柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析.docx

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1、 中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究 工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的 同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，艮 学校有权按有关规定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，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作 者 签 名 ： 永 2006年 11月 03日 71994-

2、2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与 T_程硕彳 . 论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 摘 要 在企业管理决策中，低风险和高收益是企业要达到的最终目标，可由于市场 的不确定性、资源的有限性等 问题导致企业很难在这两者中兼顾。 本文针对柔性制造系统的能力决策中的风险描述的方法及其对能力决策的 影响进行研究。论文在已有的柔性制造系统理论研究的基础上，首先从总体上介 绍柔性制造系统的起源、发展及其在制造行业中的作用，并从企业决

3、策和管理角 度分析风险描述问题的重要性；然后以应用表面安装技术 （ SMT)的印刷电路板 (PCB)生产线的能力扩张与调整为例，建立了设备调整与选择问题 （ ECSP)模 型。论文采用应用金融理论中的期权定价法和在约束中考虑风险两种方法在 ECSP 模型中的应用来描述管理决策中的风险问题；并运用遗传算法对随机需求下含风 险的 SMT生产线能力扩张模型进行求解；最后采用仿真实验来说明有关风险描述 方法的可行性及其对能力决策的影响。 关键词： 柔性制造系统、风险、设备调整与选择问题、遗传算法、仿真 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publi

4、shing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕上 论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 ABSTRACT Low risk and high profit is the final destination which the corporations pursuit in the processes of corporation management decisions. But the indeterminacy of market and the limitation of resources et al. w

5、ill make it difficult to reach both low risk and high profit at the same time for the corporations. This paper will study the methods describing risk of the ability decision in FMS (Flexible Manufacturing System) and their effect on ability decision. Based on the present theoretical research of FMS,

6、 at first, we give a general introduction on the origin, development, and its function in production industry, and analyze the importance of risk problem from point view of corporation decision and management. Then, we constructed the ECSP (equipment changeover and selection problem) model based on

7、the example of the extension and adjustment in PCB (printed circuit board) lines using the SMT (surface mounted technology). By applying the price determined method in option pricing in financial theory together with the consideration of risk in confinement to ECSP, we described the risk problem in

8、the processes of management decision. We solved the SMT production lines ability extended model which described the risk problem in the condition of random need by using gene algorithm. At last, using computer simulation, we described the feasibility of gene algorithm in this model and their effects

9、 on decision ability. Keyword: Flexible Manufacturing System, Risk, Equipment Changeover and Selection Problem, Gene Algorithm, Simulation 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学 4 丁程硕 -1.论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 目 录 第一章引言 . 1 第一节柔性制造系统

10、的起源和发展 . 1 第二节柔性制造系统的定义、组成及作用 . 3 第三节风险问题在柔性制造系统能力决策中的重要性 . 10 第二章柔性制造系统的能力扩张决策模型 . 13 第一节 SMT生产能力扩张模型 . 13 第二节期权定价法在 SMT生产扩张中的应用 . 17 第三节在约束中考虑风险的 SMT生产线扩张模型 . 22 第 三 章 应 用 遗 传 算 法 对 SMT生产能力扩张问题进行求解 26 第一节遗传算法 . 26 第二节遗传算法在 SMT生产线扩张问题中的应用 . 27 第四章仿真分析 . 32 第一节仿真技术在柔性制造系统中的应用 . 32 第二节仿真实验 . 33 第五章总结

11、 . 42 参考文献 . 43 麵 . 44 攻读学位期间发表的学术论文目录 . 45 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 第 一 章 引 言 第一节柔性制造系统的起源、发展及定义 一、柔性制造系统的起源 20世纪初期，工业化生产逐渐取代了传统的手工生产。这一时期，市场对产 品有充分的需求。为了增加产品的数量以满足市场的需要，制造企业通过采用自 动生产线来提高生产率。

12、刚性自动化 （ FixedAutomation) 1生产方式也就应运而 生，它主要针对大批量、少品种、加工工艺相对固定的生产状况。这种自动化设 备可以提高生产率，利用率也较高，最终使产品的成本降低。 到了 20世纪 60年代以后，世界市场发了巨大的变化，市场对产品的多样化 开始与日俱增，相应的产品的生命周期和交货周期也在逐步缩短。为了使产品在 保证质量、降低成本的情况下更具有市场竞争力，制造企业就开始寻找一条能满 足 新市场需求的生产方式，于是柔性制造系统 （ FMS)也就对应于刚性制造系统 应运而生。 同时在这一时期，也开始了从工业社会向信息社会转化的过程，电子计算机、 遗传工程等等新技术逐

