A公司精益可重构生产系统研究

1、上海交通大学硕士学位论文a公司精益可重构生产系统研究姓名：王晓琰申请学位级别：硕士专业：物流工程指导教师：李树刚;吴杰20091201a公司精益可重构生产系统研究摘要本文从国内某电梯企业（下文简称a企业）面临的实际问题和需求岀发, 对制造企业的核心系统-制造系统的生产模式进行研究与设计。提岀精益可重 构生产系统是更具柔性，更能适应市场环境变化的一种生产模式，选择最适 合自己企业的制造系统模式，这对企业的长远发展有重要意义，能够使企业长 期拥有竞争优势、保证持续发展。论文以公司核心部件永磁同步无齿轮曳引机为研究对象，通过对该产品 的工艺流程进行分析之后，提出一般精益可重构生产系统设计要遵循的七个

2、 步骤叠代过程:1,选择一组产品；2,识别机器共用；3,识别主要的价值流；4, 关键路径的映射；5,观察并分析浪费；6,为关键或次关键途径映射未来状态 图；7,识别新的重要的途径并重复此过程。最后本文通过对a企业实际案例的研究，结合企业实际情况，对现有工 艺流程存在的问题进行深层次的剖析，运用上述系统设计叠代过程，找出问 题，解决了问题。证明了精益可重构生产系统设计流程是有效的，有很强的 实用性和实用价值，并且也具有一定的普遍性，大部分制造业企业都可以将 本文提出的精益可重构生产系统设计流程应用到实际工作中去。关键字：精益生产，可重构系统，制造系统，产品分组study on the lp &a

3、mp; reconfigurablemanufacturing systems of a companyabstractthis paper focuses on the practical problems and requirements faced by a domestic elevator company(which is short for a company below ), and the study on the production model of manufacturing system is applied. the paper provides a manufact

4、uring mode which is more flexible and better adjustable to the change of market therefore the company can choose the one that was most suitable for their own company. all those have an effect on the further development for the company, and offer the company a competitive advantage so that ensure the

5、 sustainable development.a reconfigurable lean production framework for the permanent magnet synchronous gearless traction machine is proposed, which is the company's core components the framework follows an iterative procedure based on the set of seven steps listed below: 1. select a product fa

6、mily;2. identify machine sharing;3. identify the main value stream;4. map the critical path;5 identify and analyse wastes;6. map the future state for the critical/sub-critical path;7. identify the new critical path and iterate the process.finally, the paper demonstrates the efficiency of the design

7、process for the lean reconfigurable manufacturing system by the research of the practical case of a company. the results of the cased study show that it has much utilities and practical values, moreover, it has a certain universality. therefore, most manufacturing enterprises can apply the lean reco

8、nfigurable manufacturing system design process discussed in this paper to practicekey words: lean production, reconfigurable system, manufacturing system , classify products上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中

9、以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：王晓琰日期：2010年01月25日上海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学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。保密口在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于不保密口。（请在以上方框内打“p”）学位论文作者签名：王晓琰指导教师签名：李树刚日期：2010年01月25日日期：2010年01月2

10、5日第一章绪论1.1国内外制造业目前状况管理大师彼得杜拉克曾经提出：“制造业是社会财富的源泉”，说明了制造业在整个 国民经济中占据的重要地位。自20世纪90年代初起，中国经济逐步从计划经济走向市场 经济、从买方市场走向卖方市场、市场对外开放程度进一步加深，中国国内包括制造业企 业在内的大部分企业都开始感受到了越来越激烈的市场竞争和越来越大的企业发展压力。 随着经济全球化进程的加快和中国加入世界贸易组织，国内的制造业企业已经面临或者参 与了和世界范围内竞争对手的正面交锋。同时，中国市场的整个竞争环境也越来越与国外 趋同，即表现出不稳定、动态变化的特点，主要是现在的技术、产品和顾客的需求处在快 速

11、地变化中，而且变化的速度日益加快。在这种不断变化的竞争环境中，企业要求得生存 和发展将比过去更加困难。国内的制造业企业采用什么手段来保持自身的竞争优势，从而 求得长期的生存和发展，并在与国外对手的竞争中取得胜利将是一个必须尽快解决的重要 问题。国内制造业企业的健康发展也已经成为中国国民经济健康发展的一个重要影响因 素。“真正过剩的是缺乏竞争力的大量生产方式的生产能力，而具有竞争力的精益生产方 式的生产能力是严重缺乏的”1。这一令人耳目一新的结论，不仅使世界工业界而且使世 界经济界都为之一振。它使人们在不断变化的世界政治经济形势下，重新认识问题，重新 定位自己。同时，也为解决不断困扰人们的生产能

