聚類分析下的單元生產(chǎn)

1、聚類分析下的單元生產(chǎn)摘要 變化迅速而且無法準(zhǔn)確預(yù)測，買賣關(guān)系的主導(dǎo)方也由賣方逐漸轉(zhuǎn)移到了買方，市場的產(chǎn)品朝多樣化發(fā)展，在面臨激烈的市場競爭中，制造企業(yè)需要不斷調(diào)整自己的生產(chǎn)方式適應(yīng)未來的發(fā)展。我們經(jīng)過調(diào)研決定在該企業(yè)推行精益生產(chǎn)方式，在精益生產(chǎn)流程再造的基礎(chǔ)上實(shí)施車間單元生產(chǎn)。本文中主要對車間的機(jī)器設(shè)備加工零件利用SPSS 軟件進(jìn)行聚類分析，在科學(xué)分類的基礎(chǔ)上劃分各個單元。最終實(shí)現(xiàn)在企業(yè)推進(jìn)單元生產(chǎn)。關(guān)鍵詞 聚類分析，SPSS，單元生產(chǎn)1選題背景及意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，消費(fèi)者需求的不斷提升和變化，生產(chǎn)的需求逐漸呈現(xiàn)出飽和狀態(tài)。制造廠商面對的是一個變化迅速而且無法準(zhǔn)確預(yù)測的市場

2、，買賣關(guān)系的主導(dǎo)方也由賣方逐漸轉(zhuǎn)移到了買方，市場的產(chǎn)品朝多樣化發(fā)展。用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量、性能及個性化需求的提高，促使企業(yè)不得不改變其生產(chǎn)模式。在面臨市場激勵的競爭，某制造企業(yè)深感變革的需要，提出與重慶大學(xué)項(xiàng)目組合作，最終順利實(shí)現(xiàn)企業(yè)的變革。根據(jù)企業(yè)出現(xiàn)的問題與產(chǎn)品的特點(diǎn)，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期成為關(guān)鍵，項(xiàng)目組決定在該企業(yè)推行精益生產(chǎn)方式，在精益生產(chǎn)流程再造的基礎(chǔ)上實(shí)施車間單元生產(chǎn)。 筆者作為2011屆重慶大學(xué)的本科畢業(yè)生有幸參與到這一項(xiàng)目中，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)車間的布局問題。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，首先根據(jù)近年來的產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝，將生產(chǎn)車間的機(jī)器設(shè)備分成不同的單元。然后根據(jù)分類的單元采用系統(tǒng)設(shè)施規(guī)劃（SLP

3、）對各單元進(jìn)行車間布局。由于涉及到公司的保密問題，文中的具體產(chǎn)品均用代號表示，但并沒有影響數(shù)據(jù)分析的實(shí)際意義。 本次選題的主要意義在于，對于車間的機(jī)器設(shè)備加工零件利用SPSS 軟件進(jìn)行聚類分析，在科學(xué)分類的基礎(chǔ)上劃分各個單元。既避免了實(shí)際過程中的分類的盲目性，同時結(jié)合SPSS提高了分類的科學(xué)性。同時，針對實(shí)際生產(chǎn)中面臨的問題，將SPSS應(yīng)用于解決具體問題，將理論的學(xué)習(xí)成功地應(yīng)用于實(shí)踐。2相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1單元制造方式的生產(chǎn)組織與布置單元制造是指將機(jī)器分組，每組稱為一個單元這樣一種布置類型。組的劃分是由一系列相似零件所需要的工藝決定的。相似零件又稱為零件族，它們有著相似的工藝要求，這些單元實(shí)際上

4、成了產(chǎn)品專業(yè)化原則生產(chǎn)的縮影。在加工生產(chǎn)中，一組機(jī)器完成的是一組(族)相似零件所必需的工藝。單元制造的核心技術(shù)成組技術(shù)，將零件按相似工藝特征分組才能保證單元制造的高效率。它要求確定出相似設(shè)計特征或制造特征的零件并分成零件族。按成組生產(chǎn)方式組織生產(chǎn)流程，是多品種小批量生產(chǎn)組織生產(chǎn)流程的一種理想選擇。其基本原理是，根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)將結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件組成一個零件組，確定出零件組的典型工藝流程。2.2聚類分析理論闡述聚類分析法是理想的多變量統(tǒng)計技術(shù)，主要有分層聚類法和迭代聚類法。 聚類分析也稱群分析、點(diǎn)群分析，是研究分類的一種多元統(tǒng)計方法。通過研究產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)樣本間存在的不同程度相似性（親疏關(guān)系以樣