13、步诞生，并在各个领域深入使用。这些新技术给机械制造 业带了机电一体化的新时代，逐渐出现了 1:机床数字控制 （ NC)、 计算机数字 控制 （ CNC)计算机直接控制 （ DNC)、 计算机辅助制造 （ CAM)、 计算机辅助设 计 （ CAD)、 成组技术（ GT)、 计算机辅助工业规程编制 （ CAPP)、 计算机辅助几 何图形设计 （ CAGD)、 工业机器人 （ ROBOT)、 柔性制造系统 （ FMS)、 物料需 求计划 （ MPR)、 制造资源规划 （ MRPII)等等新技术。这些技术的应用，在缩短 产品研制周期，提高各种资源的利用率，制造高度精密、复杂的产品或零件，缩 短生产周期

14、，提高生产率，降低成本，增强市场应变能力和竞争能力等方面，给 企业带来了经济上和技术上的效益。 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 _ 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 二、柔性制造系统的发展 FMS最初是在 20世纪 60年代由英国 Molins公司的工程师 Theo Williamson 提出的2。当时他使用 Flexible machining system这个名称，并在一个机加工车 间里安装了

15、第一套 FMS。 它是在计算机控制下，每天工作 24h(实际上在中班和晚 班的 16h内进行无人管理加工），称之为 “24 系统 ” ，这就是 1967年英国创建的 世界上最初的柔性加工系统 (molins system-24)。 Williamson在该系统中用人工将 工件装到托盘上，然后托盘被送到各机床处，并在需要的时候自动安装工件，用 数控机床加工一系列不同的零件。每台机床配置一个刀库，系统从刀库中选用刀 具进行各种不同的加工操作，整个过程还包括清除切屑和清理工件，该系统用计 算机控制机床的多种操作，无需人力介入。这种用计算机分散控制机床加工和每 天 24h加工相结合的思想就是 FMS的

16、起源。 同年，美 国的怀特 森斯特兰公司建成 Omnilinel系统，它由八台加工中心 和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各 机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于小品种、大批量生产中使用， 在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国 等也都在 60年代末至 70年代初，先后开展了 FMS的研制工作。经过了 10年的 发展和完善， FMS逐步成为先进制造企业的主力装备。 据联合国统计， 1985年全世界拥有 350余套 FMS， 1990年达到 1500套，主 要分布在日本、 美国、英国等工业发达国家，到 1993年，仅日本就

17、有 175套完整 的 FMS， 假如计入柔性制造单元 (FMC)则共安装了 400余套 FMS， 而且已建成 4 个自动化工厂。在 1989-1992的四年间，美国的 FMS使用数目年增长率接近 27%。 德国、意大利、俄罗斯及东欧各国也都大力开发和应用 FMS。 我国第一条 FMS(JCS-FMS-l)是北京机床研究所于 1985年从日本富士通的 FANUC公司引进的。该条 FMS主要用于旋转体加工，其加工对象是 FB-15型、 25 型直流伺服电动机的轴类、法兰盘类、刷架体类和壳体类等四大类共 14种零件。 它由 5台国产加工中心、日本富士电机公司的 AGV及 4台円本产的机器人组成，包

18、71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 括中央管理系统、物流控制系统、加工单元和监视摄像系统四大部分。 1987年以后，我国又相继从当时的联邦德国引进了三条 FMS,分别安装在湘 潭江麓机械厂，郑州纺织机械厂和沈阳飞机制造厂，后来又从英国 KTM公司引 进了一条 FMS安装在大连机床厂，所有这几条 FMS的物流系统均由国外提供的。 以集成技术为基础把单元控制器、工作站控制

19、器和设备控制器综合成一个有 机的整体，形成制造单元管理和控制的集成系统，即单元控制系统。 1991年重庆 大学与北京机床研究所联合研制了 JCS-FMS-2实用型单元控制系统，通过了机电 部与 863/CIMS专家组联合组织的鉴定。尽管由于种种原因，该 FMS还有待进一 步完善之处，但它是我国科技人员自行设计和开发的第一条全部国产化 FMS。 第二节柔性制造系统的定义、组成及作用 一、柔性制造系统的定义 柔性制造系统 (Flexible Manufacturing System， 简称 FMS)2是由数控加工设 备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，它包括数控机床、 加工中心