12、力过剩、地区贸易不平衡等诸多问题提 出了新的思路。在实践应用中，先进的制造战略已经成为很多国外企业参与市场竞争、赢 得优势地位的一项利器。日本丰田汽车jit的成功是最好的例证，精益生产(lean production)、敏捷制造(agile manufacturing)和大规模定制(mass customization) 则是制造战略的先进模式、最新发展趋势和研究热点。以“消除一切浪费，力争尽善尽美” 为精髓的精益生产方式，也在我国汽车行业、机械行业，乃至其他产业和商业、服务业引 起了广泛的共鸣。不少企业把推行精益生产方式，作为企业提高现代化企业管理水平的重 要契机，联系企业实际学习、研究、实

13、践精益生产方式的基本思想，并取得了满意的成效。1.2论文选题背景概述a企业是国内一家合资企业，拥有电梯产品开发、设计、制造、销售和服务的综合能 力。a企业生产的电梯产品的技术水平和质量处于国内同行最优秀之列，其市场占有率、 销售额和利润率等经济指标已连续多年排名中国电梯制造业前茅，其产品开发能力和制造 能力也位居行业前列。近年来整个电梯行业的发展趋势也已经随着中国市场经济的步伐体现岀多变的特性。 顾客、市场对电梯产品的需求开始呈现出越来越多的个性化需求。同时，由于近年来国家 采取积极的财政政策，鼓励房地产、基础设施建设行业的投资，因此处于其下游的电梯制 造业也已经连续3年出现了快速增长，并且行

14、内权威人士预计这种增长势头还将保持多 年。中国电梯市场的年需求量也将超过美国和日本而成为世界第一。这些都远远超出了当 初对电梯行业发展趋势的预测。进入21世纪，电梯的核心技术又在酝酿又一次飞跃。作为电梯机械核心部件的釆用 永磁同步电机驱动的曳引机（以下简称为pm曳引机）设计和制造技术的成熟必将使其替 代传统的齿轮副或者蜗杆副曳引机。在国外市场，这次的技术发展已成为事实。以a企业 的国外合资方为例，目前其传统有齿轮曳引机的年产量已经下降到前几年的10%以下，而 代替它们的全部都是pm曳引机。在中国市场，虽然近几年使用pm曳引机的电梯产品的市 场需求有了迅速的增长，但其仍然处于市场导入期或者在成长

15、的初期，其绝对需求量对于 传统产品来说还微不足道。然而，由于pm曳引机在降低电梯使用能耗、降低噪音、避免 油污染、缩小机房面积等方面相对于传统有齿轮曳引机有着无可比拟的优势，因此技术替 代必将在未来若干年后发生。对于a企业来说，pm曳引机技术作为今后若干年内，电梯核心技术发展方向已经是 一个不争的事实，那么在这个新、老技术交替的时期，a公司应该加大对pm制造技术的 研究以及生产模式的探索，来应对市场对新技术的接受与需求。1.3论文拟解决的问题和论文的基本结构本文旨在通过对日本丰田生产理念、精益生产方法与可重构生产系统方面的研究，总 结出一些具有实际应用价值并行之有效的制造系统模式的设计理论与方

16、法。然后将这些理 论和技术方法在a企业目前面临的曳引机技术变化和产能不断扩大的实际案例中进行应 用研究，来验证其有效性。本文的结构如下，文章的第二章首先研究了丰田生产系统的主要思想和精益生产中价 值流图分析法，包括可重构制造系统的理论阐述和分析。其次，在第三章中本文提出了制 造企业精益可重构生产系统的设计过程与方法。论文的第四章在a企业的实际案例研究 中，应用本文提出的精益可重构生产系统设计方法，结合企业实际情况，来验证其有效性。第二章与本课题相关的研究现状2.1丰田生产的主要思想每当说起要学习先进生产方式时，大家都会自然想到了汽车工业，而在汽车工业里又 要算丰田的生产管理理念是大家所最推崇的

17、。那么，丰田生产体系到底是怎样一种生产模 式呢？丰田生产体系是及时生产具体化的看板系统,它也是坚持以人为本的系统2。丰田生产系统的思想基础是认识日本的特征：第一个特征是自然资源的匮乏，这使它必须进口包括食物在内的大量原料。与欧洲和 美国相比，就原材料方面而言，日本处于不利的地位。为了突破这种障碍，日本工业就必 须尽量生产比其他国家有更高净利润和更低生产成本的高质量产品。这是丰田认识到的第 一个问题，就像大野耐一先生曾说过：“我认为只要杜绝浪费，生产效率就有可能提高10 倍”。第二个特征是日本的工作观念，例如觉悟和态度，同欧洲和美国不同，日本工作观念 包括：（1）集体意识，平等感，不断进取，勤奋

18、。（2）高等教育带来的人力资本优势。（3） 日常生活围绕工作展开。这些日本特征已经反映在企业的运行中。例如，有如下传统：（a） 一生雇佣系统，（b）存在工人协会，（c）车间工人和白领职员之间有很小的差别，（d）员工 有晋升为管理层的机会。这已经成为促使职员与公司同心协力的重要方法。同时，与欧洲 国家不同，日本很少有外籍员工的问题。对于由此而形成劳工环境来说，日本的境况要比 美国和欧洲国家好。为了利用日本的优势，在制造业中，最大程度发挥工人能力是重要的， 这是丰田认识到的第二个问题。认识到以上两个问题，丰田就按照下面两个想法来规划和管理它的生产系统6。首先, 对应于认识到的第一个问题，要努力实现

