個(gè)性化定制模式下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)——生產(chǎn) 協(xié)同優(yōu)化方法探討
本文是一篇生產(chǎn)管理論文,筆者認(rèn)為個(gè)性化定制是新興的制造模型,符合國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略方針,是未來(lái)制造的業(yè)發(fā)展方向。然而,目前對(duì)個(gè)性化定制產(chǎn)品生產(chǎn)優(yōu)化過(guò)程的研究較少,因此本文分別考慮個(gè)性化定制過(guò)程中加工-裝配兩階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題和設(shè)計(jì)-加工-裝配三階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題,在加工-裝配兩階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題中考慮不同個(gè)性化定制程度對(duì)生產(chǎn)加工制造跨度的影響,分別計(jì)算了不同個(gè)性化定制程度下裝配過(guò)程的空閑時(shí)間,考慮了不同參數(shù)之間大小制約關(guān)系對(duì)加工、裝配時(shí)間產(chǎn)生的影響,以及加工、裝配時(shí)間比例關(guān)系對(duì)制造跨度的影響。
第1章 緒論
1.1研究背景與意義
1.1.1研究背景
制造業(yè)支撐著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體,是國(guó)家立足的根本所在,是國(guó)家走在興盛之路上的必用工具,是國(guó)家走向強(qiáng)大的基礎(chǔ)??v觀世界歷史和中國(guó)歷史,國(guó)家的興衰與制造業(yè)的起落有著密切的聯(lián)系,制造業(yè)強(qiáng),經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng),則國(guó)家雄于地球。因此,為了提高國(guó)家在世界經(jīng)濟(jì)中的地位,增強(qiáng)國(guó)家在世界大事中的話語(yǔ)權(quán),提升國(guó)家的綜合實(shí)力,必須加強(qiáng)制造業(yè)的建設(shè),提升制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。經(jīng)過(guò)改革開放,無(wú)數(shù)仁人志士投入心血建設(shè)新中國(guó),中國(guó)的經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展,經(jīng)濟(jì)實(shí)力顯著增強(qiáng)。中國(guó)制造業(yè)經(jīng)過(guò)快速地發(fā)展,形成了多品類、完整的制造業(yè)體系,推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,為中國(guó)邁向世界大國(guó)的地位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而,中國(guó)制造業(yè)和世界先進(jìn)水平比起來(lái)仍然有距離,體量龐大但是在自主創(chuàng)新、智能化方面仍需努力。由諸多院士專家共同制定,國(guó)家總理李克強(qiáng)簽字批準(zhǔn),在2015年5月印發(fā)的文件《中國(guó)制造2025》明確指出:應(yīng)著力中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展,由中國(guó)制造轉(zhuǎn)向中國(guó)創(chuàng)造,推動(dòng)制造業(yè)質(zhì)量、創(chuàng)新、效率全方位發(fā)展。
生產(chǎn)管理論文怎么寫
(1)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型
制造業(yè)經(jīng)過(guò)了手工定制、大規(guī)模生產(chǎn)、大規(guī)模定制這三個(gè)階段的演化,逐漸向個(gè)性化定制轉(zhuǎn)型。
手工定制。該模式下,采用小批量、多品種生產(chǎn)方式,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配過(guò)程全部人工處理,雖然產(chǎn)品質(zhì)量高,但是加工效率低,在有限時(shí)間內(nèi)完成的產(chǎn)品數(shù)量少,生產(chǎn)成本高,主要局限于高端產(chǎn)品的定制,消費(fèi)者受眾面小。
大規(guī)模生產(chǎn)。隨著福特流水線生產(chǎn)模式的問(wèn)世,突破了傳統(tǒng)手工定制生產(chǎn)效率低的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)單一產(chǎn)品批量生產(chǎn),提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率,極大縮短了單件產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間,降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。但流水線式的批量生產(chǎn)模式下產(chǎn)品單一,消費(fèi)者沒有選擇的余地。此時(shí)批量生產(chǎn)開始轉(zhuǎn)向大規(guī)模定制。
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1.2主要研究?jī)?nèi)容
