（企业管理专业论文）大规模定制MC生产模型及其优化研究.pdf

， j 墅蔓墅坠整塑翌主塑塞生兰焦堡塞 蔓! 夏 摘要 论文的理论意义在于系统而全面地分析了面向供应链的大规模定制生产 的运作过程、集成研究了剃碱组单元的生产优化问题劂鞍对脯淀制生产 中的应用。论文的实践意义在于给出了现代企业如何根据自身情况和外部环境 实施大趄i i 模定制生产的具体方法：特别指出对我国企业而氦练好内功，提高 企业核心竞争力是实施大规模定制生产的基础。 论文的最后部分阐述了大规模定制生产的局限性和前景，并给出了大规模 关健词：大规模定制成组技术遗传算法单机成组单元 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第l j 页 a b s t r a c t m 矗【l u 扬c t l m r 培i s t h ee m d a m 酬o f 瑙岖o n a l e c o n o m y , a n d m a s s c l 】s c i 删0 n 州c ) i s 恤2 1 9c e 】m t y 呦血t r e n dm o d eo f p r o d u c t i o n n 嘶蝴 t h ed a l l 孤l do fc u s 幻m e 培i sb e c o 曲gm o r ea n d 眦m 嘶d u a la n df a s h i o n a b l e a n dc h i n aw i l la c c e d et ot h ew t o s o s y s t e m a t i c a ls t u d y o i lm ci sm g e x l t b a s e do i lt h el a t e s to u t c o m eo fs c i e n t i f i cr e s e a r c ho nm c ，t h i sa r t i c l ee x p o u n d s t h ee v o l u t i o no fp r o d u c t i o ns t y l e , a n dt h e ni n t r o d u c e st h e 瑚曲r co fm 【c 柚di t s p r o s p e c t s i nc h i n a a san e wp r o d u c t i o ns t y l e ，m ch a si t so w np r o d u c t i o n o r l 蛰n i z a t i o na n de n f o r c e m e n tm o l h o d s a f t e ra n a l y z m gt h ep r o c e s so fd i s c r e t e m a n u f a c t u r i n go fm c ，t h i sa r t i c l ep u t sf o r w a r das c m - o r i e n t r a m h e m a t i c a lm o d e l a b o u tm c a n dt h e na n a l y s e st h ec o n c r e t ec n f o r e e m c r 吐m e t h o d si nd e t a i l a tt h e 受i l n et i m et h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h e a p p l i c a t i o n so f g r o u pt e c h n o l o g y i nm c 1 1 豫c o r eo ft h i sa r t i c l es t u d i e st h ed i s c r e t em a n u f a e t u r i l l gg r o u pu n i to fo n e s t a g e ，w h i c hi sp o p u l a r l ya p p l i e di nm c t h e nb u i l d su pt w oe l s p m a t h e m a t i c a l m o d e l s o n ei sh n d e rc a o a c i t yc o n s t r a i n t s ，t h eo t h e ri sn o tf o rt h ea b o v et w o p r o b l e m s 勰n p - h a r d n e s s ，t h i sa r t i c l es o l v e s t h ep r o b l e m s 啦g aa n dg i , 岭st h e r e s u l t s b a s e do nt h er e s u l 忸p r o v i d e st h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fi t sp r o d u c t i o n s c h e d u l i n gp r o b l e ma n d i t ss t u