19、低成本生产，即'通过消除浪费降低成本'，这 涉及到了建立一个完全消除浪费的系统。该系统假设，除了对生产至关重要的最少量的设 备、原料、零件和工人，其他的都是多余的且只会提高成本。相应于认识到的第二个问题， 即日本的勤奋、高能力和有相应权利的劳工环境，要'充分利用员工的能力简而言之， 要关心员工。要建立一个员工可以发挥全部潜能的体系。为了使这个体系具体化，丰田重点强调了'准时生产'和'自动化2.1.1准时生产准时生产是一种通过适应变化而使订货至交货时间大大缩短的手段，其中要使'所有 的工序用必需的时间生产必需的零件以及所有零件结合在一起的必

20、需的存货最少s通过 检测库存量指标和订货至取货时间作为参考变量，这种生产体系揭示了设备和员工的过 剩。1, 拉式的工序:准时生产的第一个要求就是使所有过程快速了解'所需的时间和数 量在一般的生产体系中，有如下要求：产品的生产安排就是对不同零件的生产规划以 及不同工序的说明，这些工序按照它们的调度表来生产各零件，前面工序为下面工序提供 零件。然而，可以看出这种方法很难使生产适应变化。问题的原因是：准时生产是在必要 时机，通过必需数量的工序，生产的零件装配成汽车从而成为了公司的最终产品。如果是 传统的生产体系，仅可以准确知道最后一条装配线的必需时间和零件数量。因此，就可以 知道最后一条装配

21、线前面的工序。先前的工序独立于接下来的工序而生产零件。对于这些 零件的生产，前一个工序从再前一个工序处获得必需的零件。通过把所有的工序按照链的 方式连接在一起，整个公司就能进行准时生产了。2, 模块化的生产和运输：生产的第二个要求是所有工序都要达到一种状态，即每个 工序生产一件、一次运输一件而且在设备和工序间都只有一件存货。这意味着没有工序生 产多余的数量，在工序间也没有多余的存货。因此，每一道工序都要达到一种只生产和运 输一件的状态，直到最后一条装配线。简而言之，所有的工厂都拒绝批量生产和批量运输。 丰田通过大大地缩短建立时间、改善生产方法从而成功地减少了批量，改善的方法包括消 灭工序中的在

22、制品存货，改善的方法还包括改善由重复的混合装载的运输方式。3, 稳定产量：为了使生产成为可能，首先就是在最后的装配线上稳定产量。总经理 决定生产量。丰田的最后装配线是混合生产线。计划书确定的月产汽车数量除以工作天数 取平均数就是日产量。针对每一天的生产程序，计算每一辆不同规格的汽车的生产节奏， 为了使所有规格的车辆都在各自生产节奏内生产出来，要求不同规格的汽车可以互相切 换。如果最终装配线像上面那样确定产量，所有工序的拉式生产和运输的小批量水平是固 定的。生产量的第二个重点就是只生产可能卖掉数量的产品，一方面根据市场变化调整产 量，另一方面在某一范围内尽可能平稳的生产。即使在当月产量已经确定的

23、情况下，丰田 仍会根据每天的情况对不同规格的车辆做调整，而且即使已经达到了总量，如果有满足市 场变动必要，丰田也会对月计划做出变动以尽可能减少市场波动的冲击。以上生产体系与 一般流水线生产体系相比较，前一个体系比后一个体系产量变动小,因此，就有可能需要 更少的机器负载和更稳定的员工数量。看板体系就是根据这三种普遍规律开发的产量控制 系统。4, 在生产过程中消除浪费：准时生产体系的根本想法就是否定了存货存在的价值。 在传统的生产控制系统中，存货的存在作为一种应对故障和需求波动从而使产量平稳的手 段。与之相反，丰田把库存量看作困境和不利因素，把实际的最大库存量看做是多于所需 量的'过量生产

24、'，是生产成本的最大浪费。我们认为存货由过量生产引起，这是因为最 糟糕的浪费是可以补救的隐形浪费，例如员工与工序的不平衡，各种工序的障碍，工人的 等待吋间，多余的员工，过度的机器负载以及定期检修的不足。这些潜在的浪费使员工很 难施展他们的能力甚至成为公司改革的持久障碍。2.1.2自动化丰田用“自动化''表示当一个异常或有缺陷的状况发生，可以使机器或操作停下来。简而言之，它的显著特点是当设备发生故障或机器有缺陷吋，设备和整个生产线停下来, 任何有工人的生产线都能停下来。自动化，如此重要的原因如下：a,预防生产过剩。如 果当生产过多的数量时，设备停下来，就不会出现生产过剩的

