（机械制造及其自动化专业论文）分布式企业生产计划优化研究.pdf

摘要 摘要 消费者对于产品个性化和多样化需求的日益增加使得产品更新的速度不断加快，产 品的生命周期不断缩短，市场的竞争日益激烈，全新而快速变化的市场环境导致越来越 多的企业建立了在地理上相互分散的分布式多工厂网络，以便用更短的时间响应来自于 不同地理位置的顾客需求。企业要想在这样的市场竞争中占有一席之地，其生产计划技 术也必须跟着发生变化以适应新的形势。如何在新的、复杂的环境中制定生产计划，使 生产系统适应外部环境变化，对市场和用户需求的变化做出快速反应，这是现代制造企 业生产管理所要解决的重要问题。 为了能更快地响应顾客需求、降低企业的制造成本，在前人研究的基础上，本论文 主要研究了以下几方面的内容：( 1 ) 论述了本课题的研究背景、研究内容及研究意义，概 括归纳了生产计划的研究综述、生产计划的基本理论、线性规划理论以及m a t l a b 7 0 优化工具箱的相关知识。( 2 ) 以运输费用最小为目标建立了计划产能优化数学模型，通过 应用m a t l a b 7 0 优化工具箱编程求解，得到了各生产地所对应的销售地，将销售地划 分为不同的供货区域，以此降低企业的生产成本，提高顾客需求响应速度。然后根据计 算结果，汇总出工厂级的生产计划，建立了工厂级的生产计划模型，求解优化模型，进 一步将工厂级的生产计划分解到工厂的各个生产线，并计算出了设备的利用率。( 3 ) 以生 产计划层次为依据建立各个层次的数学优化模型并对其求解。( 4 ) 提出基于m a t l a b 进 行计划产能优化与生产计划优化灵敏度分析的方法与步骤。 关键词：计划产能；生产计划；集成优化；线性规划 大连交通大学t 学硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h em a r k e tc o m p e t i t i o ni sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yf i e r c e ，c o n s u m e r s d e m a n do n p r o d u c ti n d i v i d u a t i o na n dd i v e r s i f i c a t i o ni sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yw h i c hc a u s em o r ea n d m o r ee n t e r p r i s e sh a v ee s t a b l i s h e dm a n yf a c t o r i e sn e t w o r kw h i c hd i s p e r s e de a c ho t h e ri n g e o g r a p h i c a l l ye n t e r p r i s e p r o d u c t i o np l a nt e c h n i c a lm u s tc h a n g ef o l l o w st h a tc h a n g et o a d a p tt ot h en e w s i t u a t i o n h o wt om a k e p r o d u c t i o np l a nf o rt h ep r o d u c t i o ns y s t e ma d a p tt o t h ee x t e r n a le n v i r o n m e n tc h a n g ea n dr a p i dr e s p o n s eo nt h em a r k e ta n dc u s t o m e rd e m a n di n t h en e wa n dc o m p l e xe n v i r o n m e n tt h a ti st h ei m p o r t a n tp r o b l e mw h i c ht h em o d e m m a n u f a c t u r ee n t e r p r i s eh a v et os o l v e a c c o r d i n g t ot h ef e a t u r e so ft h ee n t e r p r i s eo nt h em o r ev a r i e t ya n ds m a l l - b a t c h m a n u f a c t u r i n gp r o d u c t i o nm o d ea n df o rr a p i d l yr e s p o n s ec u s t o m e rd e m a n d sa n dr e d u c et h e p r o d u c t i o nc o s t ，t h ea r t i c l ep r o p o s et r a n s p o r t a t i o na n dp r o d u c t i o np l a ni n t e g r a t e do p t i m i z a t i