[硕士论文精品]基于约束理论的生产物流瓶颈控制技术研究

浙江工业大学硕士学位论文基于约束理论的生产物流瓶颈控制技术研究摘要论文结合浙江省自然科学基金项目基于约束理论的企业物流瓶颈辨识、控制与仿真研究开展了生产物流瓶颈控制技术的研究。主要分析了生产物流瓶颈的形成机理和变化特征，建立了生产物流瓶颈控制总体模型，实现了产品生产计划编制、生产物流系统优化、生产物流时段瓶颈辨识等关键控制技术的研究。全文分成七章，具体内容概括如下第一章阐述了生产物流管理的重要性，讨论了生产物流瓶颈控制的重要意义，分析了国内外相关领域的研究文献，提出了论文的研究内容。第二章给出了生产物流瓶颈的概念，详细分析了生产物流瓶颈的形成机理，归纳了生产物流瓶颈的特征，讨论了影响生产物流瓶颈的因素，指出了生产物流瓶颈对生产物流的影响。第三章建立了离散制造企业生产物流系统的总体结构模型，提出了计划期内企业定单生产综合价值最大化的生产物流瓶颈控制总体模型，给出了瓶颈控制策略。第四章提出了基于瓶颈的产品生产计划编制原则和步骤，给出了计划编制中定单综合效用值、定单生产优先权以及定单产品生产数量的计算方法，并通过实例对编制方法进行了演算。浙江工业大学硕士学位论文摘要第五章探讨了基于瓶颈的生产物流系统优化方法，建立了基于瓶颈转移的生产物流系统优化过程模型，给出了系统优化中瓶颈转移方案的形成方法及定单综合价值的计算方法，并通过实例验证了优化方法的有效性。第六章依据瓶颈存在的时间动态性，给出了一种能够包含完整零件任务的时段划分方法及具体的时段搜索算法，指出了时段瓶颈辨识的处理流程，最后通过实例对时段搜索的算法进行了验证。第七章对全文进行总结，对今后的研究工作作出展望。关键词物流，瓶颈，控制，生产计划，优化，辨识N浙江工业大学硕士学位论文ABSTRACTRESEARCHONPRODUCTIONLOGISTICSBOTTLENECKCONTROLTECHNOLOGIESBASEDONTOCABSTRACTEFFICIENTLOGISTICSCANIMPROVEENTERPRISESCOMPETITIONPOWERANDPRODUCTIONLOGISTICSISTHEIMPORTANCEPARTOFENTERPRISELOGISTICSSOCOMBINEDWITHTHENATURALSCIENCEFUNDITEMOFZHEJIANGPROVINCERESEARCHONENTERPRISELOGISTICSBOTTLENECKRECOGNITION,CONTROLANDSIMULATIONTHISDISSERTATIONRESEARCHEDTHEPRODUCTIONLOGISTICSBOTTLENECKCONTROLTECHNOLOGYAFTERELABORATEDITSCONCEPT，FORMATIONMECHANISMANDCHARACTERISTICSTHEDISSERTATIONISDIVIDEDINTOSEVENCHAPTERSTOANALYZEANDRESEARCHTHETOPICSINCHAPTER1，THEIMPORTANCEOFTHEPRODUCTIONLOGISTICSMANAGEMENTANDTHEPRODUCTIONLOGISTICSBOTTLENECKCONTROLAREELABORATEDTHEMAINCONTENTSANDGENERALSCHEMEOFTHERESEARCHAREGIVENINCHAPTER2，THECONCEPTOFTHEPRODUCTIONLOGISTICSBOTTLENECKANDITSFORMATIONMECHANISMAREELABORATEDTHEPRODUCTIONLOGISTICSBOTTLENECKSCHARACTERISTICSANDITSINFLUENCEFACTORSARESTUDIEDTHEINFLUENCESOFPRODUCTIONLOGISTICSBOTTLENECKONPRODUCTIONLOGISTICSSYSTEMAREPOINTED11浙江工业大学硕士学位论文ABSTRACTOUTINCHAPTER3，ACCORDINGASTHECHARACTERISTICSOFDISCRETEANDFLOWJOBMANUFACTURINGENTERPRISESPRODUCTIONLOGISTICS，THETOTALCONTROLMODELOFTHEPRODUCTIONLOGISTICSBOTTLENECKANDIMPLEMENTERAPPROACHAREPROPOSED，ANDITSCONTROLSTRATEGIESAREALSOGIVENINCHAPTER4，ACCORDINGTOTHEBOTTLENECK，ANEWWAYOFMAKINGPRODUCTPLANISGIVENTHEPRINCIPIA，PROCESSANDCALCULATEMETHODISRESEARCHEDANDACALCULATEEXAMPLEISALSOGIVENINCHAPTER5，THEAIMOFPRODUCTIONLOGISTICSSYSTEMOPTIMIZATIONISGIVENTHEOPTIMIZATIONMETHODSAREDISCUSSEDTHEOPTIMIZATIONPROCESSMODELISPROPOSEDTHECALCULATEMETHODANDACALCULATEEXAMPLEISALSOGIVENINCHAPTER6，ACCORDINGTOTHETIMELINESSOFTHEBOTTLEEXISTENCE，ANEWWAYOFHOWTODIVIDETHETIMEPERIODISPROPOSEDANDASEARCHALGORITHMOFPERIODOFTIMEOFTHEMACHINEISGIVENTOREALIZETHISWAYATTHESAMETIME，AHANDLEFLOWOFBOTTLENECKRECOGNITIONISGIVENALSOANEXAMPLEISGIVENTOVALIDATETHEALGORITHMINCHAPTER7，THEMAINRESULTSANDCONCLUSIONSOFTHETHESISARESUMMARIZEDANDTHEFUTUREWORKISPROSPECTEDKEYWORDSLOGISTICS，BOTTLENECK，CONTROL，PRODUCTPLAN，OPTIMIZATION，RECOGNITIONIV浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明所提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研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名彩苹日期如古年乒月知EL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。本人授权浙江工业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。本学位论文属于，一1、保密日在I年解密后适用本授权书。2、不保密口。7请在以上相应方框内打“作者签名勿枣日期矽咕年乒月劢日导师签名陆嗍衍坼扣日浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论11引言第一章绪论随着经济全球化和科学技术的迅猛发展，制造业出现了一些新的变化产品的生命周期越来越短、产品品种数飞速膨胀、人们对产品交货期要求提高以及人们对产品和服务的个性化要求增强。在尽可能短的时间内，高效率低成本地为客户提供个性化高质量产品的能力，已成为当今企业竞争能力的一个基本标志。企业要形成这种竞争能力，关键是拥有一个高效顺畅的物流系统。因为物流系统作为企业生产过程的内在联结有助于企业缩短生产周期和生产提前期，保证按时供货和迅速的客户响应以及降低产品成本【H】。物流瓶颈环节是制约物流平衡、物流系统优化的重要因素，因此对物流瓶颈进行控制具有重要意义。12生产物流概述121生产物流相关概念物流是指物资有形或无形地从供给者向需求者进行的物资物质实体的流动151。按物流活动的范围和业务性质，物流可分为社会物流和企业物流两大类。社会物流是指超越一家一户的以一个社会为范畴、面向社会为目的的物流。企业物流是企业生产过程中物品在供应、生产、销售以及废弃物的回收及再利用环节发生的运输、储存、装卸、搬运、加工、检验、包装、配送、信息处理等活动，如图11所示【5】供应物流生产物流销售物流I供应哆I原材料1_生产过程I客户L，L储存I在制品储存R呻储存I，LIAJO冬令I令I口口0LR回收、废弃物物流1R_矗IFJ音白法图11企业物流系统浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论生产物流是企业物流的核心组成部分。生产物流和企业的生产流程同步，贯穿在生产过程的始终FL】。一旦生产物流中止，生产过程也将随之中断。在物流术语国家标准中，生产物流是指生产过程中原材料、在制品、半成品和产成品等在企业内部的实体流动。在生产过程中，生产所用原材料、燃料、外购件投入生产后，经过下料、发料、运送到各加工点和储存点，以在制品的形态，从一个生产工位流入另一个生产工位，按照规定的工艺过程进行加工、储存，借助一定的运输装置，在工位内、工位间流转，始终体现着物料实体形态的流转过程，这样就构成了企业内部物流活动的全过程。所以生产物流的边界起源于原材料、外构件的投入止于成品仓库【L】。图12为生产物流的一般过程16。原材料、配成品发送、1套件储存LI制造IIILLIII储存L图L2生产物流过程生产物流是企业核心竞争力提升的必要手段【7T8L。企业核心竞争力的形成依赖于企业拥有的诸多能力，其中生产率的提高、综合成本的降低和各种开支的节约，就是通过生产物流的优化和改进而达到的。而且据统计在制造系统中物料的传输时间占整个生产时间的80,90；物料传输与存储费用占整个零部件加工费用的304016，9】。生产物流的合理化对工厂的生产秩序、生产成本有着非常大的影响。122生产物流类型由于企业类型、企业规模以及专业化程度的不同，生产物流的类型不同OOL。1从物料流向角度可分为离散型、连续型和项目型三种离散型生产物流产品由许多零部件构成，各个零部件的加工彼此独立，最后组装成产品。从过程来看，整个工艺是离散的，各个生产环节之间要求有一定的在制品储备，这就是离散型生产物流。连续型生产物流物料均匀、连续地流动，不能中断；生产出来的产品和使用的设备、工艺流程都是固定且标准化的；I序之间几乎没有在制品储存，这就是连续型生产物流。2浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论项目型生产物流这是一种凝固型物流，即当生产系统需要的物料进入生产现场后，几乎处于停止的凝固状态，或者说在生产过程中物料流动性不强。