25、情况。这样，就可以使生产 准确的进行。b,很容易控制异常的情况。只需直接关注停下来的设备和停下来的工人就可 以掌控异常情况了。这是组成'充分利用员工才能'休系的一个重要的要求。丰田公司为实现洎动化"做了无数的改进。充分利用员工才能，这是丰田最大限度的利用日本劳工环境及卓越员工的第二个根本想法。它建立了一个以人为本的体系，重点如下：（1）通过员工消除浪费；（2）关心员工安 全；（3）通过给予他们信赖和权利而使员工自我展现才能。通过员工整体消除浪费：只有 勤奋员工专注于提升产品的净利润才会让员工意识到工作的价值。那么使增值降低的浪费活动有什么？哪些我们必须消灭呢？首先，工

26、人的活动会伴随着制造过剩的浪费。原材料处理的整个过程在设备和工序间进行，造成了大量的存货浪费。通过构建准吋生产体系，丰田可以有效的降低浪费。然而，尽管生产过剩的浪费降低了, 如果因此工人开始浪费吋间，那么这就是无效的。在准吋生产体系中，甚至当设备有剩余 能力吋，也只生产接下来工序所需的数量。这样，如果工人紧密结合在一起，工人就会闲 散。为了防止等待时间的浪费，可以有如下改善：（i）通过给一个工人分配多种设备就会 使工人与机器分开；（ii）在自动生产线上设立工人的专区；（iii）装配线不需要管理活动。 第二个浪费是使工人执行不适合的操作。有危险的操作、对健康不利的操作、需要巨大体 能的操作和单调

27、重复性的操作应机械化、自动化。第三个浪费是由于故障造成的工人的转 移。丰田通过c看板法，大大降低了这种浪费。关心工人的安全：丰田的员工会竭力达到 产量。这样，如果故障不是很严重他就不会停止操作。而且，会采取不标准的方法使生产 线运行。如果有等待时间，他就会变得不耐心，最后开始做一些额外的事情。然而，这种 异乎寻常的操作或额外的工作就会造成事故、故障或者是瑕疵。员工才能的自我展示：如今，国际普遍流行在生产车间尊重工人。丰田确信建立一个体系，使有能力的日本员工可以积极参与车间的运行和改善，并能够充分展示才能的 以人为本的基础。作为此方法的第一步，丰田的所有员工都有权力停止他们控制的生产线。甚至是在

28、像最后装配线这样长的生产线上，如果有任何不正常发生，例如工人发现自己跟 不上了或者发现了错误或是有瑕疵的零件，他可以按手边的停止键使整条线停下来。不是 输送带控制人而是人控制输送带，这是尊重工人的第一步。第二步是，在丰田的所有车间, 工人都会被告知所生产的零件的最佳顺序以及生产改进的状况。因此，工作分配及加班费 的决定权就委托给了线长，这就允许不用从管理部门得到命令就可控制生产。第三步是， 丰田工人可以参与改进的体系。丰田的任何雇员都有权对他发现的浪费做出改进。在准时生产体系中，所有的工序和车间都保持在没有过剩的状态，致使如果没有发现 故障整条线就会停止运行并会影响整个工厂。所有人都很容易理解

29、改善的必要性。因此， 丰田竭力构建一种工作环境，在此环境中不仅管理者和线长可以，工人也可以发现问题。 这就叫'有形的控制'7。通过有形的控制，所有工人都积极改进发现的问题。工人自身 有管理改善车间的权利和责任，这是丰田以人为本体系最大的特色。2.2精益生产的价值流图分析法理解了丰田生产体系的基本思想以后，大家对该生产体系所要解决的问题和目标就有 了更清晰的认识，那么执行上述二种体系前的分析方法有很多种，近几年又更深层次的总 结出丰田生产系统的发展，结合更多公司的实际情况，发现精益生产方法中的价值流分析 是一种比较直观简单的方法。精益生产是一个最近兴起的以丰田生产体系（toyot

30、a production system）为核心， 融合不同的工具，为消除浪费以及更好的满足客户需要的全球性方法。“精益思想可以概 括为五个原则8：精确地确定特定产品的价值；识别出每种产品的价值流；使价值不间断 地流动；让用户从生产者方面拉动价值；永远追求尽善尽美。”特别地，一旦定义了“价 值”，精益生产发展需要用“价值流”分析增值活动和非增值活动。此外，浪费必须逐步 消灭。在专业的文献中，不同的作者定义了一套工具构造精益生产体系。价值流图（vsm） 是一种关注生产过程中整体价值流的工具。价值流图是应用于描绘生产过程或整个供应链 网络的映射工具。它不仅描述物料流也描述控制生产的信息流。进行价值流

31、分析意味着全 过程进行研究，而不是单个过程；改进全过程，而不是仅仅优化布局。7运用价值流图分析的步骤可以表示为：第一步包括选择一组产品作为改善的目标，同时为选择的产品价值流构造企业现状价 值流图（csm）。企业现状价值流图必须根据从车间直接收集的数据，并用在图1中列出的 固定标准图标画出来。组装 ct=l()sc0=15mut=85%制造处理框外部信号源数据箱存货清单货车运送给客户的成手动的信息电子的信息操作员拉一式生产箭鹵1扌见程状况用符号表不figi actual state map icons第二步包括观察分析价值流中的浪费。最后画岀来一个“未来价值流图(fsm) 59代表 消除了浪费的