o n o nt h eb a s i so f p r e v i o u ss t u d i e s ( 1 ) i td i s c u s s e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，r e s e a r c hc o n t e n ta n d m e a n i n g ，t h ep r e s e n tr e s e a r c ha n ds oo n ( 2 ) i td i s c u s s e st h eb a s i ct h e o r yo fp r o d u c t i o np l a n ， t h el i n e a rp r o g r a m m i n gt h e o r ya n dt h ep r o b l e ma b o u tm a t l a b 7 0o p t i m a lt o o l b o x ( 3 ) i t e s t a b l i s h e st h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h et r a n s p o r tp l a no nt h eo b j e c t i v ea b o u tt h el e a s t t r a n s p o r t a t i o ne x p e n s e s ，s o l v et h em o d e lo na p p l i c a t i o nm a t l a b 7 0o p t i m a lt o o l b o x ，g e tt h e r e s u l tt h a ti si td i v i d e sd i f f e r e n ts u p p l yc e n t e rf o rd i f f e r e n tp r o d u c t i o nb a s e s ，t h r o u g hi tt h e e n t e r p r i s ec a nr e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s ta n di m p r o v et h es p e e do fc u s t o m e rd e m a n d r e s p o n s e t h e na c c o r d i n gt ot h er e s u l to ft h et r a n s p o r tp l a nc o l l e c tt op r o d u c t i o np l a no ft h e f a c t o r yl e v e l ，e s t a b l i s h e s t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h ep r o d u c t i o np l a n ，a p p l i c a t i o n m a t i _ a b 7 0o p t i m a lt o o l b o xs o l v e st oe v e r yl i n ep l a na n dc a l c u l a t e st h ee q u i p m e n t u t i l i z a t i o n ( 4 ) i ti nt h ef o u t hp a r t ，t h eh i e r a r c h i c a lm e t h o dh a db u i l ta c c o r dt ot h ef o u rl e v e lo f p r o d u c t i o np l a nt h e ni th a v er e s e a r c h e dh o wt os o l u t i o nt h e m ( 5 ) i td i s c u s s e dt h em e t h o da n d s t e po fs e n s i t i v i t ya n a l y s i st h o u g ht h i sp a p e r k e yw o r d s ：p l a n n i n go u t p u t ；p r o d u c t i o np l a n ；o p t i m a li n t e g r a t i o n ；l i n e a r p r o g r a m m i n g n 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太整銮通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者鲐穆壹 日期：砂罗年2 月 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太整塞通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太蓬塞通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太整塞通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太董塞通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 、 又。 