它一般分为两种形态一是物料进入生产场地后就被凝固在场地中和生产场地一起形成最终产品，如住宅、厂房、铁路等；二是在物料流入生产场地后，“滞留“的时间很长，待其形成最终产品后再流出，如大型水电设备、冶金设备、轮船、飞机等。2从物料所流经的区域和功能角度可分为工厂之间物流、车间之间物流和工序之间物流三种。工厂之间物流指大型企业各专业厂之间的运输物流或独立工厂与原材料、配件厂之间的物流。车间之间物流指企业内各加工车间、装配车间之间的物流或原料库到加工装配车间的物流或加工装配车间到成品库物流。工序之间物流指生产过程中车间内部发生的各工序、工位上的物流。3从生产专业化的角度可分为大量生产、成批生产和单件生产物流该分类是按照产品和零部件生产过程中的稳定性和重复性来划分的，衡量稳定程度和重复程度大小的依据是生产工作地所承担的工序数目。凡是一个工作地承担的工序数目在L2道之间的属于大量生产，3“40道之间的属于成批生产，超过40道工序的则为单件生产。123生产物流组织形式物流对产品价值的贡献主要体现在空间效用和时间效用上，企业生产物流的运作同样要增加产品在空间上和时间上的价值。生产物流的空间和时间组织的好坏对生产物流的运作效果起到决定性的作用【ILI。1生产物流的空间组织按工艺专业化形式组织的功能型物流其特点是把同类生产设备集中在一起，对企业生产的各种产品进行相同工艺的加工，即加工对象多样化，但加工工艺、方法却相同，见图13所示。这种物流浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论组织形式的优点是对产品品种变化及加工顺序变化的适应能力强，可靠性高缺点是周转环节过多，运输路线过长，难于协调。材抖库一一一一一一一一一一一一一一一1车床广匕型圊旧田固圃囤咂困悃届J周成品库产品A的生产路线产品B的生产路线图L3工艺专业化示意图按产品对象专业化形式组织的专业型物流其特点是把生产产品所需各种设备按加工路线组织起来，即加工对象单一，而加工工艺、方法却多样化，见图14所示。这种物流组织形式的优点是减少了工艺环节中的运输次数，缩短运输距离，节约物流搬运和装卸成本，而且不同工艺之间的连续加工也减少了产品在生产过程中的等待时间，缩短了产品生产周期，加速生产资金的流动缺点是生产单位适应能力较差，稳定性较低，而且由于生产单位涉及的生产工艺、生产设备较多，设备利用率可能较低，同时设备的投资。费用却较高。产品A的生产路线一产品B的生产路线图L4对象专业化示意图按流水生产或成组技术组织的生产物流按流水生产或成组技术组织的生产物流形式综合了以上两种物流的特点，是以上两种物流组织形式不同程度的混合。流水生产是对象专业化组织向纵深方向的进一步发展，同时在不同生产单位的空间布局上也应用到一部分工艺专业化的组织形式【LLL。流水生产中，生产单位中的劳动对象以均匀的速度按产品生产的工艺流程顺序，连续流经生产工艺的各个环节，并在流经最后一个环节时完成产品零件的生产。成组技术主要是将具有相似生产工艺流程的产品零件组织4浙江工业大学硕L二学位论文第一章绪论在一个生产单位中进行生产，见图15所示。也可将流水技术和成组技术综合起来，组成成组流水线，即按照生产单位负责加工的产品零件的加工工艺流程安排生产设备，使生产单位具有流水生产的特征。它与普通流水线的区别在于成组流水线固定生产的产品零件并不唯一，这些产品零件之间具有极大的相似性，需要的加工工艺相差较小，流水线上的设备可以根据加工对象的变化做适当的调整或更换。其主要优点是可以简化加工流程，减少物流迂回具有柔性和适应性的特点。2生产物流的时间组织指物料在生产过程中各个生产单位、各工序之间在时间上的衔接和结合形式。要合理组织生产物流，不仅要缩短物料流程的距离，而且还要加快物料流程的速度，减少物料的成批等待，实现生产物流的节奏性和连续性。一般来说，一批物料有三种典型的移动组织方式顺序移动、平行移动、平行顺序移动。顺序移动是指当一批加工对象在上道工序完成全部加工后，整批地转到下道5浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论工序进行加工的方式。平行移动是指每个产品或零件在上道工序加工完后，立即转到下道工序加工，使各个零件或产品在各道工序上的加工平行地进行。平行顺序移动是指一批零件或产品既保持每道工序地平行性，又保持连续性地作业移动方式。124生产物流的合理化生产物流的合理化要求企业在现有的基础上能够合理地利用资源，杜绝一切浪费，达到有限条件下的最优运作效果【111。由于生产物流的空间和时间组织的好坏对生产物流的运作效果起到决定性的作用，所以生产物流的合理化必须从生产过程的空间组织和时间组织着手。空间上，生产物流系统要与空间组织形式相协调。针对工艺专业化的生产单位，生产物流系统应该适当地增加生产单位内生产物料或在制品的存储面积，实现生产物料的集中转送，提高物料设备的利用率和生产物流系统的工作效率。针对对象专业化的生产单位，生产物流系统应该将生产物料或产品零件的存储推向材料库和成品库，尽量减少生产单位内的生产物料和在制品的存储面积，为在制品在各道工序之间的流转提供方便，减少在制品流转过程不畅，提高搬运效率。时间上，生产物流系统要与时间组织形式相协调。生产物流系统配备的搬运、装卸设备的工作负荷较大时，企业可以考虑采用顺序移动方式来减少物流设备的运作频率，提高设备的运作效率。