區(qū)， 對(duì)上述幾個(gè)問題的研究還處在初級(jí)階段，對(duì)管理制度的定性研究明顯多于定量 分析，但定量分析的重要性是不言而喻的。為此，本文以定性定量相結(jié)合的方 式，進(jìn)行了一些初步研究，試圖得到一些有價(jià)值的理論和方法 文章可分為三個(gè)部分：1 工藝柔性的選擇方法。包括介紹問題的性質(zhì)，多 種因素的影響以及解決方法；2 柔性資源流水線計(jì)劃( f r f s ) 的制定。包括問 題的規(guī)劃模型，資源分配的基本原則和分枝定界法：3 流水線計(jì)劃的選擇。平 行切線法。 文章最后還進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，并提出了一些確定瓶頸操作的方法。 關(guān)鍵詞；柔性資源，流水線計(jì)劃，分枝定界法，平行切線法 i i a b s t r a c t i nr e c e n t l y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e c ea n dt e c l l i l 0 1 0 9 y ，t h ej n t e r i o rf a c t o r s ( t e c h n o l o g j e s ，m a c h i n e sa n dp r o d u c t s ) a n de x t e r i o rf a c t o r s ( t h eq u a l i t yo fl a b o r s ， m a n a g e m e n ta n dm a f k e t ) k e e pc h a n g i n gc o n s l a l l l l yi no r d c ft oa d a p t t ol h j sc h a n g e ， n u m e r o u sn e wt e c h n o l o g i e sa n d m a n a g e m e n tm e t h o d s 叩p e a r e d ，w h i c hi n d u d e “n e x i b l e p r o d u c t i o n ”，a m o r es u c c e s s f u la n de x t e n s i v ep r o d u c t i o nm o d e l a f t e r d e v e i o p e di n t h e p u r er e a l mo ft e c h n 0 1 0 9 vf o rs e v e r a ld e c a d e s ，“n e x i b i l i t y ”h a s i n f i l t r a t e di n t om o s td i m e n s i o n so fp r o d u c t i o n s y s t e ma n db r o u g h to u t as e to f i n t e f a t i v et h e o r i e s p r o d u c t i o ns y s t 唧n e x i b i l i t y ，i c l u d i n gt e c h n i q u ef l e x i b i l i t y ，r e s o u r c en e x i b i l i t y a n dm a n a g e m e n tf l e x m n i t y ，i so n eo fa b i l i t i e so fp r o d u c t i o ns y s t e mw h i c hm a k e si t p o s s i b l et h a tt h es v s t e mc a na d a p tt ot h ec h a n g eo fe n v i m n m e n t t w oi n d i s p e n s a b l e q u a l i t i e so fas u c c e s s f u ln e x i b l ep m d u c t i o ns y s t e ma r eg i v e na sb e l o w ：1 t h e p r o d u c t i o ns v s t e mc a nr e s p o n s eq u i c k l ya n dt i m e l yt ot h ec h a n g eo f t h eo u t e ro ri n n e r e n v i r o n m e n t i th a st h ea b i l i t yo ft a 虹n ga ( 1 v a n t a g e so ft h ec h a n g i n ge n v i r o m e n tt o i m p r o v ei t s e l fa n da v o i do rd e c r e a s et h ei n n u e n c eo fd i s a d v a n t a g e s ；2 h lad y i l a m i c s i t u a t i o n ，l h ep r o d u c t i o ns y s t e mc a ne x e na d e q u a t e l y “sa b i l i t yo ff l e x i b i l i t yt h o u g h t l i m i t e di n v e s t m e n t p r o p e rm e a n ss h o u l db ef o u n dt ob r i n go u to p t i m a lb e n e f i t s ， t b k et h e s et w of a c l o r si n t oa c c o u n t ，p e o p l eh a v et os o l v et h r e ep r o b l e m s ：1 b e f o r eb u i l t ，an o ws h o p s t e c h n i q u en e x i b n i t ys h o u l db ed e t e n n i n e d ，e g p e o p l e h a v et od e t e r m i n eh o wm u c hn e x i b i l “vaf l o ws h 0 口h a sa n dt h eb e n e 石t si tc a n p m d u c e ；2 a f t e ran o ws h o ph a sb e e nb u i l t ，p e o p l eh a v et of i n do u th o w t op l a na o p t i m a ls c h e d u l i n 舀w h i c hw i l lh e l pt h ef l o ws h 叩t oe x e r ti t sp r o d u d n ga b i l 讓y ；3 h o wt oc o n s j t u c ea p r o p e rm a n a g c m e n ts y s t e m b e c a u s eo fav a r i e t yo fe v i r o n m e n ta n dc o n c c p t s ，m a n yq u e s t i o n so fn e x i b l e f l o ws h o ps t i l lr e m a i nu n a n s w e r e d ，b u tm o s tr e s e a r c h e sf o c u so nq u a h t a t i v ea n a l y s e s t h e r c f o r e ，t h i sp a p e ru s e sq u a n t i t a t i v ea n dq u a i i t a t i v ea n a l v s i si nc o m b i n a t i o ni i i o r d e rt oo b t a i ns o m ev a l u a b l