生产系统的多目标分析与优化.docx
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1、沈阳理工大学学士学位论文摘 要随着产业结构的调整,我国成为全球制造中心的趋势将越来越明显,但作为一个“劳动密集型”为主的国家,我国人均劳动生产率和产品合格率与国外相比存在着较大的差距。本文正是在这种背景下,结合系统工程、基础工业工程、人因工程、运筹学等学科的理论和方法展开研究的。本文以天津耀华机械厂生产系统为研究对象,首先,利用系统工程的的方法对生产系统中生产效率、作业环境、成本、产品质量、安全多个目标进行分析,根据分析结果建立影响生产系统效率因素的结构模型图。其次,对影响生产系统因素运用层次分析法,对各因素进行排序,找出主要问题因素。最后,运用工业工程和人因工程学中的方法(如方法研究)对生产
2、系统进行改善,得出改善结果,并进行改善后的评价,得到一个最优、满意、高效的生产系统。关键词:生产系统;多目标;系统工程;层次分析法;方法研究AbstractWith the adjustment of industrial structure, China has become the worlds manufacturing center of the trend will become increasingly evident, but as a labor-intensive based country, Chinas per capita labor productivity and
3、product qualification rate compared with other countries there are large gap. This article is in this context that combines systems engineering, basic industrial engineering, human factors engineering, operations research and other disciplines, theories and methods for Research.In this paper, Tianji
4、n Yaohua machinery factory production system as the research object, first of all, the use of systems engineering approach to production efficiency production system, operating environment, cost, product quality, safety analysis of multiple targets, according to the results of the analysis to establ
5、ish affecting production systems efficiency factor structural model diagram. Secondly, the factors affecting the production system using AHP to sort the various factors to identify key issues factor. Finally, the use of industrial engineering and human factors engineering methods in (such as a metho
6、d of) the improvement of the production system, to improve the results obtained, and make improvements after evaluation, to get an optimal and satisfactory and efficient production systems.Keywords: production systems; multi-objective; systems engineering; AHP; Methods目录摘 要IABSTRACTII目录III1 绪论11.1 选
7、题背景和意义11.2 国内外现状研究21.3 文章结构简介22 生产系统分析与优化的相关概念与理论32.1 多目标规划的基本概念32.1.1 多目标规划的定义32.1.2 多目标规划的产生与发展32.2 生产系统的基本概念52.2.1 生产系统的定义及主要要素52.2.2 系统改进的原因62.2.3 系统分析定义及主要内容72.3 层次分析相关理论82.3.1 层次分析法的基本原理与步骤82.3.2 递阶层次结构的建立与特点82.4 方法研究92.4.1 方法研究的定义与内容92.4.2 方法研究的层次102.4.3 程序分析103 生产系统多目标分析与结构模型123.1 企业概况123.1.
8、1 公司基本情况123.1.2 公司组织结构图133.2 多目标分析143.3 生产系统结构模型173.2.2 生产系统各要素可达矩阵的建立173.2.3 可达矩阵R的区域与级别划分183.2.4 生产系统分析解析结构模型的建立194 层次分析法对生产系统的分析214.1 建立层次结构模型214.2 建立判断矩阵并计算224.2.专家打分224.2.2 构造判断矩阵及一致性检验244.2.3 层次总排序及一致性检验284.2.4 运用排列图找出关键因素305 生产系统的多目标优化315.1 方法研究对生产系统的优化315.1.1 轴承套圈磨加工工艺程序的分析与优化325.1.2 轴承套圈车加工