当生产物流系统配备的搬运、装卸设备的工作负荷较小时，企业可以考虑采用平行移动方式或平行顺序移动方式，有效地避免物流设备的超负荷工作，延长设备的使用寿命，节约生产物流运作成本。同时，企业还应该运用科学的方法安排生产物料、在制品在各道工序之间的转送路线，通过软环境的变化提高生产物流系统的工作效率。13研究背景和意义本文结合浙江省自然科学基金项目基于约束理论的企业物流瓶颈辨识、控制与仿真研究开展生产物流瓶颈的控制研究。国内制造企业一直以来对新产品的研究开发、工序本身的制造加工或组装技6浙江工业大学硕士学位论文第章结论术以及加工设备的更新换代等技术非常重视而忽视机器设备的布置方式、生产线的设计安排、物料流动的方法等生产物流管理和控制技术，以至于企业内部物流存在问题1定单不能按时完成而且不能满足紧急插单要求；2库存出现积压或短缺3车间在制品多；4生产不平衡；5设备故障频繁，人员加班频繁5采购提前期长。这些问题的存在对于争取和保留客户、保证企业正常运转、降低生产成本和提高企业生产效益都是不利的。而且除了这些明显的、容易发现的问题外，还有一些隐性的、容易被入忽视的问题，如物流成本的居高不下，企业流动资金周转缓慢。据资料显示，欧美国家的物流成本只占生产成本的10，而我国高达40【121。1992年国有独资与国有控股工业企业占用流动资金超过一万亿，年周转速度达165次，而到1999年，流动资金占用超过三万亿，年周转速度降为12次。而日本制造业的流动资金年周转速度高达75_8次1131。这些数字表明我国制造企业的物流管理水平与发达国家相比还存在着很大的差距。当前中国即将成为“世界制造中心“，而且国内市场国际化已成为不争的事实，尽快提高我国企业物流管理水平，改善生产物流管理的落后状况就成为目前一个亟待解决的关键问题。现代企业生产物流系统是一个复杂的系统。首先，随着企业规模和生产模式的变化，企业生产物流的类型会发生改变其次，制造企业生产模式向多品种小批量趋势发展，产品品种较多，变换快。不同的产品有不同的加工路径，生产物流组成复杂最后，生产物流还受到社会需求、车间布局、物料搬运系统、资源、人员、管理等多因素的制约，生产物流系统的行为复杂。对于复杂系统的管理和控制，常常需要花费大量的人、财、物。由于企业的资源和资金是有限的，要充分利用企业有限的资源和资金，获得满意的效果，就必须对生产物流进行瓶颈管理。通过瓶颈管理可以有效找出企业生产物流中的瓶颈环节，再针对该环节进行控制和改善，提高系统的竞争力。约束理论THEORYOFCONSTRAINT，简称TOC认为，任何系统至少存在着一个约束，否则它就可能有无限的产出【12】。因此要提高一个系统的产出，必须要打破系统的约束。TOC思维方法如下企业为达到赢利的目的，会不断地寻求降低成本和增加销售利润的方法。在7浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论这个过程当中，企业会不断的暴露出各种各样的问题，TOC把它称为约束。图16为网络计划瓶颈原理图。从图中可明显看出，起初在LL处存在约束即为关键路线，当消除这个瓶颈约束后，在L2处可能又会出现新的约束，到最后得到新的加工路线曲线虚线所示。从TOC的观点来看，图16中曲线可以理解为企业物流链中各个环节的强度曲线，这样，就可以清晰的看见TOC的基本思想企业的产出是由瓶颈环节决定的。路线长度加工路线图L一6网络计划瓶颈原理图TOC有一个比喻企业象链条。对于生产企业来说，可以认为它的整个生产物流过程是由若干个相互联系的环节组成的链条。从原料供应、生产制造过程、产品包装直到送到成品库，一环扣一环，一个环节的产出受其前面的环节的制约。面对企业中复杂的环节组合，传统的管理模式习惯于把链条断开对每个环节进行局部优化。这种做法认为对任何一个环节的改进就是对整个链条的改进；系统的整体改进等于各个分环节的改进之和；对链条的管理水平以链条的“重量“来衡量，即各环节的管理人员加强了自己的环节，就增加了链条的重量，管理人员的经营业绩也就越突出。TOC认为，管理者需要找出链条的最薄弱一环。假如发现某制造工序是最薄弱的一环，也就是说，公司的定单很充足，原材料可以准时到货，生产多少就可以包装多少，发运也能及时，但是，生产制造却跟不上。这时，如果改进包装环节，也许能节约一些成本，但长期来看，并不能使公司如期完成比现在更多的定单。如果改进该工序前面的工序也只会造成该工序前在制品的积压，不利于产出的增加。只有对该制造工序进行改造才能真正增加企业的利润。客浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论这种思想可以归结为对大多数环节所进行的大多数改进对整个链条无益；系统的整体改进不等于各个分环节的改进之和；企业的经营业绩应该以链条的“力量”而不是“重量”来衡量，这就要通过加强那个最薄弱环节来实现。生产物流瓶颈就是生产物流运作中的最薄弱环节。它不但对生产产出有影响，不同的瓶颈对生产物流管理也有着不同意义。而且，随着生产条件的改变，瓶颈资源还会发生转移。如果能够根据瓶颈的形成机理和转移特征，主动控制生产物流瓶颈的转移，优化生产物流，就能更好地改善生产状况，提高企业效益。综上所述，研究企业生产物流瓶颈的主动控制技术对于充分利用企业资源，优化企业生产物流系统提高企业市场竞争能力，促进中国制造业质的飞跃具有十分重要的现实意义。