JIT生产方式混流生产线投产排序研究

论文分类号 F253.4 单位代码10183
密 级 研究生学号 2001442027
吉林大学
硕士学位论文
JIT生产方式混流生产线投产排序研究 Study for Production Sequencing of Mixed-Model Assembly Lines in Just-In-Time Production Mode
作者姓名：刘兆惠
专业：载运工具运用工程
导师姓名
及职称：李显生副教授
论文起止年月：2002年9月至2004年5月
吉林大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：
日期：年月日
提要
提要
本论文属应用基础研究——生产物流研究。

首先，概述了生产模式的种类，通过对典型生产模式的比较，指出JIT生产方式适合现代企业发展的需要，可以在激烈的竞争中获得竞争优势，是我国汽车制造企业生产方式的理想选择。

提出JIT生产方式的核心问题——投产排序。

其次，以汽车制造企业为重点，分析JIT生产方式混流生产线投产排序的必要性。

针对使生产线上零部件使用速率均衡化的投产排序目标建立数学模型，并着重介绍混流生产线投产排序实现的手段和方法——模拟退火算法，通过算例验证了算法的可行性，证明模拟退火算法的求解质量符合混流生产线投产排序的要求。

最后，给出某汽车制造有限公司总装配线（混流生产线）投产排序的实例。

通过对混流生产线上的车型进行排序，从而逼近JIT生产方式所提倡的零库存，消除生产瓶颈，快速响应市场变化，满足客户多样化和个性化的需求。

关键词：JIT；混流生产线；模拟退火算法；投产排序
目录
目录
第一章绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 生产模式概述 (1)
1.2.1 传统刚性生产模式 (1)
1.2.2 现代柔性生产模式 (2)
1.2.3 两种生产模式的比较 (2)
1.2.4 两种生产模式的典型代表 (3)
1.2.4.1 美国福特制生产方式 (3)
1.2.4.2 日本丰田JIT生产方式 (6)
1.3 我国汽车制造企业采用JIT生产方式的原因 (9)
1.4JIT生产方式的核心问题——投产排序 (11)
1.5 本论文主要工作及论文内容安排 (12)
第二章 JIT生产方式混流生产线投产排序问题描述 (13)
2.1 混流生产线 (13)
2.1.1 多品种混流生产的定义 (13)
2.1.2 混流生产线的运作方式 (13)
2.2 混流生产线投产排序的目标 (16)
2.3 平准化排序的必要性 (18)
2.4 小结 (22)
第三章混流生产线投产排序数学建模 (23)
3.1 建模思想 (23)
3.2 数学模型 (23)
3.3 小结 (29)
第四章混流生产线投产排序的模拟退火算法及其验证 (30)
4.1 求解混合车型装配线投入顺序的主要算法及其浅析 (30)
4.1.1 求解混合车型装配线投入顺序的主要算法 (30)
i
吉林大学硕士学位论文
4.1.2 主要算法浅析 (32)
4.2 模拟退火算法 (32)
4.2.1 问题的由来 (32)
4.2.2 固体退火过程的物理图像 (34)
4.2.3Metropolis准则 (35)
4.2.4 模拟退火算法的核心 (36)
4.2.5 模拟退火算法的实现形式 (37)
4.2.6 模拟退火算法的特点 (37)
4.2.7 渐进收敛性 (38)
4.2.8 算法框图 (38)
4.3 求解过程 (40)
4.4 混流生产线投产排序算例验证 (41)
4.4.1 算例1及其结果验证 (42)
4.4.2 算例2及其结果验证 (47)
4.5 小结 (49)
第五章实例研究——某汽车制造有限公司总装配线投产排序 (51)
5.1 某汽车制造有限公司总装配线介绍 (51)
5.2 总装配线调研数据清单 (54)
5.3 混流生产线排序实例分析 (59)
5.4 小结 (61)
第六章全文总结 (62)
6.1本文研究工作的总结 (62)
6.2论文中存在的问题及今后的研究建议 (63)
参考文献 (64)
致谢 (70)
摘要 (71)
ABSTRACT (73)
ii
第一章绪论
第一章绪论
1.1 引言
今天，全世界的企业都面临着增长减缓和来自国内及全球的巨大竞争压力，竞争优势成为竞争性市场中企业绩效的核心[1]。