9、流程程序的分析与优化355.1.3 热处理车间布置和路径的分析与优化395.1.4 外购件接收管理事务的分析与优化415.2 设备性能优化435.2.1 设备的故障规律445.2.2 设备更新455.2.3 制定耀华机械厂设备维修保养制度475.3 工作环境改善495.3.1 噪声环境改善495.3.2 微气候环境改善525.4 其他方案优化53结论54致谢56参考文献57附录A59The ABCs of Supply Chain Management59附录 B67供应链管理ABC67IV1 绪论1.1 选题背景和意义 对于许多规划问题,常常需要考虑多个问题,即多个目标的优化,如企业经济效益
10、、生态效益、社会效益以求出对企业最有利的实施方案。这就需要用到多目标规划方法来解决问题。多目标分析作为系统分析的一种,是为了发挥系统的功能及达到系统的目标,利用科学的方法和工具,对系统的目的、功能、结构、环境、费用与效益等问题进行周详的分析、比较、改进和实验。采用系统工程思想对事物进行探讨时,决策者可以获得对问题的综合的和整体的认识,既不忽略内部各因素的相互关系,又能顾全外部环境变化所可能带来的影响,特别是通过信息,及时反映系统的作用状态,随时都能了解和掌握新形势的发展。在已知的情况下,以最有效的策略解决复杂的问题,一期顺利地达到系统的各项目标。本论文研究的对象是一个制造企业,制造业直接体现了
11、一个国家的生产力水平,是区别发展中国家和发达国家的重要因素,制造业在世界发达国家(developed countries)的国民经济中占有重要份额。同时,制造业是我国的核心力量和支撑行业,我国的制造业发展迅速,但是大而不强,存在生产率低,浪费严重等不足,作为经济社会发展的重要依托,制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。2012年下半年由于日货在国内被第二次抵制,加上国内爆发的大规模抵制日货行为。因此,中国制造业感受到了来自外界和内界的巨大生存压力,包括员工的分配压力,员工数量上的缺失双重压力,因此,中国开始注重培养制造业的员工,并大力扶植中国的制造产业。本文在参阅有关多目标规划
12、学研究和应用文献的基础上,阐述和归纳了多目标规划的基本概念、基本研究方法和研究内容。从系统工程的角度出发运用了目标规划理论和方法完成了企业生产系统改善方案的整体设计,确定了生产系统改善方案的设计目标和设计原则,在降低生产成本和提高经济效益等方面提出了具体的方案设计,并提出了相应的整改措施,对改善后的预期效果进行了分析。从车间现场现状入手,对企业生产系统中的各种因素,作了详细调查和分析,总结并归纳了目前存在的问题,在实践中探索如何利用工业工程的方法减少制造过程中的浪费,提高生产率,提高产品质量,提升企业整体效益。1.2 国内外现状研究本学科起源于欧洲,形成于美国,是数学规划的一个分支。研究多于一
13、个的目标函数在给定区域上的最优化,又称多目标最优化。通常记为MOP(multi-objective programming)。 在很多实际问题中,例如经济、管理、军事、科学和工程设计等领域,衡量一个方案的好坏往往难以用一个指标来判断,而需要用多个目标来比较,而这些目标有时不甚协调,甚至是矛盾的。因此有许多学者致力于这方面的研究。1947年,J.冯诺伊曼和O.莫根施特恩从对策论的角度提出了有多个决策者在彼此有矛盾的情况下的多目标问题。1951年,T.C.库普曼斯从生产和分配的活动中提出多目标最优化问题,引入有效解的概念,并得到一些基本结果。同年,H.W.库恩A.W.塔克尔从研究数学规划的角度提出
14、向量极值问题,引入库恩-塔克尔有效解概念,并研究了它的必要和充分条件。1963年,L.A.扎德从控制论方面提出多指标最优化问题,也给出了一些基本结果。1968年,A.M.日夫里翁为了排除变态的有效解,引进了真有效解概念,并得到了有关的结果。虽然前辈们为之付出了巨大的努力,但是至今关于多目标最优解尚无一种完全令人满意的定义,所以在理论上多目标规划仍处于发展阶段。1.3 文章结构简介图1.1 结构框架2 生产系统分析与优化的相关概念与理论2.1 多目标规划的基本概念2.1.1 多目标规划的定义多目标是数学规划的一个分支。研究多于一个目标函数在给定区域上的最优化。又称多目标最优化。通常记为VMP。在
15、很多实际问题中,例如经济、管理、军事、科学和工程设计等领域,衡量一个方案的好坏往往难以用一个指标来判断,而需要用多个目标来比较,而这些目标有时不甚协调,甚至是矛盾的。因此有许多学者致力于这方面的研究。1896年法国经济学家V.帕雷托最早研究不可比较目标的优化问题,之后,J.冯诺伊曼、H.W.库恩、A.W.塔克尔、A.M.日夫里翁等数学家做了深入的探讨,但是尚未有一个完全令人满意的定义。求解多目标规划的方法大体上有以下几种:一种是化多为少的方法,即把多目标化为比较容易求解的单目标或双目标,如主要目标法、线性加权法、理想点法等;另一种叫分层序列法,即把目标按其重要性给出一个序列,每次都在前一目标最
16、优 解集内求下一个目标最优解,直到求出共同的最优解。对多目标的线性规划除以上方法外还可以适当修正单纯形法来求解;还有一种称为层次分析法,是由美国运筹 学家沙旦于70年代提出的,这是一种定性与定量相结合的多目标决策与分析方法,对于目标结构复杂且缺乏必要的数据的情况更为实用。2.1.2 多目标规划的产生与发展多目标最优化思想,最早是在1896年由法国经济学家V.帕雷托提出来的。他从政治、经济学的角度考虑把本质上是不可比较的许多目标化成单个目标的最优化问题,从而涉及了多目标规划问题和多目标的概念。1947年,J.冯诺伊曼和O.莫根施特恩从对策论的角度提出了有多个决策者在彼此有矛盾的情况下的多目标问题