32、理想生产过程。同吋，未来价值流图应该用图2中的标准的图标画岀来。超级市场看板先入先出线0口0口负载平衡箱看板终点标志信号看板改善爆发图2未来状况用符号表示3fig2 future state map icons价值流作图的目的是突出浪费之源，并通过实行一个短期内可实现的未来状态的价值 流来消除它们。目标是将单个过程与其顾客通过连续流动或拉动联系起来，建立一个生产 链，并且每个过程尽可能接近仅在顾客需要时按顾客要求的量生产。显然，价值流中的有些浪费会是产品的设计、已购置的生产设备以及有些过程活动相 距太远带来的结果7。当前状态的这些特点可能无法立刻改变。你的未来状态图的第一个 重复步骤应当是接受

33、给定的产品设计、过程技术和工厂位置，从而探求尽快消除所有上述 因素引起的浪费。随后的步骤是着重你的产品、设计、技术和位置等。相比与其他映射工具，价值流图有几点优势：它构成了精益生产管理的基础；它把内部的生产过程同整个供应链的生产能力联系起来；它既揭示了物料流也揭示了信息流；它把“产品规划''和“需求预测吗“生产规划"及“现场流程管制f联系起来;它包括与生产吋间相联系的信息，也包括与库存水平相关的信息2.3可重构制造系统价值流图分析找出了整个生产流程中存在的问题，物料堆放、在制品多、换模时间长 和非增值部分动作多等，但如何消灭这些问题，除了管理上手段外，更重要的是采取一

34、种 更能应对市场变化的生产系统，此类系统的研究有很多，最近有研究表明一种兼于批量生 产系统和柔性系统之间的制造系统可重构制造系统。所谓可重构制造系统（reconfigurable manufacturing system）是指在结构、硬件和 软件组成中快速变化的开端定义的，以使快速适应产能及对应于市场的突然变化和要求调 整的一部分系列的功能性。由于产能过剩和经济全球化，制造环境变得混乱而不确定。制造业被迫重新评价它的 生产模式，以使制造系统可以在时刻变化的环境下有效的设计和运行，许多生产模式被提 出来。例如2005年5月的10-12日在密歇根大学举行的可重构制造系统的第三次会议上， 与会者关于

35、rms的定义进行了公开论战。一些人坚持rms （可重构制造系统）是介于批量 生产系统和柔性制造系统（fms）间的一个制造系统，一些人认为rms是一种柔性比fms 高的高级模式。与rms相关的问题包括体系结构设计、配置布局和控制设计：1, 体系结构设计决定系统部件及其相互作用。相互作用是部件装配时的选择。rms 的体系要有尽可能多的系统变型，以使系统能应付变化和不确定性。体系结构设计与设计 系统的阶段有关。2, 控制设计决定了适当的工序变动，以使一个配置可以满意地完成任务。控制设计 与生产系统的阶段有关。3, 配置布局在给定体系结构设计的情况下决定了系统的可重构性。一个配置就是所 选组件的集合；

36、一个配置可以最优的完成给定的任务。配置布局与应用系统的阶段有关。可重构制造系统的特征包括'模块性'，可伸缩性'，可延续性,，可改变性，和，可 监控性模块性指硬件和软件元素都被模块化。可伸缩性是指系统从产量方面而言是可 伸缩的。可延续性是指系统和系统组件既为现在的组合设计也为将来引进新技术而设计。 可改变性是指允许对现存的产品完全改变及对未来产品的快速适应。可监控性是指能快速 识别发生在大系统中的质量和可靠性问题。2.3.1体系结构设计一个rms应用的方案应包含可重组的硬件系统和可重组的软件系统。硬件系统包括可 重组的加工系统、可重组的固定设施系统、可重组的装配系统和可重

37、组的物料输送系统。1, 可重组的加工系统。模块化的加工工具在市场上出现已经超过十年了。使设计标准 化的国际标准已经建立，在七十年代也制作了标准组件的单位。为了使模块化的机床高标 准且定制化，提出了先进加工工具的组合配置(mosyn)的规划。并联机床(pkms)是可 重置机床的另一种类型。大多数可用的并联机床是比常规机器更没准确性的昂贵机器。根据满足模块化、可积分性、专用性、可改变性和可监控性的要求而设计，以使在迅速变化 的环境下，机器可以快速重置。2, 可重组的固定设施系统。对可重置固定设施系统的研究可以追溯到二十世纪六十年 代晚期，当时模块化的固定设施系统首先出名。它由许多基本的模块组成，包