。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者张杨越 日期：冲仁月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电子信箱： 导师签名： 乌钮矽 日期：砂夕年，乙月7 日 电话： 邮编： 绪论 第一章绪论 1 1 论文研究背景 2 0 世纪五六十年代企业间竞争的主要因素是成本，企业通过大规模生产的方式为市 场提供价格低廉的产品，以此来取得市场竞争优势，产品处于一种供不应求的状态，企 业只要保证生产能力和基本的产品质量即可。在世界范围内市场大体仍属卖方市场l l 2 j 。 因此，当时企业的最大特点是以单一品种( 或少品种) 的大批量生产来降低成本。到了2 0 世纪七八十年代竞争的主要因素转变为质量，产品质量逐渐成为企业生产竞争的战略重 点。随着生产和经济的发展，市场需求逐渐呈饱和趋势，买卖关系中的主导权转到了买 方，由卖方市场转变为买方市场。消费者的行动变得更具有选择性，对于产品个性化和 多样化需求的日益增加造成产品更新的速度不断加快，产品的生命周期不断缩短【3 , 4 j 。这 些新的市场特征使得生产制造商承受着前所未有的压力，决定其仅仅依靠传统的降低成 本和提高产品质量的手段是无法确保其在市场竞争中立于不败之地的。成功的企业必须 既能快速生产满足消费者当前所需要的产品，又不会生产过剩导致积压浪费；既能保证 产品的质量和较低生产成本，又能迅速满足市场多样化和不确定的需求。因此准确无误 地生产客户所需并迅速交付产品的能力成为企业竞争力的新定义。制造领域的这些新特 点使生产企业面临新的挑战，使企业越来越重视生产计划的研究与管理t 5 , 6 】。 1 2 论文研究的内容及意义 在当今发展市场经济的形势下，产品竞争加剧，质量要求越来越高，交货周期越来 越短，而制造业的生产计划管理始终是生产组织过程中的重要环节，建立一个好的生产 系统是辅助生产的关键。制造商为多家客户提供制造服务的生产，有着非常大的难度， 有效的生产计划管理，对于提高企业生产过程的管理质量，保质按期完成合同任务具有 重要意义。特别是在市场经济条件下，可以提高企业参与市场竞争的能力，同时对改善 企业形象有显著的作用。 为了以更短的时间响应来自于不同地理位置的顾客需求，越来越多的企业建立在地 理上相互分散的分布式多工厂网络i _ 丌。对于计划产能企业拥有位于不同地理的多个制造 工厂的来说，它们可能具有相似或者完全不同的制造功能，如果制造功能相似，则如何 合理有效地分配生产任务是关键。 生产计划与调度均是利用现有资源，确定何时、何地以及怎样完成给定展望区间内 生产任务的决策活动。分布式企业多工厂生产计划是一种扩展的生产计划，它不仅需要 考虑工厂内部的生产与存储计划问题，而且还需要考虑工厂与工厂、工厂与客户之间的 大连交通大学t 学硕十学位论文 产品供应问题。生产计划本质是一个优化问题，其优化目标包括最大化利润、提高市场 响应速度、满足交货期、增加产品需求满足度、削减成本、提高资源利用率以及增加计 划柔性等。怎样在各种约束条件下使生产计划达到最优是本课题研究的内容之一。 科学技术的进步和生产的不断发展使得人们越来越重视大规模系统的优化技术。各 种大型的社会经济系统、通讯、运输、分配、能源、企业管理系统的运行处理都是大规 模系统的典型例子，本文所要研究的计划产能和生产计划便居于其中。应用m a t l a b 求解这两个系统的数学模型也是本课题的研究内容。 1 3 生产计划研究综述 生产计划与控制p p c ( p r o d u c t i o np l a n n i n ga n dc o n t r 0 1 ) 是工业企业最基本的一项管理 职能，正是通过这项职能，使各项生产要素成为现实生产力，创造出物质产品或服务为 企业带来盈利。生产计划一直是企业生产管理的核心内容。无论是企业的最初形式 手工作坊，还是现代生产管理高度自动化的大型企业，生产计划系统始终是生产管理工 作的主体，在企业管理中占有重要的地位。 早期的生产计划工作主要靠工厂工人依据个人经验来制定。2 0 世纪以后，泰勒倡导 的科学管理运动开展以来，生产管理和其它管理理论一样，经过近百年的发展，逐渐从 经验型走上了科学化的轨道。 三十年代初期提出了库存订货点理论：企业控制物料的需求通常采用控制库存物品 数量的方法，为需求的物料设置一个最大库存量和安全库存量，由于物料的供应需要一 定的时间，因此订货必须有一定的时间提前量。该方法有一定的限制，对物料的消耗以 及供应都要求稳定，且需求是独立的1 8 1 。 1 9 3 9 年前苏联学者康托洛维奇出版了生产组织与计划中的数学方法，对列宁格 勒胶合板厂的计划任务建立了一个线性规划的模型，为数学与管理科学的结合作了开创 性工作。之后，线性规划逐渐成为生产计划编制中的一个重要方法1 9 j 。 2 0 世纪6 0 年代中期，i b m 公司的约瑟夫奥利弗博士提出了把对物料的需求分为独 立需求与相关需求的概念。