17、。1951年,T.C.库普曼斯从生产和分配的活动中提出多目标最优化问题,引入有效解的概念,并得到一些基本结果。同年,H.W.库恩和A.W.塔克尔从研究数学规划的角度提出向量极值问题,引入库恩-塔克尔有效解概念,并研究了它的必要和充分条件。1963年,L.A.扎德从控制论方面 提出多指标最优化问题,也给出了一些基本结果。1968年,A.M.日夫里翁为了排除变态的有效解,引进了真有效解概念,并得到了有关的结果。自70年代以来,多目标规划的研究越来越受到人们的重视。至今关于多目标最优解尚无一种完全令人满意的定义,所以在理论上多目标规划仍处于发展阶段。1、劣解和非劣解(1)劣解:如某方案的各目标均劣于
18、其他目标,则该方案可以直接舍去。这种通过比较可直接舍弃的方案称为劣解。(2)非劣解:既不能立即舍去,又不能立即确定为最优的方案称为非劣解。非劣解在多目标决策中起非常重要的作用。单目标决策问题中的任意两个方案都可比较优劣,但在多目标时任何两个解不一定都可以比较出其优劣。如图1.2,希望f1和f2两个目标越大越好,则方案A和B、方案D和E相比就无法简单定出其优劣。但是方案E和方案I比较,显然E比I劣。而对方案I和H来说,没有其它方案比它们更好。而其它的解,有的两对之间无法比较,但总能找到令一个解比它们优。I、H这一类解就叫非劣解,而A、B、C、D、E、F、G叫作劣解。如果能够判别某一解是劣解,则可
19、淘汰之。如果是非劣解,因为没有别的解比它优,就无法简单淘汰。倘若非劣解只有一个,当然就选它。问题是在一般情况下非劣解远不止一个,这就有待于决策者选择,选出来的解叫选好解。对于m个目标,一般用m个目标函数f1(x),f2(x),fm(x)刻划,其中x表示方案,而x的约束就是备选方案范围。最优解:设最优解为x*,它满足 (3)选好解:在处理多目标决策时,先找最优解,若无最优解,就尽力在各待选方案中找出非劣解,然后权衡非劣解,从中找出一个比较满意的方案。这个比较满意的方案就称为选好解。单目标决策主要是通过对各方案两两比较,即通过辨优的方法求得最优方案。而多目标决策除了需要辩优以确定哪些方案是劣解或非
20、劣解外,还需要通过权衡的方法来求得决策者认为比较满意的解。权衡的过程实际上就反映了决策者的主观价值和意图1。2.2 生产系统的基本概念2.2.1 生产系统的定义及主要要素生产系统是将输入资源转换为期望输出的过程,转换的过程可分为下列几种类型:实体的:如制造业位置的:如运输业交换的:如零售业储存的:如仓储业生理的:如医疗照护资讯的:如通讯业研究企业生产系统应从六大主要要素着手:人、机、料、法、环、检。人:指在现场的所有人员,包括主管、司机、生产员工、搬运工等一切存在的人,人是生产系统管理与开发中的难点,如何提高生产效率,就首先从现有的人员中去发掘,尽可能的发挥他们的特点,激发员工的工作热情,提高
21、工作的积极性。机:就是指生产中所使用的设备、工具等辅助生产用具。生产中,设备的是否正常运作,工具的好坏都是影响生产进度,产品质量的又一要素。一个企业在发展,除了人的素质有所提高,企业外部形象在提升,公司内部的设备也在更新。料:物料,半成品、配件、原料等产品用料。现在的工业产品的生产,分工细化,一般都有几种几十种配件或部件是几个部门同时运作。当某一部件未完成时,整个产品都不能组装,造成装配工序停工待料。法:指生产过程中所需遵循的规章制度。它包括:工艺指导书,标准工序指引,生产图纸,生产计划表,产品作业标准,检验标准,各种操作规程等。他们在这里的作用是能及时准确的反映产品的生产和产品质量的要求。严
22、格按照规程作业,是保证产品质量和生产进度的一个条件。环:指环境。对于某些产品(电脑、高科技产品)对环境的要求很高。环境也会影响产品的质量。比如:音响的调试时,周围环境要求应当很静。食品行业对环境也有专门的规定,否则,产品的卫生不能达到国家规定的标准。检:指质量检测和考核测评。产品质量的好坏与生产任务的完成能否必须要有检做保证2。2.2.2 系统改进的原因1、企业生产系统改进的内部原因:生产系统在经过了一段时间的运转后,一方面系统本身的缺陷会暴露出来需要改进完善;另一方面,系统本身的设计功能会因系统某些要素的老化使系统指标变劣,竞争能力减弱,这时必须采取改革的手段。具体表现在以下方面:产品老化、
23、设备老化、质量指标下降、成本上高;系统内部工作效率低下、员工士气不高。在这里,企业重要的是如何发现种种不良倾向,及时采取改进措施。以上列出的几条,有些是可以很容易定量计算的,如废品率,单位产品成本,员工的缺勤率,辞职率等。对可以计算的指标,要确定企业标准,以规定的形式定期记录下来,经常与标准作比较分析,以便发现问题。但是,有些因素却难以计算,如服务质量、员工的不满情绪等。在这种情况下,那些潜在的问题发展到能够被发现以前,是不可能采取改进措施的。而当发现了问题再采取措施,则代价又是比较大的,这全靠各级管理人员对生产现场的熟悉程度。所以,生产经理要做的工作比检查考核指标,批阅工作汇报要多得多,他们
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- 生产 系统 多目标 分析 优化
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