d y i n gm e f f l o d s r n l et h e o r ys i g n i f i c a n c eo ft h i sa r t i c l el i e si ns y s t e m a t i c a l l y a n a l y 趣t h e o p e r a t i o np r o c e s so f m c a n d i l i t e i 粤搬l e ds t u a y i n g d i s e l _ e t em a n u f a c t m i n g g r o u p u n i t o f o n e s t a g ea n d i t sa p p l i c a t i o n si nm c n 七p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c eo f t h i sa r t i c l el i e s i np o i n t i n go u te o n c l _ 1 e t em e t h o d so f 叩p t y i n gm ci nm o d e m e n t e r p r i s e s e 单。c m l y t ot h ee n t e r p r i s e so f c h i n a , b u i l d i n g u p t h e i ro o 砖c o m p e t e n c i e si st h ef u n d a m e n t a lo f a p p l y i n g m c a tl a s t , t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h el i m i t sa n dp r o s p e c t so f m c t h e n ，c i t e sat y p i c a l i n s m n c e - - - d e l lc o m p a n y k e y w o r d s ：m a s sc u s t o r n i z a t i o n ( m c ) g tg a ( g e n e t i ca l g o r i t h m ) d i s c r c t cm a n u f a c t u r i n g g r o u p u n i to f o n e s t a g e r 、 - j 蔓重窒必塑塑窒皇堂笪迨室 蔓! 夏 第1 章绪论 1 1 问题的提出 大规模定制生产是2 1 世纪的主流生产模式，是2 l 世纪的新兴技术；这已 经被理论界和企业界j 撤受。1 9 9 7 年底，美国乔治华盛顿大学的卜专家小 组x 寸新兴技术发展作了预测，提出2 1 世纪( 2 0 0 卜 2 0 3 0 年) 的8 5 项技术，在6 项有关制造业的项目中包括大规模定制生产技术。 大规模定制生产为现代企业提高竞争能力提供了新的途径，也不可避免地 对传统生产管理的思想、理论和方法提出了严峻的挑战，出现了许多新问题。 怛遗憾的是目前很少有文献涉及实施大规模定制生产的具体理论和方法，几 乎2 殳= 有对新问题的实用解决方案。当今，供应链管理、现代物流、成组技术、 独立制造岛、楱心竞争力、战略联盟、客户关系管理等管聊里论和方法的发展 和成熟，以及信息技术的飞速发展，为企业实施大规模定制生产奠定了坚实的 基础。由于大规模定制生产模式下需要研究的问题很多，如a b c 成本的具体核 算、大规模定制下的生产计划与生产控制、大规模定制下的c 跚( 客户关系管 理) 、大规模定制下的产品开发等，区区论文不能一一穷尽。作者将在对大规 模定制生产模式深入分析的基础上提出了新的面向供应链的大规模定制生产 过程与模型并结合成组技术和独立制造岛的管理理念及其应用，借鉴国内外 学者研究经济批量( e l s p ) 和生产调度问题的诸多成果，探讨了离散制造单机 成组单元的经济批量问题，并用遗传算法逐步求解优化结果，建立了离散制造 单机成组单元的生产调度数学模型，给出了研究i 亥类问题的思路：最后把整个 成组单元集成起来，作为对大规模定制生产模式具体实施的一种探讨。 1 2 国内外研究现状 迄今为止，有关大规模定制的研究是在两个层次上进行的，第一层侧重从 市场分析、客户关系管理等角度定性研究大规模定制的种种优势，从某种意义 上来讲- 这层次的研究把大规模定制作为种商业模式、物流模式，并没有 把大规模定制作为一种生产模式来研究；第二层则侧重从技术的角度研究大规 模定制的实现方法和关键技术，包括企业的具体组织、先进的制造技术、业务 流程的分析与重组等a 起初，大规模定制的研究大多集中于第层的研究，并 获得了一些较为成熟的研究成果，如市场扰动研究、直销模式( d e l l 模式) 研 究等。有关大规模定制研究的第二层次，有许多子问题，如基于活动的成本管 二_ 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 理法、面向大规模定制的组织改造、大规模定制的实施方式和方法、合理化工 程、大规模定制的过程和模型等。 