（机械电子工程专业论文）面向产品工艺路线评价方法和工具的研究.pdf

摘要为了缩短工艺准备周期，提高企业产品在市场上的竞争能力，增强计算机辅助工艺设计系统的实用化。本文主要对面向产品工艺路线评价选优的方法和工具进行了研究。首先。基于面向产品的工艺路线综合评价的方法，从以下两个方面考虑：一方面，工艺路线评价要面向产品生命周期，相关的各部门应提供信息或参与评价；另一方面，工艺路线评价不应只针对零件个体，应从产品与企业的制造资源、工艺资源、人力资源、物流环境、等等综合因素进行统筹考虑。建立了评价模型，并提出了评价系统工作流程。其次，本文针对工艺路线评价方法进行了较为系统的研究。工艺路线的评价涉及定量、定性因素，有些是具有模糊性的、不完全的信息。本文采用层次分析法为指标体系赋权重，并利用a h p 进行群组决策。即请参评专家对评价模型的所有评价指标赋权薰，根据各位参评专家的专业知识及工作经验等，按评价指标属性给各位参评专家赋权重值。运用一种基于最小二乘的群组a h p 方法进行综合评价。在上述理论研究的基础上，开发了基于w e b 技术的评价工具。确定了基于w e b 技术评价工具体系结构：选用a s p 技术将脚本命令和组件对象有机地结合起来。整个评价系统具有应用界面单一、易于管理和维护、良好的可扩充性和移植性等特点，能方便地应用推广到其它领域。另外，以哈尔滨汽轮机厂有限责任公司的2 0 万千瓦汽轮机组为实例对系统的实现进行了验证。关键词面向产品；工艺路线；层次分析法；群组决策a b s t r a c tf o rs h o r t e n i n gt h ep r e p a r a t i o np e r i o do fp r o c e s s ，e n h a n c i n gt h ec o m p e t ea b i l i t yo fp r o d u c t i o ni nt h em a r k e ta n dp r o m o t i n gt h eu t i l i t yo fc a p p ，t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c ho nt h ee v a u a t i o nm e t h o da n dt o o lo f a l t e r u a t i v ep r o c e s sr o u t e f i r s t l y , b a s e do nan e wk i n do fm e t h o do fp r o d u c t - o r i e n t e de v a l u a t i o no na l t e r n a t i v ep r o c e s sr o u t e ，w h i c hc o n s i d e r e df r o mt w oa s p e c t st h a ti n v o l v e dp r o d u c tl i f ec y c l ea n dt r a n s i t i o nf r o mp a r tt op r o d u c t ，t h a ti st os a y , r e l a t i v es e c t i o n ss h o u l dt a k ep a r ti ne v a l u a t i o na n dt h eu t i l i z a t i o no f m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e ，p r o c e s sr e s o u r c es h o u l db ec o n s i d e r e df r o mt h ew h o l ep r o d u c t t h ee v a l u a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e d a n dt h ep r o c e s so f e v a l u a t i o ns y s t e ma g ep r e s e n t e d s e c o n d l bt h ee v a l u a t i o nm e t h o d sa r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yi nt h ep a p e r i nt h ee v a l u a t i o no f a l t e r n a t i v ep r o c e s sr o u t e ，av a r i e t yo f q u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ef a c t o r sa r ei n v o l v e da n dm u c hf u z z yo ri n c o m p l e t ei n f o r m a t i o nm u s tb ec o n s i d e r e d t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s si sa d o p t e dt oc l o t h et h