基于此理论，人们认识到“在需要的时候提供需要的数量 的重要性，并发展形成了物料需求计划m r p ，它主要用于订货管理和库存控制1 8 j 。物料 需求计划m r p ，使生产计划的思想和手段发生了质的变化，大大地提高了生产计划的 准确性和应变性。7 0 年代中期出现的闭环m r p ，是基于m r p 系统的进一步发展，把能 力需求计划的执行及控制计划的功能也包括进来，形成一个环形回路，称为闭环m r p ， 其从供应商和生产现场取得了信息反馈，使整个生产系统联成个整体。这时的m r p 己成为生产计划系统的主体。 2 绪论 进入8 0 年代以后，世界经济形势发生了巨大变化，世界市场也发生了重大变化， 科学技术的飞速发展和社会需求的多样化相互作用、相互促进，使过去相对稳定的市场 变成了需求多变的市场。有人将这一变化概括为3 个“c ：即用户( c u s t o m e r ) 、竞争 ( c o m p e t i t i o n ) 和变化( c h a n g e ) ，而面对技术和经济的新形势，过去的经营方式早已不能 满足需要，企业必须寻找新的生产方式才能继续发展。为了提高竞争能力，企业一方面 继续寻求新的生产方式，出现了诸如制造资源计划( m r p l l ) 、丰田生产方式( t o y o t a p r o d u c t i o ns y s t e m ，简称t p s ) 、最优生产技术( o p t i m i z e dp r o d u c t i 彻t e c h n o l o g y ，简称 o p n 、 约束理论( t h e o r yo fc o n s t r a i n t s ，简称t o c ) 等先进方法使p p c 发生了根本性的 革新，从而进入了一个新阶段；另一方面则积极探索采用先进的生产制造技术和生产组 织方式，出现了计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，简称 c i m s ) ，精益生产( l e a np r o d u c t i o n ，简称l p ) 、敏捷制造( a g i l em a n u f a e t u r e ，简称a m ) 以及快速重组制造系统等先进的制造技术和生产组织方式。 m r p i i 是在m r p 基础上发展起来的一种企业管理模式【1 0 l 。m r p i i 实际是整个企业 的系统，它在m r p 系统的基础上，增加了对企业生产中心、加工工时、生产能力等方 面的管理，以实现计算机进行生产作业计划的排产功能，同时也将财务的功能囊括进来。 这种管理系统已能动态的监测到产、供、销的全部过程。目前应用于多品种小批量生产 类型的现代生产计划方法中，m r p i i 的呼声较高，但由于这类企业的期望标准难以准确 确定，提前期不可靠，再加上m r p i i 采用的是无限能力计划法，留给m r p 的人工负荷 调整工作量十分巨大。这种缺陷对于多品种小批量复杂生产类型企业的计划而言是致命 的【1 l l 。m r p i i 在实际应用中存在许多问题【1 2 1 ，m r p i i 的能力需求计划具有局限性【1 3 】： ( 1 ) 依赖于准确的需求预测：在实际运作中对所有产品进行准确预测是很困难的， 需求预测和库存管理方法、价格波动、交货周期、订货批量、经济波动与预期性订货等 各种因素都将影响预测的准确性。缺乏准确的需求预测往往导致企业一方面频繁调整计 划，生产效率降低，另一方面，需求波动逐级放大，整个供应链库存居高不下。 ( 2 ) 库存和在制品量大：m r p i i 推式计划的前提假设即是提前期是固定的，从而制 定出相应的计划。为保证最终产品的生产，只能通过保守的提前期、大量的库存、尽可 能周密的计划集中安排各环节的人员、物料等资源以及生产加工，以应对生产波动。因 为提前期的不准造成在制品库存积压严重、物料投放更早的恶性循环，从而导致库存量 增大。 ( 3 ) 计划和控制分离：计划被动适应现场实际，计划频繁变动使其权威性不高：生 产控制滞后于生产实际发生，进行控制时又忽略计划的要求。工序间缺乏动态协调机制， 每道工序都严格按照既定计划进行生产，某工序出现问题时导致工序间产量不平衡、在 3 大连交通大学t 学硕十学何论艾 制品库存增加、生产混乱等情况。生产出现问题反应不敏感，解决时往往是物料阻塞已 相当严重的时候1 1 4 j 。 t p s ，即丰田生产方式，产生于日本丰田公司。t p s 不仅可以有效应用于生产系统， 还可以应用于营销、管理、服务、行政等各种产业和工作中。丰田生产方式是“为实现 企业对员工、社会和产品负责的目的，以彻底杜绝浪费的思想为目标，在连续改善的基 础上，采用准时化与自动化方式与方法，追求制造产品合理性的一种生产方式”。t p s 思想的最终目标是企业利润的最大化。但管理中的具体目标，则是通过准时化生产、全 面质量管理、并行工程等一系列方法来消灭一切生产中的浪费来实现成本最低化，利润 最大化。拉动式准时化生产之所以能够实现，全面质量管理与并行工程之所以能够发挥 比大批量生产更大的作用，核心在于充分协作的团队式工作方式。此外，企业外部的密 切合作环境也是精益生产实现的必要而且独特的条件。