14国内外相关领域研究概况141物流领域研究概况物流领域的研究包括管理层次和技术层次两个方面。管理层次的研究主要有物流战略研究、物流系统化研究、物流效率研究、物流管理绩效评价等。技术层次的研究主要有物流成本控制技术、物流运输与配送技术、仓储技术、装卸搬运技术、物流设施选址、物流信息化技术等。物流战略是企业根据外部环境和自身条件，为寻求物流业务的可持续发展，就物流发展目标以及达到目标的途径与手段而制定的长远性、全局性的规划与谋略【4】O现代物流战略主要有即时化战略，包括即时采购和即时销售协同或一体化战略，包括横向协同、纵向协同以及通过第三方协同；高度化战略，包括全球化物流、互联网物流和绿色物流【B1。物流战略模型必需考虑动态的环境因素，物流战略方案也应该是一个在变化中不断评价、调整和反馈的过程【16J。物流系统是指物流活动中流动的物质实体和它们经过的各种加工、储存、转换的设备、设施及其与之相关的信息、人员、器具、设备等组成的具有特定功能的有机整体。物流系统是客观存在的，其各功能要素存在效益背反的关系部分最优并不一定能达到整体最优，必须采用系统化的观点研究物流，保证物流系统效O浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论益最大化117191。物流系统改进的目标还在于提高物流效率。有学者认为，物流活动真正的效率化必须从减少不能产生价值但是又造成物流成本增加的活动开始1202。提高物流效率不但需要加速发展现代物流信息技术实现物流网络化，而且需打破体制瓶颈，并在转换观念与加速培养现代物流人才等方面作出努力【22】。有学者还对物流效率的评价方法作了研究【231。物流效率的评价分单因素和多因素评价，两者评价的目的不同。多因素评价可采用指标树法、层次分析法、数据包络分析法等。物流绩效是指企业根据客户的物流需求在组织物流运作过程中的劳动消耗与所创造的物流价值的对比关系124。目前对物流绩效评价的研究主要集中在物流绩效评价指标的选取、物流绩效评价体系的建立和其他相关方面【251。物流绩效评价指标分为内部评价指标和外部评价指标，其中内部评价通常从成本、客户服务、生产率、资产衡量、质量五个方面进行。物流绩效评价指标多且划分不同层次，有些指标还难以量化，因而评价体系的建立可以采用运用模糊理论的综合评价方法、模糊聚类法等不确定性方法1242SJ。142生产物流研究概况国内外对生产物流方面的研究较多，主要涉及的领域有工厂的布置、工艺流程、生产计划与在制品控制、装卸搬运等。生产物流研究的核心是如何对生产过程中的物料流和信息流进行科学的规划、管理与控制【26,271。文献281研究了动态规划方法在生产物流控制中的应用。文献29指出生产及物流控制是指以生产作业计划为依据，对从原材料进厂到产成品出厂整个生产和物流过程进行动态的控制和调整，保证按时、按质、按量地完成生产计划和合同规定的产品。生产物流系统设计方面的研究主要集中在工厂选址、工厂及车间布置、搬运系统设计和仓储系统设计等【133。干净整洁的厂房环境、合理的机器布局和搬运路线对于提高工人的工作效率、缩短物流路线、降低物流成本和提高生产物流效率是十分重要的。仓储系统的设计则关系到生产物流是否有高效的开端和结束关系到生产物流能否顺利进行。生产计划制定方面的研究是任务交货期决策研究、产品组合决策研究、提高交付安全性的作业排序方法研究、定单生产优先权的确定方法研究以及MRPERP或IO浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论JIT应用研究等【324。文献32指出在工序时间随机性特征条件下，任务交货期应为一个区间，建立了以损失费用最小化为目标的最优交货期时区模型、最优最早交货期模型、最优完工时间偏差控制模型。文献33基于约束理论中确定瓶颈的方法针对约束理论关于产品组合决策方法在多约束条件下的不可行性，提出了一种同时考虑主约束和最大次约束的启发式方法。文献34针对瓶颈工序有多台设备的作业排序模型，采用动态规划的原理，得到交付最安全的排序方案。文献AS以生产战略理论为指导，以约束理论、线性规划理论和层次分析法为基础，提出了一种确定生产优先权的新方法。文献36进行了TOC与其他生产模式对比和应用研究，文献37，38还进行了生产过程中的库存缓冲管理方面的研究，文献39指出库存缓冲可由统计得出。文献40提出了将KIRPII、JIT和TOC三者进行集成的思路以计划为主线运用TOC理论来发现制约因素，提出改进方向；以MRP为主进行生产计划的制定，重点是对制约环节进行计划和控制；以JIT为主进行现场管理和改善活动。文献41从MRP系统内部进行分析。将引起系统问题的原因归结为MRP在系统设计上的两个缺陷一是批量计算上的缺陷二是作业计划上的缺陷。近年来部分学者还研究了设备管理与生产物流管理的关系。文献42指出设备管理是生产物流管理和控制工作的基础。现代企业主要依靠机器和机器体系进行生产，生产过程中的连续性和均衡性主要靠机器设备的正常运转来维持。设备在长期使用中技术性能还会逐渐劣化，会影响生产定额的完成；一旦机器设备发生故障停机，更会造成某些环节的中断，甚至引起全线物流停顿。143生产物流瓶颈研究概况生产物流瓶颈的研究主要集中在生产过程中瓶颈资源的研究上。瓶颈资源概念来源于约束理论，主要指设备生产能力限制造成的瓶颈工序，此瓶颈工序与在什么时期生产什么产品有关，它是动态变化的43,44J。