复杂产品生产管理优化的研究综述和展望.pdf
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1、第8 期2023年8 月机械设计与制造Machinery Design&Manufacture265复杂产品生产管理优化的研究综述和展望张建辉1 2,王素1 2,张文旭”张文秦1.2(1.河北工业大学机械工程学院,天津30 0 1 30;2.国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心,天津30 0 1 30;3.中国舰船研究设计中心,湖北武汉430 0 6 4)摘要:分析复杂产品生产管理优化的背景和演化过程,进一步完善和优化生产管理体系。首先分析复杂产品的概念特征,再从流程优化特点、复杂性本质、管理创新这三个角度进行相关的文献研究,总结出复杂产品生产管理中不同的研究方法。然后以复杂船舶为例详细
2、叙述在车间生产、物料采购、生产工序等方面的管理现状,依据现在日益增长的生产需求,产品性能需求,结合现有管理理念和实际生产情况,阐述目前生产管理的不足,明确流程优化和智能化管理在复杂产品生产中的重要性,并提出生产系统的管理优化方向。最后强调对具体案例、精确数据的管理探究,总结出复杂产品生产管理的创新前景以及对未来发展的展望。关键词:复杂产品;管理创新;流程优化;智能化管理中图分类号:TH16;TB497Review and Prospect of Research on Production ManagementZHANG Jian-hui-2,WANG Su2,ZHANG Wen-xu,ZHA
3、NG Wen-taol-2(1.School of Mechanical and Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China;2.National Engineering Research Center for Technological Innovation Method and Tool,Tianjin 300130,China;3.China Ship Development and Design Center,Hubei Wuhan 430064,China)Abstract:Analyze the b
4、ackground and evolution process of complex product production management optimization,improve andoptimize the production management system in the further.Firstly,the conceptual characteristics of complex products analyzed,and then relevant literature research conducted from the three perspectives of
5、 process optimization characteristics,complexity es-sence and management innovation to summarize different research methods in the production management of complex products.For example,the detailed and complicated ship in the workshop production,material procurement,and production process man-agemen
6、t status quo.On the basis of the increasing production demand now,product performance requirements,combined with theexisting management concept and the actual production situation,propose some shortage at present production management,process optimization and inteligent management in complex product
