基于場論的生產場場強模型構建與應用

金鳳花,李全喜,孫磐石

(吉林大學 管理學院,吉林 長春 130025)

●實務·方法

基于場論的生產場場強模型構建與應用

金鳳花,李全喜,孫磐石

(吉林大學 管理學院,吉林 長春 130025)

文章將場論引入面向MC的汽車生產系統中,提出生產場的定義及性質,結合汽車生產系統的特點,構建了生產場場強模型,綜合生產、物流和信息活動來評價不同零件的物料配送對生產的影響。基于 A企業某產品族總裝車間 10種通用零件的生產數據,利用場強模型進行實例分析,分析場強差異的關鍵影響因素,為從整體角度優化生產物流系統、促進生產的順利進行提供了依據。

生產物流;大規模定制;物料配送;場論;生產場;生產場場強

一、引 言

在 “以顧客需求為導向”的市場環境下,汽車企業為了適應競爭,改變了過去強調以產品生產為中心、提供高品質、低成本產品的傳統大規模生產模式,而是轉向強調以顧客為中心、為顧客提供個性化服務、并保持產品的高品質、低成本的大規模定制 (MC,Mass Customization)生產模式[1]。國內外對MC的研究,大多是以縮短時間、降低成本為目標,關注產品族設計、產品配置、客戶定制、客戶關系管理等方面的內容[1-9]。但是,面向MC的汽車生產企業在生產客戶滿意產品的過程中,不僅需要設計、制造、柔性等技術,同時需要順暢的“物料配送”來支持生產的完成,即指在生產系統中將物料按多批次、小批量地準時送到生產現場或工位的物流配送活動。通過研究物料配送對生產系統的影響,將有利于充分發揮其應有的作用,從而保障生產系統的順暢運行,以最低的成本、最短的時間更好地滿足顧客的需求。

二、場論應用的研究現狀

“場”在物理學中是指某種物理量在空間的分布狀況,用于揭示空間物體的相互作用和運動規律。國內外很多學者將場論引入到經濟領域中,出現物流場、社會場、引力場、知識場、擴散場等理論,王宗喜以物流中心為對象,提出物流場強、物流動量、物流場勢、物流場壓等概念,運用靜電場論分析研究物流活動的基本規律[10];湯銀英剖析了城市物流活動空間的組織規律,探討了物流場性質和特點,構建了物流“點”“線”“面”效應場及其空間結構模型,分析城市的物流地位[11];布迪厄利用場論視社會為 “大場域”,將傳統社會學的實體論轉向了關系論的思維方式[12];孟氧利用量子力學中的介質場理論,在分析自然與社會交錯運動的基礎上研究自然時空向經濟時空的轉化,論證了經濟學社會場問題[13];W.Isard發展了重力場引力模型,提出一個城市與周圍幾個城市相互作用的總潛力模型[14];傅為忠等基于引力模型提出經濟輻射場強模型,分析合肥、馬鞍山、蕪湖融入長三角城市發展的客觀和主觀條件,為安徽三市融入長三角城市發展提供依據[15];日本學者伊丹敬之提出組織中場的概念及管理理論,并提出組織場具備“主題、規則、載體、愿望”這四個基本要素來分析組織中成員的相互作用[16];Xu和 Goule在經濟學中提出投入產出系數梯度場[17];張黎在定義知識擴散場的基礎上,探討了知識擴散的梯度、散度及知識擴散的規律,以傳統企業知識化為例說明知識擴散場的應用[18]、陳飛翔在文獻[20]基礎上,提出用于描述吸收體在知識擴散過程中知識發展狀態的經濟模型,闡明知識擴散的條件、過程和作用機理[19];陳國宏提出技術創新擴散場的概念,并分析技術勢差與技術擴散的特性[20];劉茂長運用場的思想和 Logistic基本原理構建創新產品擴散擾動模型,并對中國移動通信產品擴散擾動進行了實證分析[21]。