本文根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況抽象建模,從現(xiàn)實(shí)生活中提出管理問(wèn)題,根據(jù)現(xiàn)有的個(gè)性化定制企業(yè)的共有生產(chǎn)流程提取出共同點(diǎn),并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型,用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言描述管理過(guò)程中存在的問(wèn)題,旨在用抽象普世的方法解決問(wèn)題,減少主觀想法和情感的影響,使研究更具科學(xué)性。
本文主要研究?jī)?nèi)容個(gè)性化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化。
(1)加工-裝配兩階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題
論文從加工-裝配兩階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題入手分析個(gè)性化定制生產(chǎn)問(wèn)題,剖析相較于傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式,個(gè)性化定制程度對(duì)生產(chǎn)定制過(guò)程的影響。從標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)裝配時(shí)間之間的大小關(guān)系以及個(gè)性化定制程度對(duì)加工、裝配時(shí)間的影響這兩個(gè)維度出發(fā),分析不同的個(gè)性化定制程度對(duì)生產(chǎn)制造跨度的影響,并根據(jù)參數(shù)之間的大小變化,量化分析不同的個(gè)性化定制程度下的空閑時(shí)間,根據(jù)分析過(guò)程提出管理學(xué)啟示。
(2)設(shè)計(jì)-加工-裝配三階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題
分析了設(shè)計(jì)-加工-裝配三階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題的計(jì)算復(fù)雜度,該問(wèn)題是NP-hard問(wèn)題,因此提出了近似算法DPA,分別考慮了設(shè)計(jì)過(guò)程中第一個(gè)關(guān)鍵訂單之前的處理時(shí)間與裝配過(guò)程中第二個(gè)關(guān)鍵訂單之后的處理時(shí)間的比例?=1時(shí)的一般情況和??1時(shí)的特殊情況,得到近似算法的最差性能比和漸進(jìn)性能比分別是5 3和3 2,并針對(duì)算法性能的分析,提出具體的生產(chǎn)管理建議,為制造企業(yè)優(yōu)化個(gè)性化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)-生產(chǎn)流程提供理論指導(dǎo),也為縮短個(gè)性化產(chǎn)品的加工周期提供方法支持。
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第2章 文獻(xiàn)綜述
2.1個(gè)性化定制相關(guān)研究
個(gè)性化定制是相對(duì)于大規(guī)模定制而言的。大規(guī)模定制是將產(chǎn)品劃分為不同的模塊,每個(gè)模塊設(shè)置不同的參數(shù),通過(guò)模塊之間的組合為消費(fèi)者提供多樣化產(chǎn)品,在大規(guī)模定制中依然可以完成產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。個(gè)性化定制是根據(jù)消費(fèi)者的需求驅(qū)動(dòng)生產(chǎn),即一個(gè)訂單對(duì)應(yīng)一個(gè)產(chǎn)品,不同訂單生產(chǎn)的產(chǎn)品不同。用戶會(huì)參與個(gè)性化設(shè)計(jì)過(guò)程,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了用戶的獨(dú)特性需求。個(gè)性化定制的生產(chǎn)無(wú)法依賴批量生產(chǎn)的規(guī)模效應(yīng),需針對(duì)每一個(gè)訂單進(jìn)行差異化生產(chǎn)和個(gè)性化組裝??偟膩?lái)說(shuō),個(gè)性化定制是以滿足客戶獨(dú)特性需求為目的,通過(guò)一對(duì)一設(shè)計(jì)、差異化生產(chǎn)和個(gè)性化組裝完成定制的生產(chǎn)模式。
2.1.1個(gè)性化定制的應(yīng)用研究
個(gè)性化定制已經(jīng)被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中,比如服裝、家具、汽車、醫(yī)療、軟件等領(lǐng)域,論文從個(gè)性化定制的應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā),從需求交互、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、訂單管理等不同角度梳理目前個(gè)性化定制的應(yīng)用場(chǎng)景。
(1)個(gè)性化服裝定制領(lǐng)域
在個(gè)性化服裝定制領(lǐng)域,如何在定制框架下實(shí)現(xiàn)服裝個(gè)性化設(shè)計(jì)是主要研究?jī)?nèi)容。Zhu等[1]研究了基于實(shí)體3D的個(gè)性化服裝虛擬顯示技術(shù)及框架,給出了基于實(shí)體3D的個(gè)性化服裝設(shè)計(jì)與建模、交互和虛擬顯示技術(shù)的開發(fā)步驟,為定制化產(chǎn)品的虛擬展示提供可行的技術(shù)路線和支持。Zhu等[2]針對(duì)個(gè)性化服裝定制的需求,提出了一種交互式服裝設(shè)計(jì)和用戶面部個(gè)性化虛擬展示的方法,分析了一種基于基因工程思想的顧客交互服裝設(shè)計(jì)方法,能夠呈現(xiàn)逼真的服裝和面料效果,顧客可以重新安排服裝風(fēng)格元素,選擇可用的顏色、面料,并提出自己的個(gè)性化的西裝風(fēng)格,為用戶提供有效的視覺和定制體驗(yàn)。Zhao [3]討論了定制系統(tǒng)的功能需求,建立了定制數(shù)據(jù)庫(kù),包括服裝款式、服裝材料、服裝工藝、體型等數(shù)據(jù)庫(kù),并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的模塊。通過(guò)實(shí)踐證明,這些模塊可以用來(lái)完成基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的服裝定制。Rocha等人[4]提出了一種服裝個(gè)性化推薦系統(tǒng)的方法,能夠根據(jù)女性的時(shí)尚風(fēng)格和體型向她們推薦服裝。Yan等[5]以數(shù)字化技術(shù)下服裝定制行業(yè)的發(fā)展為背景,構(gòu)建了服裝定制客戶的價(jià)值維度。