目前，信息技术的飞速发展( 如：分布式计算技术、网络通讯技术、万维 网技术) 、敏捷制造和柔性生产日渐成熟，所有这些为实施大规模定制提供了 更有效的手段和更广阔的空间。国内外学者对大规模定制的具体实施和关键技 术不断进行深入的研究。建立了单个企业大规模定制生产的数学模型、探讨了 成组技术和成组单元在大规模定制中的应用；美国学者大卫安德森和约瑟夫 派恩二世对大规模定制下敏捷产品的开发、市场扰动问题以及面向大规模定制 企业变革进行了深入的研究，国内学者浙江大学的祁国宁教授对大规模定制产 品生产方式与定制企业生产方式进行了比较分析指出定制企业生产方式是未 来的发展趋势。而实际上定制企业生产方式就是动态联盟( 虚拟企业) 生产 运作方式，是基于任务或项目的临时企业联盟。其他还有许多，不一一列举； 但有一点可以肯定目前尚没有学者把大规模定制从商业模式到生产模式集成 起来研究，且对该生产模式的研究尚待进一步完善。本人认为，大规模定制是 从商业模式到生产模式的集成管理模式。首先是企业的外部环境发生变化，需 要有新的商业运作模式来适应变化而企业的生产模式是其商业模式的技术支 持、基础。h 这个层次上来讲，大规模定制的核心在于其生产模式特征，论文 将以这一点为核一嗽规模定制展开深入论述。 1 3 论文的主要内容和研究方法 首先强调一点，本文主要探讨大规模定制生产在机械、电子、家电等行业 中的应用，论文中的分析和模型如无特别说明，仅适用于上述行业。论文的研 究内容分为定性分析和定量分析两大部分。在定性分析部分，论文首先论述了 制造业的生产模式演变并引出大规模定制的概念和内涵以及其在我国的发 展f ； f 景；接着论文详细分析了大规模定制的实施方式、基本方法及大规模定制 下的产品丌发和成组技术在大规模定制生产中的应用。在定量分析部分，主要 论述两个问题：一是论述了大规模定制生产的过程和模型，二是结合成组技术 和独立制造岛的管理理念，在前人研究的基础上，提出了离散制造单机成组单 元的经济批量数学模型，并用目前比较流行的遗传算法进行求解，对结果进行 了分析，并建立陵类问题的生产调度模型。此外，在论文的最后部分给出了 大规模定制的成功案例d e l l 公司。 堕墼垄查堂塑主塑窭竺兰笪迨塞 篁! 里 第二章大规模定制生产概述 2 1 制造业生产模式的演变 制造业是国民经济的基础产业，其发达程度体现了个国家的科学技术和 社厶生产力发展水平从十八世纪英国爆发工业革命开始，制赳踺出手工作 蜊 段迅速发展壮大，逐渐成为世界各国国民经济中的主导产业。特别是本 世纪五十年代，大批大量生产模茸的确立使制造业达到了个前所未有的巅峰 时期。但是近十几年来，随着世界经济的快速发展和人们生活水平的不断提高， 市场环境发生了巨大的变化，消费者需求日趋主体化、个性化、时尚化和多样 化，微岜厂商耐限眦j 醚且无i 虫j 页测的买方市场，传统的刘比煺的生 产模式不再适应新的市场形势的需要。在这种情况下对市场需求的快速反应 能力期于始成为企业能否糊蜘的市| 虢争中占得_ 席之地的重要标志在这 种形势下，粥揪国国情的制造生产模瑚接现我国伟大搬各目标意义重 大，而从人类制造生产模式的演变中我们会得到有益的启示。下图为制随业生 生 产 模 式 ，h 1 h 图2 - 1 制造业生产模式的演变 2 2 1 手工作坊式生产模式( c 删 1 7 世纪至1 8 3 0 ，在专业化协作分工、蒸汽动力机和工具帆的基础上，出 现了制造企业的雏形工场式的制造厂，人类社会的生产率开始出现大幅度的 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 飞跃。到了大约1 9 0 0 年，制造业成为一个重要的产业，其主要生产模式是少 品种单件小批生产。比如汽车行业，当时处于世界颁先地位的轿车公司p & l 每年只制造几百辆汽车，而且所造的汽车没有两辆是完全相同的原因在于 p & l 所有的承包商都不采用标准的计量器具，装配时依靠装配工的熟练操作技 术，修整零件使之配合良好。至1 9 0 5 年，欧洲已有几百家这类公司采用单 件生产方式少量地制作汽车，这些独立承担大部分生产任务的小工厂没有能力 开发新技术，产量低，成本高，且成本不随产量而下降。这种生产模式当然无 法满足市场需求。 2 1 2 大规模生产模式( m p ：m a s sp r o d u c t i o n ) 2 0 年代，在e w t f i 呻提出盼互换性，和大批大量生产o l i v e re v o n s 把传送带引入制造系统和e t a y l o r 盼科学管鼍p ，支撑下，与当时的电气化、标 准化与系列化结合，h 目n yf o r d 开刨了机械自动流水线生产，出现了“少品种 大批大量生产的模式，又称为底特律式自动化，成为各国纷纷仿效的制造生 产模式，制造业开始了第一次生产模式的转换。这种新的生产模式即大量生产 方式及其技术支持( 零件的互换性) 带给了制造业一场重大变革它推动了工 业化的进程和经济高速发展，为社会提供了大量的经济产品，促进了市场经济 的发展。其主要特征是：少品种大批大量生产、塔形多层次的垂直领导和严格 的产品节拍控制。其市场特征与少品种单件小批生产模式相同，都是卖方市场。 刚性生产线大太提高了生产效率从而降低了产品成本但这是以损失产品的 多样性为代价的。