38、括探测器、 定位器和连接器。一些可重置固定设施系统应用工业机器人，因为工业机器人对于所安排 的不同任务很灵活。其他可重组的固定设施系统也是必需的。3, 可重组的装配系统。可重组的装配系统通常是自动化的。如果机器人系统本身是 模块化的系统，就很大程度改善了可重置性。事实上，模块化的机器人设计是主要的研究 线索之一。系统的产能提升和可监控性是其他的设计问题。4, 可重组的物料输送系统。少数的可重组的物料输送系统正在开发阶段。该系统主要 的系统元件是自动化的机器人。5, 更高水平的可重置系统。前面提到的系统都是机器水平或单元水平。一些系统是在 车间水平或系统水平。2.3.2控制设计一个rms控制的设

39、计的要求如下：(i )控制系统应该是自动化的，由于一个系统水平目标分成单元的水平目标。每个 单元需要总控制器来实现它的目标；控制系统应该有能力整合和协调各单元来执行系统水 平的目标；(ii) 控制系统应该是分散式的和模块化的，因为系统部件是分散分布的；(iii) 控制系统应该是开放式的，以便可以更新控制部件。控制部件要依靠多种多样 的生产系统、语言、网络和资料库；(iv) 控制系统应该是可升级的，因为当功能性、生产率和使用的技术改变时，就需 要增加、消除或升级硬件；2.3.3配置布局传统上，市场和生产被当做两个分开的环境。传统的制造系统(mss),例如：柔性制 造系统(fmss)和单元制造系统

40、(cmss)已经被应用于生产产品组合。然而它们的适用性不足 以应对渐增的市场改变9。相比之下，柔性制造系统不仅可以快速适应给定部分系列产品 的数量和类型的变化，还可以在现有系统下无限制的生产新产品。产品种类是评估制造系统的重要因素。一个可以生产很多种类产品的制造系统，与只 生产一种产品或有很多限制的产品族的制造系统相比，更容易配置。例如，如果制造系统' a，和制造系统,b，都能生产分成不同系列的一些产品，如果a涉及两个产品族而b只涉 及一个产品族，因而a比b更容易配置。产品族已经作为把产品分配给机器设备的重要参 数而被应用。图3给岀了制造系统可以随产品类型而定的制造系统结构变形。图3随

41、产品类型而定的制造系统结构变形4fig3 manufacturing system reconfiguration according on product's' variety如图4所示，如专用刚性生产线(dmls)这样传统的制造系统不能够适应市场的波动， 而如柔性制造系统和单元制造系统这样的制造系统会相应的适应需求的变动。然而，它们 的适应性对于需求的动态变动是不够的。图4随着时间改变制造系统市场变化的影响4fig4 effects of market changes on mss over time为了弥补动态的市场需求与制造系统能力的差距，为了在制造之前把成组的产品分成

42、 系列，就需要一条重置链。重置链10的重要任务是把相近的产品需求分组并选择适当的系 列，这在重置阶段后的可重构制造系统布局中会使制造更有效率。如图5所示，重置链是 可重构制造系统策略与其战略布局相结合的一种手段。图5市场和制造系统间的重置链4fig5 reconfiguration link between market and mss在重置链中，产品类型首先根据市场需求和选择。为了根据模块组合布局，在范围内 所选的产品就要转到产品布局阶段。因此，获得的单个单元的不同组合会促进相同资源的 不同产品的生产。产品布局阶段通过一个可重组制造系统的工艺布局更便利地整合模块。 因此，为了快速获得模块组合

43、，在生产和工艺流程设计两方面的模块组合都会使生产元素的重置更便利。通过硬件和软件的简单浓缩，模块组合提高了对改变的适应能力。一般地，在技术层次设计可重置制造系统的第一步是分析产品和市场需求，这也是可 重构制造系统重置链的重要任务（图6） o当产品唯一时，那么不需要重置。一旦产品被 分成系列，就可以得到许多产品族的构造。重置链把产品分组的任务转到了分析和评价不 同可选项的下一阶段。当所选的系列是可重置制造系统技术层次上的一项投入时，这可以 作为重置链的最后一项任务。在图6中，虚线被用于代表用适当工具为产品族选择模型的任务。由于这个问题多准 则的本质，找到层次分析（ahp）的方法构建模型，并分析以

44、可重组制造系统技术布局为 目标的产品族选择的任务。层次分析模型用来考虑市场的各个方面，以及在每一个配置阶 段选择最适当的系列的制造标准。一定要检测重置链中可重组制造系统布局，并分析每一 个配置阶段。这要估计所选的产品族的rms布局及与需求间的差距。这种重新估计过程可 能导致rmss布局战略政策的改变。rm站的设计策略重新设计或重新配置r ms h殳计的重置链制造要求分析和检测产品设计或开发rmss的策略 应计工序 求同产葩类型的成对 比较产品分组的定义評族的选图6 rmss的回路设计和重置链4fig6 design loop and reconfiguration link of rmss在传