自二十世纪八十年代以来，技术在相当大的程度上改变着企业的竞争环境和竞争实力。

许多企业管理者和技术人员倾向于为技术而技术，“高科技”被普遍认为是企业通向盈利的捷径。

然而，仅是将大量资金投资于新的硬件并不足以保证企业提高竞争力。

美国通用汽车公司里技术最先进的工厂业绩令人失望的事例表明，技术战略必须与企业的其它战略密切结合，才能运行得好[56]。

在某种程度上可以说，企业的生产体系比其采用的技术更能影响企业的生产运作，获利水平以及在市场中所处的地位。

对一个企业来说，其竞争优势的真正源泉是将公司的技术和生产技能体现在各个业务的竞争力的管理能力，以快速响应变化的机遇[55]。

日本企业在许多领域能领先和保持竞争优势，最重要的因素之一是它们的生产体系能有效地开发运用其技术能力[56]。

先进的技术和企业的生产体系是企业获得竞争优势的两个基本方面。

技术与生产体系血肉相连，技术为企业的生产或服务提供了方法，工具和途径；生产体系则使企业有效率、有效益地开发运用其技术能力，是企业对市场要求做出快速反应的基础，是企业获得竞争优势的核心[1]。

因此，选择合适的生产模式对企业竞争优势的提高具有重要意义。

1.2 生产模式概述
1.2.1 传统刚性生产模式
上世纪20年代，工业界将管理思想与当时的电气化、标准化、系列化相结合，成功地诞生了“少品种大批量生产”的生产模式，具有生产效率高，单
1
吉林大学硕士学位论文
位产品成本低的突出特点，推动了当时工业化的发展进程。

由于它是以卖方市场环境为基础的，因而人们称之为“刚性生产模式”，以美国的“福特制”最为典型。

刚性生产模式是以损失产品的多样化，掩盖产品个性为代价的。

随着买方市场的到来，其逐渐显露出许多弊端。

主要是：成本增加，库存过量，市场适应性差[2]。

1.2.2 现代柔性生产模式
随着科技的迅猛发展，世界市场的竞争愈来愈激烈，对产品的性能、价格、品种不断提出新的要求。

要在激烈市场竞争中取胜，就必须快速灵活地组织生产，以最快的速度开发出高质量、低成本、高附加值的新产品，响应市场的需求。

为此，近年来，在制造领域陆续地提出了许多新思想、新概念、新方法，产生了许多新的生产运作模式[4]。

其中多品种、小批量生产逐渐成为主导生产模式，人们称之为“柔性生产模式”，其精髓在于实现弹性生产，提高企业的灵活应变能力，不断满足市场的动态需求。

日本丰田JIT(Just-in-Time)生产方式是一种典型的柔性生产模式。

柔性生产更强调创新与生产的结合，注重频繁的过程创新，以满足客户的需求，增强企业的产品竞争能力。

1.2.3 两种生产模式的比较
现代柔性生产模式与传统刚性生产模式相比较，有以下特点[2]：①建立虚拟企业，实现了虚拟生产和拟实生产。

虚拟生产是指面对生产环境的瞬息万变，要求企业做出灵敏的反应，而产品越来越复杂，个性要求越来越强，任何一个企业已不可能快速、经济地制造产品的全部，这就要求建立虚拟组织机构，如“战略联盟”就是一种形式，以实现快速双赢的虚拟生产经营。

拟实生产也就是拟实产品开发，它运用仿真、建模、虚拟现实等技术提供三维可视环境，从产品的构思、设计、研发到生产制造全过程进行模拟，以实现在实体产品生产制造以前，就能准确预估产品功能及生产工艺性，掌握产品实现方法，减少产品的投入，降低产品开发和制造成本。

②可以通过订单决定生产量和生产结构。

2
第一章绪论
产品数量不再是主要的竞争手段。

这就是柔性生产管理的基本出发点。

③建立弹性生产体系。

柔性生产根据市场需求的不断变化来生产，它产品多、个性强、多样化，可以做到在同一条生产线上通过设备调整来完成不同品种的批量生产任务，既满足多品种的多样化需求，又使设备流水线的停工时间达到最小，即“只在必要时间内生产必要数量的必要产品”。

