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1、第一章 绪论1.1 选题背景及研究意义在当前激烈的市场竞争中，越来越多的制造企业认识到，决定顾客是否购买其产品的标准不仅仅是价格，而是包含了很多内涵的价值，如个性化的产品性能和服务水平等。制造企业要想赢得和保持自身的竞争优势，不仅要设法降低成本，而且还要能提供不同水平的产品及服务，同时，产品所需零部件的运输与配送费用在整个产品的制造成本中占有相当大的比例。因此，众多企业正在努力寻找一条可以达到增加成本优势和个性化优势的有效途径。在这样的背景下，混流生产模式的应用以及物流系统管理中的物料控制受到制造企业和研究人员的重视。本文的研究对象是汽车工厂混流模式下生产物流中的物料供应与控制问题。生产物流中
2、物料的供应至关重要，在理顺物料管理基础上，如何解决好瓶颈工序加工的物料供应与配置，将生产能力再上一新台阶，提高新型产品市场占有率是企业生存与发展的重要前提。汽车工业可以视为一个国家的经济指标，在国家实力成长中发挥着极其重要的作用。从历史上看，在一个国家进入工业化中期阶段，从中期阶段到最后完成工业化和现代化，没有一个大国不是靠汽车工业的高速发展来完成这一过程的2。欧美和日本的汽车零部件企业早在上一世纪 50 年代就开始研究企业物料供应即物流供应的优化模式，以期在此领域获得利益。1962 年，美国著名管理学家 Peter Druck 首次用“经济领域的黑暗大陆”来比喻物料供应管理的潜力。物流被认为
3、是能够减少企业经营成本的最后领域。二十世纪八十年代，日本企业成功的推行 JIT 物料供应管理，使汽车零部件企业与整车厂和供应商形成了利益共享，风险共担的物料供应链。这种精益的管理模式，使日本汽车行业在国际市场迅速崛起，整车以价廉质优的竞争实力在全球汽车业占领一席之地，取得了显著成果。国外成功经验是我们很好的借鉴，面对越来越激烈的全球汽车零部件市场的竞争，中国企业也应面对现实，积极应对挑战，改进物料供应模式，将物料管理当作与企业技术、质量、产品等同等重要的企业竞争要素加以研究和改进，企业物料供应模式的优化，是我国零部件企业提高自身 实力，形成企业核心竞争力，满足不断变化和提高的客户需求，打入国际
4、市场参与竞争的必由之路5。当前我国汽车市场竞争日趋激烈，生产模式已经从过去的以增大库存来保证正常生产逐渐变为基于订单的混流生产模式。因为，用户对汽车提出了越来越多的个性化需求，产品改型越来越快，品种系列越来越多，批次越来越多，现在的汽车生产也实行多品种小批次生产，也就需要混流装配线来生产34。另一方面，汽车的产品结构非常复杂，需要大量的装配件（汽车零部件），而这些装配件往往由许多专业厂（配套厂）和零部件供应商来生产与供给，这样一来，混流装配线在不同的时间所需的物料种类和数量不尽相同，甚至在同一时间所需相同物料的颜色、性能、规格也不尽相同，导致汽车装配线物料供应系统越来越复杂。所以，就需要对混流
5、装配线的物料供应问题进行科学研究。物料供应作为一种专业化、社会化的服务模式，它适应了经济一体化的需要，适应了社会化大生产的发展，体现了现代经济的发展趋势。而物流管理和提高物流配送和供应的效率更是我国亟待解决的问题。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状混流生产模式是适应社会个性化、多样化需求所出现的一种高柔性的生产方式。对混流生产的研究有部分文献涉及到了物料排序问题。南京理工大学的宋华明、韩玉启从供应链角度来讨论准时制系统中混合装配线物料的排序问题,建立了物料供应速率平准化的目标和模型，应用模拟退火方法设计搜索算法，可以针对多个层次物料的供应速率平准化目标进行投产排序。结果表明模拟退火