5、品間距離衡量），并根據(jù)大量樣本的觀測指標(biāo)，找出一些能夠度量樣品或指標(biāo)之間相似程度的統(tǒng)計量。以這些統(tǒng)計量為劃分類型的依據(jù)，把一些相似程度較大的樣品（或指標(biāo)）聚合為一類，把另外一些彼此之間相似程度較大的樣品（或指標(biāo)）又聚合為另一類，直到把所有的樣品（或指標(biāo)）聚合完畢，這就是分類的基本思想。3公司機(jī)械加工車間產(chǎn)品PQ分析根據(jù)公司提供的產(chǎn)品數(shù)據(jù)顯示，機(jī)加車間產(chǎn)品品種繁多，2006年到2009年加工的產(chǎn)品品種約800種，產(chǎn)品間產(chǎn)量相差較大，數(shù)量從幾件到幾萬件不等。根據(jù)80/20原則劃分機(jī)加車間的產(chǎn)品，從產(chǎn)量上確定哪些產(chǎn)品是機(jī)加車間經(jīng)常生產(chǎn)，訂單數(shù)量比較多的。具體操作步驟如下：收集整理產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)。根據(jù)機(jī)

6、加車間產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行排序，并計算出各類產(chǎn)品產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比。得到產(chǎn)品產(chǎn)量大于20000件的產(chǎn)品共有47種，累計占總產(chǎn)量的78.6%。繪制PQ分析表，并選取了產(chǎn)量前100的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，見附表A1。 根據(jù)PQ分析表內(nèi)的數(shù)據(jù)繪制巴雷特圖。前100種產(chǎn)品整理繪制的巴雷特圖，如圖3-1所示。圖3-1 產(chǎn)品巴雷特圖4結(jié)合聚類分析對車間設(shè)備進(jìn)行分組按工藝相似性原則，使用SPSS軟件對機(jī)加產(chǎn)品進(jìn)行聚類分析，劃分出產(chǎn)品單元。根據(jù)已獲得的數(shù)據(jù)，在47種產(chǎn)品中選出螺母、螺栓、螺釘?shù)犬a(chǎn)品，并將每一類產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品工藝矩陣處理、產(chǎn)品工藝0-1矩陣處理，然后采用SPSS進(jìn)行聚類分析，得到聚類分析表，具體操作步驟如圖4-1所

7、示。圖4-1 產(chǎn)品工藝分析步驟使用SPSS軟件分析得到的單元只對工藝因素進(jìn)行了聚類，同時結(jié)合非工藝因素（如不同設(shè)備間定置的相互排斥、設(shè)備數(shù)量等），對聚類分析得到的各單元類進(jìn)行調(diào)整，劃分初步的產(chǎn)品制造單元。4.1代表產(chǎn)品的聚類分析根據(jù)PQ分析的結(jié)果，選擇的具有工藝具有代表性的產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品工藝矩陣分析。選擇的產(chǎn)品大類包括螺栓、螺母、螺釘?shù)?。從螺母產(chǎn)品數(shù)據(jù)中共挑選出16個版本號的螺母產(chǎn)品，然后根據(jù)產(chǎn)品的加工工藝，將車、數(shù)車、磨、銑、滾絲、鉗工、制標(biāo)等連續(xù)在機(jī)加車間加工的產(chǎn)品工序進(jìn)行分段，螺母類產(chǎn)品第一工序段工藝矩陣如附表A2。根據(jù)附表A2螺母類產(chǎn)品第一工序段工藝矩陣，將表格里面各工作中心組用1代替，

8、兩個工序間無工序部分用0代替，得到螺母類產(chǎn)品第一工序段0-1矩陣，得到附表A3。 將附表A3中的0-1矩陣輸入SPSS統(tǒng)計分析軟件，運(yùn)用SPSS分析軟件的聚類分析模塊進(jìn)行聚類分析，分析結(jié)果如表4-1所示：表4-1 螺母第一工序段聚類分析結(jié)果編號品名3 類2 類1A112B223C114D115E116F117G118H319I1110J1111K3112L3113M1114N1115O1116P11根據(jù)表4-1中對螺母第一工序段聚類分析結(jié)果，劃分為兩個單元，如表4-2：表4-2 螺母第一段工序劃分的單元單元1普車-1普車-2數(shù)車-1數(shù)車-2單元2普車-1普車-2普銑-1同理，對螺母第二工序段聚