et h e o r i e sa n dm e t h o d s t h i sp a p e rc o n t a i n st h r e ep a n s ：1 t 1 l em e t h o do f c h o o s j l l gt e c h n i q u en e x i b i l i t y ， i n c l u d i n gq u e s t i o na n a l y s i s ，i n n u e n c e s o fv a r i o u sf a c t o f sa d r e s o l v e n t s ； 2 s c h e d u l i n go ff l e x i b l e - r e s o u r c en o ws h o p ，i n c l u d i n gp r o 筍鋤m i n gm o d e l ，r e s o u r c e d i s t 曲u t i o np r i n c i p l ea n db 瑚c h a n d b o u n da l g o r i t h m ；3 c h o o s i n gt h en o ws h o p s c h e d u l i n 窟p a r t a na l g o r i t h m e v e n t u a l lv t h i sp a p e rp m p o s e ss o m em e a n so nh o wt 0d e t e n n i n et h eb o t t l e n e c k o p e r a t i o nb ys t a t i s t i ca n a l y s i s k 玀w o r d s ：n e x i b l e - r e s o u r c e ，n o ws h o ps c h e d u l e ，b r a n c h a n d b o u n da l g o r i t h m p a n a na l g o r i t h m i i i 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 流水線工藝柔性選擇及其柔性資源生產(chǎn)計(jì)劃的制定 1 1 研究背景及歷史 第1 章引言 1 1 1 研究背景 工業(yè)化大生產(chǎn)是人類生產(chǎn)力的重要表現(xiàn)形式之一，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 不管是生產(chǎn)的內(nèi)部因素所用的技術(shù)、所使用的機(jī)器、所生產(chǎn)的產(chǎn)品；還是 外部因素勞動(dòng)者的素質(zhì)、管理方式、生存于其中的市場(chǎng)，都在不斷發(fā)生變 化為了適應(yīng)這種變化，新的技術(shù)和管理方式不斷涌現(xiàn)，“柔性生產(chǎn)”這一概念 就是其中一種適應(yīng)范圍較廣，較為成功的生產(chǎn)模式經(jīng)過幾十年的發(fā)展，“柔性” 已從最初單純的技術(shù)領(lǐng)域逐漸滲透到制造系統(tǒng)的各個(gè)方面，產(chǎn)生了一整套較為 完善的理論 一般認(rèn)為，制造系統(tǒng)柔性指的是制造系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力應(yīng)該認(rèn) 識(shí)到，這種柔性能力是一個(gè)相當(dāng)廣泛的概念，包括流水線的工藝柔性，資源柔 性和管理柔性一個(gè)成功的柔性制造系統(tǒng)具備以下兩種素質(zhì)： ( 1 ) 制造系統(tǒng)能夠迅速及時(shí)的響應(yīng)由內(nèi)外部環(huán)境變化所帶來的問題，當(dāng)環(huán) 境朝著有利于制造系統(tǒng)的方向發(fā)展時(shí)，它能夠抓住有利因素，提高效益；當(dāng)環(huán) 境朝著不利的方向發(fā)展時(shí)，它能夠適應(yīng)變化并盡可能減小損失； ( 2 ) 制造系統(tǒng)在其所處于的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，能夠通過合理的方式，以有限的 投資，充分發(fā)揮自身的柔性能力，產(chǎn)生最大的效益 制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力之所以越來越受到重視，有兩個(gè)原因首先，人們對(duì) 制造系統(tǒng)的要求發(fā)生了變化，不再滿足于大規(guī)模生產(chǎn)方式下的單一品種，出現(xiàn) 了需求多樣化的趨勢(shì)加之競(jìng)爭(zhēng)加劇，市場(chǎng)趨于飽和，企業(yè)加深對(duì)區(qū)隔市場(chǎng)的 開發(fā)，制造系統(tǒng)面對(duì)的市場(chǎng)更加多變，如果沒有一定的應(yīng)變能力，企業(yè)就難以 生存和發(fā)展其次，現(xiàn)代柔性生產(chǎn)技術(shù)，如數(shù)控加工( c n c ) 、柔性制造系統(tǒng)( f m s ) 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)( c i m s ) 等不斷涌現(xiàn)，為制造系統(tǒng)獲得較高的應(yīng)變能力 提供了可能，而柔性則是這些技術(shù)的核心概念和目標(biāo)所以制造系統(tǒng)柔性成為 企業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要條件現(xiàn)在，許多研究者把柔性作為制造系統(tǒng)與成本、 質(zhì)量和交貨期同等重要的目際，正是這種現(xiàn)實(shí)的反映 雖然柔性制造系統(tǒng)具有上述優(yōu)勢(shì)，但其不利方面也是相當(dāng)明顯的隨著柔 性生產(chǎn)模式的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式必然會(huì)在不同程度上受到?jīng)_擊，原有的 技術(shù)、思想和管理方式都會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變相對(duì)于傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，柔性制造系 統(tǒng)為了得到合適的柔性水平，需要投入大量資金，并要求企業(yè)具有更高的管理 水平，員工有更高的素質(zhì)同時(shí)，由于柔性研究的局限性，制造系統(tǒng)柔性水平 和利潤(rùn)之間的關(guān)系還不明確，這都成為管理者進(jìn)行決策的障礙，建立柔性制造 系統(tǒng)對(duì)許多企業(yè)，尤其是對(duì)生產(chǎn)規(guī)模和管理水平欠缺的中小企業(yè)來說是一個(gè)風(fēng) 險(xiǎn)較高的投資 為了取得最高的利潤(rùn)，建立并管理一個(gè)成功的柔性制造系統(tǒng)需要解決三個(gè) 問題： ( 1 ) 在流水線建立前，必須決定其工藝柔性水平，即決定流水線應(yīng)具有怎 樣的柔性水平才能在將來的生產(chǎn)中產(chǎn)生最大的期望效益； ( 2 ) 在流水線建立后，如何利用制造系統(tǒng)中的資源柔性，制定合理的生產(chǎn) 計(jì)劃，發(fā)揮制造系統(tǒng)最大生產(chǎn)能力： ( 3 ) 制定合理有效的管理制度，確保并提高制造系統(tǒng)的工作效率 由于制造系統(tǒng)所處的環(huán)境千差萬別，而人們對(duì)柔性的認(rèn)識(shí)又存在許多誤區(qū)， 對(duì)上述幾個(gè)問題的研究還處在初級(jí)階段定性分析多，定量分析少；對(duì)管理制 度的研究多，而對(duì)柔性水平和利潤(rùn)的關(guān)系以及柔性資源生產(chǎn)計(jì)劃的制定研究 