④生产区位趋于集中。

为了满足市场的需求，柔性生产可以在一个生产区位完成整个生产过程。

尤其是零配件供应商要与装配厂保持适宜距离，保证零配件及时交货并实现零库存，从而实现对市场需求的灵敏反应。

⑤人员素质要求高。

人是最灵活最具柔性的资源，这是因为人有社会心理动机，有学习和适应环境、改造环境的能力。

人能够在柔性生产模式下通过培训、学习、模仿和掌握信息技术等而获得所需要的知识与技能。

柔性生产模式与刚性生产模式比较详见表1-1[7][8]。

1.2.4 两种生产模式的典型代表
1.2.4.1 美国福特制生产方式
美国福特制生产方式是典型的刚性生产模式。

福特制在本世纪初所创造的大批量生产方式揭开了现代化大生产的序幕，引发了制造业的一场根本变革，把制造业从手工业的生产方式带进了一个全新的时代。

福特制生产方式的最大特点在于以单一品种的规模生产来降低生产成本，这与当时美国的经济环境是相吻合的。

在当时的时代背景下，只要生产出来产品，就可以销售出去。

企业之间竞争最有力的手段是成本，谁能提供廉价的产品，谁就能赢得顾客，生产的越多，成本就越低，也就越能销售出去[31]。

3
吉林大学硕士学位论文
4
表1-1 传统刚性生产模式和现代柔性生产模式比较 刚性生产
柔性生产 可选性很少（品种少）
可选性很多（品种丰富） 质量一致性较差
高质量 产品开发周期长
产品开发周期短 产 品 劳动力和资本密集型
信息和技术密集型 以规模经济为基础
以范围经济为基础 大批量生产
小批量生产 统一性
差异性 原料导向 市场拉动 大量缓冲库存 零库存或少量库存 生产结束后进行质量测试
生产过程中实施质量控制 装配时间较长，次品及库存瓶颈所
造成的生产时间损失大
损失时间减少 生 产
过 程
通过工资控制生产成本
通过消除浪费减少生产成本 工人从事一种工作 工人从事多种工作 劳动力
没有或很少在岗训练 长期在岗训练 市 场
状 况 需求的稳定性、单一性、可预见性
需求的不稳定性、多样性、不可预见性 突破性创新
渐进性创新 高成本，长周期 低成本，短周期 忽视客户需求 满足客户需求 较少的过程创新
较繁的过程创新 创 新
模 式
创新与生产相分离
创新与生产相结合 企业组
织形式
等级形式 网络化组织（转包、动态联盟） 企业间
联系 以物质联系为主 以信息联系为主
第一章绪论
1. 福特制生产方式的管理方法
福特制生产方式建立在大量生产标准化产品的基础之上。

采用大量生产方式进行生产的依据主要是规模经济带来的利益[1]。

产品产量增长率最高的企业能够以最快的速度降低生产成本，当产量达到一定的规模（经济规模）时，产品的成本就会降低，这种大批量生产的优势，在福特制经济增长时期已经得到证实。

在福特制时代，随着流水装配线的引入，产品部件，整个生产过程均由机械传送带的节拍和流动决定。

在生产过程中，工人不再有创造空间。

采用大批量生产方式的企业强调价格竞争，却不太重视改进产品质量或设计。

福特制生产的管理原则要求以一种特定的方式来组织企业，及建立与其它企业的关系。

这种生产方式要求企业的决策高度集中，按职能划分成一系列的部门，每个职能部门仅负责一种职能，形成金字塔型的等级制度组织形式，公司的管理等级层次设置犹如一株组织树。

信息的加工与流通也高度集中化。

生产管理部门创造性的空间很小[1]。

2. 福特制生产方式的成本效应
由上述可见，福特制生产方式是通过规模效应获取成本效应的，其手段如下[5][6]：
(1) 对产品、工艺、装配实行标准化，以降低研发成本和制造成本；
(2) 采用移动装配线以减少生产工时，从而降低人工成本和其它制造费
用；
(3) 采用分工原则，以提高劳动生产率，降低制造成本；
(4) 采用纵向一体化的组织结构，将一切与制造产品有关的工作都纳入
到本企业的自制范围，以降低整个经营成本；
(5) 通过大规模生产降低单位产品的固定成本。

成本的降低给降价带来了有利的空间，而降价又为扩大销售提供了条件，从而带来了更大规模的生产和更大程度的成本降低，如此循环往复。

如图1-1所示。

5
吉林大学硕士学位论文
图1-1 福特制生产方式的成本效应
到了20世纪后半期，由于大批量生产的产品市场日趋饱和，需求变得更加特殊化。

因此，新的需求呼唤新的生产方式。

在某种程度上，意味着企业需要减少专用设备的数量，运用更加灵活的设备组织生产，拥有更加灵活的生产组织形式，实现柔性生产。

而丰田生产方式恰好能适应这种新的需求，伴随福特制经济增长时期的衰退，丰田生产方式脱颖而出。

1.2.4.2 日本丰田JIT生产方式
1. 丰田JIT生产方式的哲理体系
JIT生产方式是由日本丰田公司首先创建的一种柔性生产模式。

丰田JIT生产方式管理的理论框架包含“一个目标”、“两大支柱”和“一大基础”[24][67]。

如图1-2所示。

图1-2 丰田生产方式理论框架[3]
6
第一章绪论
“一个目标”是低成本、高效率、高质量地进行生产，最大限度地满足顾客多样化的需求。

“两大支柱”是准时化与人员自觉化。

准时化生产，即以市场为龙头，在合适的时间、生产合适数量和高质量的产品。

它以拉动生产为基础，以平准化为条件。

所谓拉动生产是以看板管理为手段，采用“取料制”即后道工序根据市场需要进行生产，对本工序在制品短缺的量从前道工序取相同的在制品量，从而形成全过程的拉动控制系统，绝不多生产一件产品。