ei n d e x e sw i t hw e i g h tv a l u e sa n dc a r r yt h r o u g hg r o u pd e c i s i o n m a k i n g i no t h e rw o r d s , t h ee x p e r t sc l o t h ea l lt h ei n d e x e so fe v a l u a t i o nm o d e l i n gw i t hw e i g h tv a l u e s ，t h e na c c o r d i n ga st h ea t t r i b u t e so fe v a l u a t i o ni n d e x e sc l o t h ee v e r ye x p e r tw i t hw e i g h tv a l u e sb a s e do ne v e r ye x p e r t sp r o f e s s i o n a lk n o w l e d g ea n dw o r ke x p e d e n c e f i n a l l y , c a t t yt h r o u g hi n t e g r a t i v ee v a l u a t i o nb yu s i n gt h eg r o u pd e c i s i o n - m a k i n gm e t h o dw h i c hi sb a s e do i lt h el e a s ts q u a r e -b a s e do nt h et h e o r ys t u d i e da b o v e ，t h ew e b - b a s e de v a l u a t i o nt o o li sd e v e l o p e d t h ep a p e rc o n c e n t r a t e so nt h es y s t e ma r c h i t e c t u r eo f t h ee v a l u a t i o nt o o l ；a n da s pi su s e dt oc o m b i n es c r i p t i n gc o m m a n d sa n dc o m p o n e n to b j e c t s t h ee v a l u a t es y s t e mh a ss o m ef e a t u r e s ：s i n g l ea p p l i c a t i o ni n t e r f a c e ，e a s yt om a n a g ea n dm a i n t a i n ,f a v o r a b l ee x p a n d a b i l i t ya n dt r a n s p l a n t a t i o n , s ot h ee v a l u a t i o nt o o lc a nb ee a s i l ya p p l i e dt ot h eo t h e rd o m a i n i na d d i t i o n ，t h es y s t e mi sv a l i d a t e db yu s i n gt h ee x a m p l eo f 2 0 0 m wt u r b i n eo f h a r b i nt u r b i n ec o m p a n yl t d k e y w o r d sp r o d u c t - o r i e n t e d ；p r o c e s sr o u t e ；t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a l - l p ) ；g r o u pd e c i s i o n - m a k i n g1 i -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1 章绪论1 1 课题背景及研究意义当前。国际制造业已经过成本竞争、质量竞争的阶段，进入了商业机遇响应速度竞争的阶段，特别是上世纪9 0 年代以来，制造业所面对的市场和社会经济环境已发生了根本的变化。世界制造业正面对着一个“顾客驱动市场”、“市场主导生产”、不确定而又急剧变化的市场环境。具体而言，当代制造市场的发展与变化主要表现在以下几个方面“，：( 1 ) 需求的多样化、个性化逐步主导市场，并且这种需求的变化速度快，难以预测，从而引发了市场的快速多变。此外，各种高新技术的不断涌现和应用更进一步推动了市场的快速变化。( 2 ) “卖方市场”向“买方市场”转变。生产的空前发展促进了制造市场的繁荣，数量上供不应求的产品减少；顾客用户驱动( c u s t o m e r d r i v e n ) 市场，市场的稳定性愈来愈低；用户对产品质量、品种和交货期的注重大大甚于从前。( 3 ) 市场竞争异常激烈。众多制造企业在有限的制造市场中追求市场占有率的竞争，已演变为关系到企业成败的生死之争。( 4 ) 市场和竞争的全球化。国际贸易、合作的发展和市场竞争的加剧，促进了局部的地区市场与世界市场融合。市场的全球化又必然带来全球化的企业竞争。