20、、车削中心等，也可能是柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的 变化迅速进行调整。要采用虚拟制造技术来正确模拟柔性制造系统的制造过程， 主要开展两方面的工作，一是真实模拟该制造系统中加工设备的功能：二是对整 个柔性制造系统在 “ 一 ”的基础上正确规划生产过程，以便获得对整个产品可制造 性的全面评估。 美国国家标准局 （ United States Bureau of Standards)把 FMS定义为： “ 由一 个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其它连接装置上送到各加 工设备，使工件加工准确、迅 速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统，柔 性制造系统有时可同时加工几种不同

21、的零件。 ” 美国政府对其定义为 “ 由一组自动化的机床或制造设备与一个自动化的物料 处理系统结合，由一个公共的、多层的、数字化可编程的计算机进行控制，可对 事先确定类别的零件进行自由地加工或装配的系统。 ” 3 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 国际生产工程研究协会指出： “ 柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统， 在最少人的干预下，能够生产任何范围的产品族，系

22、统的柔性通常受到系统设计 时所考虑的产品族的限制。 ” 在 “ 中华人民共和国国家军用标准 ” 有关武器装备柔性制造系统术语中的定 义为“ 柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装备和计算机控制系统组成的 自动化制造系统，它包括多个 柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化 迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。 ” 从以上这些定义可以看出，柔性制造系统一般具有两个主要部分：一、硬件 组成部分，这里一般包括两台以上的数控机床或加工设备和一套能自动装卸的运 储系统 。二、软件组成部分，主要是一套计算机控制系统，这套系统可以自动进 行生产，能按照不同的需要制造出某一零件组中的任何零件，同时

23、可以解决多机 条件下零件的混合制造。一个典型的 FMS3如图 1: 图 1 一个典型的柔性制造系统 二、柔性制造系统的组成 柔性制造系统可概括为三个组成部分 1、 4:加工系统、物流系统及计算机 控制系统。除此之外，还可以根据 FMS的不同要求，配置不同的辅助工作站，例 如监控工作站等。 4 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 1) 加工系统 加工系统主要是用若千台

24、CNC机床和所使用的刀具对工件进行加工。该系统 可以按任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。 2) 物流系统 物流系统是柔性制造系统中重要的组成部分。一个工件从毛坯到成品的整个 生产过程中，只有相当小的一部分时间在机床上进行切削加工，大部分时间消耗 于物料的输送和搬运过程中。合理地选择 FMS的物料储运系统，可以大大减少物 料的运送时间，提高整个制造系统的柔性和效率。 物流系统有三个组成部分：输送系统（在各加工设备之间的自动化联系，可 以随机进行调度 )； 贮存系统（可以自动存取，并随加工进度自行调整节奏，包括 工件装卸站、托盘缓冲站、物料运送装置和自 动化仓库几个组成部分，主要

25、负责 生产中的装卸、运输和贮存工作 ）； 操作系统 （ 加工系统同物流系统和储运系统之 间的自动化联系）。 3) 计算机控制系统 该系统对整个 FMS进行控制和监督管理。信息系统的核心是一个分布式数 据库管理系统和控制系统，整个系统采用分级控制结构，其主要任务是：组织和 指挥制造流程，并对制造流程进行控制和监视；向 FMS的加工系统和物流系统提 供全部的控制信息并进行过程监控，反馈各种在线监测数据，以便修正控制信息， 保证安全运行。 三、柔性制造系统中的柔性及作用 柔性制造系统中的 “ 柔性 ” 是区别于传统生产方式的关键所在。柔性是企业 拥有的一种能力，它由多维组成，能够使企业增强反应能力和

26、竞争能力，快速应 对市场变化而不用牺牲企业的大量资源；同时它也是一种过滤器或隔离器，可以 使企业消除或减弱各种环境不确定性变化对企业的影响。在制造系统中的柔性， 主要体现在两个方面 一 方面是来自于生产制造过程中的柔性；另一方面是影响、 5 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕丄 -论文 _ 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 决定生产的柔性能力。 下面用一个具有代表性的柔性制造系统 -应用表面安装技术 (Su