45、统的制造系统中，产品设计和制造过程被认为是分开的。然而，在一种需求动 态变动的环境下，必须整合产品设计和制造系统。由于产品组合与产品设计和制造系统相 联系，重置链内也应当考虑产品和工艺流程设计的整合。2.3.4产品分组为制造不同的产品类型，在制造之前必须将产品分配成组。这才可能允许制造系统处 理更大范围的客户，同时也能提高一般制造系统的使用率。产品分组11可以看做可重构制 造系统的一种需要，这是为了使变型产品的生产、材料购买和生产管理更便利。产品分组的目的是开发产品族和制造系统同时发展的系统。特别地，目标是连接可重 构制造系统的布局策略和它的技术策略。这一目标通过根据过程需求将产品分类而实现。

46、术语'产品族'被定义为'有一个或更多共同特征的产品，这可以更方便地把产品联 合起来规划和控制，例如相似的资源或相似的市场需求因此，根据功能体系组合所需 要的操作相似性，产品可以分成系列。产品族的主要属性12是系列内的所有项目都有相似 的生产设备。这样，任何可以生产系列中一个项目的生产线一定能生产此系列中的其他项 目。各种不同的部件分组方法应用构成经典单元制造系统中机器单元，其中已经识别了机 器和零件。这样，相似的手段就用于预先确定机器的分组以及对应使用机器单位的零件一 零件模型。单元制造系统本质的概念最近被用到单元机器的迅速重组而不是实际单元的 自然迁移。尽管一个产品族

47、中提供的产品是市场压力的一种接受性回应，但是在其他的交易目标 间也会有矛盾，例如低成本和高质量。目前，有一种减少和限制产品种类数量的趋势。为 了平衡市场需求和生产效率，可重构制造系统中的重置链必须控制在生产计划阶段产品族 的变型。聚类分析方法通常对机器或零件应用相似或相近的方法。传统的分组方法通常需要提 前说明机器、部件和制造单元的总量。当没有识别机器时，就要在制造前引进一种方法来 把产品分成系列。然后综合考虑制造和市场需求，为产品族的选择开发层次分析模型。产品配置就是在制造前将产品安排进不同的系列。这是以从市场和产品开发中得到的 产品说明为根据的。这允许制造系统涉及更广范围内的客户并提高了制

48、造资源的使用率。产品分组的方法(l) n种产品类型的可能分类n种产品类型的多种分类的最大值是gn/g!，其中n是产品类型的数量，g是取值在 1和n之间的系列的数量。这个公式根据是每个产品pi(l<i<n)可以被分配到g种可选 择的系列fi(l<i<g)中(图7)。考虑到对现有的系列没有偏好设定，把产品类型分成系 列可能方式的最大值可以表示如下：nfcn=g!(2.1)其中nfc是把种n产品分至ug种系列中的系列构造的数量，例如,如果n=20,g=5,那么 nfc=7.95e11.图7把产品分成n个系列一可能构造的总利4fig7 divide products to n/

49、series一the sum of configuration(2) 根据操作的相似性将产品分组单元制造系统中的大多数分组方法都根据通过零件机器矩阵将零件安排进机器 单元的过程相似性。传统的零件-机器矩阵aij代表了入口为t (o)的制造系统，t (o)表示机器i被用于生产加工零件j。成组技术(gt)的根本想法是在机器确定情 况下找出零件和制造过程的相似点。相比之下，这项研究根据制品技术规格和产品设计原 型阶段定义的功能性，把成组技术中一般的零件机器矩阵转变为产品-操作矩阵13。 在机器决定了的情况下，这种产品-产量矩阵使产品分组更便利。在这部分，开发一种根据jacard的相似系数把产品分成系

50、列的方法。所提出的方法 研究了用最新的相似度(ls)的最大值和产品族数量(nf)最小值从而使产品类型集中。因 此，提出了估量产品类型相似度的方法以使它们分成系列，方法如下：+&jcbaas(22)式中：sij 产品类型i和j的相似度，aij 生产类型i和j所需的相似操作的数量，bij 生产类型i需要而生产类型j不需要的操作的数量，cij 生产类型i不需要而生产类型j需要的操作的数量。生产范围内的所有产品都可以建立产品操作矩阵。为了说明这种方法，表格1给出了一个 简单的例子。pi是i类型的产品，oj是j的操作。相似度在0到1的范围内波动。上面的相似度的例 子可以如下计算：22+0+0tt

51、ttt-33si"o+2+3=02 + 1+1= 0.51+1+2表1产品操作矩阵的例子401 02 03 04 05pl 11p2 11 1p3 11p4 1 11表2例子屮问题的相似度矩阵4pl p2 p3 p4p1 * 0 1 0.33p2 0 * 0 0.5p3 1 0* 0.25p4 0.33 0.5 0.25 *这种分组方法是挑出有最少操作相异点的产品类型，来把它们分到单个的系列中。首 先假定所有的产品是完全不同的，每种类型分配到各自的系列中。因此，产品族的最初数 量等于产品类型的数量。为了说明这些方法是怎样将产品分组的，表2所举例子中成对的 比较了产品的相似度。矩阵是对