9、類分析結(jié)果及產(chǎn)品工藝的特點(diǎn)，將劃分的兩個小單元進(jìn)行合并得到單元3。根據(jù)螺栓產(chǎn)品數(shù)據(jù)，將有工藝有工時的產(chǎn)品挑選出來，共有63個版本號的螺母產(chǎn)品，然后根據(jù)產(chǎn)品的加工工藝，將車、數(shù)車、磨、銑、滾絲、鉗工、制標(biāo)等連續(xù)在機(jī)加車間加工的產(chǎn)品工序進(jìn)行分段。對螺栓第一工序段聚類分析結(jié)果及產(chǎn)品工藝的特點(diǎn)，按兩類進(jìn)行聚類，并將兩類單元進(jìn)行合并得到單元4，螺栓第二工序段聚類分析劃分單元5和單元6，螺栓第三工序聚類得到單元7。由提供的螺釘產(chǎn)品數(shù)據(jù)，將有工藝有工時的產(chǎn)品挑選出來，共有15個版本號的螺釘產(chǎn)品，對螺釘?shù)谝还ば蚨尉垲惙治鼋Y(jié)果及產(chǎn)品工藝的特點(diǎn)，劃分單元8，對螺釘?shù)诙ば騽澐謫卧?，第三、四工序段分別得到單元10

10、和單元11。表4-3 單元機(jī)器的分組情況單元工作中心組工作中心組工作中心組工作中心組單元1普車-1普車-2數(shù)車-1數(shù)車-2單元2普車-1普車-2普銑-1單元3普車-2普車-3數(shù)車-1數(shù)車-2單元4普車-1無心磨-1單元5普車-1普車-2數(shù)車-1無心磨-1單元6普車-2普車-3數(shù)車-1無心磨-1單元7無心磨-1普車-3無心磨-2單元8數(shù)車-1普銑-1無心磨-1單元9普車-1普車-2普車-3數(shù)車-1單元10普車-1無心磨-1無心磨-2數(shù)車-1單元11普車-4無心磨-14.2產(chǎn)品總體單元劃分和設(shè)備數(shù)量的配置產(chǎn)品總體單元劃分根據(jù)4.1小節(jié)中各個產(chǎn)品工序段的單元劃分結(jié)果，以及單元內(nèi)工藝相似性，結(jié)合車間工

11、作中心組設(shè)備數(shù)量，將機(jī)加車間的設(shè)備劃分為如下表8個單元：表4-4 專用單元的劃分單元工作中心組工作中心組工作中心組工作中心組單元1普車-2普車-3數(shù)車-1單元2普車-1普車-2數(shù)車-1數(shù)車-2單元3普車-1數(shù)車-1單元4普車-2數(shù)車-1單元5普車-4公用單元6普車-1公用單元7無心磨-1無心磨-2公用單元8滾絲-1由于滾絲、鉆床、去毛刺等工序的效率較高，因此決定將其配備在專用單元之中。單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量的配置根據(jù)前期的調(diào)研情況，機(jī)加車間工作中心組的狀況如表4-5：表4-5 機(jī)加車間設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計表工作中心組設(shè)備數(shù)量普車-112普車-27普車-33普車-42普銑-13數(shù)車-121數(shù)車-24數(shù)銑-11無

12、心磨-17無心磨-25滾絲-111根據(jù)表4-5中的工作中心組的數(shù)量，結(jié)合表4-4中單元的劃分以及各個工序的加工時間范圍，初步確定機(jī)加車間單元的數(shù)量和設(shè)備的數(shù)量如表4-6，通過SPSS將產(chǎn)品的工藝加工分組，最終實(shí)現(xiàn)了將加工設(shè)備單元化，使得單元生產(chǎn)能夠較好地推行。表4-6 產(chǎn)品工藝單元分類單元與設(shè)備數(shù)工作中心組工作中心組工作中心組工作中心組單元數(shù)量單元1普車-2普車-3數(shù)車-12單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量112單元2普車-1普車-2數(shù)車-1數(shù)車-23單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量2122單元3普車-1數(shù)車-13單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量12單元401普車-201數(shù)車-11單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量23公用單元5普車-42單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量1公用單元6普

13、車-12單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量1公用單元7無心磨-1無心磨-21單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量75公用單元8滾絲-111單元內(nèi)設(shè)備數(shù)量1附錄：數(shù)據(jù)表1 產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計編號產(chǎn)量產(chǎn)量百分比產(chǎn)量累計百分比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 螺母類產(chǎn)品第一工序段工藝矩陣編號普車1普車2普車301普車-401數(shù)車-101數(shù)車-201無心磨-101無心磨-201普銑-101數(shù)銑-102鉗工-102鉗工-205滾絲-102鉗工-102鉗工-202制標(biāo)-1101普車