到5 0 年代，大量生产方式达到了顶峰。其中福特公司的t 型车为典型代表。 2 1 3 多品种、, j 4 1 ；l 量模式( s m a l l b a t c h m o r e v a f i e v ) 从5 0 年代开始人们对少品种大批大量生产方式”的优缺点有了进一步的 认识。大批量生产模式产品的竞争表现为效率加质量的竞争。一万面，大批大 量生产方式的规模效益使企业受益匪浅。比如在日本，由于政府的干预与调控 制造企业进行管理改革，大量引进和采用高新技术成果，狠抓商品化生产，发 挥人的因素作用发展企业间的合作，对外开拓国际市场，在汽车、家电、钢 铁及微电子器件等产量大的行业利用批量法则，以规模生产的产品和营销优 势迅速扩大在国际市场的占有份额，发展成为能与美国抗衡的经济大国。另一 方面人们也认识到刚性自动流水线存在许多自身难以克服的缺点，市场的多 变性和产品品种、过程的多样性对刚性生产线提出了挑战，为此人们从技术角 度实施成组技术和以计算机与系统技术为基础的制造自动化，试图改进这一模 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 式的不足。 但是实践证明，单纯技术上的某些改进不是振兴制造业的良策。到了8 0 年代，人们已经将少品种大批大量生产模式的优点发挥到了极限，同时这种生 产模式同市场需求变化间的矛盾愈来愈明朗，并且成为制约制造业发展的重要 因素。 解决这对矛盾的出路只能是进行制造生产模式的转换。从前面所述可知， 生产模式的变革，是在市场需求推动下以相应的技术进步为支持，生产管理 模式和相应的技术进步是推动社会进步的两个方面。我们也看到，在近3 0 年， 信息技术对制造业所起的作用越来越大。产品由“大量生产”过渡到“中小批量 生产，我们可以设想，当最终又过渡到能完全满足用户需求且性能价格比优 良的产品的单件小批生产时，会有一种瓤的生产模式和全方位的信息技术的支 持。从8 0 年代后期以来，美、日? 加、澳等国及西欧各国都先后提出新模式 的制造战略、研究开发计划。1 9 8 8 年美国g m 公司和里海大学共同提出敏捷 制造战略于1 9 9 0 年向社会半公开；1 9 9 0 年日、美、加、澳等国及西欧各国 联合进行l o 年期的智能制造系统腮) 的研究与开发 1 9 9 2 年德、美提出精益 生产( l e a nh 0 血c 6 0 n ) ；1 9 9 4 年德国人提出改变工业组织结构的分形公司 ( f r a c t a lc o m p a n y ) 。其他生产模式和管理方法有集成制造c i m ( c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 、虚拟制造v m ( v j 咖a lm 如u 自c t i l l n 曲、动态联盟 v f o f l r t u a le i 曲日p d ) 、分散网绍化 卧造d n m ( d i s t f i b u t e dn 吐n t a n i l 雠n 埔n g ) 、 精益生产l p ( l e a np r o d u c t i o n ) 、准时生产j 1 t ( j u s ti nr t r r 地) 、柔性生产fm ( f l e x i b l e n i l 船h 一旧、智能审糙m s ( i 【衄l l i 霉e n tm a n u f a c t t a i n gs y s t e m ) 、全球 制造g m ( g t o b a l m a n u f a c t u r i n g ) 、绿色制造g m ( g r e e n m a n u f a c a t d n g ) 、成组生 产g t ( g r o u pt e c h n o l o g y ) 等。这些系统或技术对提高产品质量及生产率、缩短 产品设计及制造周期、降低生产成本提高企业的竞争能力、满足多品种小批 量的市场需求有重大作用，但它们也不同程度地有其局限性。 2 1 4m c 生产模式 当今世界，人们生活水平的进一步提高和消费时尚的形成，对同一商品就 有了在花色、规格、功能等细节上的不同需求，要求商品的生产必须有所改变。 举夏季的t 恤衫这个例子来说，不同的消费者很可能仅仅对t 恤衫的颜色要求 不一样，如有的喜欢红色，而另外一些人则喜欢白色，更有甚者，喜欢在衣服 的胸前印上自己潇洒的照片，所有这些，不一而足。这就要求企业综合考虑客 户的个性化需求，分析客户需求的实质，挖掘隐含的客户需求信息( 实际上是 客户关系管理c r m 的部分内容) ，并对企业业务流程和生产组织进行重组，采 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 用“大量生产的方式”满足客户个性化的定制需求大规模定制( m a s s c u s t o m i z a t i o n ，简称m c ) 应运而生。大规模定制为企业提高竞争能力提供了 新的途径也不可避免地对传统的生产管理思想提出了严峻的挑战；下文将对 这问题进行详细的论述。 2 2 大规模定制生产的内涵 在对大规模定制生产论述之前，先举一个例子。