t p s 现已广为人们所接受，中国 目前也有相当多的企业采用t p s 生产方式，比如8 0 年代初，长春第一汽车制造厂派出 一个4 0 人的代表团专门访问丰田公司，进行现场考察学习达半年之久，回来后在一汽 各分厂推行了t p s ，效果显著。9 0 年代初，一汽变速箱车间采用t p s 生产方式，取得 了降低在制品7 0 的佳绩；另外，湖北东风汽车公司的“一个流”生产，以及上海易初摩 托车厂的精益生产等都收效甚佳。但是这些厂家都存在一个怎样继续深入发展t p s 的问 题。在国内也有众多企业试行t p s 未能成功。原因是多方面的，其中如何正确理解t p s 是问题的关键i l 引。 丰田生产方式采用准时化生产，即j 1 1 r 生产方式，它也具有一定的局限性： ( 1 ) j i t 整体计划性弱，缺少中长期计划的指导，生产控制只是被动跟随。 ( 2 ) j i t 仅限于重复性制造生产，需要非常稳定的生产周期，产品品种有限且有一 定的相似性。 ( 3 ) 生产布局有特定要求及要求供应商就近布置。 ( 4 ) j r r 要求人一专多能和相互合作，要求企业密切协作以保持需求、供应的适当 稳定，要求设备柔性重构以保证生产线能力的相对平衡。强调入、机、企业间的相互协 作来保证生产的稳定和能力的尽量平衡【1 4 】。 2 0 世纪7 0 年代，以色列的g o l d r a t t 博士提出一种新型的生产管理方式最优生 产时间表( o p t i m i z e dp r o d u c t i o nt i m e t a b l e ，o p t ) 。一般认为它综合了m r p i i 与j 1 1 r 的优 点，借助计算机等现代化管理工具，是比较有效的生产管理方式。事实上o p t 不仅仅 是生产时间表，它还是综合生产计划，是市场策略的一部分，因此，八十年代改称为最 优生产技术( o p t i m i z e dp r o d u c t i o nt e c h n o l o g y ) 。企业的目标是持续地获取利润，凡是限 制企业有效产出的增长和获取利润的因素都会影响目标利润的获取。o p t 基本思想是通 4 绪论 过分析生产现场出现的“瓶颈”现象，改进生产管理，达到增加产量、减少库存、降低 消耗的目的。o p t 强调物流的优化，o p t 方法正确认识到影响制造系统产出率的瓶颈环 节，通过优化瓶颈环节的物流，提高制造效率，并对所有支持瓶颈环节的排序计划的工 作进行排序i 蛉1 9 j 。 约束理论t o c 是由以色列物理学家高德拉特( g o l d r a t t ) 博士在最优生产技术基础上 逐步发展建立的，并在2 0 世纪9 0 年代提出了以约束理论为核心的d b r 排产机制( “鼓 缓冲器绳 排产机制) ，强调分清主次，找到生产中的“瓶颈，集中精力解决主要 矛盾进而持续地获取利润。国外学者通过大量模拟仿真和实际应用试验，验证了d b r 机制比传统的j r r 以及m r p 具有更多的优势【舡2 l 】；国内外更有学者认为t o c 是美国制 造企业在全球化竞争中取胜的法宝阎。 成组技术( g t ) 是一种相似性技术，是建立在结构、工艺相似基础之上，以相似性分 析、分类、编码、分组为特征的合理组织生产技术准则和生产管理的方法1 2 3 - 2 引。成组技 术是一种利用零件相似性来组织多品种小批量生产的方法。从设计属性和制造属性考 虑，很多不同的零件具有相似性。将相似零件归并成零件族，就可以采用相同或相近的 方法处理，从而减少重复工作，节省时间，提高效率，改进工作质量和产品质量。 柔性制造系统( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，f m s ) 是2 0 世纪7 0 年代初出现的。 f m s 是由自动化物料传送系统联结起来的、在计算机控制下运行的一组数控机床构成 的、能完成数个零件族加工的制造系统。f m s 是为了弥补自动生产线和数控机床两者的 不足而产生的。自动生产线生产率很高，但缺乏柔性，它适于大批大量生产类型。单台 数控机床具有很高的柔性，但它的生产率很低，利用率一般也低于5 0 ，它适用于多品 种小批量生产类型。对于中等批量生产类型，两者都不太合适。f m s 正是为适应中等批 量生产而出现的。 c i m s 是计算机控制的信息系统，以各种自动化加工设备构成的柔性生产系统组成 的集成管理组织结构，适应于多品种小批量生产方式，是实现低成本高效率的管理模式， 这种管理模式是本世纪最具发展前途的生产和管理组织形式，国外一些大企业已经开始 采用这种模式。 传统的大规模生产的优势在于能够通过规模经济取得低成本的优势，但是却不能灵 活适应市场多样化的需求；定制生产的优势是能够灵活适应市场需求，却要付出高昂的 成本。如果能将两者的优势在多品种小批量生产中结合起来，其优势是显而易见的。大 规模定$ l j ( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 由此产生，它是由美国著名的未来学家托夫勒 阻t 0 f f i e 0 在其所著的未来的冲击( f u t u r es h o c k ) - - 书中首次提出的。