27、rface Mounted Technology, SMT)的印刷电路板 (Printed Circuit Board, PCB)生产线为背景 5，从 柔性体现的两个方面来说明一个柔性制造系统中的柔性。应用 SMT的 PCB元件 插接系统由多台通过传送带连接的全自动插件机器组成。每台插件机器有一插臂， 其上有若干只插头，插头上安装着用以插接元件的取件器。在传送带两旁的加载位 置上设有进料器，每个进料器中装有同种型号的元件。插接的流程：一只 PCB由 传送带传至插件机器并被固定在相应的位置上，插臂一边做整体移动一边转动其 插头到一定的角度， 然后从传送带两旁的进料器里抓起元件，作再一次整体移动

28、并转动插头直到能够把被抓取的元件插在板上的相应位置上并进行插置，如图 2 所示。 图 2 应用 SMT的 PCB生产流程示意图 在生产制造过程中的柔性包括 6: (1) 机器柔性，是指机器能处理不同操作的能力，一般取决于机器所能执行的 不同操作的个数及在不同操作间进行切换所需要的时间。不同操作间进行切换所 需要的时间越短，设备的安装成本越低，机器的灵活性越强。机器柔性有利于实 现小批量生产、降低库存费用、提高机器利用率和缩短加工周期。如带多插头的 插臂 PCB插件机、带多插头的转盘 PCB插件机等 6 71994-2018 China Academic Journal Electronic P

29、ublishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 (2) 物料运输方式的柔性，是指各种型号的零部件在不同机器设备上被正确地 传送定位的能力。如 PCB企业在接受订单到完成订单之间经常会发生一些工程的 变更和运输时间的改变，这些变化都会导致物料运输方式的改变。这类柔性可以 减少零件传送的出错率，也可以减少零件被传送的时间，缩短下游工作站的等待 时间，减少加工过程中的瓶颈制约。 (3) 零部件的操作柔性，是指零部件的加工过程中不同的操作序列可被应用的 容易程度 ,基本上取决于

30、零部件的设计。不同操作序列的完成时间由生产线的布 局、物料传输系统和计算机控制结构确定。不同的加工计划数目是这类柔性的衡 量指标 7。 (4) 零部件的选路柔性，指在给定工艺下，一个零部件按不同路径被有效加工 的路径个数。降低机器的利用率可增加零部件的选路柔性。如在 PCB制造过程中， 可以通过不同路径的选择实现洞的尺寸、铜线的宽度和电路板的层数之间的平衡 甚至可以提供顾客所需要的功能。这类柔性 允许企业改变生产顺序，使得任务在 加工过程中处于最佳平衡状态，降低成本；可以平衡机床负荷，增强系统在机床 故障、刀具磨损等情况下系统运行的稳定性和可靠性。 (5) 过程柔性，指系统无须重新装设而能生产

31、的零部件集合 (记为 S)大小的 测度，它取决于机器柔性、物料运输方式的柔性和生产线中机器的连接与控制方式， 是一种短期柔性的测度。过程柔性可以通过提供多样化的产品以提高客户服务水 平。相关的决策问题为生产线上机器的组合问题；如何对机器进行分组，以使机器 组的利用率最高，零部件通过生产系统的时间最短且选路柔性最大等。这类柔 性可 以减少批量和库存成本，可以在市场对产品的混合需求中进行转换，使机器实现 共享，减少机器的重复和冗长 9,还可以给顾客同时提供多种产品，满足企业战 略的需要 7。 (6) 产品柔性，指系统只须很少的重新装设而能生产的零部件的集合 (记为 大小的测度， G冬。也可将其看成

32、是加入新的零部件或变更原有零部件的容易 程度，而加入新的零部件必然会涉及到生产设备的改变，这也是产品柔性和过程 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 柔性的区别之所在。产品柔性是企业的关键竞争因素之一，它的实现不仅需要包 括营销、产品设计等环节的有效协作，还与机器柔性、物料运输方式柔性、零部 件操作柔性、 CAD/CAM、 CAPP等方面有关。产品柔性可以使企业通过快速

33、的设计 新产品来响应市场需求的变化，提高企业的竞争能力。既可以用新产品的开发时 间和成本，也可以用一年中新产品的开发数目来衡量产品柔性。 (7) 生产柔性，是指系统无须大的设备投资而能生产的产品的集合 (记为 &) 大小的测度， 。生产柔性可以使企业在一个对新产品需求频繁的市场上赢 得竞争优势，也可以在开发新产品或更改原有产品时所需的时间最少 9，还可以 通过扩大生产的产品集合减小经营风险 7。多种类、多功能的机器，柔性的物料 运输系统，先进的信息系统和控制系统可以帮助提高生产柔性 9。 (8) 程序柔性，指系统运行一段长的时间而无须外部干预的能力。程序柔性通 过减少系统的安装时间、提高检修和