彩电可以有外壳造型、 外壳颜色、彩管尺寸、彩管平面、低重音、多画面以及所采用的各种技术方 法等的区别这些构件或技术要素的不同组合导致了“型号 的不同。从数学上 说，这种组合的数量几乎是无限的。而由于种种原因，- 特别是制造商出于生产 能力方面的考虑。所谓型号的划分实际上还是很粗略的，只是其中较有代表性 的、数量有限的一些特定组合而己。当客户的需求不同于预定的型号时，他只 能是或者不买、或者屈服于现有的型号而不得不将就购买；此外，迫使客户多 花了不该花的钱也是常有的事例如，客户看重的只是彩电的大屏幕，而大屏 幕彩电的配置往往很高为了得到想要的大尺寸，只好多花钱把与之配套的其 它原来不想要盼豪华动能也一起买下了。 从这个例子我们可以看出，虽然产品的生命周翮自短，产品的品种增加、 批量减小，客户对产品的交货期、价格和质量的要求越来越高，众所周知孵福 特“t ”型车的时代在渐渐远去，客户的个性化要求越来越明显；但隐含在现 象后面的实际情况是，个性化的客户需求实质上可以分解为两部分：一是对基 本功能的一致需求，二是对辅助功能和外观的不同需求。与之对应多样化产品 也分为两部分基本组件和辅助组件；因此单从产品组件的角度考虑我们可 以将产品分解，然后把分解为的产品组件作为“产品”，放在供应链的环境下。 寻找生产特定组件有明显优势的联盟企业，组成战略联盟，充分发挥供应链各 个企业的核心竞争力，这样既可以保证质量，也可以提高响应速度：但有一点， 这要求企业在信息化、电子商务方面初具规模。此外有时我们可以只需对生 产流程进行重组，就可以满足客户的个性化需求，我们可以拿t 恤衫的例子来 随明，传统生产t 恤衫的流程是先对布料进行处理( 如染色、图案等) ，然后 制成各种款式、花色的t 恤衫；现在我们可以先作好各种款式的t 恤衫，最 后根据客户的不同需求( 主要表现在花色上) 染色处理，制威最终产品：这 一简单的生产流程改造导致生产的前一阶段我们可以采用大批量的生产方 式。保证成本不会太高，并且又满足了客户的个性化需求。 因此在上述分析的基础上，我们完全可以将“大规模”和“定制”有 机地结合起来发挥两者的优势，以大规模生产的成本实现产品多样化和定制 亘宣童堕盎掌亟士研究生学位论文第7 页 化。值得注意的是大规模生产和大规模定制有根本的不同。在大规模生产中， 低成本主要是通过规模经济来实现的，即通过高产量和生产过程的高效率降低 产品和服务的单位成本；在大规模定制中通过范围经济和规模经济的集成实 现低成本，即应用新技术和新的管理方法，灵活快速地生产多种产品和服务。 通过大规模定制带来的高利润和对用户需求的充分理解使大规模定制企业可 以提供更多的个性化和定制化产品这会导致消费市场的进一步细分。由于这 些企业能以较低的成本提供多样化和定制化产品，使它们在日益细分的市场中 占具更大的优势。表2 - l 为大规模定制模式与大规模生产模式的对照。 从表中的对比中可以看出，大规模定制模式生产的内涵在于：将定制产 品的生产问题通过产品结构和制造过程的重组全部或部分转化为批量生产。 对客户而言所得到的产品是定制的、个性化的；对企业而言，该产品是采用 大批量生产方式制造的成熟产品。犬规模定制是种在系统工程思想指导下， 用整体优化的观点，通过对企业的产品结构和制造过程重组，充分台理地利用 企业的内外部资源，最终实现根据每个客户的需求以大批量生产的效率和成 本提供定制产品的生产模式。 大规模生产大规模定制 焦点通过稳定性和控制力取得通过灵活性和快速响应来实 高效率现多样化和定制化 目标以几乎人人买得起的低价开发、生产、销售、交付买 格开发、生产、销售、交付产得起的产品和服务，这些产品和 品和服务服务具有足够的多样化和定制 化，差不多人人都能买得到自己 所想要的产品 关键特征稳定的需求分化的需求 统一的大市场多元化的细分市场 低成本、质量稳定、标准化的低成本、高质量、定制化的产 产品和服务品和服务 产品开发周期长产品开发周期短 产品生命周期长产品生命周期短 表2 - 大规模定审| j 模式与大规模生产模式的对照 资料来源；& j o s e p hp i n ei 【。太规模定制企业竞争的新育口沿p 4 4 ，中国人民大学出版社2 0 d 咀7 j 墅啦盔堂塑主堑窒皇堂焦迨窒 蔓! 夏 2 3 大规模定制生产在中国 改革开放2 0 年，通过技术改造和引进国外先进制造技术，我国的制造工 业有了长足的发展，但和先进国家相比还存在很大差距表现在：技改投入相 对不足，原有技术基础和研究开发能力薄弱，制造业产品落后技术水平低， 信息含量少，更新换代慢，以及市场营销、经营管理、人才素质相对落后，缺 乏国际竞争能力。面对这样形势，发展先进制造技术、实施先进的制造模式已 经到了刻不容缓的地步。 目前，我国还没有真正实施大规模定制这一先进生产模式的制造企业。 究其原因，一方面是由于我国制造业的现状；另一方面管理意识，管理观念 的滞后也是不争的事实。倒是一些新兴企业，如软件公司，正在逐步采用大规 模定制这先进生产模式在满足客户需求，实现企业发展和壮大方面，取得 了不凡豹成绩，如厦门的桃李软件。 