少但前兩個(gè)問題的重要性是不言而喻的，為此，本文以定性定量相結(jié)合的方 式，進(jìn)行了一些初步研究，試圖得到一些有價(jià)值的理論和方法 1 1 2 柔性研究的歷史 柔性生產(chǎn)是在鋼性生產(chǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，上世紀(jì)2 0 年代在泰勒“科學(xué) 管理”影響下，尤其是e w h 洳e y 及o l i v e r 提出“互換性”、“大批量生產(chǎn)”和 “傳送帶”應(yīng)用前提下，工業(yè)界將管理思想與當(dāng)時(shí)的電氣化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化 結(jié)合，成功地誕生了“少品種大批大量生產(chǎn)”的生產(chǎn)模式，給制造業(yè)注人了新 鮮血液，推動(dòng)了工業(yè)化發(fā)展的進(jìn)程美國(guó)的“福特制”就是典型代表，它為社 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 會(huì)提供了大量的產(chǎn)品，它存在的基礎(chǔ)是當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)環(huán)境為賣方市場(chǎng)，因而我們 也稱此生產(chǎn)模式為剛性生產(chǎn)模式，這模式的生產(chǎn)效率高，單件產(chǎn)品成本低， 但它是以損失產(chǎn)品的多樣化，掩蓋產(chǎn)品個(gè)性為代價(jià)的隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展， 企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)形式也在發(fā)生變化，它不僅僅表現(xiàn)為價(jià)格、數(shù)量、質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)，更 重要的是剛性生產(chǎn)模式的弊端逐漸顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在：成本增加、過量庫存、 適應(yīng)市場(chǎng)的靈敏度低然而，現(xiàn)代的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境是一個(gè)不斷變化、不可預(yù)測(cè)的環(huán) 境，由于高新技術(shù)的出現(xiàn)和更迭加快，產(chǎn)品的生命周期越來越短，企業(yè)所處的 競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境要求企業(yè)具有很高的適應(yīng)能力，通過高新技術(shù)的運(yùn)用、不斷尋求新的 機(jī)遇來開發(fā)新的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)的需求柔性生產(chǎn)模式正是在這一要求的刺 激下產(chǎn)生的 作為制造系統(tǒng)的一個(gè)重要性能，對(duì)柔性的研究在七十年代末便開始了但 在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，大多數(shù)研究還停留在柔性的概念、屬性、度量等方面，而 對(duì)柔性制造系統(tǒng)的行為特征，調(diào)度控制的定量化研究不多從八十年代開始， 對(duì)制造系統(tǒng)柔性的研究逐漸增多，從s e t h i ( 1 9 9 0 ) 對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的整理可以發(fā)現(xiàn)， 多數(shù)研究與f m s 相關(guān)，即“由計(jì)算機(jī)控制的，能夠自動(dòng)控制和處理物料，并能 同時(shí)生產(chǎn)數(shù)種產(chǎn)品的復(fù)合體”f i e 和f r e u n d ( 1 9 9 0 ) 建立了f m s 柔性的模型， 提出了在高生產(chǎn)能力無柔性剛s 和全柔性f m s 間的取舍的解法，這種解法能 夠應(yīng)用于多種情況，但其選擇的范圍局限在無柔性和全柔性兩種極端的情況， 而對(duì)于許多組裝流水線來說，需要確定的柔性水平介于無和全之間，因此無法 使用上述模型t r i a l l t i s 和h o d e r ( 1 9 8 9 ) 也提出了計(jì)量柔性水平的方法，并深 入說明了影響柔性水平的因素，但他們的分析僅局限于兩種產(chǎn)品的情況，對(duì)多 種產(chǎn)品和多個(gè)工作臺(tái)的情況仍有待研究 進(jìn)入九十年代，對(duì)制造系統(tǒng)柔性的研究主要集中在； ( 1 ) 柔性作為系統(tǒng)本身的固有性質(zhì)，如何發(fā)揮其全部效用； ( 2 ) 對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各種柔性相互作用的研究； ( 3 ) 各類柔性對(duì)制造系統(tǒng)行為特征，調(diào)度策略影響的研究 資源柔性是制造系統(tǒng)柔性中一個(gè)相當(dāng)重要的分支，強(qiáng)調(diào)在生產(chǎn)中充分發(fā)揮 資源固有的柔性本質(zhì)，提高制造系統(tǒng)的效率對(duì)柔性資源的研究始于九十年代 初d a n j e 】s 和m a z z o j a ( 1 9 9 4 ) 首先提出了柔性資源問題的一般模型，給出并證 明了柔性資源計(jì)劃問題的一系列重要性質(zhì)，提出了單一流水線計(jì)劃問題的算 法d a n i e l s ，h o o d e s 和m a z z 0 1 a ( 1 9 9 6 ) 提出了在平行流水線上柔性資源計(jì)劃問 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 題的解法從他們的研究中可以發(fā)現(xiàn)，全柔性資源能夠有效提高流水線的生產(chǎn) 效率z a f a d l av im e c l a i n 和t h o m a s ( 1 9 9 6 ) ，b a 卅l o i d j ，e i s e n s t e j n ( 1 9 9 6 ) 對(duì)全 柔性資源的合理使用進(jìn)行了研究，在他們發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)解中，雖然具有全柔性， 但每個(gè)工人只局限在流水線的一部分j o r d a n 和g m v e s ( 1 9 9 5 ) 研究了工廠生 產(chǎn)的柔性，他們得到了一個(gè)重要結(jié)果就是對(duì)有限的柔性進(jìn)行適當(dāng)組合即可以達(dá) 到全柔性的效果 在最近的研究中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始考慮非全柔性資源問題也就是說，該 資源無法用于生產(chǎn)系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，資源中不同的個(gè)體只能運(yùn)用于生產(chǎn)系統(tǒng) 相應(yīng)的某一部分中s h i ，d a n i e l sa n dm a z z 0 1 a ( 1 9 9 9 ) 對(duì)半柔性的研究發(fā)現(xiàn)，利 用半柔性資源可以獲得全柔性資源對(duì)生產(chǎn)率提高相同的效果這種改進(jìn)爭(zhēng)強(qiáng)了 柔性資源模型和理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)意義，是一項(xiàng)十分有意義的工作 