鉴于上述变化，制造企业必须由以前的“市场适应生产”，变为“生产适应市场”，并进一步向“生产预测市场”发展。过去以增加产品的批量来降低单个产品的成本从而使产品在市场具有竞争力的传统思想，正在被新的快速响应制造的思想所取代。为适应这一新形势，近些年来，在学术领域，国内外学者纷纷提出了一些新型的制造模式，如敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) ”，快速响应制造( r a p i dr e s p o n s em a n u f a c t u r i n g ) “1 ，分散网络化制造( d i s p e r s e dn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ) “”等，它们共同的特点在于利用互联网，灵活而迅速地组织各种社会制造资源，组成基于网络的虚拟实体，通过优势互补，风险共担，达到快速开发产品、响应市场，最终实现双赢。在激烈变化的市场环境下，制造企业的生产模式已开始从大批量少品种生产、多层次的垂直管理和严格的生产计划控制，向中小批量多品种生产和快速灵活、高度柔性的生产控制的方式转变【7 】。新的市场形势要求企业在其制造模式上作出适当的调整，而且，对企业行为也提出了更高的要求，主要表现在以下几个方面：( 1 ) 企业决策的快速性要求企业的生存环境要求它们必须具备快速响应市场的能力，而快速响应的能力首先必须包括快速决策的能力，即，企业面对动态多变的生存环境和市场机遇，快速而准确地作出决策。( 2 ) 决策的跨学科特征明显社会经济的迅速发展和专业分工的加剧使宏观经济环境、市场情况、可用技术等企业的外部影响因素的数量比以往大大增加，决策所涉及的专业领域的广度和深度也在增加，导致决策的复杂性和难度明显加大，要求决策者必须具备不同专业领域的知识和跨学科的分析把握能力。( 3 ) 决策的科学性和准确性必须提高在竞争激烈的环境中，企业项目所面临的风险大大增加，决策失误所导致的后果将十分严重，尤其对于那些具有战略性或重要意义的问题，其决策必须具备相当高的准确性。科学的方法和合理的决策机制是探察事物本质、提高决策准确性的有效保证。( 4 ) 决策需求的多样性因企业的性质和规模的不同，它们对决策有着多层次、多方面的需求。产品工艺路线制定并不仅仅是一个技术层面的问题，在企业的实际生产中，由于产品结构、生产方法、设备条件、生产规模、专业化程度、工人技术水平以及其他各个方面，都具有各自不同的生产特点。这些特点反映在产品特点、生产工艺、设备、生产组织形式、计划工作等各个方面。工艺路线就是制定工艺过程的总体布局，因为工艺路线不但影响加工的质量和生产效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。这些对制造企业是非常具有现实意义。工艺路线选择的重要程度因不同类型的生产系统而异。对于流程型企业，尤其是化工企业，其工艺路线基本取决于生产装置的设计，一旦选择某类生产装配，其工艺路线也就随之确定。对于加工装配类企业，工艺路线的选择、设计十分重要。对此若无充分的考虑，则很难决定所需要的设备型号和数量，以及对生产制造系统的设计。工艺路线的选择，还要体现处所出产产品品种搭配的变化瞄j 。工艺路线的制定涉及的因素错综复杂，因此，评价工艺路线的人员来自不同的部门，其专业知识也不尽相同，所得出的评价结果就自然是不同的。通过对工艺路线的评价模型和方法的研究，将其理论化和工具化，从而使专家的评价更全面、更自觉、更科学、更理性，是很有意义的。同时还可使决策评价过程透明化。为解决工艺路线评价的全面及可信度问题，常需要多部门的专家或者技术人员参与。目前大部分是采用专家会议的形式，但这种形式有如处理时间周期长、信息反馈慢及处理效果有折扣等下不足之处1 9 i 。随者网络技术的发展，为多位专家在网络环境下进行工艺路线评价带来了现实可能性，面向产品工艺路线评价方法和工具的研究，弥补了专家会议的不足之处，不仅对企业的工艺优化，而且对企业实施信息化具有推动意义。本文的研究内容来源于国防科工委的国防基础科研计划先进工业技术项目“基于w e b 技术的工艺信息集成系统研究”的课题。1 2 面向产品工艺路线评价研究综述1 2 1 工艺路线评价的概念工艺路线，是指零件的生产工序及工序内容。近年来，提出了面向产品的工艺信息的概念，具体指的是从整个产品的角度出发将对产品工艺有影响的市场信息、资源信息、管理信息等信息包含在内的工艺信息。面向产品的工艺路线，是指描述产品生产的组织全过程，包含产品所有零部件的配套、组织生产方法、生产顺序、装配顺序、配套企业和生产准备状态。评价选择工艺路线是工艺工作的重点，是进行生产加工的工艺基础，对零、部件的生产制造过程起指导性作用，决定着能否f 常的生产运作。评价选择工艺路线是工艺准备的主要内容之一。一般来讲，企业根据选定的产品工艺路线确定产品生产周期、工艺资源需求、制造资源需求、人力资源需求、物流仓储需求、能源需求、环境影响、成本核算等等。对于一个现代制造企业来说，生产准备的工作量是相当大的，提高工艺路线的评价效率及精确度，适应现代市场经济是个重点。1 2 2 工艺路线评价的研究概况计算机辅助工艺过程设计( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ：c a p p ) 技术从6 0 年代末诞生以来，其研究开发工作一直在国内外蓬勃发展，而且逐渐引起越来越多的人们的重视 1 0 , 1 1 】。