1 9 8 7 年，斯坦 戴维斯( s t a nd a v i s ) 所著的完美的未来( f u t u r ep e f f e c t ) - - 书曾对大规模定制生产进行 5 人连交通大学丁学硕十学何论文 过描述。1 9 9 9 年派恩( b j o s e p hp i n ei i ) 在大规模定制企业竞争的新前沿( m a s s c u s t o m i z a t i o n ：t h en e wf r o n t i e ri nb u s i n e s sc o m p e t i t i o n ) - - 书中对大规模定制进行了较详 细的描述。至此，大规模定制的概念框架基本形成。大规模定制生产方式的原理是以大 规模生产方式的质量、成本和速度，为单个顾客或小批量多品种的市场定制生产任意数 量的产品，大规模定制生产模式是对顾客定制的个性化产品进行大规模生产和服务。它 既具有定制生产模式的高度灵活性和个性化的特点，又具有大规模生产模式的高质量、 高效率、低成本的优点。大规模定制生产模式融合了诸如基于时间的竞争、精益生产、 敏捷制造、供应链管理和微观销售等许多现代管理思想的精华，采用了现代科学技术诸 如信息技术、网络技术、计算机辅助技术等多项技术成果。而这些管理思想和技术成果 之间本身就相互联系、相互补充和相互融合，这就造成了大规模定制生产方式无论从战 略上，还是在技术上都非常复杂。尽管企业的顾客群体不同、产品结构不同、内外部资 源不同，采取的方法可能各种各样，效果也可能干差万别，但是，大规模定制生产模式 的思想方法、理论基础适用于各行各业，它是企业快速适应市场需求、提高运作效率、 减少产品成本、提高竞争能力的重要手段，对国民经济的发展具有重大的实用价值，对 提高整个国家的竞争能力具有重要的现实意义和深远的历史意义。9 0 年代初，惠普公司、 丰田汽车公司、摩托罗拉公司等国际大公司开始采用各种措施实施大规模定制，以提高 国际竞争能力，并取得了令世人瞩目的成功，更加巩固其世界领先地位。 除上述基本方法外，一些国内外学者还针对不同应用情况提出了各种混合方法，如 m r p 与j i t 相结合【2 5 矧、网络计划与m r p 结合 2 7 1 、m r p i i j i t 和t o c l 2 8 】结合等生产计 划与控制模型。除此之外，还有学者提出了基于供应链的计划与控制模型p 。3 1 l 、c i m s 环境下生产计划与控制系统模型【捌，以及针对某些具体生产方式的计划与控制模型等。 1 4 论文研究方法及论文组织结构 1 4 1 论文研究方法 产品制造成本主要包括生产成本、运输成本和存储成本。表1 1 给出了产品制造成 本的构成及其影响因素，从中可以看出，生产成本由与生产数量成正比的变动成本和固 定成本组成，运输成本也由与运输数量成正比的变动成本和固定成本组成，而库存成本 不仅与库存量成正比，也与库存时间成正比。 除安全库存外，库存通常是增加成本的不良因素，应尽量削减。由表1 1 可知，库 存成本不仅与库存量相关，还与库存时间相关，为此，在生产管理中，一方面需要尽量 减少不必要的库存，甚至做到“零库存”，另一方面需要控制库存的时间。一些库存难 以避免，然而，很多库存可以通过改善管理策略予以削减。 6 绪论 表1 1 产品制造成本构成和影响因素 t a b l e1 1c o m p o s i t i o n so fm a n u f a c t u r i n gc o s to fp r o d u c ta n di m p a c tf a c t o r s 成本类型成本构成影响因素 生产数量单位生产成本+生产数量生产次数分 生产成本 生产次数同定生产成本配的生产资源 库存量单位库存成本库存量库存时间 库存成本 库存时间 运输数鼍单位运输成本+运输数量运输次数分 运输成本 运输次数同定运输成本配的运输资源 基于上述思想与总结前人的研究，本文研究计划产能企业的生产计划问题，弥补前 人研究的不足：没有同时考虑运输成本、多客户多工厂情况、生产时间等情况，提出将 生产计划分成四个层次解决问题：第一层是将销售地按区域分配到各生产地，然后获得 区域的生产与供应计划，第二层在第一层计划的结果基础上，将区域计划分解为工厂级 计划，第三层在工厂级计划的约束下，进一步分解为工厂内生产线的生产计划，第四层 是生产线的调度执行。通过这种方法不但能降低产品库存，进一步降低产品的制造成本， 而且可以更快地响应客户需求，提高顾客满意度，大大提高企业的竞争力。 1 4 2 论文组织结构 本文的内容安排如下： 第一章介绍了本课题的研究背景、研究内容及研究意义、生产计划的研究概况等， 最后阐述了本课题的研究方法。 第二章归纳总结了生产计划的基础知识、线性规划的基本理论与m a t l a b 7 0 优化 工具箱的功能以及应用步骤，为以后的研究奠定了理论基础。 第三章对计划产能问题进行描述，在此基础上建立优化数学模型，对模型进行分析 后编写程序用来自动生成约束系数矩阵求解大型系统问题，并对计算过程进行演示。本 章还对前两层工作进行了论述，1 1 1 1 ( 1 ) 将工厂按区域聚类，然后获得区域的生产与供应计 划；( 2 ) 在第一层计划的结果基础上，将区域计划分解为工厂级计划。 