國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)柔性問題也有一些研究，例如陳榮秋教授等人，在企業(yè)組織系 統(tǒng)和技術(shù)系統(tǒng)柔性以及提高企業(yè)整體柔性的方法等方面進(jìn)行了卓有成效的研 究他們定義、量度和優(yōu)化了技術(shù)系統(tǒng)的柔性，建立了技術(shù)系統(tǒng)的過程模型和 信息模型，提出了提高技術(shù)柔性的方法和途徑等：詹述勇研究了企業(yè)財(cái)務(wù)系統(tǒng) 的柔性程金良研究了分布式柔性制造系統(tǒng)上進(jìn)行多品種小批量生產(chǎn)的最優(yōu)計(jì) 劃問題，并將模糊理論的改良引入到分枝定界法中但是到目前為止，這些研 究主要還是集中在制造系統(tǒng)的要素層，如機(jī)器柔性、工件柔性等，而對(duì)企業(yè)級(jí) 的系統(tǒng)柔性研究較少；對(duì)柔性的定義、分類和量度等方面的研究較多，而對(duì)柔 性資源的管理和合理分配使用的研究較少 1 2 生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的相關(guān)理論 1 2 1 生產(chǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)與柔性 生產(chǎn)系統(tǒng)目標(biāo)可分為兩類，類產(chǎn)生于市場(chǎng)需要，它與生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)顧客服 務(wù)達(dá)到的水平有關(guān)，包括生產(chǎn)的品種、產(chǎn)品質(zhì)量，顧客購買該產(chǎn)品的代價(jià)與獲 得物品的交貨期( 包括交貨時(shí)間和交貨數(shù)量) 四個(gè)目標(biāo)不過對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)而言， 產(chǎn)品價(jià)格是外生的，是由市場(chǎng)力量決定，盡管企業(yè)的市場(chǎng)戰(zhàn)略和壟斷程度可能 會(huì)對(duì)價(jià)格產(chǎn)生影響，但它不是生產(chǎn)系統(tǒng)直接追求的目標(biāo)生產(chǎn)系統(tǒng)的另一類目 標(biāo)與資源生產(chǎn)率有關(guān)，即設(shè)備、勞動(dòng)力和材料的生產(chǎn)率，各資源要素生產(chǎn)率與 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 成本的關(guān)系密切成本是一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)效率的綜合指際，與資源生產(chǎn)率相關(guān)的 目標(biāo)可用成本來衡量，對(duì)于與市場(chǎng)相關(guān)的目標(biāo)，可以把可靠性的概念引進(jìn)來就 是說生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)顧客的服務(wù)在品種規(guī)格、質(zhì)量、交貨期和交貨數(shù)量等方面應(yīng)具 有高可靠性，如果市楊對(duì)品種規(guī)格、產(chǎn)品質(zhì)量、交貨期和交貨數(shù)量等的要求發(fā) 生變化，高可靠性的生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)適應(yīng)這種變化，這就要求生產(chǎn)系統(tǒng)必須具有 柔性所以柔性概念是與生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)顧客服務(wù)的可靠性相對(duì)應(yīng)的，是同一層次 的概念，它是達(dá)到可靠的服務(wù)市場(chǎng)這一目標(biāo)的手段表1 1 列出了服務(wù)顧客的目 標(biāo)水平、可靠性和柔性之間的關(guān)系。 表卜1 服務(wù)顧客的目標(biāo) 服務(wù)水平可靠性 柔性 ( 適應(yīng)變化的程度和 ( 達(dá)到什么樣的水平)( 以多大的可靠性達(dá)到) 難易度) 1 能制造達(dá)到特定性能；一貫的保持性能和產(chǎn)品組1 能制造新產(chǎn)品； 產(chǎn)品品種 2 堵制造特定的產(chǎn)品組合合的能力2 堵改變產(chǎn)品組合 能夠達(dá)到一定水平的質(zhì)一貫的保持希望的質(zhì)量水 產(chǎn)品質(zhì)量能改進(jìn)質(zhì)量 量 平 能改變產(chǎn)量( 產(chǎn)量柔 生產(chǎn)數(shù)量達(dá)到既定的產(chǎn)量一貫的達(dá)到市場(chǎng)需要數(shù)量 性；生產(chǎn)能力柔性) 交貨期 按既定的時(shí)間交貨 一貫的滿足承諾的交貨要 能改變交貨時(shí)間 ( 時(shí)間維)求 從表1 1 可以看出，生產(chǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)應(yīng)具有兩個(gè)層次，其一，是一定的質(zhì)量 水平，一定的品種規(guī)格，承諾的交貨期與數(shù)量；另一個(gè)層次是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的 可靠性，特別當(dāng)上述目標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)具有柔性來可靠的實(shí)現(xiàn)相應(yīng) 的服務(wù)上述分析可以看到，生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的需要是由于第一層次目標(biāo)( 市場(chǎng) 需要) 的變化造成的一般而言，這種變化具有不確定性，不確定性程度不同， 對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的要求也不同 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 2 環(huán)境不確定性的含義及其分類 對(duì)企業(yè)來說，環(huán)境包括內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境兩個(gè)方面，內(nèi)部環(huán)境指生產(chǎn)系 統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，如是否出現(xiàn)故障等；外部環(huán)境主要指市場(chǎng)一般來說，企業(yè)所 面臨的環(huán)境總是存在不確定性，它對(duì)環(huán)境中的客觀事件的發(fā)展和未來狀態(tài)無法 準(zhǔn)確地預(yù)知不確定性可以定義為對(duì)事物缺乏了解這個(gè)概念涉及感知環(huán)境的 主體( 企業(yè)) 和主體對(duì)環(huán)境的知識(shí)( 信息) 這兩個(gè)方面關(guān)于環(huán)境的知識(shí)( 信息) 越多， 不確定性就會(huì)降低可見不確定性是個(gè)程度的概念，決策者應(yīng)當(dāng)盡可能多地獲 得信息，減少不確定性，才有利于對(duì)出現(xiàn)的環(huán)境事件做出明確的反應(yīng)影響主 體對(duì)環(huán)境不確定性的感知程度取決于兩個(gè)因素，其一是環(huán)境復(fù)雜性，指環(huán)境因 素多寡和因素之間的差異程度( 多元化程度) ，例如，一個(gè)面對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的廠家與 一個(gè)面對(duì)國(guó)際和國(guó)內(nèi)兩個(gè)市場(chǎng)的廠家相比，其環(huán)境不確定性程度是不一樣的， 