7、s,the importance of and the management of the production sys-tem optimization direction is put forward.Finally emphasizes the management research of specific cases and accurate data,putsforward the innovation prospect of production management and the prospect of future development.Key Words:Complex
8、Products;Management Innovation;Process Optimization;Intelligent Management文献标识码:AOptimization of ComplexProducts文章编号:1 0 0 1-3997(2 0 2 3)0 8-0 2 6 5-0 71引言制造业是实体经济的核心部分,为我国经济迈向国际领先地位打下坚实的基础。我国加人世贸组织后,制造业的国际竞争力大幅度提升2,工业结构不断优化,技术和创新能力稳中求进 3,出口贸易的规模领先于其他发达国家,为2 0 1 7 年制造业的总体经济带来很高的利益。然而我国取得举世的成就并不代表制造
9、业居于首位,仍然在高端技术领域、生产管理、资源利用率、创新能力等方面和发达国家有很大的差距4,比如航天、海洋装备等。来稿日期:2 0 2 2-0 6-2 9基金项目:国家创新方法工作专项一复杂高端船舶装备研制创新方法集成应用研究与示范(2 0 1 8 IM040300)作者简介:张建辉,(1 97 4-),男,河北景县人,博士研究生,教授,主要研究方向:创新设计、计算机辅助设计/制造;王素,(1 995-),女,山东菏泽人,硕士研究生,主要研究方向:创新设计,创新管理复杂产品的生产为国家达到工业化的目标提供了切实的保障 5,提升复杂产品的生产管理水平,是我国制造业一直努力的方向。学者在复杂产品
10、定义上有所不同,文献6-7 最先给出复杂产品的定义:复杂产品为在研发过程中需要的跨学科知识多,需要的量少,高科技制造的这一类产品。国内学者从不同的角度研究复杂产品的特点以及制造业的生产情况,文献8 认为复杂产品是研发制造的成本高、产品内部的子系统相互联系而组成的产品。文献9认为复杂产品应该从不同的方面定义,包括:客户的产品需266求,产品的结构组成、产品技术,生产流程、管理等七个维度。不同的产品会根据不同的产品特性描述出其复杂性,使其满足生产要求。但是,如何提升复杂产品的生产效率,如何获的良好的管理策略,如何增强制造业的核心竞争力是需要管理层人员应该着重考虑的问题。2不同角度的生产管理优化为了
11、满足日益增长的社会需求,研究大型企业的生产管理方式,提高产品的生产质量,在国际竞争中是非常有价值的1 0。查阅近年的相关文献,然后从以下不同的角度阐述生产管理的研究现状和研究方法。2.1生产流程角度的生产管理优化流程需要知识、信息、物料的持续流动,在生产流程优化过程中,所有工艺活动的改进都是有意义的,都要符合期望效果,在满足内外部需求的情况下最大可能的消除浪费,保证获得最大利润的同时更关心客户对产品的满意度,以连贯的组织方式,用最低的生产成本来实现制造业低风险、低材料浪费的生产目标。复杂产品在生产过程中既有制造又有管理 1 2 ,优化过程非常繁杂,存在难以控制的现象,缺乏系统性的框架,因此如何
12、在多目标条件下,在信息不确定、数据较差的情况下,综合制造业的实际情况,寻找最优生产管理方案成为现在学者研究热点。管理系统即考虑制造业生产的实际情况又能利用现有资源共同改善,降低损耗;生产管理的目标是让各生产工序流程节点以高效率、低成本、高质量的完成。为了提高生产能力,近年来,学者们把各管理方法运用到产品制造业中,不断挖掘产品生产的问题,如准时生产,物料需求计划,约束理论等。文献 1 3探索满足不同客户的需求,融合管理理念和管理方法,注重提高效率,认为资源是促进生产的关键,把精益生产的概念有效的和企业的管理模式融合,持续改进生产流程,提出使用视觉管理的指示方法,要求作业人员自主的完成生产活动的有
13、关指令,管理部门批准的指令成为全体员工遵守的标准,为生产中的设备、服务、技能要求等方面提出有效的改进措施。文献1 4通过对工序的测定,运用Ven-sim系仿真识别流程的瓶颈进行管理优化。文献 1 5 把约束理论、准时生产、物料需求计划三个管理理念结合利用计算机设计出生产流程动态系统,有效的消除瓶颈,提高了制品库存利用率。文献 6 重点分析流程中出现的问题,从生产一产品一现场一库存四个方面采用5why分析法寻找影响系统效率的因素,在通过多种方法持续优化生产流程,虽然在JL公司有一定的改进效果,但流程管理方面需要进一步探索。文献 1 7 1 分析生产流程中存在的瓶颈问题并持续的改善,把计算机仿真A