平准化是指产品被拉动到生产系统之前，要人为的按照加工时间、数量、品种进行合理搭配和排序，使拉动到生产系统中的工件流具有加工工时上的平稳性，保证均衡生产，同时在品种和数量上实现混流加工运动，起到对市场多品种、小批量需求的快速反应和满足功能。

人员自觉化是人员与机械设备的有机配合行为。

如果生产线上产生质量、数量、品种上的问题，机械设备就自动停机并显示。

而任何人发现故障问题都有权立即停止生产线，主动排除故障，解决问题。

同时将质量管理融入生产过程，变为每个员工的自觉行为，将一切工作变为有效劳动。

“一大基础”是连续改善。

改善是丰田JIT生产方式的基础，可以说没有改善就没有丰田JIT生产方式。

这里的改善是指这样的含义：①从局部到整体永远存在着改进与提高的余地。

在工作、操作方法、质量、生产结构和管理方式上要不断地改进与提高，消除一切浪费。

②丰田JIT生产方式哲理认为，不能提高附加值的一切工作（包括生产过剩、库存、等待、搬运、加工中的某些活动，多余的动作、不良品的返工等）都是浪费，这些浪费必须经过全体员工的努力不断消除。

③连续改善是当今国际上流行的管理思想。

它以消除浪费和改进提高的思想为依托，对生产与管理中存在的问题，采用由易到难的原则，进行不断改善、巩固和提高，通过不懈的努力、长期的积累，最终获得显著效果。

丰田JIT生产方式的总体目标是实现全公司整体性的利润，即使各部门在各自的小范围内实现生产合理化，降低了成本，提高了生产率，但如果不能最终增加全公司的利润，也将被认为是毫无意义而言。

这体现了“系统功能整体最优”的系统科学理论的基本思想。

2. 丰田JIT生产方式的成本效应
由上述可见，准时化（JIT）生产方式的实施能从根本上解决和消除七种
7
吉林大学硕士学位论文
浪费[5][6]：
（1） 过量生产所产生的浪费；
（2） 等待时间的浪费；
（3） 运输过程的浪费；
（4） 库存的浪费；
（5） 工序（过程）的浪费；
（6） 动作的浪费；
（7） 产品缺陷的浪费。

由此总结出丰田JIT生产方式下实现成本降低的思路如图1-3所示。

图1-3 丰田JIT生产方式的成本效应
1990年美国麻省理工学院用5年时间，花费500万美元的巨资，组织欧美各国50多位专家，对世界17个国家的90个汽车制造厂的生产经营方式进行了大型实证性研究，着重对准时化（JIT）生产方式与福特制生产方式作了详比较研究。

研究结果表明：与福特制生产方式相比，日本所采用的准时化（JIT）生产方式的优越性主要可表述如下[33]：所需人力资源——无论是在产品开发生产系统，还是工厂的其它部门，与福特制生产方式下的工厂相比，均可减至二分之一；新产品开发周期——可减至二分之一或三分之二；生产过程中的在制品库存——可减至福特制生产方式下一般水平的十分之一；工厂占用空间——可减至采用福特制生产方式工厂的二分之一；产品库存——可减至采用福特制生产方式工厂平均库存水平的四分之一；产品质量——可提高三倍。

由此可见，JIT生产方式给汽车生产带来了巨大变革，也由此可知日本汽车工业强大的竞争力的奥妙，进入80年代以后，日本汽车制造业这种强大的
8
第一章绪论
竞争力给世界各国汽车制造业带来的冲击和威胁越来越大，因此JIT生产方式也越来越受到人们的注目和研究。

1.3 我国汽车制造企业采用JIT生产方式的原因
中国汽车制造企业的生产模式是在50年代学习前苏联的基础上发展起来的，虽然由于中国工业发展水平、社会文化背景和地域上的差异，在表现形式上与欧美等发达国家曾采用的传统刚性生产模式不尽相同，但并无实质上的区别，即都是采用“推进式”生产方式组织生产。