遗憾的是，尽管国内外在各种决策方式、各种机加工艺c a p p 、以及智能化、集成化方面取得许多成绩，但应用基础还不很牢固，研究开发方向也和当前的实际需求有较大差距。近年来，随着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 d 【、m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ：c i m s ) 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ：c e ) 、智能制造系统( i n t e l l i g e n tm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ：i m s ) 、虚拟制造系统( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ：v m s ) 、敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ：a m ) 等先进制造系统的发展，无论从广度上还是从深度上，都对c a p p 的发展提出了更新更高的要求l l2 ”j 。在近几年提出了面向整个产品( 简称面向产品) 的c a p p 系统以及更为广义的计算机辅助工艺设计及管理系统，即智能化工艺信息系统( i n t e l l i g e n tp r o c e s si n f o r m a t i o ns y s t e m ：i p i s ) 等新的构想，并针对一些企业c i m s 工程的需求进行了开发，同时也推出了软件产品i l 。工艺路线的制定作为c a p p 的一个重要部分，其研究工作也从面向零件转向面向产品。近几年，由于生产及科技的发展，人们又从不同的角度对工艺路线的制定进行了研究探讨，提出了很多新的方法l l ”j 。目前国内外对面向产品工艺路线的评价介绍较少，对面向零件工艺路线评价介绍较多，针对零件加工的特点，形成了各种不同的评价方法。文献 2 0 提出了状态演化的工艺路线排序方法，它通过对原有排序结果的不断调整与扩展，产生新的排序结果，通过状态演化，实现与系统过程同步并行、渐进完善的排序过程。文献 2 1 针对f m s 工艺路线优化配置问题提出一种混合遗传算法。文献 2 2 】提出了一种基于规则推理( r b r ) 与基于实例推理( c b r ) 相互集成的方法制定工艺路线。文献 2 3 】基于解复杂尺寸链过程中所用到的图解追踪法原理，提出一种优化工艺路线的简明方法逆向图解追踪法。文献【2 4 为了实现计算机辅助工艺计划( c a p p ) 系统中的工艺路线优化决策，分析了工艺路线优化决策过程中存在的问题以及相关约束，提出利用遗传算法对基于工艺约束的工艺路线进行优化决策。文献 2 5 】应用具有工艺约束的基因遗传算法进行工艺路线排序，用自然数字链对工艺路线进行基因编码，然后通过选种、基因重组和变异，对各种码链进行迭代搜索以寻找合理的工艺路线。以上几种方法都是从工艺路线本身考虑，如精度要求、加工成本、加工工艺和加工设备等因素，而忽略了物流环境、人员要求、环境效益和社会效益等因素，所以不能综合全面评价工艺路线。国外对工艺路线评价的研究着重于零件早期的概念设计、面向制造的设计以及零件可制造性分析中，根据零件的制造特征生成多条候选的加工工艺路线，根据产品的模型，进行工艺路线的时间与成本的估算和工艺路线的选择 2 6 3 0 。1 3 一般评价理论及方法概述有关系统评价的理论和方法【3 1 , 3 2 】，归继起来大致f q 以区分为三类：第类起以数理为基础的理论。它以数学理论n 彝j 解析方法对i 平价系统避行严密的定最描述和计算。为了使评价能够正常进行腿不会出现矛盾，经常需要在假定的条件下才能进行评价。第：类是以统计为主的理论和疗法。通过统计数据来建立只能凭感觉丽不能测量的评价项 = j 的评价模型。这是一种试验性的评价方法，也足心理学领域的常用方法。但由于魁统计处理，所以还存在少数人行为在评价中不能反映的缺点。第三类方法是蘼现决策支持的方法。电就是说，与其想方设法对评价系统进行客观丽j 卜确的评价，倒l ；如研究如何4 能比较容易地决定弓雕标1 敛的人类行为。常f f j 的计算枫 疗真技术就是这一类的有效方法。常见的浮价理论主要由以卜几种：( 1 ) 效用理论效用只是主观的评价，根据效用并利用效用函数来进行定量的分析和评价，般来说，这种方法比较方便。但悬效用数值的大小只表示顺序尺度，本身没有意义。效用理论是以评价 二体个人的价值观为基础而建立起来的数学理论，其。和包含了许多假定，闲此不能原封不动的运刚刘实际中去。效用理论足评价理论的基础。( 2 ) 确定性理论主要是用统计的方法使评价数量化，这时需要收集足够数量的、质量相等的数据，嗣时璎有能看透问题本质的敏锐的洞察力。评价的数茕化在数槲选择办衙怎么变化都有t u 能，这点适与自然科学和工程学问题一i 栩的地方。因而碰到旗的闯题数量倪，首先必颁了解评价的f i 的，吃透问题的实质。其程序是：穗：确认使婀统计办浊的委。性和有效性辱，收集适当数捌，以挽引力法确认鬏定，片存数据通道捡验厉，能够，7 l 定程度| ：建立起数麓化浮价模犁送 ，耩性开价歧综台评价。