34、测试时间等来减少产品的生产时间，也可以 同时提高生产率和生产质量。程序柔性依赖于过程柔性和零部件的选路柔性，需 要计算机、传感器的控制手段来探测和处理像工具破损、流程阻塞等未知问题。 以上为在生产中体现出的柔性，下面介绍影响、决定生产的柔性： (1) 人员柔性，是指掌握多种操作技能的人员能在不同岗位上工作的能力。大 多数公司希望员工上岗之前至少能拥有一定的业务技术并能胜任他们的工作，员 工被期望能完成一个广泛的工作范围 且能接受任务的频繁变动，通俗的讲，人员 柔性就是员工能一专多能。柔性员工能够处理生产过程中的一些不确定性如填补 缺席员工，也可以转向那些临时需要的岗位。人员柔性是决定产量柔性和

35、混合柔 性的一个主要因素 10。 (2) 产量柔性，是指生产系统在己有的产品和零部件生产中生产不同产量而仍 能获取利润的能力。高的产量柔性意味着低的损益平衡点。可以通过成本曲线来 说明产量柔性 11:对于 “ U” 形成本曲线，曲线底部越平坦，说明产量柔性越强， 这是因为生产量可以大幅度变动而成本变化却很小。产量柔性可以使企业在市场 需求量很大 时提高产量，在市场需求量小时减少库存，增加企业的潜在竞争力。 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技

36、大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 它是柔性制造 (装配 )系统效益的主要体现之一 ,也是柔性制造 (装配 ） 系统被应用 的主要动力。 (3) 混合柔性，是指在给定的生产能力下，企业既经济，又有效地生产不同产 品组合的能力。这类柔性是由于顾客对产品的需求不确定性引起的。混合柔性必 须在现有的生产系统结构下进行评价，即在不影响产量和生产能力的前提下，现 有的生产系统能应对需求的变化的能力。企业现有生产系统生产不同产品的数量 及这些产品之间的差异性是衡量混合柔性的指标 7。 (4) 扩张柔性，是指系统扩张的能力，即增加生产能力导致边际投资减少的幅 度。这类

37、柔性可以减少新产品的执行时间和成本 ，减少现有产品的变动，增加生 产量 9，有利于企业拓展新的市场，并使生产系统具有开放性。在一定的时间内 增加一定的生产能力所需的总的努力和总费用或系统能够到达的范围是这类柔性 的衡量指标 7。 (5) 市场柔性，是指系统能有效适应市场条件变化的能力，分为短期市场柔性 (处理消费者订单变化的能力）和长期市场柔性 (应付消费者需求的变化、产品寿 命周期缩短和产品技术变化的能力）。短期市场柔性的决策问题本质上是如何在作 业计划中直接体现市场需求的变动影响。长期市场柔性的相关的决策问题一般为 在满足市场需求的前提下如何使 总成本最小或总收益最大或产出管理。由于技术

38、的快速更新、顾客需求偏好的变化、产品生命周期的缩短和资源供应的不可靠性， 市场柔性可以使企业在这些波动下保持不变、得以生存，也可以使企业不危及自 己商业而能快速应对变化。 (6) 新产品开发 /更改柔性，是指在公司的最小计划期内，开发新产品或更改 原有产品的能力。这类柔性有利于企业增强竞争能力，可以通过从早期的新产品设 计到最终投放市场所需要的时间来进行度量。 柔性制造系统使生产的全过程都是柔性，这些 “ 柔性 ” 增加了生产的灵活性， 降低成本，提高了产出率，缩短了生产周期，对客 户的需求能做出快速反应。柔 性贯穿在各种工艺的柔性制造单元 （ FMC)和模块化的 （ FMS)、 生产企业与供

39、应 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 _ 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 企业、制造系统中人力资源的管理之中，柔性可以使制造系统中的软件、硬件与 人力资源之间的形成一种平衡。 第三节风险问题在柔性制造系统能力决策中的重要性 一、柔性制造系统中的决策 柔性制造系统之所以于传统制造系统更具有竞争优势，是因为 FMS从产品 设计、工艺选择、能力规划、生产线配置、生产前的准备工作到操作的调度与生 产控制等