14、rena融入流程管理中,通过仿真分析,仿真模拟为生产需求提供可实施的优化方案。实际的产品生产中,生产线是动态的,是随着时间不断地波动变化的1 8,在具有多种约束条件的情况下,优化生产排程问题能够解决生产调度问题 1 9。文献 2 0 研究生产中的工序的综合调度问题,结合设计结构矩阵和算法构建数字化虚拟的编码方式,利用算法对比试验结果,设计针对装配顺序的遗传算子进一步提高装配质量。文献 2 1 研究复杂产品智能服务的新模式,通过对生张建辉等:复杂产品生产管理优化的研究综述和展望程管理进行持续的改进。流程改进是实现高效管理的前提,是在现有的流程中对薄弱环节改进,让低效率的工序能够通过管理生产和供应
15、计划达到内部资源的协调。而持续的流程改进是基于管理概念做出的适合企业实际情况的过程,是有目的的活动,其优势是提高生产力、提高生产质量、降低运营成本等。一方面是顺应制造业内部的经济利益,改进流程和创建新的流程让企业运行变得更加灵活,提高了企业之间的竞争能力。另一方面是满足客户和产品之间的期望和需求变化,减少系统本身损害利益的行动和操作,增加生产系统有效的活动,提高顾客和产品之间的满意度。流程优化需要多部门协调规范的运行,从企业效率的角度出发,根据企业的实际情况和客户需求提出可行性方案,增强企业管理创新意识、员工自身素质等,最大限度的提高企业的收益。车间物流轨连优化实Apioti关联规则挖掘动生基
16、于Apioi模型的车间物流频紧轨迹挖掘过多源异构逻罐描速任务主传感网屋次描速时序措速化生产过程多层次加工事件措速与主动感知产品结构信惠零部伴工艺信惠产品功能信息设计图1 实时多源数据驱动的生产过程优化Fig.1 Real-Time Multi-Source Data-DrivenOptimization of Production Process2.2复杂性本质角度的生产管理优化根据产品自身复杂的特点,顺应复杂产品多层次、多耦合的不确定性变化 2 5,学者们从产品设计方面人手,满足产品的功能需求进行创新设计 2 6 ,对现有的设计方法进行改造。文献 2 7 提出在设计问题上,首先通过数学建模详
17、细的对问题进行描述,然后把复杂系统分成多个子系统进行学科分析,例如船舶的设计,当船东提出作业船舶的需求时,船舶设计单位要根据船舶的各种性能分解成子系统,通过画图、建模、仿真等然后投人建造。而在对第8 期产状态和生产过程的指标分析,进行动态化的预测,运用建模仿真和数据分析来预测和评估生产状态,如图1 所示。文献 2 2 根据产品的再制造条件和时间的不确定性,提出了概述处理生产管理领域的商业模式,总结了采购物流、再制造业务、生产设计、生产-库存、计划生产控制等六条生产管理框架,建立再制造系统,利用算法处理复杂数据进而提高了生产率。文献 2 3 总结出生产过程的三个阶段,其一原材料的提取,其二转化产
18、品的初级过程,其三最终产品的制造过程。但对于复杂产品生产,精密仪器或大型设备的利用率决定产品的经济成本,归结于生产流程优化为基础,生产设施和设备的有效利用,来满足企业低成本的需求。以钢铁的生产为例,通过数学建模分析开发了求解程序,最大限度的减少生产中断的频率来实现流程的连续性。文献 2 4认为生产优化包括提高生产线的效率、生产力、利用率和可靠性等因素,认为任何企业都应该提高生产力,都应该针对现有的流程布局设计和流时空序列物流频轨迹产品质量速溯与控制工产品质量因子ANFIS预测触合ANFIS和GA的产品质量预测与控制装配数指K-mn聚类质量间盟检验数据层次聚类影响因素基于聚类与关联的产品质量问题
19、追溯与分析使用环境信惠维修历史信惠用户文持数据产品故障信息运罐车间设备管理与优化速传旗法LS-SVM大设备退化控制模型质量优化数据分析设名测条寿命基于LS-SWM的设备退化状态评估车间:三流NSGA能协同能效效优化馍管理车间三流协同的能效管理与优化零部件寿会信息回收利用率零部件拆解信息环境形响信息回收No.8Aug.2023复杂产品问题分析时,文献 2 8 认为解决复杂产品一类的问题,很大一部分是初始阶段对复杂问题的分析,即分析系统内部的目标状态和系统当前状态的差距 2 9,再根据系统当前状态的不良效应和产品预测时的目标状态进一步确定问题所在。在驱动复杂产品的创新设计时,利用问题流和提取关键冲