( 3 ) 不确定理论使评价处予迷惑小解的困境多数情况足发夸在含霄不确定斟索的决策“娟t 。位如果已经掌据事件发生的橛：棼，! j l j q 以用期望值作为评价函数，以便作为确定性理沧来处群。即使西二缺乏数据的情况卜，也町凭借专家的经验和随脱判断，以及以往发，土的檄率，对每俘发生的r j l 能性做出定量估计。( 4 ) 非精确理论除事件发生的不确定以外，还有人的认识所l 蹦有的稹糊性( 非精确性) 。例如用语言描述豹“夫”、“红”、“好”等概：念以及审判、诊断、人物砰价等综合判定本硬卜郝是定性的尔豫。为了进行这利t评价需要利用模糊集理沦。( 5 ) 最 戈化理论浮份对象的数学模型本身也日能成为评价函数，如数学规划方法就是。个典型的例子。数学舰划奉身具有普通惟和严密。阽，褥到的评价也是比较客观的。常见的评价方法有：( 1 ) 费用一效益分析这时系统评价的经典疗法之一。在学术界，秤福刹经济学理论的纂础土，则爱求从经济总体上考虑费用和效益的笑系，已达到资源的最优化分配。实现这种方法的困难存j 二姻阿j i 礁地测定效益，以及如伺估计长期投资和效益的孔会折现率。采用这年中方法的问题是，仪仪从经济腿点考虑效益，不涨从社会燃点考虑效益。为了嚣补这方弼的不足，后来义有了有效度观点和费用一有设度分柝的概念。( 2 ) 关联矩阵法此方法应f j j ：多雕标系统。它是j j 矩阵形式求：表示各管代方案有笑评价项日的评价值。然后计算各办案评价值( i , j j h 权和，在通过分折比较，综合评价使一评价值加投和戤大的方案即为最优疗案。赢_ i l 关联矩阵法的芙键在于确定各评价指标的相慰重要度，即权重，以及由评价：j i = 三体给定的评价指标的评价尺度。( 3 ) 关联树法关联树法造作为种订助于时复杂f u j 题进行评价的办法丽，m 生的。哭联捌法避 ：评价时的工作主要包括三部分：第。部分是分析和i 平价系统的目的及达到 j 的所需的技术或力法之问是如何联系起束的。其亟，量是关联树建立，并通过天联糨 来评价。第一部分屉分析由于对某部分问题的解决而挺进”；： | 分| 、u j 题解决的桐珏衫响效果，弹振此修一荚联树。第三羯分是根据”发能力和现状弓目标作比鞍，以选择j 1 ：发时机等。( 4 ) 层次分析法层次分析法作为种评价，玎法，和上述嬲荚联矩阵法和天联捌法擒y - 州类型。层次分析法避种志摊：分析审嚏；量分析嘲结合的评价决簸乃法，它将评价并对复杂系统的评价恐维过程数学纯。箕：锤本思路是评价者通过将复杂问题分解为着千缓次和 ：要索，并在同层次的子要素之间简r 尊地进行比较、判断和汁算。就；叮以缁小不同替代方案的曛要度，从而为选择壤优方案提供决策依攥。层次分带i 法的特点是：能将人们的思维过程数学化、系统化，便于人们渡受；所需定犁：数挥 信息段少。但要求评价行对评价问题的本质、包含篮索硬l 卡h i 之间的逻辑荚系能掌援十分透彻。( 5 ) 模糊评价法这趣运用模鞠集理论对系统进行综合汗价的种方泓：。通过模糊l j 价，能获得系统各替代力聚优先顺序的有笑信息。模糊评价法也足常月j 的鞲，综合评价方法。1 4 本文的主要研究内容本文研究的内容主要包括两个方面：第一：从评价由零部件向产品过渡和产品生命周期这两个角度出发，提出了面向产品的工艺路线评价的思路，并据此建立评价指标体系；第二：针对面向产品工艺路线评价的特点，本文研究了相应的评价方法。最后在上述理论研究的基础上，基于网络技术，进行了评价工具的研究与开发。具体的，本文的研究内容如下：( 1 ) 从分析现代制造业的生产过程出发，基于面向产品的工艺路线评价的方法，建立评价指标体系。为面向产品工艺路线选优的目标，设立了以技术指标、经济指标、综合指标和外协为四个分目标的评价指标模型，确定了评价系统工作流程。( 2 ) 讨论了面向产品工艺路线的评价方法。工艺路线的评价涉及定量、定性因素，有些是具有模糊性的、不完全的信息。本文采用层次分析法为指标体系赋权重，并利用a h p 进行群组决策。即请参评专家对评价模型的所有评价指标赋权重，根据各位参评专家的专业知识及工作经验，按评价指标属性给各位参评专家赋权重值。运用一种基于最小二乘的群组a h p 方法进行综合评价。f 3 ) 在上述理论研究的基础上，开发了基于w e b 技术的评价工具。利用w e b 技术作为软件开发和应用平台，确定了评价工具的b s 三层体系结构，选用a s p 技术将脚本命令和组件对象有机地结合起来。整个评价系统具有应用界面单一、易于管理和维护、良好的可扩充性和移植性等特点，能方便地应用推广到其它领域。另外，采用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司的2 0 万千瓦汽轮机组为实例对系统的实现进行了验证。第2 章面向产品的工艺路线评价体系2 1面向产品工艺路线评价过程模型的建立2 1 1 现代制造企业的生产过程分析现代制造企业的生产过程可以从横向和纵向两方面展开分析：所谓生产过程的横向展开【”】，是指组成企业物质技术实体的各个生产单位和生产设施。按其对产品产做出的不同作用，企业生产过程一般由以下几部分组成：( 1 ) 生产技术准备过程指产品在投入生产前所进行的各种生产技术准备工作，如产品设计、工艺设计、工艺装备的设计与制造、标准化工作、定额工作、调整劳动组织和设备布置等。