6、算法的搜索结果优于“目标追踪法”15。曹振新、朱云龙研究了准时生产环境下混流轿车装配线物料配送的物料拉动系统和看板运作流程，并建立了基于现场总线技术的物料 ANDON 系统。在分析总装线旁物料报警情况的基础上，提出了现场物料出现 MIN/MAX 时的处理方式，首次提出了物料断点的概念并建立了实施流程。本文研究的着眼点是混流生产线的物料供应问题，关于这方面的研究很少。因此，混流生产线的物料供应这个研究领域仍然是一个新鲜的事物。混流生产线物料供应的研究对象是由混流生产车间的总仓库和各工位线旁仓库组 成的物流供应系统。物料供应问题主要解决的是在混流生产车间各工位物料的供应时间、频率、供应量、供应提前
7、期等问题。因此，制造企业物料的库存控制问题成为混流装配线物料供应研究的核心问题。在制造企业物料供应的库存控制方面，国内研究人员学习了国外先进的管理方法和管理技术，如供应商管理库存（VMI，Vendor Managed Inventory）、联合管理库存（JMI，Jointly Managed Inventory）、制造资源计划(MRPII，Manufacturing Resource Planning System)和合作计划、预测与补给（CPFR，Collaborative Planning Forecasting & Replenishment）等。此后，蒋振盈等（2003年）通过建立数学
8、模型，验证了 VMI 能够降低信息失真的结论。对于 CPFR的研究，汪传旭（2003 年）采用了定量的方法研究了供应链环境下的合作预测能够降低牛鞭效应的情况。工瑛，孙林岩等（2004 年）将联合预测过程引入到供应链成员的库存补充策略中，研究了多级库存系统建立合作需求预测过程将大大降低系统总成本等等。此外，国内许多学者还从管理学角度研究汽车工厂混流装配线中的生产物流。华中科技大学鲁耀斌等人在分析汽车供应链以及供应链上核心企业特点的基础上，构建了基于电子商务的汽车行业供应链管理的理想模型16。武汉理工大学明平顺等人对汽车行业供应链发展动态进行研究，在汽车供应链中，对分供应商支配整车制造商的现象进行
9、分析和研究17。北京科技大学物流研究所吴清一等人在企业物流系统模型化理论研究中18，阐述了物流系统建模的几个理论问题，提出了系统建模原则、模型体系的概念和具有递阶形式的两阶段建模方法，并分析了模型中的要素等问题。目前，从文献研究结果看，国内外对混流生产研究较多的是混流装配线的平衡和排序问题。在混流生产的排序问题上，武汉工程大学的柯昌英运用数学规划方法及生产作业排队理论，建立了一种基于准时生产的同质产品的混流生产排序模型，该模型相对稳定，具有一定的可靠性，并且借助电脑能快速进行计算并得到结果。西安交通大学的孙新宇、万筱宁、孙林岩等人在研究中将蚁群算法应用在混流装配线的调度问题中。蚁群算法可以解决
10、多种组合优化问题，得到了较优的可行解 1。从研究文献看，对混流线平衡的研究比较少。宋华明、韩玉启、杨慧等人分析了混合型装配流水线的平衡设计与排序设计的关系,提出了系统求解混合型装配流水线平衡的并行设计方法，对平衡、排序、 反馈，采用协同进化算法进行优化，以期得到全局意义上的最优解。仿真分析 的结果显示了方法的有效性9。天津大学的李建中利用多级存贮和多级持有成本概念以及连贯排序特性，将混流装配系统转化为一个序列系统。1.2.2 国外研究现状国外对混流生产线物料供应问题的研究也是集中在物料的库存控制方面。国外的库存控制理论源于 1915 年，当时 Harris F.对银行货币的贮备问题进行了深入研
11、究，建立了单品种确定型需求的基本库存控制模型，并得出了相应的最优存储策略。1934 年 Wilson R.H.重新推导出了 Harris 公式，即现在人们熟知的经济订购批量（EOQ）公式6，简称 Wilson 公式。20 世纪 50 年代后，库存论真正作为一门理论发展起来。在此期间，Whitin T.M.（1953）的库存管理理论（The Theory of Inventory Management）、Arrow K.J.（1958）的库存和生产的数学理论研究（Studies in the Mathematical Theory of Inventory andProduction）以及 Mo
