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摘 要

工业4.0正成为未来制造业的发展趋势，而生产计划是制造业管理的核心内容，而传统的生产计划模型中没有质量风险预测、规划和调节功能，因此，难以满足高质量产品的生产需求，急需我们做出调整以适应国际产品竞争要求。本文采用数学建模的方法，对一个flowshop型生产线的产品加工任务与任务风险进行定义与定量表达，并由此建立一个生产计划模型。假设在产品的生产过程中会出现产品的加工质量风险，运用田口计算方法计算出质量风险的损失成本，并由此建立一个质量损失模型。然后将质量损失模型结合到生产计划模型中，最终得到一个能够满足质量性能的flowshop型生产线的最优生产计划模型。

关键词：生产计划 质量损失 flow-shop型生产线 数学建模

Research on the production planning of flow-shop production line considering the risk of processing quality

ABSTRACT

Industry 4.0 is becoming the development trend of manufacturing industry in the future, production planning is the core content of manufacturing management, however, In the traditional production planning model, there are no quality risk prediction, planning and adjustment function. Therefore, it is difficult to meet the production needs of high quality products, and urgently need to adjust to meet the requirements of international product competition. In this paper, the mathematical modeling method is used to define and quantitatively express the product processing task and the task risk of a flow-shop production line. On the basis of this, a production planning model is established. Assuming the processing quality risk will appeared in production process, calculate the cost of the loss of quality risk by using Taguchi quality loss function, and establish a quality loss model. Combining the quality loss model with production planning model, we can get an optimal production planning model that can meet the quality performance of flow-shop type production line finally.

Key Words: Production planning; quality loss; flow-shop production line; mathematical modeling

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 生产计划 1

1.2.1 生产计划对制造业的重要作用 2

1.2.2 生产计划的分类 3

1.2.3 生产线 4

1.3生产计划的国内外研究现状 6

1.3.1 国内研究现状 6

1.3.2 国外研究现现状 6

1.4 本文研究内容 7

第二章 生产计划的成本研究 8

2.1 flow-shop生产线在提前/拖期问题下的生产计划模型 8

2.2 产品的质量损失 10

2.2.1 质量损失 10

2.2.2 质量特性 11

2.2.3 质量损失函数 12

2.2.4 质量损失模型 17

2.3 提前/拖期问题中考虑质量损失的flow-shop型生产线的生产计划模型 20

第三章 基于MATLAB遗传算法对模型进行分析 23

3.1 MATLAB软件介绍 23

3.2 遗传算法介绍 23

3.2.1 遗传算法的特点及原理 24

3.2.2 遗传算法的优点与不足之处 25

3.2.3 MATLAB遗传算法工具箱简介 26

3.3 算例分析 27

3.3.1 不考虑产品的加工质量风险 27

3.3.2 考虑加工质量风险时的生产成本 30

第四章 总结与展望 33

参考文献 34

致谢 36

第一章 绪论

1.1 引言

制造业始于17世纪中叶开始的工厂手工加工制造业，到18世纪的工业革命及其机器-蒸汽机时代和19世纪至20世纪初的电气技术时代。这三个阶段的生产力的发展和科学技术的进步以及社会需求的提高，为传统制造业的发展提供了必要的条件和科学技术基础。

而从世界范围看，制造业始终是发达国家经济实力的脊梁。一个国家的国际竞争力和国际经济地位与其制造业的发展有着密不可分的关系。根据调查显示，在全球最大的100家跨国公司中，70%都集中在制造业，而世界上最发达的几个国家——国、日、德等国，无一例外，它们的制造业在世界上都是最为发达的，竞争力也是最强的。

当前世界的制造业遇到前所未有的新机遇，机遇之一来自“工业4.0”。 “工业4.0”包含了对当前制造业的的基本模式进行一次转变，即由传统的集中式控制向分散式增强型控制发展，其目标是建立一个产品与服务都具有高度的个性化和数字化的特点的生产模式。在这种模式下，传统的行业界限将消失，同时会产生一系列新的发展领域与合作形式，而产业链的分工与创造新价值的过程也都会发生巨大改变。“工业4.0”的一个重要议题便是在如今的信息经济时代，制造工业如何提升自身的效率和灵活性。而这就需要制定合理的生产计划。

1.2 生产计划

生产计划是企业对其生产活动的总体方面的一个计划，是企业在生产计划期对生产时应达到的产品种类、质量、产量等生产任务的计划，也是对产品的生产进度的提前安排。生产计划在产品开始生产之前对企业起纲领性的指导作用，它反映的并不是某一条生产线或其中几个生产岗位的生产活动，也不是生产线中一些具体的人力、机器设备或其他物资的使用安排问题或者产品生产的细节问题。生产计划是企业在制定物资供应计划、劳动工资计划、财务计划的基础，是制造企业一切生产活动的依据。

1.2.1 生产计划对制造业的重要作用

任何一个制造型企业，都必须对其生产活动进行详细的计划和精准的控制，包括对市场需求的预测、对产品生产数量的预估、何时购买生产物料、购买多少以及在生产活动中对人员以及设备的工作任务的分配等，这就需要制定详细的生产计划。生产计划是制造企业在其生产管理活动中的首要环节，目标是对其接下来的生产活动进行计划和控制。一个制造企业的生产计划是在该企业总体的经营战略的指导下来进行制定的，具体是根据其市场需求预测和客户的订单来对决定企业生产的产品的种类、数量、生产时间、生产要素的分配等一系列问题，并需要在进行生产活动之前对这些生产任务进行计划和安排，使得企业生产出来的产品能够满足客户的需求，并能够将企业的人力、物力和财力合理进行利用，从而达到提高生产效率、降低生产成本、减少库存和提高利润的目的，使企业在获得不错的经济收益的同时能够良好地运行下去。

随着制造业技术的不断发展，生产计划在制造企业中的作用就变得越来越重要。随着制造业的不断发展，企业收到的订单越来越多，需求也各不相同，这就使得制造企业的生产规模不断扩大，设备逐渐增多，生产线的复杂程度越来越高，而客户所要求的产品交货期变得越来越短，这就使得企业的生产压力逐渐增大，生产管理的复杂度也不断上升，进而导致生产现场往往顾此失彼，最终会出现消耗更多的资源，付出更多的成本，却仍然不能满足客户需求的情况。而这让人们开始意识到生产计划的重要性，对生产计划开始重视起来。

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