前者面臨的因素?cái)?shù)目少，因素之間差異度小，不確定程度低 環(huán)境越復(fù)雜，主體感知程度越低，不確定性程度越高；其二是環(huán)境動(dòng)態(tài)性， 指環(huán)境因素在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化環(huán)境動(dòng)態(tài)性取決于環(huán)境變化的速率與時(shí)間 跨度兩個(gè)因素變化的速度越快，時(shí)間跨度越長(zhǎng)，感知的不確定性程度越高， 環(huán)境就越難以預(yù)測(cè)從這兩個(gè)方面看，即使系統(tǒng)所面臨的環(huán)境較復(fù)雜，如果環(huán) 境是靜態(tài)的，變化較小，主體感知程度可以加深，從而減少不確定性程度，如 果環(huán)境因素既復(fù)雜又變化快，那么不確定性就加大了對(duì)廠商而言，它們成年 累月面對(duì)特定市場(chǎng)，影響感知程度的主要因素來自環(huán)境變化的不可預(yù)測(cè)性，所 以，許多學(xué)者把不確定性用變化來度量 根據(jù)不同時(shí)間跨度和變化的速率可把環(huán)境變化分為三類：短期變化，中期 變化和長(zhǎng)期變化這樣根據(jù)時(shí)間跨度的分類法有三個(gè)特點(diǎn)：( 1 ) 把變化的層次 分開長(zhǎng)期變化是較長(zhǎng)時(shí)期才能觀察到，在短時(shí)期長(zhǎng)期變化很小，所以在觀察 短期變化時(shí)，長(zhǎng)期變化相應(yīng)的狀態(tài)變量為常數(shù)，從而簡(jiǎn)化了問題，例如，在考 慮產(chǎn)量波動(dòng)時(shí)，生產(chǎn)能力可視為常數(shù)；( 2 ) 不同類型的變化產(chǎn)生的部位不同例 如，短期變化如設(shè)備故障等大多產(chǎn)生于系統(tǒng)內(nèi)部，而長(zhǎng)期變化如產(chǎn)品更新?lián)Q代， 則產(chǎn)生于系統(tǒng)外部環(huán)境的變化對(duì)不同的變化，生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)具備不同的柔性；( 3 ) 不同類型的變化發(fā)生的頻率不同，對(duì)系統(tǒng)的影響也不同一般短期變化發(fā)生的 頻度高，且易處理，而長(zhǎng)期變化不經(jīng)常發(fā)生，一旦發(fā)生對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響較大， 如果系統(tǒng)沒有相應(yīng)的柔性，則整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)都會(huì)失敗，甚至廢棄例如，一條 ，6 ， 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 專用流水線出現(xiàn)故障少，也較容易處理，但市場(chǎng)要求更新產(chǎn)品時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)若 不適應(yīng)這種變化則現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)可能會(huì)全部廢棄通常生產(chǎn)系統(tǒng)所面對(duì)的環(huán)境 變化如表1 2 所示 表1 2 環(huán)境變化的類型 短期變化中期變化長(zhǎng)期變化 1 新產(chǎn)品引入 需求變化產(chǎn)品組合變化需求波動(dòng)如季節(jié)波動(dòng) 2 原有產(chǎn)品退出生產(chǎn) 投料變化材料代用新產(chǎn)品的出現(xiàn)和引入 1 機(jī)器和傳輸設(shè)備故障 2 工具磨損和故障主要設(shè)備和傳輸設(shè)備新機(jī)器和新生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)過程變化 3 機(jī)器加工時(shí)間變化故障出現(xiàn) 4 瓶頸工序出現(xiàn) 環(huán)境變化引起市場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的要求發(fā)生變化，生產(chǎn)系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)具有適應(yīng) 變化的能力即柔性，例如，為了適應(yīng)中期產(chǎn)量波動(dòng)，生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有產(chǎn)量柔 性；為了適應(yīng)長(zhǎng)期需求的增長(zhǎng)，生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)能夠擴(kuò)大生產(chǎn)能力，有擴(kuò)張柔性如 果出現(xiàn)對(duì)新產(chǎn)品需求，生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)具有適應(yīng)品種變化的能加工多種產(chǎn)品的柔性， 否則，只有廢棄現(xiàn)有加工設(shè)備了 1 2 ，3 生產(chǎn)系統(tǒng)柔性和資源柔性 生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的概念和分類十分繁雜，但就其核心而言，生產(chǎn)系統(tǒng)柔性是 指生產(chǎn)系統(tǒng)本身固有的，對(duì)內(nèi)外部變化的適應(yīng)能力具體來說，生產(chǎn)系統(tǒng)的柔 性概念應(yīng)包括兩個(gè)方面：第一個(gè)方面是系統(tǒng)的加工范圍如果一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)能 呈現(xiàn)范圍更寬的加工狀態(tài)或行為，則它具有較大的柔性，例如，生產(chǎn)的產(chǎn)品品 種多，能生產(chǎn)不同的產(chǎn)量或質(zhì)量，就具有較大的柔性第二個(gè)方面是系統(tǒng)從一 種加工狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種加工狀態(tài)的難易度這個(gè)難易度可用轉(zhuǎn)換的時(shí)間和轉(zhuǎn) 換的成本來度量從一種加工狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種加工狀態(tài)，轉(zhuǎn)換的時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi) 用高，生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性也就較低轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換成本是替代的關(guān)系，縮短轉(zhuǎn) 換時(shí)間會(huì)加大轉(zhuǎn)換費(fèi)用如果不考慮時(shí)間，可以通過重新投資新生產(chǎn)系統(tǒng)改變 加工可能性 區(qū)分生產(chǎn)系統(tǒng)加工處理的范圍和在不同加工狀態(tài)間轉(zhuǎn)換難易度這兩個(gè)方面 是非常重要的，有利于管理者識(shí)別不同的柔性需求例如，某位負(fù)責(zé)銷售的部 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 門主管希望生產(chǎn)系統(tǒng)能生產(chǎn)較廣范圍的產(chǎn)品以適應(yīng)市場(chǎng)多樣化的需求，他強(qiáng)調(diào) 