在间歇生产企业中，随着需求产品的不断变化，对生产设备的能力需求也不断变化，而且往往具有严格的能力限制，所以在产品生产过程中总是存在瓶颈资源心4”。瓶颈资源的产出制约了整个系统的产出，想方设法提高非瓶颈资源的生产率是徒劳无益的【434们。对于生产物流瓶颈资源的确定方法，有学者研究。文献43中将计划期的生产任务和生产能力对比，把能力上最薄弱的环节定为瓶颈环节，所涉及的资源定浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论为瓶颈资源并提出了一种分时段搜索瓶颈的方法。文献47，48都指出寻找系统中的瓶颈有两种方法一种是工序负荷比较法，负荷最高，最不能满足需求的设备就是瓶颈工序所在；另一种是考察系统的运行，一般瓶颈工序前存在大量的在制品堆积。文献48还针对工序能力比较接近的情况，提出了一种利用QGERT仿真技术来分析单一产品模式和多产品模式下确定瓶颈资源的方法。生产物流瓶颈的存在使得生产无法均衡，除了造成无谓的工时损失外，还造成工序间在制品的堆积，严重时甚至导致生产线停产。因而，大量学者基于瓶颈资源研究了生产线平衡的办法。文献49指出解决生产线全部工序作业时间平均化、提高生产线平衡率的基本原则是通过调整工序的作业内容使各工序作业时间接近。通常可采用以下方法1对瓶颈工序进行作业改善，减少其工序作业时间2将瓶颈工序的作业内容分配给其他工序；3合并相关工序，重新安排生产工序；4分解作业时间较短的工序，把该工序的内容分解到其他工序中去。文献49还论述了如何应用FOG的方法提高生产线平衡率的问题。文献50总结了生产线平衡的各种启发式算法，这些方法主要以确定型的生产线平衡问题作为研究对象。文献51针对随机型生产线，给出了在一定完工率条件下的负荷平衡的遗传算法。文献52就订单生产条件下的多品种装配流水生产线的平衡问题展开了讨论，建立了以优化人力成本为目标多品种装配流水线的人力成本模型，最后通过运用混合遗传算法进行流水线的平衡。由于瓶颈资源是制约整个系统产出的关键因素，学者们提出必须基于瓶颈资源制定生产计划40,41431。文献43提出一种瓶颈资源计划，它是在找出瓶颈资源后，将零件分为关键件、主要件和一般件，分别安排三种零件的进度计划，其中关键件是指需要使用瓶颈资源的零件。文献53将生产网络分为关键资源网络由瓶颈作业及其下游作业组成和非关键资源网络，对关键资源网络进行有限能力顺排作业计划，对非关键资源网进行无限能力倒排。144相关领域研究总结从上述国内外相关领域研究概况可以看出，近年来生产物流管理的研究取得了一定成果。学者们指出对生产物流必须进行系统化管理，而且在企业资源和资金有限的情况下，应该先抓住制约生产物流系统产出的瓶颈环节。但是，在生产物流瓶颈的具体研究方面还不够深入。学者们基本上只是基于约束理论研究了瓶12浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论诳虱I一料ILL国丽件甘巨憎眶咽_巨M至悃牛|I_斩I儿斩IJIL一而RJ浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论综上所述，论文将针对离散制造企业加工装配流水线或成组流水线生产物流模式研究车间内的生产物流瓶颈控制技术。主要内容包括1生产物流瓶颈形成机理研究研究生产物流瓶颈的形成机理及生产物流瓶颈的特征，指出影响生产物流瓶颈变化的因素，分析瓶颈对生产物流的影响。2生产物流瓶颈的控制模型研究根据生产物流瓶颈的形成机理和特征，建立生产物流瓶颈控制的总体模型，并给出瓶颈控制策略。3基于瓶颈的产品生产计划编制方法研究以最大化瓶颈资源产出和提高企业效益为目的，提出一种产品生产计划编制方法，给出具体的实施步骤和算法，并进行实例演算。4基于瓶颈的生产物流优化方法研究提出一种通过主动控制瓶颈转移来优化生产物流的方法，并根据影响瓶颈变化的因素，给出瓶颈的转移方法和算法。5生产物流时段瓶颈辨识方法研究根据瓶颈存在的时间动态性，研究工序时段的划分方法。通过计算工序各时段的负荷率来识别各时段的瓶颈，并给出瓶颈辨识的处理流程。图18为本论文的总体结构框图。图18论文总体结构框图14浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论16小结分析了当前企业内部物流管理中存在的主要问题，阐明了在新的竞争环境下企业生产物流管理的重要性，同时针对企业资源有限的现状及生产物流瓶颈对生产物流的巨大影响，探讨了进行生产物流瓶颈控制的重要性，系统分析了国内外相关领域的研究现状，给出了论文的研究内容。浙江工业大学硕士学位论文第二章生产物流瓶颈形成机理研究第二章生产物流瓶颈形成机理研究21生产物流瓶颈概念在约束理论中，瓶颈是指生产系统中制约系统产出的环节。生产物流系统中的环节较多，如生产所需零部件从材料库供应到车间环节，车间内加工、装配环节，物料搬运环节以及产成品送到成品库环节。这些环节的能力低下，都会影响到系统的产出。如零部件供应不及时，会造成生产的停工待料。某装配、加工或检验、包装环节生产能力低下，会造成其前在制品大量堆积，增加在制品库存，影响完工时间。物料搬运路线混乱，路线安排不合理，会增加物流搬运时间，影响搬运质量，最终延长产品完工时间。产成品不能及时送到成品库，也会占用车间有限空间及影响成品发货时间。因此，上述各个环节都可能成为制约生产物流系统产出的瓶颈。为了研究的方便，本文假设车间零部件供应及时，车间内物料搬运系统设计合理，生产出的成品能够及时运送到成品库。