综上，我国制造企业要想采用大规模定制生产模式，必须从两方面下手： 一是强化企业内部管理，以人为中心，对企业现有的流程进行分析、分解和整 合，即通常所讲的企业流程再造( b p r ) ，巩固发展企业核心竞争力，畅通企 业物流，对企、蝇有的j 蕊本计算方法进行调整，采用先进的、合理的、基于活 动的成本管理方法( a b c 成本法) ：对企业的生产组织进行优化调整，真正实 现模块化、系列化和标准化；采用成组技术，建立成组生产单元，吸取我国学 者张曙提出的独立制造岛模式和张伯鹏教授等人提出的面向2 1 世纪的制造模 式q l r f 模式的优点，为实施大规模定制练好内动。二是充分利用企业外 部条件：其中客户关系管理( c r m ) 是重要的一方面，即通过分析客户的现实 需求- 挖掘客户的潜在需求，最大限度地达到客户的最大满意度：此外，通过 动态联盟、供应链管理，发挥企业核心竞争力的优势，达到企业协同作战、能 真正快速响应客户个性化需求。当然啦我国信息技术基础设施的发展也十分 重要。只有这样大规模定甫恻会在我国真正有用武之地。 豇堑墅墼塑主堑窒圭兰焦迨塞 篁! 夏 第3 章大规模定制生产的过程和模型 3 1 大规模定制生产的分类 在论述太规模定制生产的过程和模型之前，先把大规模定制生产进行分 耋：企业根据市场预测进行有库存的大批量生产，当接到客户定单时在库存 ! 毽擀或预制零部件的基础上，开始进行满足客户需求的定制生产。因五茬 生产过程中张一个客户定单分离点咧( 嘶蝴o i d e fd i 跏燃胁) 。所 翼c o d p 是指企业生产活动中由基于预测的库存生产，转向响应客户需求的定 制生产的转换点a 按照客户需求对企业生产活动影响程度的不同，e l ic o d p 在企业生产过程中位置的不同，可以迸一步将大规模定制分成以下四种类型 ( 实际上是对广义的大规模定制进行分类，狭义的大规模定制生产是介于( 3 ) 与( 4 ) 之自j 的生产模式) ： 图3 - 1 从大批量生产到大规模定制的转变 资料糊：计算髅锄s 2 0 0 0 年4 脯6 卷第二期烛靛制及删的研究， 作者：祁国宁颜新建李仁旺 3 1 1 按定单销售( s a l et oo r d e r s t o ) 按定单销售实际上就是库存生产t o s t o c k , m r s ) 方式，这是种大 比量生产( i a s sp r o d l 枷0 l l ，) 亨式。在这种生产方式中，只有销售活动是由 客户订货驱动的，如日常生活用品、家用电器等。 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 3 1 2 按定单装配( a s s 舢b i et oo r d e r ，a t 0 ) 按定单装配是指接到客户定单后，将企业中已有的零部件经过再配置后向 客户提供定制产品的生产方式，如模块化的汽车、个人计算机等。在这种生产 方式中装配活动及其下游的活动是由客户订货驱动的。 3 1 3 按定单制造( m a k et oo r d e r m t o ) 按定单制造是指接到客户定单后，在已有零部件的基础上进行变型设计、 制造和装配，最终向客户提供定制产品的生产方式，大部分机械产品属于此类 生产方式。在这种生产方式中变型设计及其下游的活动是由客户订货驱动的。 3 1 4 按定单设计( e n g i n e e r c oo r d e r e t o ) 按定单设计是指根据客户定单中的特殊需求。重新设计能满足特殊需求的 新零部件或整个产品，在此基础上，向客户提供定制产品的生产方式，如化工 装备等大型装置的制造。在这种生产方式中，开发设计及其下游的活动是由客 户订货驱动的。 在实际生产过程中，上述四种类型的界限并不像图3 1 刃口样清晰，而是 相互交织，有一定的重叠。从图3 1 可以看出，在大批量生产中，按定单销售 ( s 珊的c o d p 处于生产过程的最下游，按定单装配( a i d ) 、按定单制造 m 、按定单设计( 即功的c o d p 依次向生产过程的上游移动。c o d p 越靠 上游，表示客户定单中的技术要求对企业生产过程的影响越大，定单完成的难 度也相应增加。大规模定制的核心策略是增加库存生产的比例，将c o d p 尽可 能向生产过程的下游移动，减少为满足客户定单中的特殊需求而增加设计、制 造及装配等环节中的各种费用。在具体实现方面，即根据市场预测，按照大批 量生产方式生产中性的基型产品或零部件，在此鞫础t ，根据客户定单的实际 要求，通过对基型产品或零部件的重新配置和变型为客户提供个性化的定制 产品，从而实现大批量生产和传统定制生产的有机结合，这也是下文论述大规 模定制生产的基础。 3 2 大规模定制生产的过程 大规模定制生产模式适用予各个行业，包括汽车、信息技术、通讯、食 品、金融和保险业等等。可以根据客户的个性化需求，大规模定审帆车、服装、 鞋、眼镜、自行车等各种产品。大规模定制生产与传统生产相比较j 具有更大 的灵活性和快速响应能力，无需经过销售、设计、采购和制造等多个部门间的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 反复，是一个简化了的敏捷供应链过程。图p 2 以一个装配式产品生产过程说 明了大规模定制生产的实现过程。 如图p 2 所示，客户通过i n t e r n e t 向制造商或销售商发出个性化产品需 求，销售代表使用配置器与客户起进行初步的产品配置设计，并及时向客户 报价。