随着社会经济发展，生活水平的不断提高，这种在工业化鼎盛时期形成的大批量生产方式已不适应市场对产品品种多样化、同一品种少量化的要求。

随着科学技术进步和社会经济的发展，进入80年代以来，企业的经营环境发生了深刻的变化：产品生命周期缩短，更新换代加快，近三十年出现的新技术、新产品，已远远超过了过去两千年的总和。

一个新产品从构思、设计、试制到投产，在19世纪要花70年的时间，20世纪60年代为20年，70年代为5~10年，现在则只需2~3年或更短的时间，如图1-4所示。

以德国的机械工业为例，1984-1985年间投产的新产品共8400种，停产的老产品2500种；1986-1990年间投产的新产品上升到16500种，停产的老产品上升到7400种；而1995-2000年，这个比例为67900：24300，如图1-5所示。

同时社会消费水平不断提高，产品需求日益多样化、差异化、由大众消费时代进入个性化消费时代，市场分割严重，竞争异常激烈，企业面临着更加不确定的环境。

其中，汽车制造企业的问题尤为突出。

加入WTO后，由于失去关税和非关税的双重保护，我国汽车工业将承受巨大冲击。

而汽车行业的发展水平高低是衡量一个国家工业化发展程度的重要标志。

对企业而言，单靠产品产量、速度，实现发展已经过时，原来的生产能力制约转变为市场制约、核心竞争能力制约[30]。

由此可见我国汽车制造企业面对的是一个全球化市场高速形成，竞争日趋激烈的大环境。

这种环境要求企业必须不断快速地对产品和服务更新换代，推陈出新。

当前我们要解决的根本问题是如何提高企业的经济效益，保持和发展我国的民族汽车工业。

而提高汽车制造企业经济效益的重要条件之一是打破传统的生产管理模式，采用先进的生产管理模式。

9
吉林大学硕士学位论文
图1-4 产品研制时间比较
图1-5 产品更新换代数量比较
汽车制造企业欲在竞争中取胜必须要求企业具有很高的适应能力，而传统的刚性生产模式很难适应多变的竞争环境，于是，实现柔性生产成为汽车制造
10
第一章绪论
企业的一个战略目标和竞争武器。

另一方面，先进制造技术的出现和应用为汽车制造企业实现柔性生产提供了技术基础，使得企业能够以较低的成本提供更多的产品或服务种类，以适应不确定的市场环境[30]。

JIT生产方式恰好能适应这种新的需求。

丰田JIT生产方式无需大量的前期投资，只要根据准时化的要求重组生产制造系统，运用“看板”建立“信息流”指令系统即可。

生产制造方面则利用现有的、一般的通用设备，经过改造使之适应新的生产方式和生产需要。

投资主要集中在对生产制造系统的改造上，改装、改善原有的设备（必要时才购买新设备），以及“自动化”系统装置的安装等方面。

用于控制信息流的“看板系统”花费极小。

而且，中国与日本的思想文化有着很深的渊源，两国的文化背景比较相近。

因此，将传统大批量生产方式改造为建立在柔性生产思想基础上的准时化生产方式没有“跳跃式”的过渡期，过渡平稳，企业和职工所经历的“磨合期”和不适应性极小。

对于中国的大多数企业来说，资金短缺的现象相当普遍，管理工作仍较薄弱。

虽然敏捷生产方式和大批量定制生产方式在响应客户需求方面比JIT生产方式更具柔性，但要求很高的计算机辅助管理水平，在我国现有条件下还很少采用。

根据我国当前的实际情况，汽车制造企业主要采用JIT生产方式。

JIT 生产方式根据市场需求的不断变化来生产，它产品多、个性强、多样化，可以做到在同一条生产线上通过设备调整来完成不同品种的批量生产任务，既满足多品种的多样化需求，又使设备流水线的停工时间达到最小。

消除生产瓶颈，最终实现柔性生产，快速响应市场变化，满足客户多样化和个性化的需求。

1.4JIT生产方式的核心问题——投产排序
综上所述，生产模式的选择对汽车制造企业的发展有十分重要的影响。

JIT生产方式是目前我国大型汽车制造企业所主要采用的生产模式，它运用混流生产线进行生产。

而组织多品种混流生产的关键是实现生产的“平准化”，平准化的核心是混流生产线产品投产顺序的最优化。

即：指产品被拉动到生产统之前要人为的按照加工时间、数量、品种进行合理搭配和排序，使拉动到生产系统中的工件流具有加工工时上的平稳性，保证均衡生产，同时在品种和数
11。