的是生產(chǎn)范圍，即范圍柔性；另一位經(jīng)理可能會(huì)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)線在生產(chǎn)兩種產(chǎn)品時(shí) 轉(zhuǎn)換調(diào)整時(shí)間不要太長(zhǎng)，在訂貨變化時(shí)有靈活性，他更關(guān)心的是反應(yīng)速度即反 應(yīng)柔性所以在考察變化對(duì)柔性的需要時(shí)，首先要區(qū)別需要的是范圍柔性還是 反應(yīng)柔性強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)可調(diào)整范圍和反應(yīng)速度也與環(huán)境變化的長(zhǎng)期和短期相 對(duì)應(yīng)，一般短期變化需要生產(chǎn)系統(tǒng)從一種加工狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種加工狀態(tài)所需 的時(shí)間短，成本低，具有快速反應(yīng)的柔性如一批緊急訂貨要求生產(chǎn)線快速調(diào) 整而長(zhǎng)期變化要求生產(chǎn)線具有較寬的加工范圍，例如，當(dāng)出現(xiàn)新產(chǎn)品時(shí)，現(xiàn) 有生產(chǎn)系統(tǒng)仍然能加工和處理 市場(chǎng)需求的變化要求生產(chǎn)系統(tǒng)具有相應(yīng)的柔性以處理這些變化而不同的 變化要求生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性也各異一般地說，從生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)服務(wù)市場(chǎng)可靠性 這個(gè)目標(biāo)出發(fā)，下述柔性是一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備的： ( 1 ) 具有應(yīng)付由于產(chǎn)品壽命周期縮短造成的新產(chǎn)品引入的適應(yīng)能力，即產(chǎn)品 品種柔性； ( 2 ) 應(yīng)付短期需求波動(dòng)的產(chǎn)量柔性； ( 3 ) 具有在同一生產(chǎn)線上加工多種產(chǎn)品的組合柔性( 強(qiáng)調(diào)快速經(jīng)濟(jì)地調(diào)整生 產(chǎn)1 ； ( 4 ) 具有應(yīng)付長(zhǎng)期市場(chǎng)需求增長(zhǎng)的能力擴(kuò)張柔性； ( 5 ) 應(yīng)付緊急交貨的交貨期柔性； ( 6 ) 當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)時(shí)，能加工出其它質(zhì)量水平的質(zhì)量改進(jìn)柔性 這六種柔性是生產(chǎn)系統(tǒng)表現(xiàn)出來的綜合柔性，是可靠地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)目標(biāo) 的保證它們由生產(chǎn)系統(tǒng)資源提供，面向市場(chǎng)和顧客，為了實(shí)現(xiàn)這些綜合柔性， 生產(chǎn)系統(tǒng)的資源應(yīng)具備相應(yīng)的柔性根據(jù)綜合柔性的來源的產(chǎn)生的部位，生產(chǎn) 系統(tǒng)的資源應(yīng)具備下列五種基本柔性： ( 1 ) 機(jī)器柔性，包括兩個(gè)方面的含義，一是在一臺(tái)機(jī)器上對(duì)一個(gè)零件進(jìn)行 多種加工而不需裝卸；二是在一臺(tái)機(jī)器上對(duì)一組不同類型的零件進(jìn)行不同的操 作可以通過縮短準(zhǔn)備時(shí)間和快速更換刀具提高機(jī)器的反應(yīng)柔性機(jī)器柔性對(duì) 產(chǎn)品品種柔性，產(chǎn)品組合柔性等是重要的來源； ( 2 ) 物料搬運(yùn)柔性，指系統(tǒng)能處理多種物料和工件的搬運(yùn)； ( 3 ) 加工路線柔性，指一組零件可以使用多條加工路線：路線柔性在設(shè)備 出現(xiàn)故障時(shí)顯得特別重要，它允許把零件轉(zhuǎn)移到別的機(jī)器上進(jìn)行加工； 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 4 ) 人工柔性，指工人快速有效地處理多種任務(wù)和工作的能力；高柔性的 工人，當(dāng)產(chǎn)品更新時(shí)無需太多的培訓(xùn)就可以適應(yīng)加工任務(wù)的變化； ( 5 ) 物料加工柔性，指生產(chǎn)系統(tǒng)能處理多種物料，這對(duì)于新產(chǎn)品的引入是 重要的 這些資源柔性是生產(chǎn)系統(tǒng)基本的物理柔性，其不同組合表現(xiàn)不同的面向市 場(chǎng)的綜合柔性，例如，機(jī)器柔性，物料搬運(yùn)柔性、人工柔性和物料加工柔性的 某種組合就產(chǎn)生了生產(chǎn)系統(tǒng)能加工多種產(chǎn)品的品種柔性；又如，機(jī)器柔性、加 工路線柔性和人工柔性的適當(dāng)組合能夠產(chǎn)生適應(yīng)交貨期變化的交貨期柔性，當(dāng) 有緊急訂貨出現(xiàn)工藝瓶頸時(shí)，機(jī)器柔性使得調(diào)集多臺(tái)設(shè)備加工該批訂貨成為可 能，路線柔性可以使零件在不同的機(jī)器間移動(dòng)，緩解了瓶頸緊張狀態(tài)基本資 源柔性和綜合柔性的關(guān)系見圖1 1 基本資源柔性( 存在于生產(chǎn)系統(tǒng)中) 匝垂 隔磊磊磊b 【，j 匝巫乎 區(qū)垂 匝匝乎 屯至正 屯至互 嶇至 嶇垂匾 嶇亟口 嶇星 圖1 1 基本柔性和綜合柔性的關(guān)系 在實(shí)際生產(chǎn)中，資源柔性通常體現(xiàn)在供應(yīng)量不足或者需要盡量減少資源投 入量的情況下可以將這種情況理解為生產(chǎn)系統(tǒng)所面對(duì)的一種內(nèi)部變化，為了 適應(yīng)這種變化，生產(chǎn)管理者必須利用資源固有的柔性能力，通過合理安排及組 織，使生產(chǎn)效益接近或達(dá)到系統(tǒng)擁有充足資源時(shí)的水平 1 2 4 柔性資源條件下流水線計(jì)劃 在實(shí)際生產(chǎn)中，要求流水線計(jì)劃能夠合理利用現(xiàn)有流水線中的資源，滿足 9 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 訂單在質(zhì)量，產(chǎn)量和交貨期上的要求除此以外，流水線計(jì)劃還應(yīng)該盡可能縮 短生產(chǎn)周期，減少資源投入，降低成本當(dāng)考慮資源柔性時(shí)，流水線計(jì)劃的目 標(biāo)并沒有變化但相較于普通的流水線計(jì)劃，柔性資源流水線計(jì)劃 ( f l e x i b l e - r e s o u r c ef l o ws h o ps c h e d u l i n g ，以下簡(jiǎn)稱為f r f s ) 必須動(dòng)態(tài)的使用現(xiàn) 有資源，在生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)都必須決定資源的投入量、工序的開始時(shí)間和緊 后工序的相應(yīng)參數(shù)由于生產(chǎn)的制定者必須反復(fù)決定如何使用現(xiàn)有資源，使得 計(jì)劃擁有相當(dāng)多的資源組合方式，從中選擇一個(gè)最優(yōu)計(jì)劃變得較為困難 1 3 本研究的目的及意義 隨著現(xiàn)代制造技術(shù)( q m t ) 、信息技術(shù)( i t ) 和自動(dòng)化技術(shù)( a t ) 的迅速發(fā) 展，國(guó)際商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品生命周期日益縮短，以及顧客需求日益多樣 