这样，生产物流瓶颈就只在加工、装配、检验、包装等环节中产生，也就是在工序中产生。所以，生产物流瓶颈只考虑车间生产过程中由于工序能力不能满足加工需求而造成的瓶颈工序。确切的讲，瓶颈就是生产物流系统中生产负荷率最高、生产能力最不能满足系统需求、最为妨碍系统产出量的生产资源。这里生产能力指生产的可用时间，不包括维修、保养时间。一个资源的可用时间包括加工时间、调整时间、闲置时间和无效时间。对瓶颈资源而言，其可利用时间应仅用于加工产品和设备调整，它的闲置和无效使用将直接影响整个系统的产出。用数学公式表示如下对于系统中的拧个资源XI，X2，以。实际产出能力CI，C2，Q，系统外部需求量MR。，脚2，MR。某些资源之间存在互为输入和输出的关联关系R。假设与资源置相关的资源的标号所组成的集合为S，即SJLJF3RXI，XJ16浙江工业大学硕士学位论文第二章生产物流瓶颈形成机理研究那么，当且仅当E1，LA30265且终12上坠136，垫竺；坚坠印O92，R2，C1132J，R2，C215071F墨L里；兰岛143。墨竺I；Q郎084R2，C，2016，R2，C10191终2坐112【R2C，088所以定单先后生产顺序为C，C，C5，CC。第三步生产数量确定。当生产500D|，400D，450D5，500DS，57D3时，工序5的能力差不多被耗浙江工业大学硕士学位论文第四章基于瓶颈的产品生产计划研究尽，定单C。中剩余产品下月内不能生产。44小结指出了基于瓶颈的产品生产计划编制的原则，探讨了产品生产计划编制的步骤，给出了计划编制中需要的定单综合效用值确定方法、定单生产优先权确定方法以及计划期内各定单产品生产数量确定方法，最后对该产品生产计划编制方法进行了实例演算。4L浙江工业大学硕士学位论文第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究51引言第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究生产物流系统优化是生产物流瓶颈总体控制过程中的一个关键步骤。通过生产物流系统优化可以使系统生产能力最大限度满足询单要求，从而使企业在计划期内能生产更多综合价值高的定单，提高企业生产效益。52生产物流系统优化目标生产物流系统优化是针对某一个目标，采取措施使生产物流系统运作效果最优。系统优化的方法较多，有线性规划、整数规划、动态规划等。根据不同的优化目标可以采取不同的优化方法。如文献55中，为了进行厂房布局的优化，使生产物流路径最短，采用了动态规划的方法。而文献56中，为了对生产物流工序流程的总时间进行优化，运用了网络计划技术来找出生产中的关键线路，该线路决定了整个产品的流程时间对该线路上的工序进行改造，缩短工序加工时间，就能缩短整个产品的流程时间。本文中，生产物流系统优化的目标是最大化计划期内企业定单生产的综合价值，如图51所示。定单综合价值图5一L定单综合价值最大化示意图显然，这个目标的达到是一个非线性的过程，不能采用线性规划或整数规划；也无网络图可以利用，不能采用网络优化技术；采用动态规划也有一定难度。由于本文中是采取调配工序内工人人数来改变工序能力、转移瓶颈。进而优化物流，42浙江工业大学硕士学位论文第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究而工序内工人人数的调配是有限制的，也就是说转移瓶颈的次数是有限的，因此可行的优化方法是穷举所有可能的定单组合方案，计算每种方案定单生产综合价值，再找出其中的最大值。53基于瓶颈转移的生产物流系统优化过程模型根据生产物流系统优化的目标和方法，建立了基于瓶颈转移的生产物流系统优化过程模型，如图52所示。图52基于瓶颈转移的生产物流系统优化过程模型43浙江工业大学硕士学位论文第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究对该过程说明如下该模型的输入是交货期相近的各个客户询单。由于在瓶颈控制的前面过程中，已经利用工序能力负荷表对该批询单能否在交货期内完成做了评估，所以进行生产物流系统优化的第一个步骤就是进行瓶颈的转移。1瓶颈的转移。瓶颈的转移方法是调配工序内工人。通过工序内工人数目的改变，改变工序能力，从而使工序的能力负荷情况有所改变。2计算工序的能力负荷表。此时，如果无过载工序，就说明全部询单都可以安排生产，此时定单生产综合价值自然最大，优化过程就可以结束。如果还有过载工序，就说明还有询单不能安排生产，就进行步骤3。3编制产品生产计划。利用第五章中的编制方法进行编制，得到安排进计划期内的询单和询单产品生产数量。4计算计划期内定单生产的综合价值。通过3中计划产生的数据计算得到。5记录工序内工人的调配情况、计划生产的询单和询单产品生产数量以及定单的综合价值。6查看是否所有可能的瓶颈转移已经进行。如果还可以进行转移，就从步骤1开始新一轮的操作。如果不能进行转移，就进行步骤7。7对所有情况下的定单综合价值进行比较，找出最大值。输出最大值情况下，能生产的询单和询单产品数量。优化过程结束。54瓶颈转移方案541假定条件从第二章24小节的分析可知，瓶颈的变化与工人人数、设备、加工工艺以及产品生产计划等四个因素有关。对其中一个因素进行改动就能影响瓶颈出现的位置，即转移瓶颈。企业可以根据实际情况选择采用某种方法或某几种方法来转移瓶颈。