第四章对生产计划问题进行描述，在此基础上建立了生产计划问题的数学模型，对 模型进行了分析，得出其为线性规划问题，并将原模型由三位模型简化为二位模型。根 据生产计划简化的数学模型特点，编写程序用来自动生成约束系数矩阵用于求解大型的 生产计划问题，并对计算过程进行演示。且完成了第三层的工作的论述，即在工厂级计 划的约束下，进一步分解为工厂内生产线的生产计划。 7 大连交通人学1 ：学硕十学位论文 第五章分别从数据变化和变量数增加两种情况介绍了应用本课题编写的程序进行 灵敏度分析的方法和步骤。 最后对全文作出总结，并指出了下一步应完成的工作。 本章小结 本章对论文的研究背景、研究内容及意义、研究现状进行了综合论述，根据前人研 究的优缺点，提出本文的研究方法，最后阐述了本文的组织结构。 8 第二章基本理论综述 第二章基本理论综述 2 1 生产计划 生产计划是关于企业生产运作系统总体方面的计划，是企业在计划期应达到的产品 品种、质量、产量和产值等生产方面的指标，并在时间上对产品出产进度做出安排。优 化的生产计划必须具备三个特征：( 1 ) 有利于充分利用销售机会，满足市场需求；( 2 ) 有 利于充分利用盈利机会，实现生产成本最低化；( 3 ) 有利于充分利用资源，最大限度减少 生产资源的闲置和浪费。 2 1 1 生产计划指标 企业的生产计划包括产品产量计划、产值计划、产品出产进度计划以及生产协作计 划等。这些计划由一系列生产指标所构成，其主要指标有：产品品种指标、质量指标、 产量指标、产值指标。这些指标各有各的内容和作用，并从不同的侧面来反映对生产的 要求。 ( 1 ) 品种指标，是企业在计划期内出产的产品品名和品种数( 包括新产品的品种数) 。 这一指标不仅反映企业在产品品种方面满足市场需要的程度，也反映了企业的生产技术 水平和管理水平。 ( 2 ) 质量指标，是指生产部门在计划期内提高产品质量应达到的指标。质量指标既 反映了企业生产的产品满足用户使用要求的程度，也反映了企业的生产技术水平和管理 水平。如优质品率的提高，说明企业能以更多的优质产品提供给客户，也是企业提高技 术水平和管理水平的结果。 ( 3 ) 产量指标，是指企业在计划期内出产的符合质量标准的工业产品数量。产量指 标一般以实物单位计量。产品产量包括成品及准备出售的半成品的数量。产品产量指标 反映企业向社会提供的使用价值的数量以及企业生产发展的水平。产品产量指标也是进 行产销平衡、产供平衡、制定成本和利润计划以及劳动工资和生产作业计划等的主要依 据。 ( 4 ) 产值指标，是用货币表示的产量指标。为了进行商品交换，实行企业经济核算 以及综合反映企业生产的总成果，有必要采用货币形式来表示产品产量。由于产值指标 包括的具体内容及作用不同，产值指标分为产品产值、总产值及净产值三种。 产品产值。产品产值是企业在计划期内出产的可供销售的产品价值。它是编制 成本计划、销售计划和利润计划的重要依据。 9 大连交通人学t 学硕十学位论文 总产值。总产值是指以货币表示的企业在计划期内完成的工业生产活动总成果 数量。总产值指标可以反映一定时期企业的生产规模及水平，是分析研究企业生产发展 速度、计算劳动生产率、固定资金利用率、产值资金率等指标的依据，但是它难以反映 企业的总成果。 净产值。净产值是指企业在计划期内工业生产活动新创造的价值。从总产值中 扣除各种物资消耗费用即为企业的净产值。物资消耗费用包括：原材料、辅助材料、燃 料、动力、固定资产折旧费等。 上述各项生产计划指标是相互联系的统一体。产品的品种、质量和数量是生产计划 中最主要的指标，企业首先要熟悉并确定这些指标，然后再以此为基础计算产值指标以 便综合反映企业的生产成果1 3 引。 2 1 2 生产计划的层次 企业里有各种各样的计划，这些计划是分层次的。一般可以分成战略层计划、战术 层计划与作业层计划三个层次，各有不同特点，如表2 1 所示1 3 3 】：战略层计划涉及产品 发展方向、生产发展规模、技术发展水平和新生产设施的建造等；战术层计划是确定在 现有资源条件下所从事的生产经营活动应该达到的目标，如产量、品种、产值和利润； 作业层计划是确定日常的生产经营活动的安排。 表2 1 各层次计划的比较 t a b l e2 1t h ec o m p a r eo ft h ep l a n se a c hl e v e l 项目战略层计划战术层计划 作业层计划 计划期 长( 五年) 中( 一年) 短( 月、旬、周) 计划的时间单位 粗( 年)中( 月、季)细( 工作日、班次、小时、分) 空间范围 企业工厂 车间、工段、班组 详细程度高度综合综合详细 不确定性高中低 管理层次企业高层领导中层，部门领导低层，车间领导 特点涉及资源获取资源利用 日常活动处理 由表2 1 可以看出：从战略层计划到作业层计划，计划期越来越短，计划的时间单 位越来越细，计划覆盖的空间范围越来越小，计划的内容越来越详细，计划中的不确定 性越来越小，计划涉及的管理层次逐渐降低，三个层次的计划有着不同的分工及各自特 点。 1 0 第：二章基本理论综述 从生产计划的时问跨度上讲，又可分为长期计划、中期计划和短期计划三个层次。 