基于仿真的生产单元组织柔性分析与评价研究

摘要

市场需求的不确定性和波动性，原材料供应的不确定性，以及内部的人员变动和设备失效等，使得现代生产单元面临着复杂多变的生产环境，然而当前的生产单元在混流产品变化、生产批量变化、设备瓶颈变化方面表现出柔性不足、反应较慢，同时对生产异常情况的应付能力较差，这些都是制约其应用的主要难题。而目前国内外对制造领域的柔性研究主要针对设备的制造柔性，缺乏生产组织柔性的研究理论和评价方法。本文在系统研究国内外柔性与组织柔性、生产单元特点、组织理论、柔性评价以及人机协同建模的最新理论成果的基础上，对生产单元的组织柔性及评价方法进行了深入研究。全文的研究内容主要包括以下几个部分：
　　第一，通过大量的文献分析，对柔性与组织柔性的理论进行了总结和归纳，明确了柔性的分类、维度以及组织柔性的内涵。在结合生产单元及其组织特点的基础上，界定了生产单元组织柔性的定义，明确了它的内涵。
　　第二，结合组织设计理论和生产单元组织自身的特点，从组织结构、组织行为、组织个体和人机关系四个方面识别了组织柔性的构成要素，建立了生产系统组织柔性的构成要素模型。
　　第三，对前人提出的各种柔性评价方法进行了分析与探讨，确定了一种可操作性强的量化评价方法，即FLEXIMAC值法。描述了应用FLEXIMAC值法对生产单元的组织柔性进行量化评价的具体实现过程。运用Flexsim的二次开发功能实现了原始数据的自动收集，并在Matlab软件中将FLEXIMAC算法编写成程序，实现了数据的自动化后处理功能。
　　第四，建立了生产单元人机协同仿真模型。通过模型集成技术将建立的制造过程基础模型、生产者智能主体模型、多主体组织模型和人机关系模型集成为人机协同仿真模型。并将环境变动和制造团队对变动的响应集成在该模型中。阐述了传统团队与自治团队的组织柔性构成要素的不同以及这些要素的仿真实现技术，最后分别构建了配备传统团队和自治团队的人机协同仿真模型；
　　第五，以某摩托车发动机生产单元为工程背景，运用该生产单元的实际生产参数设计了传统团队和自治团队仿真对比实验。然后应用FLEXIMAC值法对两种生产团队的组织柔性进行了评价。得出以下结论：自治团队的组织柔性值比传统团队的更高，具有更高的快速响应换线次数波动（外部环境变动引起）和机器故障率波动（内部环境变动引起）的能力。应用结果也证实，运用该方法对生产单元的组织柔性进行评价是有效的、可行的。这一研究为组织柔性的评价与度量提供了新的研究方法。

目录

封面

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目录

1 绪 论

1.1 课题的提出和意义

1.2 国内外相关理论的研究现状

1.3 内容及结构

1.4 本章小结

2 生产单元组织柔性的理论研究

2.1 生产单元组织柔性的内涵

2.2 生产单元组织柔性构成要素

2.3 本章小结

3 组织柔性评价方法

3.1 组织柔性评价原则

3.2 组织柔性评价方法的确定

3.3 FLEXIMAC法的相关算法研究

3.4 本章小结

4 组织柔性评价的关键实现技术

4.1 人机协同仿真模型的建立

4.2 组织柔性构成要素的动态分析技术

4.3 仿真数据的后处理技术

4.4 本章小结

5 基于仿真的某生产单元组织柔性评价

5.1 研究假设

5.2 仿真实验设计

5.3 实验结果及讨论

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 论文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附 录