Seru构建与生产任务分配协同决策研究

Seru构建与生产任务分配协同决策研究

制造业当今面临着许多新的挑战。一方面,全球化进程的推进将制造企业的竞争对手从国内扩展至全球,企业必须不断提升自身在成本、质量、速度等多个方面的实力才能在激烈的竞争中求得生存。

另一方面,随着生活水平的提高,在文化多样性的影响下,顾客的消费观念也发生了巨大转变,越来越多的顾客开始追求个性化,定制产品逐渐成为一种发展趋势。受到竞争格局和顾客需求的影响,制造企业所面对的市场需求环境表现出产品种类多样、变种变量、产品生命周期短、产品质量要求高、交付期短等特征。

在这样的环境下,采用传统大规模生产方式的制造企业开始出现种种问题,制造企业迫切需要对生产方式进行革新和转型。上世纪90年代,日本索尼株式会社对传统的多产品传送带装配流水线进行了改造,提出了一种兼具高效率和高柔性的生产方式——Seru生产。

Seru生产在多品种、小批量、变种变量需求环境下表现出极强的适应性,能够从生产效率、响应速度、成本、利润、物流、产品质量等多个方面给企业带来显著改善,现已被日本电子产品制造行业广泛采用。然而,Seru生产并未在国际范围内快速传播。

究其原因,一方面是因为与Seru生产相关的文献资料多以日文发表在日本的期刊杂志上,资料获取难度较大;另一方面是因为大部分文献资料都以介绍Seru生产企业实施经验为主,尚未提出完整的Seru生产理论与方法体系,大量关键问题仍亟待解决。Seru构建决策是Seru生产研究领域亟待解决的关键决策之一。

Seru构建是设计Seru生产系统的重要环节,Seru构建方案决定了Seru 生产系统的效

率和柔性,影响着车间物流、生产计划、生产调度等多个生产环节。现有学术文献中,关于Seru构建决策的研究几乎都着眼于将传送带装配流水线拆解成Seru的问题,忽略了在不考虑传送带装配流水线的情况下新建Seru生产系统的问题。

鉴于此,本论文从生产资源组合优化的视角研究了Seru构建决策。由于作为生产能力提供方的Seru构建决策与消耗生产能力的生产任务分配决策之间具有相互影响和相互制约的关系,且Seru构建方案根据市场需求变化进行的频繁重构会导致生产任务分配方案的经常性调整,所以,本论文将Seru构建决策和生产任务分配决策结合在一起,对Seru构建与生产任务分配协同决策开展研究。

根据设备和多能工对生产能力影响的大小及其在生产过程中参与的程度,Seru可以分为设备主导型Seru和多能工主导型Seru。根据这两种Seru的特征,本论文分别从设备和多能工入手研究Seru构建与生产任务分配协同决策。

针对基于设备的Seru构建与生产任务分配协同决策,首先基于对文献资料和企业实施案例的归纳和分析,识别出了Seru独立性、同质机器、备选加工路线、流程时间、Seru间工作量均衡、Seru可容纳机器数等关键决策要素,在对关键决策要素进行分析的基础上,建立了考虑同质机器、备选加工路线、加工时间、换装时间、机器可用生产能力、产品需求量、Seru数量等多个实际生产要素的非线性整数规划模型。模型以减少Seru平均工作量和提高Seru间工作量均衡为目标函数,考虑了对Seru可容纳机器数、Seru独立性、机器可用生产能力等的约束。

鉴于所研究问题是NP-hard问题且是多目标优化问题,基于第二代非支配排序遗传算法开发了模型求解算法,并用数值算例证明了数学模型的正确性和模型求解算法的有效性。为了探明关键决策要素对基于设备的Seru构建与生产任务分配协同决策的影响,利用数值

算例分析了Ser 数量对目标函数值的影响以及机器数量对Seru独立性的影响。

为了进一步证明模型求解算法的有效性,将其与键能算法(BEA)和Z-L算法进行了对比。针对基于多能工的Seru构建与生产任务分配协同决策,首先基于对文献资料和企业实施案例的归纳和分析,识别出了Ser 独立性、技能组合、技能熟练水平、基于技能熟练水平的作业时间、作业间多能工共享、Seru可容纳人数、工作量均衡等关键决策要素。

在对关键决策要素进行分析的基础上,建立了考虑多能工技能组合和技能熟练水平差异、基于技能熟练水平的作业时间、作业间多能工共享、产品需求量、多能工可用生产能力等多个实际生产要素,以提高Seru间和多能工间工作量均衡为目标函数的非线性整数规划模型,模型中考虑了对Seru可容纳人数、生产一个批次时多能工能够同时负责的作业数、Seru独立性、多能工可用生产能力等的约束。鉴于所研究问题是NP-hard问题且是多目标优化问题,基于第二代非支配排序遗传算法开发了模型求解算法,并用数值算例证明了数学模型的正确性和模型求解算法的有效性。

为了探明关键决策要素对基于多能工的Seru构建与生产任务分配协同决策的影响,利用数值算例分析了多能工能力差异程度以及多能工技能熟练水平差异程度对工作量均衡的影响。为了进一步证明模型求解算法的有效性,将其与基于粒子群算法开发的模型求解算法进行了对比。

本论文提出的Seru构建与生产任务分配协同决策模型和模型求解算法以及基于关键决策要素影响分析得出的结论为Seru生产研究领域相关关键决策研究的开展奠定了理论基础,研究结果有助于丰富Seru生产理论与方法体系,为有意实施Seru生产的制造企业提供决策支持。