计划的体系和层次结构如图2 1 所示【3 3 l ： 图2 1 生产计划总体构架图 f i g 2 1t h eo v e r a l ls t r u c t u r ec h a r ta b o u tp r o d u c t i o np l a n 结合生产计划的总体架构图，下面对生产计划系统的层次结构进行进一步的阐述。 长期计划包括市场需求预测、产品规划与销售计划、资源需求规划和综合生产计划 ( a g g r e g a t ep r o d u c t i o np l a n n i n g ，a p p ) 。综合生产计划介于长期计划和中期计划之间，是 一个中长期的生产计划。综合生产计划是在工厂设施规划、资源规划和长期市场预测的 基础上做出的，是指导全厂各部门一年内经营生产活动的纲领性文件。长期需求预测为 制定综合生产计划提供了依据，有效地控制综合生产计划可以在产品需求约束条件下实 现劳动力水平、库存水平等指标的优化组合，以实现总成本最小的目标。综合生产计划 的制定实际上是对能力和需求的一种平衡，计划的结果可以采用一种单独的策略，也可 以采用多种策略的混合策略。 中期计划主要包括主生产计划( m a s t e rp r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ，m p s ) 和粗能力计划 ( r o u g h c u tc a p a c i t yp l a n n i n g ，r c c p ) 。物料需求计划( m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ， m r p ) 界于中期计划和短期计划之间，如将物料需求计划也纳入到中期计划中来，则和 大连交通人学t 学硕十学位论文 物料需求计划相对应的能力需求计划( c a p a c i t yr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ，c r p ) 也应归到中 期计划中。能力需求计划通常也可称为细能力计划。 主生产计划在制造计划和控制系统乃至整个生产管理中都有很重要的作用，它直接 与需求预测、综合生产计划，以及物料需求计划相联系，连接了制造、销售、工程设计 及生产计划等部门。综合生产计划的计划对象为产品群，主生产计划的对象则是以具体 产品为主的基于独立需求的最终物料。主生产计划的制定是否合理，将直接影响到随后 的物料需求计划的计算执行效果和准确度。 短期计划主要根据物料需求计划产生的结果作用于生产车间现场，包括最终装配计 划( f i n a la s s e m b l ys c h e d u l i n g ，f a s ) 、生产作业控制( p r o d u c t i o na c t i v i t yc o n t r o l ，p a c ) 和采购计划等【3 3 1 。 2 1 3 生产计划的基本方法 生产计划是合理地组织和安排生产过程的重要方式，是一个十分复杂的过程，涉及 的约束因素众多，结构性差。为了解决这一复杂的问题，现有的生产计划方法可分为两 大类： ( 1 ) 数学模型方法 数学规划方法 该方法利用线性规划、目标规划、整数规划、非线性规划和多目标决策等方法来建 立生产计划模型。主要讨论的是静态问题。目前，研究方向已由小系统转向大系统、由 单层次到多层次。本文就是运用线性规划的方法来对大系统从多层次建立生产计划模型 的。 最优控制方法 该方法利用控制理论来研究生产计划，显然这主要讨论的是动态问题，其主要求解 方法是大系统多目标优化算法，以及提出的满意折衷分解协调方法。 ( 2 ) 人工智能方法 专家系统方法 专家系统是一种基于知识的计算机程序系统，它能模拟专门领域的专家求解问题的 能力，对该领域的复杂问题作出专家水平的结论。建立专家系统的关键，在于事先将有 关专家的知识经验总结出来形成知识库。专家系统由数据库、知识库和推理机制组成。 专家系统与数学模型相结合的方法 常用的有以下几种： 1 2 第：二章基本理论综述 a 先建立不同情况下的数学模型，然后由专家系统的专家经验规则来选择相应的模 型对问题进行求解。 b 对能建模的子问题则建模，难以建模或不必建模的子问题采用专家系统方法，用 数学模型和专家系统方法分别处理精确知识和不精确或不确定知识、定性知识等。在整 体系统中二者可串行工作或串并行工作。 2 1 4 编制生产计划 生产计划的编制首先要按企业的经营战略计划，清楚地向下属进行解释、说明，然 后要向计划职能人员交待清楚本部门的计划要点，指导计划职能人员制定年度计划和生 产作业计划，并下达车间、班组讨论，然后进行信息反馈，再将讨论意见上交计划职能 部门和企业负责生产的主管人员。计划职能人员再进行综合平衡后编制出生产计划，由 生产经理审阅，报总经理批准后再制定正式生产作业计划落实到车间、班组和个人。 在编制生产计划时，应遵循以下程序： ( 1 ) 调查研究，收集资料。制定企业生产计划的主要依据是：国内外市场的经济技 术情报及市场预测资料；企业长远发展规划、长期经济协议；计划期产品销售量、上期 合同执行情况及成品库存量；上期生产计划的完成情况；组织技术措施计划与执行情况； 计划生产能力与产品工台时定额：以及产品试制、物资供应、设备检修、劳动力调配等 方面的资料等。 计划职能人员在收集资料的同时，还要注意学习和研究国家有关的方针政策，认真 总