化和對(duì)時(shí)間敏感性的加強(qiáng)，現(xiàn)代企業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，變化和不確定性是新 的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的標(biāo)志企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)從依靠?jī)r(jià)格轉(zhuǎn)向依靠質(zhì)量和服務(wù)，并進(jìn)一 步轉(zhuǎn)移到依靠品種和時(shí)間怎樣及時(shí)的響應(yīng)顧客對(duì)產(chǎn)品多樣化和個(gè)體化的需求， 成為衡量現(xiàn)代化企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要標(biāo)志柔性，即企業(yè)有效的處理環(huán)境變化 和由環(huán)境變化引起的不確定性的能力，越來越成為企業(yè)生存發(fā)展和成功的重要 戰(zhàn)略武器，引起了國(guó)內(nèi)外企業(yè)管理者的重視為了擁有高度的柔性，許多企業(yè) 在現(xiàn)代技術(shù)、柔性生產(chǎn)設(shè)備及人員的多功能培訓(xùn)等方面花費(fèi)巨額投資，但系統(tǒng) 柔性水平與其產(chǎn)生的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)之間的關(guān)系卻并不清楚，并因此造成了巨大的浪 費(fèi)了解柔性水平與利潤(rùn)間的關(guān)系，是企業(yè)決定投資柔性制造系統(tǒng)前必須進(jìn)行 的工作 即使已經(jīng)建立柔性制造系統(tǒng)，也不能認(rèn)為流水線發(fā)揮了全部生產(chǎn)能力如 何管理柔性流水線，尤其是如何計(jì)劃安排柔性資源的使用，是柔性資源投資收 益率的決定因素隨著我國(guó)己加入w 1 o ，中國(guó)企業(yè)正在面臨著國(guó)際企業(yè)的強(qiáng)有 力的挑戰(zhàn)從發(fā)展戰(zhàn)略上講，也在進(jìn)入一個(gè)新的階段，即從出口導(dǎo)向戰(zhàn)略向著 全球化經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略的改變，也就是說，中國(guó)企業(yè)應(yīng)當(dāng)廣泛的參與各個(gè)層面的國(guó)際 分工，而不是簡(jiǎn)單的繼續(xù)發(fā)揮我國(guó)勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)的分工，要利用產(chǎn)品差異性，多 樣性進(jìn)入高級(jí)制造業(yè)的國(guó)際分工因此，如何計(jì)劃管理和有效使用柔性資源， 提高中國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)成為2 1 世紀(jì)企業(yè)如何適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展 的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題 1 0 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章工藝柔。i 生的選擇方法 為了取得最大的利潤(rùn)，在建立流水線時(shí)需要決定如何配置柔性，并對(duì)流水 線將來的生產(chǎn)情況有一定的了解在硬件方面，工藝柔性無疑是流水線的主要 柔性，了解工藝柔性的性質(zhì)是對(duì)流水線進(jìn)行柔性配置的必要前提 2 1 問題性質(zhì) 面對(duì)不確定的市場(chǎng)需求，加強(qiáng)流水線市場(chǎng)適應(yīng)能力最有效地方法就是提高 流水線的工藝柔性在這里，工藝柔性是指一個(gè)工作臺(tái)能夠處理多種零件，或 指一條生產(chǎn)線能夠同時(shí)生產(chǎn)多種產(chǎn)品企業(yè)需要怎樣的工藝柔性，以及如何增 加柔性以更有效的適應(yīng)需求變化是由產(chǎn)品生產(chǎn)分配決定的所謂生產(chǎn)分配，就是 決定產(chǎn)品在生產(chǎn)系統(tǒng)的哪條生產(chǎn)線或在流水線中的哪個(gè)工作臺(tái)上加工由于大 多數(shù)產(chǎn)品是在同一條流水線上完成其加工過程的，因此在本文中僅討論產(chǎn)品與 工作臺(tái)的柔性關(guān)系 工作臺(tái)的加工能力( 或稱為柔性能力) 即指產(chǎn)品能夠由那些工作臺(tái)加工或每 個(gè)工作臺(tái)能夠處理多少種產(chǎn)品產(chǎn)品與工作臺(tái)的分配方式由工作臺(tái)的加工能力 和容量決定，而加工能力和容量是在整條流水線建立前決定并投資得到的影 響投資量最直接的因素在于對(duì)未來市場(chǎng)需求量的預(yù)期，但實(shí)際需求量是不斷變 化的，預(yù)期與實(shí)際需求量間必然存在一定程度的差距，為了使流水線具有應(yīng)對(duì) 需求量波動(dòng)的能力，必須使流水線具有工藝柔性由于工藝柔性的投資是相當(dāng) 大的，那么到底使流水線具有怎樣程度的工藝柔性能力才是最合適的昵? 另一方面，有些流水線已經(jīng)具有了一定程度的工藝柔性以汽車組裝流水 線為例，絕大多數(shù)工作臺(tái)可以處理一種以上的工件，也有許多工件能夠在多種 工作臺(tái)上進(jìn)行處理那么現(xiàn)有的柔性程度是否已經(jīng)足夠應(yīng)付需求量的波動(dòng)? 如 果不夠，應(yīng)當(dāng)如何改進(jìn)流水線以增加柔性呢? 從現(xiàn)有文獻(xiàn)的調(diào)查結(jié)果來看，主要有以下兩個(gè)方面的問題影響了企業(yè)對(duì)工 藝柔性的投資： 第一、雖然投資機(jī)器容量和工藝柔性所需的成本是很容易計(jì)算的，但產(chǎn)品 的需求卻很難確定，因此對(duì)投資的利潤(rùn)也很難有一個(gè)明確的估計(jì)由于柔性投 資的成本巨大，為穩(wěn)妥起見，投資者們傾向于盡量減少投資量 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二、許多人將柔性僅理解為兩種極端的情況，即全柔性( 工作臺(tái)能夠處 理所有的工件) 和無柔性，而忽略了中間狀態(tài)由于全柔性的投資相當(dāng)巨大， 這也造成了第一點(diǎn)的形成 因此本文將柔性看成是一個(gè)可以逐漸增加的變量，并試圖找出隨著柔性水 平的提高，利潤(rùn)的增漲情況 研究利潤(rùn)與工作臺(tái)工藝柔性的關(guān)系有兩種思路： 一、研究應(yīng)采用怎樣的柔性調(diào)配方式才能與產(chǎn)品的預(yù)期需求相適應(yīng)，但不 考慮取得柔性的成本；二、研究如何用最低的成本才能達(dá)到既定的柔性水平 在本章中，我們選擇的是第一種思路，既沒有考慮成本的因素這主要是 基于以下兩方面的考慮： ( 1 ) 更好的理解柔性所帶來的利潤(rùn)有助于投資者做出更好的投資決策，有 助于研究關(guān)于如何提高柔性同時(shí)降低成本的問題：( 2 ) 影響成本的因素相當(dāng)復(fù) 雜，同時(shí)考慮利潤(rùn)與成本進(jìn)行分析需要做出太多假設(shè)，使本研究失去實(shí)際意 義但必須強(qiáng)調(diào)的是，在實(shí)際的決策過程中，必須將本文的結(jié)果與成本相結(jié)合 進(jìn)行考慮 2 2 工藝柔性 工藝柔性的重要優(yōu)勢(shì)在于，在機(jī)器生產(chǎn)能力不變的情況下，它能提高流水 線的利用率，靈活的改變生產(chǎn)量以適應(yīng)需求的變化因此，可以使用期望銷售 