12、ran P.A.P.（1959）的仓储理论（The Theory of Storage）等影响较大的论著相继出版。此后，涉及随机因素或非平稳需求的库存模型逐渐受到人们的重视并得到深入研究7，其代表作有 Wagner A.M.（1958）动态经济订购批量模型（Dynamic Version of the Economic Lot Size Model）、Vemott A.F.（1965）批量订购的最优库存策略 The Optimal Inventory Policyfor Batch Orderings）8。经过长期的发展,库存理论逐渐完善，建立了庞大的模型体系。国外也从管理学的角度对物料供应问
13、题进行了深入的研究。60 年代中期，美国 IBM 公司管理专家约瑟夫.奥列基博士（D r.Joseph A.O rlicky）提出各种物料间相关需求的概念，以及分时间段来确定不同时段物料需求的思想，这就是物料需求计划MRP 的管理思想50。70 年代末，MRP 系统得到进一步发展，把能力需求计划和车间作业管理和采购管理等的功能包括进来，形成新一代的管理系统制造资源计划系统（MRP）。MRP克服了传统库存管理的缺陷，将物料需求与生产计划联系起来。从物料供应的角度看，MRP管理方法提供了在主生产计划期内各时间段所需供应的物料清单，解决了为保证生产能正常地按计划进行所必须供应的物料需求问题。国外对混
14、流生产的研究，大部分文献也涉及到了混流生产的平衡和排序问 题。首次提出混流生产线概念以及混流生产线两种类型的是 KilbridgeWester。 在混流生产线的平衡方面，Thomopoulos14在 1967 建立了关于负荷平衡的以最 小总惩罚代价为目标的数学模型并用启发式算法进行了求解。ErdalErel 和 Hadi Gokcen 给出了混流线平衡问题的最短路径算法39，这也是对 Gutjahar 和 Nemhauser 的算法的改进，局限性在于不能解决大规模的混流线问题。在混流 生产线的排序方面，国外的研究文献较多。Kilbridge 于 1963 年就已经开始研究 混流装配线的排序问题
15、，Jonathan 提出了一个针对混流装配线问题的涵盖每一 个决策变量的通用数学框架，并给出 6 类模型的数学公式32。Yow33等用遗传 算法解决混流装配线的排序问题。Bard 同时考虑了两个目标的混流装配线排序 问题，即最小化装配线长度和保持均匀的零部件消耗率，用相邻交换和禁忌搜 索算法、启发式算法进行求解13。1.3 本文研究的主要内容本文的研究目标是汽车工厂混流装配线的物料供应问题，是生产物流系统的一个子系统，它比单一装配线的物料供应问题更加复杂。在生产节拍、整车装配顺序已知的条件下，根据混流装配线物料需求的相关性、物料的种类及其供应策略，并借助以往对库存控制研究的理论成果及物料供应的
16、实际运作流程，建立恰当的线旁物料控制模型，从而为确定混流装配线每频次的最佳送货量、每周期的送货频率、每频次的送货提前期以及线旁安全库存量等问题提供理论依据；并结合某汽车制造企业总装车间较典型的一段混流生产线物料供应的具体过程，进行实证分析，并提出改善措施。具体内容如下：第一章阐述本文的选题背景、研究意义以及国内外研究现状，由此提出本文主要的研究内容。第二章阐述了生产物流的相关理论以及混流生产的基本理论，作为本文研究的理论基础。在此基础上，分析了汽车混流生产对物料的需求，并对物料需求的相关性进行了深入的研究。第三章根据一般 MTO 企业实际生产对物料的需求过程，总结了制造企业混流装 配线物料的种类，并深入研究了各种物料所适用的供货方式，一般混流装配的 仿真模型。第四章第五章对某汽车制造企业整车装配中物料供应的具体数据进行实证分析，验证所得结论，最后提出如何做到缩短最小完工时间需要进一步完善的条件。第六章对本文研究的主要内容进行了总结，并提出本文需进一步研究的方向。第二章 生产物