( 2 ) 基本生产过程指直接为完成企业的基本产品所进行的生产活动。基本产品代表着企业的专业方向。( 3 ) 辅助生产过程指为保证基本生产过程的正常进行所必需的各种辅助性生产活动，如制造企业中的动力生产、工具制造、设备维修等。( 4 ) 产服务过程指为基本生产和辅助生产服务的各种生产服务活动。如原材料、半成品的供应、运输和保管等。( 5 ) 附属生产过程指企业根据自身条件和市场需要生产某些非企业专业方向产品的过程，如飞机制造厂生产的日用铝制品等。上述几部分既有区别又有联系。其中基本生产过程是核心，生产技术准备过程是重要的前提，其他部分都是围绕基本生产过程进行，为基本生产过程的实现创造条件。所谓生产过程的纵向展开【34 1 ，是指产品的生产过程一般都可以按工艺性质的不同划分为不同的生产阶段，这些各具特定工艺性质的生产阶段就是工艺阶段。不同的工艺阶段不仅需要不同的物质技术条件，其生产管理的特点也有较大差异。划分工艺阶段的主要目的，是为了针对其工艺阶段的特点，进行相应的生产管理工作。同一工艺阶段的各项作业活动，因为使用不同的机器设备、工艺方法和工作场地，又可以进一步划分为若干不同的工种和许多不同的工序。所谓工哈尔滨丁业大学工学硕学位诧义序，就是在一个工作地( 或一台设备) 上，由一个工人( 或一组工人) 对一定的劳动对象连续进行的加工( 或装配) 作业。它是生产过程最基本的组成单位。每个产品的生产都必须顺次经过各道工序而完成其全部生产过程。工序不但是制定工艺规程的单位，也是计算劳动量、制定劳动定额、配备工人、核算生产能力、确定生产组织形式、安排生产作业计划、进行质量检验的基本单位。工序按其作用可分为工艺工序、检验工序和运输工序。工艺工序，是使劳动对象发生物理或化学变化的工序：检验工序，是对原材料、半成品和成品的质量进行检验的工序；运输工序，是在工艺工序之间、工艺工序与检验工序之间运送劳动对象的工序。工序的划分取决于对产品( 零件) 的技术要求、所采用的工艺方法和设备以及劳动分工的情况。般地说，产品( 零件) 的技术要求愈高，加工工序特别是精加工工序的数目越多，采用的工艺方法和设备越是低效率和通用的。工序划分愈粗糙，工序数目越少。工序划分的粗细问题也就是工序的集中与分散问题。由上述分析可知，现代制造业生产过程的复杂程度是由以下几个因素所决定的：( 1 ) 产品结构和生产工艺的特点；( 2 ) 产品的技术要求；( 3 ) 生产规模；( 4 ) 厂区的集中或分散程度；( 5 ) 社会专业化与协作化的水平；( 6 )本企业的经营方针。2 1 2 面向产品工艺路线的特点面向产品的工艺路线文件作为生产指令性文件，标志着产品由产品试制、试验、定型后通过立项审查转为生产准备阶段。各路线单位根据产品工艺路线文件进行工艺准备：供应部门组织原材料供应；生产部门根据工艺路线文件组织生产；计划财务部门根据工艺路线文件计算成本，核算价格；人力部门根据工艺路线文件定员定编；工艺部门根据工艺路线文件确定产品零部件的材料消耗定额；售后部门根据工艺路线文件销售及回收计划等等。在现代制造业中，在对面向产品工艺信息概念提出的同时，也提出了产品级工艺路线( 即面向产品工艺路线) 的概念。艾克斯特公司在开发x t c a p p 5 5 【j 副过程中将企业工艺路线分以下三个层次：1 1 产品级工艺路线( 厂际工艺路线) ：描述产品生产的组织过程，包含产品所有零部件的配套、组织生产方法、配套企业和生产准备状态。2 1 产品装配级工艺路线：描述产品在生产装配线各工位的组织生产顺譬玺鎏! 些：主；! ；兰氅 ：主些生苎序和部件装配的组织过程。3 ) 零件级工艺路线：描述产品零件从毛坯到成品的生产全过程。通过上述三个层次的工艺路线设计和管理可以覆盖企业产品组织生产的全过程。工艺路线主要说明物料实际加工和装配的工序顺序、每道工序使用的工作中心、各项时间定额( 如：准备时间、加工时间和传送时间，传送时间，包括排队时间与等待时间) 及外协工序的时间和费用。工艺路线的作用是：( 1 ) 用于能力需求计划的分析计算、平衡各个工作中心的能力。工艺路线文件中应该说明消耗各个工作中心的工时定额，用于工作中心的能力运算。( 2 ) 用于计算b o m 的有关物料的提前期。根据工艺文件的准备时间、加工时间和传送时间计算提前期。( 3 ) 用于下达车间作业计划。根据加工顺序和各种提前期进行车间作业安排。( 4 ) 用于加工成本的计算。根据工艺文件的工时定额( 外协费用) 及工作中心的成本和其它辅助成本费用数据计算出标准成本。( 5 ) 根据工艺文件、物料清单及生产车间、生产线完工情况，生成在各个工序的加工进度的整体情况，以及对在制品的生产过程进行跟踪和监控。综上所述，面向产品工艺路线的要求和特点如下p6 j ：( 1 ) 确定零部件的工序顺序和工序名称，并确定对应的工作中心以及对应工作中心工序的工时定额( 包括准备时间、加工时间和传送时间) 。工时定额是计算提前期、工序能力和成本数据的主要依据。工时数据来自历史统计资料，由工艺部门、生产部门和工业分析部门共同制定。( 2 ) 工艺路线中的工序单位标准时间是在一定时期、一定工艺条件下制定的，这个数据是传统上所说的物品工时定额，它是人员或单位设备的工序时间。还需根据工作中心能力( 人数、设备数) 制定占用工作中心的时间，这时要考虑分散作业和流水作业这两种情况的不同。a ) 分散作业工序的工时定额即为占用上作中心的时间。