20、突的方法进行问题解决,经研究发现,问题流网络创建和冲突的解决具有不可操作性的特点 30 ,也缺少复杂产品设计中问题的分析过程 31。在此研究基础上,文献 32 运用物元模型对复杂产品的问题规范化的描述,在架桥机的创新设计中应用问题流、多冲突网络等方法成为复杂产品的设计亮点。随后,文献 33构造问题网络,优化其求解路径消除系统的多冲突,在立体车库的设计中验证解决问题的有效性,解决复杂产品设计阶段的问题为之后的生产建造提供可借鉴的方法研究。复杂高端装备的产品需求对产品的制造精度提出高指标,产品的制造精度对产品性能、产品外观有很大的影响,美国特别重视轿车的质量控制,在90 年代初期就可以让轿车车身的
21、生产达到很高的制造精度。文献 34研究数字化方法控制复杂产品在生产工艺中的制造精度问题,利用偏差流仿真建立偏差流模型,为产品在生产制造的各工序工艺过程中的偏差测量提供精确的数字化控制方法,如图2 所示。文献 35 以产品质量管控为重点研究内容,结合数字李生和车间生产管理,开发了质量管控平台,对车间工位布局进行模型仿真,利用Markov预测模型对质量数据进行准确的预测。文献 36 提出全三维模型驱动制造,定义工艺链制造模型,完整表达出航天产品零部件的属性信息,构建知识集成化的智能模型,保证产品生产的准确度和较高经济指标。误差源产品精度位置偏差零件偏差复杂制造工艺过程、科学问家具偏差装配顺序工艺波
22、动Fig.2Precision Control Framework for Complex Products随着技术水平的提升,仿真软件和大数据普遍用于生产研究,依据不同作业人员的需求建立系统关联需求的网络模型 37 ,让生产向着智能化的方向发展,更多学者倾向于把生产和大数据结合,并把这种新模式用于分析产品全生命周期各工艺阶段的生产管理。文献 38 对复杂产品生产车间的工艺准备、装配任务、车间任务的执行、现场状态监控、设备监控等方面建立现场数据管理模型,对作业人员和生产资源充分利用,构造算法建立多个现场的数据库形成动态生产控制流程。复杂产品在设计、生产等方面大多数采用大数据分析、数据化管理、计
23、算机辅助制造等智能方法,能帮助制造业对各类资源机械设计与制造进行准确的分类,解决生产流程中的问题,特别是针对航空、汽车、船舶这些大型精密仪器的产品生产和组织管理,数字化的管理为后续进行复杂产品工艺阶段的智能管理打下基础 39。2.3管理创新角度的生产管理优化探索我国复杂产品创新失败的原因,其中管理创新中存在阻碍的原因占45.97%1 40。日本的某船舶制造企业,短时间内生产效率提升了7 1%,其中生产管理优化的占51%,可以看出管理的创新优化对企业来说是至关重要(4。产品创新是一个充满复杂性、动态化的系统性质的创新,是需要持续性优化的过程1 42 。由于复杂产品的管理是不能进行有效预测的,因此
24、生产过程中需要长期实践,需要综合产品相关的技术、软件以及企业中的产品制造文化等方面的结合 43。随着科学技术的进步,复杂产品的管理方式随之变化,出现从某个产品的工艺到全生命周期管理模式的发展,这是以产品的数据管理为基础而形成的管理技术,可以对市场的需求作出敏捷的反馈(44。学者在制造业的管理中提出相适应的生产管理方案,实现了产品设计到生产过程的持续改进,文献 45 探索更能适应复杂产品创新的新想法,在“实时开发”的情况下进行管理创新,获取更多关于决策、观点、对未来流程发展的实时数据,让创新更具有科学性。文献 46 采用回顾性和实时分析结合的方法,解决了英国水产业市场普遍存在的问题和关键的时间问
25、题。开发和实施一种新的、有效的产品流程对企业来说有至关重要的竞争优势,科学技术带动产品的功能需求,企业越来越注重寻找应用在复杂产品上更有效的新方法、新工具。学者强调了复杂产品的整体性,即跨学科知识系统的再结合,研究具有新结构的机构,管理知识的整合过程,提高创新能面向线外质量控制的产品制造工艺数字设计题、误差流产生、传递面向线外质量控制的数据驱动的产品制造工艺控制图2 复杂产品精度控制框架267力,从而获得创新机会 47。文献 48 研究复杂航天产品的生产,通过查找数据进行结构化的管理和分析,利用产品数据管理系统,在管理理论的基础上引人数字化管理一数字李生方法,解决方案和物理实体一对一的映射,设
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- 复杂 产品 生产管理 优化 研究 综述 展望
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