量和生產(chǎn)能力利用率( 即機(jī)器利用率) 來衡量工藝柔性帶來的利潤(rùn)下面用一 個(gè)簡(jiǎn)單的例子進(jìn)行說明 考慮一個(gè)只有兩個(gè)工作臺(tái)，兩種產(chǎn)品的流水線兩個(gè)工作臺(tái)對(duì)兩種產(chǎn)品的 生產(chǎn)能力均為每年1 0 0 單位兩種產(chǎn)品的需求量相互獨(dú)立，并在5 0 ，1 0 0 ，1 5 0 三個(gè)值中隨機(jī)取值假設(shè)流水線的生產(chǎn)能力能夠在得到需求量之后重新調(diào)整， 而超過生產(chǎn)能力的需求視為損失量比較流水線處于全柔性和非柔性使時(shí)機(jī)器 利用率和期望銷售量的區(qū)別 如果兩種產(chǎn)品的需求量為5 0 和1 5 0 ，在全柔性狀態(tài)下，需求量全部可以滿 足，流水線的利用率為1 0 0 ，但在非柔性狀態(tài)下，會(huì)有5 0 個(gè)單位的需求量無 法滿足，即存在2 5 的損失，機(jī)器利用率為7 5 同樣的道理，從全局來考慮， 在全柔性的條件下的期望銷售量為1 7 8 單位，損失為2 2 單位，機(jī)器利用率為8 9 ； 1 2 武漢理工人學(xué)碩士學(xué)位論文 在非柔性條件下，期望銷售量為1 6 7 單位，損失3 3 單位，機(jī)器利用率為8 3 可 以發(fā)現(xiàn)，用期望銷售量和機(jī)器利用率可以有效衡量柔性水平與利潤(rùn)的關(guān)系 2 2 1 工藝柔性水平 如果流水線只有2 種產(chǎn)品和2 個(gè)工作臺(tái)，其所涉及到的柔性問題是相當(dāng)簡(jiǎn) 單的，與柔性相關(guān)的投資決策也很容易做出但對(duì)于有多種產(chǎn)品和多個(gè)工作臺(tái) 的情況，問題會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜首先，期望銷售量和機(jī)器利用率會(huì)很難計(jì)算； 其次，隨著產(chǎn)品和機(jī)器數(shù)量的增漲，使可能的生產(chǎn)分配方式以指數(shù)形式遞增因 此，必須使用更為簡(jiǎn)潔和有效的方法來確定最優(yōu)的調(diào)配方式， 為了更清晰的說明解決問題的方法以及柔性與利潤(rùn)的關(guān)系，本節(jié)用一條有 1 0 種產(chǎn)品和1 0 個(gè)工作臺(tái)的流水線為例進(jìn)行說明以一月為個(gè)時(shí)間單位，假設(shè) 每臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)能力為1 0 0 個(gè)單位的產(chǎn)品，而每種產(chǎn)品的期望需求也為1 0 0 單 位月，需求量為獨(dú)立同分布的變量，均服從標(biāo)準(zhǔn)差為4 0 的正態(tài)分布，變化范圍 在 2 0 ，1 8 0 】?jī)?nèi) 算出每一種生產(chǎn)分配方式的期望銷售量和機(jī)器利用率幾乎是不可能也是沒 有意義的因此我們用如下方式來考尋求可能的最優(yōu)分配方式： ( 1 ) 對(duì)每種產(chǎn)品的需求量隨機(jī)取值； ( 2 ) 在不超過每臺(tái)機(jī)器生產(chǎn)能力的前提下，充分利用流水線的柔性能力， 對(duì)需求量進(jìn)行分配，要求被滿足的需求量( 即銷售量) 達(dá)到最大； ( 3 ) 搜集在不同柔性水平下流水線銷售量，損失量和機(jī)器利用率，從中選 出最優(yōu)方案 首先考慮非柔性的情況，即每臺(tái)機(jī)器只能加工一種產(chǎn)品( 假設(shè)為機(jī)器l 加 工產(chǎn)品1 ，機(jī)器2 加工產(chǎn)品2 ，依次類推) 通過多次隨機(jī)取值求平均的方法可 以得到，期望銷售量為8 5 3 單位，期望機(jī)器利用率為8 5 3 當(dāng)流水線為全柔性 時(shí)，期望銷售量為9 5 4 ，機(jī)器利用率為9 5 4 從投資和制造成本的觀點(diǎn)來看， 全柔性幾乎是不現(xiàn)實(shí)的，但全柔性條件下流水線的生產(chǎn)水平卻能夠作為其他生 產(chǎn)分配方式的衡量標(biāo)準(zhǔn)，為確定最優(yōu)分配方式提供參考 前面曾提到，在對(duì)柔性流水線進(jìn)行投資決策時(shí)，需要解決的一個(gè)重要問題 就是如何確定流水線的柔性水平從利潤(rùn)的角度來考慮，此問題也可以看成是， 如何用最少的投資使流水線接近或者達(dá)到全柔性時(shí)的利潤(rùn)水平為了了解隨著 柔性水平增加利潤(rùn)的增漲情況，我們?cè)诜侨嵝缘幕A(chǔ)上，逐步增加機(jī)器的工藝 ，1 3 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 柔性并進(jìn)行分析增加柔性的方法就是在產(chǎn)品和工作臺(tái)間增加“線”，如圖2 1 每 條線都代表一個(gè)可行的產(chǎn)品工作臺(tái)組合 產(chǎn)品 工作臺(tái) 圖2 一l 柔性配置圖 圖中虛線表示流水線為非柔性時(shí)已有的產(chǎn)品工作臺(tái)組合，實(shí)線是工作 臺(tái)具有工藝柔性后新增的組合每增加一條線表示流水線的柔性水平在提高具 體的加線過程是：產(chǎn)品1 與工作臺(tái)2 相連，產(chǎn)品2 與工作臺(tái)3 相連，產(chǎn)品3 與 工作臺(tái)4 相連，最后是產(chǎn)品1 0 與工作臺(tái)1 相連這種加線方式并不是任意的， 從后文的內(nèi)容可以證明，這種加線方式符合工藝柔性的增加規(guī)律，能夠產(chǎn)生最 大的利益 隨著柔性水平的逐漸提高，流水線的期望銷售量和機(jī)器利用率也逐漸上 升圖2 2 是增加1 到l o 條線所對(duì)應(yīng)的期望銷售量和機(jī)器利用率與流水線處于 非柔性和全柔性時(shí)的比較 口曰o 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 0 0 0 9 5 0 刪 如 蔞9 0 0 導(dǎo) 8 5 0f 加2 條線 加l 條線心 無柔性 加1 0 條線、全柔性 8 08 59 09 51 0 u 機(jī)器利用率( ) 圖2 2 不同柔性水平下流水線的生產(chǎn)情況 從圖中可以看到，每增加一條線，流水線的期望銷售量和機(jī)器利用率快速 上升，當(dāng)加到第十條線時(shí)，其生產(chǎn)情況幾乎與全柔性時(shí)的情況相等可以認(rèn)為， 在無柔性的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)線上增加1 0 條線所增加的利潤(rùn)與全柔性增加的利潤(rùn)相 等兩種柔性水平流水線的柔性關(guān)系如圖2 3 雖然本文并沒有考慮成本問題，也沒有找到利潤(rùn)最大的柔性水平，但從圖 2 2 可以發(fā)現(xiàn)，增加1 0 條線的流水線完全能夠代替全柔性流水線繼續(xù)加線， 即繼續(xù)投資增加柔性水平是沒有必要的為了確定流水線利潤(rùn)最大的柔性水平， 還需要結(jié)合投資成本，資源成本和管理等因素綜合考慮，但在非柔性的基礎(chǔ)上， 最優(yōu)柔性水平所增加的產(chǎn)品工作臺(tái)組合數(shù)不會(huì)超過1 0 值得注意的是，雖然圖2 3 ( 1 ) 的生產(chǎn)分配方式產(chǎn)生了與全柔性幾乎相等 的利潤(rùn)，但這并不能說明一種產(chǎn)品有兩個(gè)工作臺(tái)處理，一個(gè)工作臺(tái)能夠處理兩 種產(chǎn)品的工藝分配方式就是最優(yōu)的為了接近或達(dá)到全柔性的生產(chǎn)狀況，必須 考慮產(chǎn)品與工作臺(tái)的數(shù)量、機(jī)器生產(chǎn)能力、產(chǎn)品的期望需求及需求的不確定性 四個(gè)因素，并以此確定每種產(chǎn)品