40、，都给出其自动运行的驱动指令，而这些驱动指令是建立在设计、计划 和调度阶段中决策的基础之上。 FMS中的决策问题可以分为四个层次 12，即能力规划问题、系统设计问题、 生产计划问题和调度 问题。各层问题间的相互关系如图 3所示： 图 3 FMS决策问题的基本框架 图 3中各层决策的基本内涵及相互关系如下： (1) 能力规划问题。 FMS的能力规划问题是以降低生产成本、适应市场需求的 变动或追求更好的顾客服务为目标，对制造系统的生产能力进行规划决策。它是 随后进行的 FMS系统设计和生产计划决策的重要依据。 (2) 系统设计问题。 FMS的系统设计问题指 FMS加工处理零部件族的选择、 10 7

41、1994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 生产线中机器的选择与设备布局、物料运输方式的设计、在制品库存的设计与计 算机控制结构的设计等。这一类问题通常都是长期决策问题。 (3) 生产计划问题。在给定的能力规划和系统设计决策下， FMS的生产计划 主要是解决系统中的资源分配问题，如工件 /产品分类、机器分组、机器负荷、刀 具装载、加工路径选择等。 FMS的计划决策构成生产准备过

42、程的一部分。 (4) 调度问题。包括确定工件输入的顺序、确定工件在每台机器的加工顺序等。 这一类决策的时间跨度小于计划决策的时间跨度，具体变化的范围可以从一个月 到一个班次乃至更短。其中， FMS离线的调度决策也是生产准备过程的一部分。 二、柔性制造系统能力决策中存在的风险及其重要性 低风险、高收益是每个投资企业所以希望的，但是想要两者兼顾是非常困难 的。要降低风险，就要从能力规划中开始， FMS的能力规划是以降低生产成本、 适应市场需求的变动或追求更好的顾客服务为目标。只有对生产能力进行规划决 策，才能进行下一步的 FMS系统设计和生产计划决策。所以风险问题研究在 FMS 能力决策中是十分重

43、要的。 柔性制造系统能力决策中主要存在以下几种风险 13: (1) 市场风险 市场风险是指新产品、新技术与市场需求不适应以及新产品的设计能力与市 场容量不匹配引起的风险。市场风险是导致新技术、新产品商业化、生产过程中 断甚至失败的核心风险之一。其中要考虑的问题有：市场的接受程度（产品推出 后，客户对产品的接受度与否直接影响市场对产品的接受和市场容量 ）； 市场接受 的时间（产品推出到诱导需求是有时滞的，如果时滞过长将影响企业资金的正常 运转 )； 市场容 量（企业要较准确的弄清市场容量是不容易办到的，因此设计能力 过小或超过市场的实际需求都会增加投资风险 )； 市场竞争力（市场经济的本质就 是

44、竞争，因此面对市场竞争无疑是一种考验）。 (2) 技术风险 11 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 技术风险包括：开发风险、转化应用风险和技术寿命风险。开发风险是指在 开发过程中种种不确定因素带来的风险。转化应用风险是外部环境 （ 如国家政策、 市场体制、环境保护等方面）在新技术转化为生产线过程中的影响。技术寿命风 险，技术更新在现今社会日益加快，企业原有技术提前淘

45、汰，风险投资风险也就 随着加大。 (3) 财务风险 有两个方面一是风险投资企业发展到一定阶段，随着经营规模的扩大，对资 金需求迅速膨胀，能否及时获得后续资金的支持，将直接关系其扩张与成长。另 一个方面是风险投资具有一定的时效性，要在适当的时候将投资从所投资的企业 或项目中退出来，然后进行新一轮的投资。这就需要完善的退出机制，如果退出 渠道不畅通，风险资本被套在原有的投资中，新投资也会面临巨大的风险。 (4) 管理风险 管理风险也是风险投资风险中的核心问题之一。主要包括四个方面：决策风 险、意识风险、组织人事风险、外部风险。现代管理的中心在经营，经营的重点 在决策。新技术发展迅速，产品的替代周期

46、越来越快，因此决策的正确与否是企 业发展 的关键。风险投资者应具有强烈的风险意识，盲目投资和盲目扩张，都会 增加投资风险。生产过程中人员的配置是否合理，也是生产能否顺利进行的一个 关键因素。在管理风险中还要考虑到外部风险，如国家政策、自然因素、行业因 素、世界经济等状况都要进行预测。 12 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科技大学管理科学与工程硕士论文 柔性制造系统能力决策问题的风险描述及其影响分析 第二章柔性制造系统的能力决策模型 第一节 SMT生产能力扩张模