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2.2調(diào)度問(wèn)題相關(guān)研究
2.2.1生產(chǎn)調(diào)度相關(guān)研究
在生產(chǎn)過(guò)程中,交貨期非常重要,因此在生產(chǎn)調(diào)度中,許多模型以最小化最大完工時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)。Xu等[72]針對(duì)生產(chǎn)中不確定因素,與生產(chǎn)計(jì)劃相關(guān)的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題,提出了一種考慮能源消耗和最大完工時(shí)間的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題反饋控制方法,以幫助制造商保持生產(chǎn)實(shí)施與生產(chǎn)計(jì)劃的同步。Zacharias等[73]考慮了病人的缺席、不守時(shí)、一般隨機(jī)服務(wù)時(shí)間和計(jì)劃外的緊急情況,通過(guò)環(huán)族上的子模集函數(shù)最小化局部非負(fù)整數(shù)向量上的多模函數(shù),解決了在隨機(jī)環(huán)境下設(shè)計(jì)預(yù)約調(diào)度策略的問(wèn)題。Zacharias等[74]在動(dòng)態(tài)調(diào)度決策中同時(shí)考慮預(yù)約時(shí)間精確到點(diǎn)的問(wèn)題,證明了關(guān)于約束多模函數(shù)最小化的離散凸分析的新理論結(jié)果,開發(fā)了一個(gè)可實(shí)際實(shí)現(xiàn)和計(jì)算可處理的調(diào)度范式,并保證性能。Rivera Letelier等[75]針對(duì)露天礦開采生產(chǎn)調(diào)度中給定礦體的離散化的問(wèn)題,采用直接塊調(diào)度和工作臺(tái)階段調(diào)度算法,提升了預(yù)處理和切割平面技術(shù)性能。Nagano等[76]研究了以最大完工時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)的無(wú)空閑流水車間調(diào)度問(wèn)題,提出了一種新的混合元啟發(fā)式算法求解調(diào)度問(wèn)題。De等[77]提出了一種回歸卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,用于車間生產(chǎn)快速、準(zhǔn)確的按計(jì)劃完成工期,最小化總加工時(shí)間。Cao等[78]針對(duì)車間調(diào)度問(wèn)題中動(dòng)態(tài)作業(yè)的最大完工時(shí)間最小化問(wèn)題,提出了一種自適應(yīng)調(diào)度算法,用有向無(wú)環(huán)圖代替線性順序來(lái)表示作業(yè)中操作之間的復(fù)雜優(yōu)先約束,使某一生產(chǎn)任務(wù)的最大完成時(shí)間最小化。Sun等[79]提出了一種最短完成時(shí)間的漿液生產(chǎn)協(xié)同進(jìn)化算法,該協(xié)同進(jìn)化算法包括兩種進(jìn)化算法,即泛型算法與局部搜索相結(jié)合的算法和蟻群優(yōu)化算法,前者用于處理漿液形成的演化過(guò)程,后者用于尋找更好的seru生調(diào)度,seru生產(chǎn)可用于提高生產(chǎn)率,如縮短生產(chǎn)時(shí)間和節(jié)省人力。
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第3章 問(wèn)題描述與模型構(gòu)建 ............................. 20
3.1問(wèn)題描述和變量說(shuō)明 ...................................... 20
3.2 模型構(gòu)建 ............................... 22
第4章 個(gè)性化產(chǎn)品的加工-裝配協(xié)同優(yōu)化算法 ........................ 26
4.1最優(yōu)算法 .......................... 26
4.2最優(yōu)解的分析 ......................... 26
第5章 個(gè)性化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)-加工-裝配三階段協(xié)同優(yōu)化算法 ....................... 37
5.1近似算法DPA ........................... 37
5.2時(shí)間復(fù)雜度分析 .................................. 39
第5章 個(gè)性化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)-加工-裝配三階段協(xié)同優(yōu)化算法
5.4管理啟示
生產(chǎn)管理論文參考