当客户对价格、交货期和产品功能、性能满意后，向电子商务前端系统 发出定单，制造商后端应用系统接到定单后，定制设计系统快速设计出满足客 户需求的产品，并自动生成相应的n c 程序和装配指令。c d ，c 1 5 i m ，e r p 系统根据 作业计划和工作中心能力，向相应的加工地发出加工指令，同时向供应商发出 外购件采购定单。子装配件、加工件和外购件送到最终装配点，根据在线装配 指令装配出最终产品，经过包装后发送给客户。 圈 2 一种装配式产品的大规模定制过程 资料来源：现喇酬铺盘阿络缝巡血型坦塑堑望地f ) 榔橱嘲指瞄研究：嘲。年8 月 第3 期总第3 7 期大规摸定制_ 2 l 世纪的生产模式 。作者：操云甫辑永生藏目忠 在传统生产方式下，从客户提出需求到报价过程大约需要n 个星期，而 大规模定制方式下仅仅几分钟就能完成。大规模定制生产的敏捷设计周期也由 传统设计方式的几个月缩短到几天，甚至几分钟。这应该归功于大规模定制生 产的设计和制造方法及完备的知识库系统。在接到客户定单之前，已经对市场 进行了分析和论证，根据“客户声音”进行定制产品规划，根据细分客户需求， 定义了可以进行快速定制设计的产品族横型。由于完备的信息定义，可以快速 响应客户需求很快得到报价和交货时间。 客户需求、设计、制造和信息技术四个方面是实现大规模定制的关键环 节。理解、响应和实现客户需求和分析客户群是实现大规模定制的第一步。为 了赢得市场，需要理解自己的客户群以及他们的要求，并将自身从产品设计到 实现定单的业务流程根据客户需求进行重组，使其更加快速和低成本，并使自 亘重堕堕盔堂亟坚究生学位论文第12 页 身的产品和业务流程更加柔性化和模块化，以通过选择和操作所需产品和流程 的单独模块来满足客户的需求。 由装配式产品的大规模定制，我们可以得到大规模定制的一般运作过程， 如图3 - 3 所示。 图3 - 3 面向m c 的集成产品和运作过程 资抖采酥：计算机集成制造系统c i m s ) 2 0 0 0 年4 月第6 卷第二期大批量定制及其蕞型的研勋 作者：祁国争顾薪建李仁旺 图3 - 3 为面向大规模定制的集成产品和运作过程模型。在图3 3 中，时 间维描述了从客户提出定单到定制产品并交付给客户的时间历程，它包括设 计、制造、装配和交货四个阶段：一殷可采用运作过程模型描述；空间维是将 不同产品、部件或零件中的相似部分归并处理，虬增大批量，般可采用产品 模型来描述。大规模定制在时间维优化的关键是有效地推迟c o d p 。企业不是 采用零碎的方法，而必须对其产品设计、制造和运输过程，以及整个供需链的 配置进行重组。通过时间维的优化，企业能够以最高的效率运转，以最小的库 存满足客户的定单要求。大规模定制在空间维优化的关键是有效地扩大相似零 件、部件和产品的优化范围，并充分识别、整理和利用这些零件、部件和产品 中存在的相似性。上述面向大规模定制的集成产品和运作过程模型忽略了个 重要的因素没有把大规模定制生产放在供应链的环境下考虑。从图3 - 2 中 我们可以看出；作为一个现代企业，从分析客户需求到交货等诸多运作环节都 必须考虑企业可以整合的切内外部资源，而不仅仅局限于单个企业内部面 向m c 的供应链管理技术作为实施大规模定制生产的关键技术，在大规模定制 生产的过程和模型中举足轻重。显然，在一个地区或行业推广实施大规模定制， 堕童窒鋈盔堂塑塑窒塞堂憧论文第13 页 比仅在一个企业实施大规模定制具有更好的效果。最理想模式是在全球范围推 广实旖大规模定制。事实上，制造的全球化和专业化分工的目的也正是健使大 规模定制在全球范围的逐步实施。 3 3 大规模定制生产的数学模型 3 3 1 单个企业的大规模定制生产数学模型 根据图3 - 3 ，国内学者祁国宁建立大规模定制的空间维数学模型嗍， 为了便于理解该模型，将该模型的假设条件总结如下： l 、企业根据客户的定单( 含有全面且无二义性的定制信息) 来确定可以同时 发货( 即同时出厂) 的产品系列； 2 、逐级分解上述产品为定制部分和通用部分：把定制部分和通用部分在设计、 生产等各环节各自看作一个整体来处理，该模型的目标函数也是求解完成 该批产品的最优时间与成本组合； 3 、客户的定制要求仅有质量和功能两类。 4 、上述产品在各个环节自噼存费用作简化处理，计入相应环节的总生产费用 ( 包括调整、准备费用) 。 其中，模型中各个参数或系数的意义如下： ( 1 ) f 、疋鼢c 急、正似f 笔m 、正鼢c ：、正o ) 分别表 示单个企业独立完成设计任务时： ( a ) 定制结构设计、通用结构选择所需时间与成本， 响系数( k = 1 ) ； ( b ) 定制零件设计、通用零件选择所需时间与成本， 响系数( k - - 2 ) ； 及其受客户定制的影 及其受客户定制的影 ( c ) 定制部件设计、通用部件选择所需时间与成本，及其受客户定制的影 响系数( k _ 3 ) 。 ( 2 ) f 缸、允n c 二、正似f 缸、正( f ) 、己、正( c ) 删表 示制造阶段中定制零件和通用零件所需的时间与成本，及其受客户定制的影响 系数。 ( 3 ) f 幺f 、二o ) 、己、厂二o ) f 毛胪f l ( 班c 2 、正( c ) 分别表 示装配阶段中定制零件和通用零件所需的时间与成本，及其受客户定制影响的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 系数。 ( 4 ) 设f 表示可以与该定制产品在同一个时刻发货的定制或非定制产品的 批量，其中与该定制产品的运输路线有相同或相交部分的其它定制或非定制产 品的数量为，而且 ( a ) 这些产品( 包括该定制产品并设该定制产品编号为，+ 1 ) 单位距离 总平均运输费用分别为砺( q = 1 ，2 ，j + 1 ) 。显然，砺通常与每次共 同运输的产品数量成单调非增函数。 ( b ) 这些产品没有按时( 提前或拖期) 运到目的地的单位时间惩罚因子为 扮( 提前) 、膏( 拖期) ( q = l ，2 ，j + 1 ) 。显然，该惩罚因子项的大小实 际上反映了客户的满意度脚( q = l ，2 ，j + 1 ) ，这里，不妨假设该惩罚因子 项等于产品价格p q 乘以惩罚因子白，其中，q = 1 ，2 ，j + l ，而且庙越小， 表示客户越满意；于是，有肪= p q + 自：其中自对应于不同的扮和琦。 ( c ) 这些产品的运输距离分别为厶( q = 1 ，2 ，j + l o ( d ) 这些产品的发货时刻为“c 要求交货的时刻分别为一( q = 1 ，2 ， j 十l1 。 ( 5 ) t o 表示企业接到客户定单的时刻，表示客户要求交货的最后期限。 ( 6 ) 用q 表示定单的n 项质量要求( 例如强度们、刚度9 2 ，材料弘等) ，这 里，毋、g ：等已经通过归一化处理。例如：对于强度叮l ，假设企业提供给客户 的定制产品的该项强度指标满足客户的要求贝t j q , = 1 ，否则们o ；此时，客 户定单中的质量要求可以表示为q = 毋9 ，其中q o 表示共有q o 项必须满 习 足的质量指标，且q o = 。此外，用g 表示定单的m 项功能要求( 例如鄹、g ：、 鼬等) 采用与质量要求类似的归一化处理方式则g 可以表示为 村 g = f 孚2 g 。；其中g o 表示共有g o 项必须满足的功能要求，且g o = m 百 数学模型如式( 3 1 ) ( 3 5 ) 所示。 r = 喜 尼( f ) 盘+ 疋m 斗允( f ) + 如+ 正( f ) + + 正( f ) + 乙+ 正( ，) + f 二+ 萎l y 】 m i n t 堕蜜变亟蠢掌硕士研究生学位论文第1 5 页 c = 砉 尼。) + 己+ 正t ) c 斗允o ) 己+ 正( c ) 己 + 。) + 己+ 正。) + c 二+ 筹匕，+ + 岛只c f y 一 。 r a i n c - - - ( 3 2 ) 喜 危m ：+ 正( f ) 吧 + 正m 2 + 正( f ) 乙 + 疋( ，) + 。+ 正( f ) + f 二+ ，j + 1 e n d t 。气，t o ( 3 3 ) e q , - 0 0 1 = i g k g 。 ( 3 4 ) - ( 3 5 ) 式3 一l 表示一个企业可以在同一时刻发货，并且运输路径相同或部分相交 的所有产品在各个阶段花费时间之和与各个产品要求交货时间与发货时间两 者差值的和尽量小。式3 - 2 表示在上述过程中花费的费用尽量少。式3 _ 3 表示 在上述所有产品中编号为，+ 1 的定制产品交货时间不能超过客户的最后期 限，在这里隐含了该产品在所有上述产品中重要性最大( 即关键产品) 这一条 件，否则的话，上述条件应该调整为对所有的产品而言都应满足这一条件 也即共有，+ 1 个类似的约束条件。式3 - 4 和式3 5 分另表示述所有产品必须 满足客户的质量和功能要求，并且对两者都作了归一化处理。综上，以上模型 描述了在单个实施大规模定制生产的企业( 独立完成定制租通用件的设计和生 产) ，在满足客户定制要求的前提下，如何确定企业自身在各个阶段的定制程 度( 客户化定制系数) ，使企业花费的费用和时间尽量的少，或者说是求两者 的最佳组合。 。 3 3 2 单个企业的大规模定制生产数学模型存在的问题及其意义 从匕述模型我们可以看出，单个企业的大规模定制生产数学模型存在些 不足，主要表现如下： l 、上述模型仅仅考虑单个企业本身实施大规模定制生产的情况，没有把企业 放到供应链环境下考虑。没有考虑企业业务外包、外协件和外购件等情况， 未胄鲁考虑第三方物流( 专业物流企业) 的作用，这也是匕述模型的最大缺 陷； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 2 、匕述模型把企业发货时间与客户收货时间等同，这假设条件对不同类型 的企业的不同情况而言，并不一定都十分恰当； 3 、匕述模型没有能够体现产品装配后的后处理时间与成本。由图3 - 3 可知， 在大规模定制生产模式下，产品装配后，还需要一个产品后处理的过程。 如任何一种产品的商标、标签、使用说明及注意事项一般都在这一过程完 成： 4 、模型假设所有客户的定货，企业都能够在最后交货期限内完成；换句话说， 就是企业的能力是足够的、充分的；而实际上，单个企业自身往往难以达 到这种程度： 5 、e 述模型仅仅考虑了客户在质量和功能方面的定制化要求，实际上，客户 在其他方面( 如外观、尺寸等) 都可能有定制化的要求。 虽然上述模型存在种种不足，