52、称且值在1和0之间。产品1和3完全相似(值为1), 产品1和2,以及产品2和3没有相似点(值为0)。矩阵中的值都在极限值0和1之间。相似度矩阵适用于创造产品族。假设所有产品最初都没有分组，然后每一个都分到单 独的系列fij中;i=l,2,3,4.初始解为 (1) ,(2) ,(3) ,(4) ,其中产品类型被分配到相对应的系列，所以，1类型的产品被分到了 1系列，等等。接下来一步，在相似度矩阵中 有最高值的产品对被分进一个单独的系列。在我们的例子中，相似度为1的1类型产品和 3类型的产品被分组，导致产品组合为 (1, 3) , (2) ,(4),接着找最高的相似度来创 建新的产品族。在我们的例

53、子中，产品2和产品4的相似度为0.5就可以放进另一个系列 中，其中给了给了可选择的答案(1, 3) ,(2, 4) 。接下来产品1和产品4的相似度为0.33,这导致重新分组为 (1, 4) ,(2) ,(3) o然而，所有的产品已经按更高的相似度分成了两个系列。如表3所示，这个办法包括了很多可选择的方案，这些方案随最新的相 似度(ls)和临界值(th)而定。因此，最适宜的方案可以通过最新的相似度等于0.5, 产品族的数量为2的方法而得到。表3产品分组的例子solution ls value pl p2 p3 p4 nfinitial 1 fl f2 f3 f4 41 1 fl f2 f3 f4

54、 32 0.5 fl f2 f3 f4 2*3 0.33 fl f2 f3 f4 3这种分组的运算方法可以通过如图8所示得到。当可重组制造系统引进一个新的产品可能发生下面的情况：(1)新的产品被分配到现有的系列中，(2)新产品形成新的系列。开始ls=1把所有的产品分到各自的组中计算sij的最大值否max sij>ls把ls相同的 产品分成一组是把这二个产品分到一个新组把产品从相似矩阵中除去，ls=max sij所有产品 都被分组结束图8产品分组的运算法则4fig8 classify products algorithms如图8所示，在最初的步骤(ls=1)时，每个类型被分到不同系列中，换

55、句话说，产品族 构造的数量最少吋ls最大。随着相似的的降低，产品族组合的数量在上升。如图9所示， 由于产量随着产品类型(ni)的数量i(i=l,2)变动，其中n2>nl,可以得出更多系列的组合。图9 ls与产品族组合数量(nf)的关系4fig9 the relation between ls and nf为了使前面形成的新产品的分组更方便，图8的运算法则可以改进成图10。这样，通过把系列中产品相似的量连接起来，一个产品族就被看做相似度矩阵中的单个产品。这些连接起来的相似量就会和矩阵中的其他相似量进行比较。换句话说，当一个新产品被分配到一个系列中相似度矩阵就会被更新。控制变量最新相似度(l

56、s)被临界值取代，这由作为形成一个产品组合所需的最小相似度的重置链所决定。可重组制造系统利用把新产品连接到现有的系列考虑重置制造资源的最小量。开始所有产品 都被分组找到sij的最大值结束max sij>th把产品加到一个新组或已存在的组通过把相似的产品放到一个系列中更新相似矩阵图1()改善后的产品分组法则4fig 10 the improved classify products algorithms在上面的运算法则中，一个产品族和不包括在此系列内其他产品的相似量可以通过求它们各自相似量的平均值得到。例如，图表2中的例子，产品1和3与产品4的联结相似 度是p1与p4和p3与p4相似度的平

57、均值，即(0.33+0.25) /2,与表4中所给的值相同。表4例子屮问题的联结相似度矩阵4(p1,p3)p2 p4(p1,p3)* 0(0.33+0.025)/2p2 0 1 0.5p4 (0.33+0.025)/2 0.5 *(3) 产品族效率将产品分成系列后，在k分组阶段产品族效率(pfek)如下定义：kkkglspef(23)其中，gk是k分组阶段产品族的数量。configuration为组合，ls是前面提到的最新 相似度14。以(2)部分给定的例子为例，每种可能解决方案的pefk都可以如表5那样计算。表5可选择组合的产品族效率(pfek) 4solution ls configura

58、tion pef1 1 (1,3),(2),(4) 1/4=0.252 0.5 (1,3),(2,4) 1/3=0.333 0.33 (1,4),(2),(3) 0.5/2=0.254 0.25 (1,3,4),(2) 0.25/2=0.125(4) 产品的可配置性产品的可配置性(pc)被定义为把所有插入重置链的产品类型安排进系列的能力。pc 可以根据被在供应链中制造各种产品类型所需要的操作的相似量来确定，这在产品设计阶 段就确定了。为了量度出pc,我们定义一个产品-类型相似度公式：/洌 vsijji(2 4 )其中力sij是i类型和其他所有产品类型的总相似度，n是产品类型的总数量，avsi是类型i产品 和其他类型的相似度的平均值。这表明pc取值在0