b ) 流水作业流水线人数或流水作业的设备越多，工作中心的加工时间会越短( 但不是线性关系) 。该工序占用工作中心的时间还要除以作业人数或设备数( 如果不是线性关系，则要考虑转化系数) 。( 3 ) 每道工序对应一个工作中心，当然可多道上序对应同一个工作中心( 即反复利用该工作中心加工) 。可以从工艺文件中知道某部件是经过哪些工作中心或哪些车间加工完成的。哈尔滨t 业大学工学硕士学位论文( 4 ) 考虑可替代工艺路线，以利于平衡和调整生产计划与物料需求计划。( 5 ) 要考虑非生产加工工序，如运输( 车间、分厂间的运输) 、存储等可以作为一道工序。( 6 ) 外协加工必须在工艺路线中体现，因为它影响总提前期和费用。( 7 ) 有时在加工中会出现两种以上零部件放在一起加工的情况，如机械加工中两个半圆合并起来进行车削加工，称为“配作”。工艺路线文件一般有以下字段：零部件名称、零部件图号、重量、数量、外形尺寸、工序、工序名称、工序内容、原材料类别、原材料下料件数、原材料下料率、加工设备、加工时间、辅助时间( 搬运时问、排队时间等) 、外协标志和备注说明等等。2 2 面向产品工艺路线评价模型的建立2 2 1 评价内容的界定面向产品工艺路线是企业工艺准备工作的纲。它包括产品制造的技术关键及其解决办法，并规定了工艺工作应遵循的基本原则。制定工艺路线的依据是产品设计的性质( 创新设计或仿制、系列产品或非标准产品、专用产品或通用产品) ，产品的生产特点，生产规模或生产类型等因素。由2 1 节分析可知，面向产品工艺路线除了具有五项作用外，还能表达如下信息：( 1 ) 资源信息因为如果忽视制造资源、工艺资源、人力资源和运输、仓储资源等信息，只是从单个零件的角度考虑得出的工艺路线，可能会出现资源浪费、资源利用冲突的情况，所以，从整个产品的角度考虑工艺路线时，要充分考虑到本企业及协作企业的资源情况。( 2 ) 市场信息市场信息对产品工艺路线的制订也起着很大的作用，对不同的批量、不同的工期，制订的工艺路线会有很大差别，尤其是在远景规划上，如果某一类型的产品的市场刚刚打开，有很好的前景，企业则可以考虑引进新设备、新技术以及必要的技术人员来保证获得最大的经济效益，而新设备、新技术以及技术人员的引进又会引起产品的工艺路线的变动、更改。( 3 ) 管理信息与资源信息、市场信息密不可分的管理信息对工艺路线的制订也有定的影响，也不可忽略。对产品工艺路线进行评价，不仅指的是从工艺角度检查工艺路线结构的：立：鎏三、业盔王三主竺圭主垡丝苎合理性、可加工性等，而且还要从企业及协作企业的资源情况、管理经营方针以及市场信息和社会发展等方面进行综合评价，才能使企业所生产的产品符合本企业的制造条件，并力求达到最好的经济效益。面向产品工艺路线评价的主要内容是：1 ) 产品质量主要指加工精度和表面精度2 ) 工艺资源主要指成熟工艺利用率、工艺标准化率、工艺可靠度3 ) 制造资源主要指设备利用率、设备加工精度、设备加工效率等4 ) 物流环境主要指运输设备和仓库5 ) 人力资源主要指员工数量要求和技术要求6 ) 原材料主要指焊接工艺性能、锻造工艺性能、铸造工艺性能等7 ) 产品成本主要指材料成本、加工工时成本、单位辅助成本等8 ) 产品工期主要指生产准备时间、加工时间和辅助时间9 ) 环境效益主要指产品及其生产过程中的环境污染1o ) 社会效益主要指生产过程中的员工安全和工艺创新2 2 2 评价标准的确定在层次分析法中，为了使决策判断定量化，形成数值判断矩阵，基于下述的一些事实和科学依据，采用评价标准为1 9 标度法 3 7 , 3 8 ，如表2 1 所示。( 1 ) 实际中，当被比较的事物在我们所考虑的属性方面具有同一个数量级或很接近时，定性的区别才有意义，由才有一定的精度。f 2 ) 我们注意到，在估计事物质的区别性时，可以用五种判断很好地表示：即相等、较强、强、很强、绝对强。当需要更高精度时，还可以在相邻判断之间作出比较，这样，总共有九个数值，它们有连贯性，因此在实践中可以应用。( 3 ) 我们注意到，在同时比较中，7 + 2 个项目为心理学极限。如果我们取7 + 2个元素进行逐对比较，它们之间的差别可以用九个数字表示出来。( 4 ) 社会调查也说明，在一般情况下，人们至多而要七个标度点来区分事物之间质的差别或重要性程度的不同。( 5 ) 如果需要用比标度1 9 更大的数，可用层次分沂法将因素进一步分解聚类，在比较这些因素之前，先比较这些类，这样就可使所比较的因素间质的差别落在i 一9 标度范围内。哈尔滨工业大学1 = 学颁j 学位论文标度a ，含义1因子夙和毋同等重要3因子b ，比马略重要5因子b ；比马较重要7因子b 。比马非常重要9因子岛比毋绝对重要| 2 ，4 ，6 ，8以上两削断的巾间状态倒数因子b j 与b i 比较时，标度为以= 1 2 2 3 评价指标的选取面向产品工艺路线评价系统评价指标的选取主要遵循以下原则【3 9 】：1 ) 紧密联系工艺路线的评价指标必须与最优的工艺路线这个评价目标紧密联系。2 ) 全面完整评价指标应该能够从各个角度评定工艺路线的优劣，以便对评价对象有一个全面的反映。当然，针对具体的工艺路线评价，为减少工作量，当在某些指标上的评语或数值基本一致时，这些指标可适当粗分或取消。3 ) 层次分明。评价指标体系的设置应能准确反映各层之间的支配关系，各指标有明确的内涵，按照层次递进的关系，组成层次分明、结构合理、相互关联的整体，排除指标的相容性，保证评价的科学性。