本文中为了研究的方便，假定瓶颈的变化因素只跟工序内工人数目有关，瓶颈的转移通过车间内工人的调配可以实现，即将负荷小的工序上的工人临时调动若干个到负荷过载的工序上就可以实现瓶颈的转移。为了计算的方便，假定工序能力和工序内工人数目成正比。浙江工业大学硕士学位论文第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究542工人调配原则进行工人的调配时，必须遵守的原则如下1工人的调配方向是将工序负荷率低的工序的工人调往工序负荷率高的工序。负荷率号妻鲁等；2负荷非过载工序无需调入工人，负荷过载工序不能调出工人。3如果经过工人的调动，使所有工序都没有过载负荷，则此调动是最佳调动，无需继续调动。543瓶颈转移方案形成过程由于本优化方法的思想是列出所有可能的瓶颈转移情况，对各情况下定单生产综合价值进行比较，找出其中的最大值，最大值对应的情况即为最佳瓶颈转移。因此，实施瓶颈转移前一般需要列出所有可能的瓶颈转移情况。但注意到542小节中的第3条原则，在列出所有可能的瓶颈转移情况之前，先进行初步调动，若所有工序都没有过载负荷，就无需列出所有的瓶颈转移情况。瓶颈转移方案形成的具体过程见图53所示，说明如下1确认有无可调工人到有过载负荷工序的非过载工序。将所有可调出工人的非过载工序组成可调出工序集。注意，如果调出工人后反而成为过载工序的工序不能作为调出工序。将所有过载工序组成需调入工序集。2从可调出工序中选择负荷率最低的工序，调动工人到需调入工序集中负荷过载最大的工序中。如果调入工人的过载工序无过载负荷了或该调出工序不能再调出工人，调动就结束。3将调入工人后无过载负荷的工序从需调入工序集中删去。将不能再调出工人的工序从可调出工序集中删去。4确认可调出工序集和需调入工序集是否为空。如果可调出工序集和需调入工序集都不为空，转到第2步；如果需调入工序集不为空，但可调出工序集为空则转到第5步；如果需调入工序集为空，则转到第6步。5列出所有的工人可调配情况，即可能的瓶颈转移情况。6此时已经是最佳调动了，不但调动结束，生产物流系统优化也结束。45浙江工业大学硕士学位论文第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究注工序集表示可调出工序集，工序集表示需调入工序集图53瓶颈转移方案形成过程示意图55定单综合价值计算方法询单全部生产时，综合价值最大。当不能全部生产时，必须依据定单询单的综合价值来修改某个询单或舍弃某个询单。计算定单的综合价值时需用到第4章中提到的定单综合效用值。这里定义单个定单中单个产品生产的综合价值是该产品生产时瓶颈资源单位时间上能产生的定单效用值。计划期内定单生产综合价值是每个定单生产综合价值之和。定单生产综合价值的具体计算方法如图54所示。浙江工业大学硕士学位论文。第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究确定UQ，KL。，R上旧，刮R凡J上计算CKO工IIKL，R图54定单综合价值计算方法其中C。各客户定单KL，RUC。定单C。的综合效用值；R工序能力负荷表中负荷率最大工序；负荷率的计算见47页IR。C。生产定单CK的单位产品在R上的资源消耗量JC。定单G单个产品生产的综合价值；X广定单C。产品的生产数量；定单综合价值。56应用实例某车间的某条流水线主要生产5种类型50多个品种的产品。该流水线每月各工序的可用能力核算表见表51。各产品的工时定额表见表52。DL机型是该企业的老产品，价值较低，交货可靠，但质量不稳定。D2，D3为企业的主导产品，质量可靠，其中D2价格适中，服务好，交货迅速可靠，受到用户的欢迎；D3成本较高，由于工序条件限制，交货不够稳定。D4，D5两种机型是新产品具有较大柔性，市场潜力大。但目前成本较高，且需要改善服务条件。该流水线的工序共有8个。各工序上配备工人人数见表53。其中工序1的工人可以调动到工序2和3，工序5的工人可以调动工序2。该生产线在本月末接到的下个月末交货的各种客户询单如表54所示。下月没有已确认的定单安排生产。对这些询单如何处理才能最大化企业下月的生产效益47浙江工业大学硕士学位论文第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究呢表51各工序生产能力核算表月工序工序1工序2工序3工序4工序5工序6工序7工序8工时总计小时2LO1401402801402LO140240表52各机型工序工时定额小时表机型工序L工序2工序3工序4工序5工序6工序7工序8DIO25045O2O3O103O202D2O15O4025O2O1501015O1D3O50504065O2O15O3O3吼01501O15O050101501O1D5O0501O1O05005O05O05005表53各工序上配备工人数工序L工序2工序3工序4工序5工序6工序7工序8工人数32242322表54下月询单需求量询单CLGC，CCI产品DI如D。D|DL需求量220IOO150220150计算过程如下第一步，优化前的准备工作。1计算各工序能力负荷表工序能力负荷表见表55。浙江工业大学硕士学位论文第五章基于瓶颈的生产物流系统优化研究表55工序能力负荷表工序L工序2工序3工序4工序5工序6工序7工序8能力210140140280140210140140负荷185525L17720296513913351285过载一245LLL