根據(jù)近似算法的性能分析,針對(duì)包含設(shè)計(jì)的個(gè)性化產(chǎn)品定制優(yōu)化過(guò)程,管理學(xué)啟示有以下幾點(diǎn):
個(gè)性化定制由消費(fèi)者需求拉動(dòng)生產(chǎn),消費(fèi)者參與到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中,一訂單一設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要投入大量的時(shí)間和資源。而完成設(shè)計(jì)過(guò)程方能進(jìn)行產(chǎn)品的加工和裝配,因此優(yōu)化個(gè)性化設(shè)計(jì)的流程,是減少整體加工制造跨度的前提。相對(duì)于傳統(tǒng)的手工定制,個(gè)性化定制企業(yè)可以利用大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì),根據(jù)產(chǎn)品特性構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊和框架,實(shí)現(xiàn)與消費(fèi)者云端交互,減少設(shè)計(jì)時(shí)間影響因子?和個(gè)性化定制程度j?的影響程度,縮短個(gè)性化設(shè)計(jì)所需時(shí)間,同時(shí)員工與機(jī)器有效相互輔助配合,加速設(shè)計(jì)過(guò)程,滿足消費(fèi)者多層次、多樣化的個(gè)性化需求。
裝配是個(gè)性化定制的末端,隨著個(gè)性化定制程度增加,產(chǎn)品裝配的復(fù)雜度增加,工人的操作時(shí)間也會(huì)增加,如果裝配時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響整體加工制造跨度。由于個(gè)性化需求的不確定性,通過(guò)區(qū)分消費(fèi)者的通用需求、定制需求和個(gè)性化需求,設(shè)計(jì)裝配系統(tǒng),并按此規(guī)劃和引導(dǎo)員工操作,實(shí)現(xiàn)裝配復(fù)雜度與和個(gè)性化程度之間的平衡,滿足消費(fèi)者不同層次的需求。
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第6章 總結(jié)與展望
6.1總結(jié)
個(gè)性化定制是新興的制造模型,符合國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略方針,是未來(lái)制造的業(yè)發(fā)展方向。然而,目前對(duì)個(gè)性化定制產(chǎn)品生產(chǎn)優(yōu)化過(guò)程的研究較少,因此本文分別考慮個(gè)性化定制過(guò)程中加工-裝配兩階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題和設(shè)計(jì)-加工-裝配三階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題,在加工-裝配兩階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題中考慮不同個(gè)性化定制程度對(duì)生產(chǎn)加工制造跨度的影響,分別計(jì)算了不同個(gè)性化定制程度下裝配過(guò)程的空閑時(shí)間,考慮了不同參數(shù)之間大小制約關(guān)系對(duì)加工、裝配時(shí)間產(chǎn)生的影響,以及加工、裝配時(shí)間比例關(guān)系對(duì)制造跨度的影響。在設(shè)計(jì)-加工-裝配三階段協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題中考慮一般情況和特殊情況,在這兩種不同情況下分別分析近似算法的性能,最差性能比和漸進(jìn)性能比分別是5 3和3 2,并針對(duì)這個(gè)優(yōu)化問(wèn)題給出管理學(xué)啟示和建議。
設(shè)計(jì)、加工、裝配是個(gè)性化定制企業(yè)制造過(guò)程中難以避免的三個(gè)環(huán)節(jié),而且這三個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品按期交貨、質(zhì)量保證有非常重要的影響,生產(chǎn)某一環(huán)節(jié)單獨(dú)運(yùn)作時(shí)可以直接求最優(yōu)解,但是生產(chǎn)中多個(gè)階段同時(shí)運(yùn)作時(shí),需要考慮不同階段的影響因素及不同階段之間相互的制約關(guān)系,不同階段之間需彼此之間相互協(xié)調(diào)、相互配合才能使得整體處理時(shí)間更短。與此同時(shí),個(gè)性化生產(chǎn)不同于傳統(tǒng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),個(gè)性化定制中每個(gè)訂單對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品都不相同,加大了個(gè)性化產(chǎn)品定制過(guò)程復(fù)雜度,因此個(gè)性化產(chǎn)品定制需要設(shè)計(jì)、加工、裝配多個(gè)階段協(xié)同優(yōu)化,在開放式的環(huán)境下,多方合作,整合資源,及時(shí)響應(yīng)顧客需求,實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn),在顧客要求的交貨期內(nèi)按期交貨。因此對(duì)設(shè)計(jì)、加工、裝配多階段協(xié)同調(diào)度研究能幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程,提高生產(chǎn)效率,順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
參考文獻(xiàn)(略)
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