面向产品工艺路线评价指标的建立，首先融入了产品生命周期的思想，评价从企业负责人到各部门技术人员的多角度，从实现最大利润到充分利用企业现有资源等全方位考虑。因此把技术指标、经济指标、综合指标外协作为分目标，工艺路线选优作为总的目标，是整个评价指标树的根结点，相应地评价指标如下：哈尔滨工业大学工学坝十学位论文其中，技术指标是指制定工艺路线或是与工艺路线有关的各种技术因素；经济指标是指制定工艺路线或是与工艺路线有关的各种经济因素；综合指标是说明制定工艺路线或是与工艺路线有关的除技术、经济指标外的其它因素：外协是指是否有需要外协单位合作。其中，技术指标包括产品质量、工艺资源、制造资源、物流环境、人力资源和原材料六个指标；经济指标包括成本和工期两个指标；综合指标包括环境效益和社会效益两个指标。四个分目标的具体指标如下：产品质加工精度c 量b ，表面精度c ：工艺资成熟工艺利用率c 。工艺标准化率c 。源b 。工艺可靠度c ；设备利用率c 。技制造资设备加工精度c ，设备加工效率c 。术源b 。设备能源消耗c 。指特殊设备要求c 。标物流环运输设备c 。a 。境b 4仓库c 。人力资员工数量要求c 。源b 。员工技术要求c 。；焊接工艺性能c 。；原材料锻造工艺性能c 。铸造工艺性能c 。，b 6机械加工性能c 。热处理工艺性能c 。哈尔滨工业大学二学硕 学位论文人力单位成本c ：。加工工时成本c ：。单位辅助成本c ：单位环境成本c 。经成本b 。单位回收成本c 。济单位设备成本c 。；指材料成本c 。标产成品回收利用率c ：，原材料下料率c 。a 2生产准备时间c ：。加工时间c 。工期b 。装配时间c 。辅助时间c 。电磁污染c 。，综噪声污染c 。a环境效口益b 。噪光污染c 。指三废污染c 。标粉尘污染c 。，a 3社会效员工安全c 。益b 。工艺创新c 。当然，具体的工艺路线可以有不同的评价指标，但面向产品工艺路线的评价需多部门参与的思想是必要的。2 3 评价系统的工作流程评价系统是以支持工艺路线评价的全过程为目的。这一评价过程是指，评价专家在评价任务管理者( 系统管理员) 的控制和协同下，通过i n t e r n e t 对评价任务实施快速支持的电子化运作过程。评价系统工作流程见图2 1 。其主要过程如下：哈尔滨t 业大学工学硕士学位论且=1 ) 系统管理员首先确定评价任务( 工艺路线选优) ，并根据任务建立初步评价模型，再输入参考信息( 待评价工艺路线) 。2 ) 参评专家根据评价任务及自身专业知识、经验通过通讯与系统管理员协调确定评价模型。3 ) 参评专家对评价模型的各个评价指标给出权重。4 ) 系统管理员对所有参评专家给出权重，计算权重，得出评价结果。其中，动态建模、通讯和评价管理是该过程中的三个核心问题。( 1 ) 动态建模本系统建立的评价模型是动态的，在评价之前，评价专家可以在系统管理员的协同配合下，根据评价模型的实际情况和系统管理员对评价任务的要求，以及评价专家自身的专业知识和经验，对评价模型的评价指标进行合理的修改，以争取得到最好的评价结果。( 2 ) 评价通讯过程评价模型在确定后，在评价专家与系统管理员之间通过互联网建立起双向的通信链接，以实现评价过程中的信息交流和数据传递。在通讯过程中，评价专家可以浏览待评价的工艺路线，并对评价指标给出自己的评价，系统管理员可以根据评价专家的专业知识和经验、对各指标的评价及评价目的给评价专家按评价指标属性给出评价，最后经过权重计算得出评价结果，并发布给评价专家。( 3 ) 评价过程管理评价过程管理是系统管理员对整个评价系统的运行所进行的调度和协调，主要包括：1 ) 过程协调：对参评专家根据评价任务、参考信息对评价模型提出修改意见等进行协调。2 ) 资源管理：按照评价专家对评价指标评价的要求和评价任务，建立内部共享参考信息资源库( 如待评价工艺路线库) ，并在资源冲突的情况下进行有效的管理和调度。哈尔滨t 业大学工学烦十学位论文2 4 本章小结图2 1 评价系统工作流程简图本章首先从面向产品角度出发，分析了工艺路线在企业生产中的作用及企业在制定工艺路线时所涉及的相关因素，基于面向产品的工艺路线评价的方法，确定了评价系统的评价内容和评价标准，建立了评价指标体系。同时，介绍了评价系统的工作流程。哈尔滨t 业大学1 = 学硕士学位论文第3 章工艺路线评价方法研究对面向产品的工艺路线进行评价，首先，根据层次分析法对产品工艺路线建立评价模型。建立好评价模型后，参评专家对评价模型的所有评价指标赋权重：系统管理员根据各位参评专家的专业知识及工作经验，按评价指标属性给各位参评专家赋权重值。最后，运用一种基于最小二乘的群组a h p方法进行综合评价。下面分别对其主要部分：层次分析法、群组决策和利用a h p 进行群组决策进行应用研究。3 1 层次分析法层次分析法( t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，a h p ) p l ”j 是一种应用非常广泛的，适用于解决多层次、多准则决策评价的综合性方法，是由美国运筹学家t l s a a t y 于7 0 年代中期提出的。它是一种对较为模糊或较为复杂的决策问题，使用定性与定量分析相结合的手段作出决策的简易方法。特别是将决策者的经验判断给予量化，它将人们的思维过程层次化，逐层比较相