三、生產場場強的基本理論概述

(一)生產場的定義

“場”具備以下基本要素:(1)是一個特定的時間與空間范疇; (2)在場的空間區域存在若干元素 (即物理量);(3)各元素有特定的分布規律、運動規律并相互聯系、相互作用[22]。

生產系統與靜電場、引力場一樣,也具有場特征: (1)生產系統是能夠實現將輸入資源轉化為期望產出過程的系統,由生產活動區域決定了它所覆蓋的空間范圍,例如生產車間、制造企業,而且生產元素每個時刻都有其相對應的狀態,隨著時間發生狀態變化; (2)生產系統包含設施、技術、物料、信息等元素,這些“場元素”正是由于某種“場”的存在,才使生產系統利用設施和技術促進物料、信息的流動;(3)同時,這些元素為了滿足生產需求而相互聯系、相互作用,最終提供產品或服務。因此,進一步證明了從場的角度分析生產系統的合理性,由此定義生產場:在生產系統中,相互聯系、相互作用的各種生產元素在一定時間和空間范圍內的分布狀態,而且信息在此場中起到非常重要的媒介作用,影響著生產場的輻射。

(二)生產場的性質

在已證明場論適用于分析生產系統的基礎上,以典型場——靜電場為例,通過比較靜電場與生產場的性質,可以更形象地理解生產場,場分布示意圖如圖 1所示,性質分析如下:

(1)有源性。靜電場的源是指處于有源電場中的點電荷,電場強弱取決于點電荷的電量、介電常數及其與目標電荷的距離。類似地,生產場的源是指生產系統中的待裝配產品,場源驅動著系統中的生產活動、物流活動、信息傳遞等,生產場的強弱取決于場源 “電量”、生產場因子及生產線與物流區的 “距離”;

4.5 開展心理培訓，提高護士的應對能力 對護士進行心理培訓，使護士掌握應對壓力的技巧，提高護士的心理承受和自我調節的能力。培養護士樹立正確的人生觀和價值觀，培養自信心，努力克服自卑感，正確評價自己在社會中的地位與價值，保持樂觀心態［6］。

(2)方向性。靜電場的方向由電力線來描述,總是始發于正電荷,終止于負電荷或無窮遠。生產場的方向,始發于生產系統的“源”,終止于物流區和生產系統輸出點,呈現輻射狀態,場源對生產系統輸出點以外更遠位置的影響忽略不計;

(3)全息性。這點性質與靜電場不同,信息與生產場是共生體,在生產場的每個位置、每個生產活動、每個工人的操作工作中,都記錄著生產場的信息,正是信息媒介在生產場的全場滲透,才促進了生產場的輻射作用;

(4)疊加性。n個點電荷所激發的電場,基于矢量疊加原理可以“合成”為一個新電場。同理,若生產系統中同時生產多類型產品,每種類型代表的場源,在同一個空間中形成疊加場源,產生復合場;

(5)動態性。場是一個開放的空間,與外界空間進行的能量的交換,隨著市場需求環境的變化,由企業生產的產品種類、物流區運作水平等因素的影響,生產場呈現動態性。但是企業在某個周期內的運營是相對不變的,在這個周期內,生產場基本滿足穩態場的特征。

靜電場和生產場的分布示意圖如圖 1所示。

圖1 靜電場與生產場的分布示意圖

(三)生產場場強模型

本文結合面向MC汽車企業的生產特點,提出生產場場強的定義:生產線裝配產品產量為 Q,即場源“電量”為 Q;物流區中有 p種裝配所需的零件,即有 p個“試驗電荷”,其電量為該種零件的數量;每個“試驗電荷”分別與場源有一定的“距離”,生產場場強即為場源對不同種單個零件所產生的拉動作用力。依據定義構建生產場場強模型為:

模型中涉及的參數含義及參數值獲取方法如下:

(1)K——生產場因子。生產場因子是根據電場中介電常數的定義所設定的參數,是指現有生產環境本有的并對生產場輻射有利的綜合屬性,即某個周期內,在 K所確定的相對穩定的環境中進行生產。K值的確定,首先通過分析面向MC汽車制造企業的生產特性,并結合其他學者對生產評價及物流績效評價方面的研究,確定影響生產場的各種因素,如圖 2所示。

圖2 生產場因子的影響因素指標圖

然后由企業專家根據圖 2中指標之間的相對重要度來構建判斷矩陣 A-B、B1-C、B2-C、B3-C,運用層次分析法在滿足一致性的前提下,確定各層指標的權重;其次,選取 C3～C7指標 m天的數據,運用熵權法確定其客觀權重,結合層次分析法的結果,最終確定綜合分級權重;由企業專家對各指標進行打分,以 (1～10)之間的值表示各指標對生產場輻射作用的影響程度,分值越大,表明影響越大;最后結合以上數據,代入公式 (2)獲得這些因素的綜合值 K,K的滿分值為 10分。由于所要分析的各種零件處于同一個生產系統中,而且 K表征整個生產系統的綜合屬性,因此 K的確定是將物流區作為一個整體來分析。

式 (2)中,By為準則層指標權重,Cx指標層評價指標權重,Sxy為專家為各指標確定的分值,y為準則層評價指標數,x為指標層評價指標數。

(2)R——生產場場源與某零件的 “距離”。本文特指廣義距離。若依據電場模型中的距離,生產線與物流區的絕對距離只能表示單一的數據,無法體現物流區與生產線的綜合運作水平。因此綜合庫存、配送、效率等方面與生產線的響應效率作為場強模型中的 “距離”,“距離”越小,物料配送活動對生產線變化的響應效率越高。“距離”數值是基于灰色關聯度分析法,以不同生產日產量為參照序列,確定的裝配產品產量與生產物流運作水平的綜合關聯度的倒數,具體步驟如下:

①將 C3～C7指標m個生產日數據列和產量數據列進行無量綱化,得到參照數列 y0、比較數列 yi(i=3,4,…,7);

②找出數列 y0與數列 yi之差的絕對值中最大絕對值差值和最小絕對值差值;

③求灰色關聯系數:

生產場場強模型與靜電場場強模型的比較,如表 1。

表1 靜電場場強模型與生產場場強模型比較表

(四)實例分析

物料配送對于保障面向MC汽車生產企業的順暢生產非常重要,企業生產每個產品都需要幾千種零件,其中任何一個零件出現問題,都將會影響整個車間的正常運行。A企業是中德合資經營的大型汽車生產企業,旗下擁有多個產品族系列,本文以其中的某產品族總裝車間為例,車間全線共有167個裝配工位,混流生產該產品族下的四種車型,兩班設計總產能為 20萬輛 /年。該總裝車間采用 J IT生產管理模式,物料配送依據 J IT批量配送方式,每天早上配送一定批量的零件到生產線旁,隨著生產過程零件的消耗,當線旁存量低于取貨點時,將向物流區發出要貨信息,物流區按照需求信息配送一定批量零件到線旁。根據圖 2統計該產品族 10種通用零件 7個工作日的數據,利用生產場場強模型進行實例分析,比較分析不同零件的物料配送對生產活動的影響。

(1)計算生產場因子 K。由于生產場因子是表征整個生產系統的綜合屬性,因此利用熵權法對圖 2中指標 C3～C7的 10種零件總數據進行分析,所得的客觀權重結合層次分析法的權重結果來確定綜合分級權重,如表 2所示。將專家所給出各指標的分值及綜合權重代入公式 (2),計算得出生產場因子 K=7.0412,即現有生產系統的綜合屬性值為 7.0412,與滿分值 10作比較,該車間的綜合表現屬于中上等水平。

表2 生產場因子影響因素指標的權重表

(2)計算生產場場源與不同零件的 “距離”R。將總裝車間 10種通用零件 7天的生產數據,按照指標含義進行相應計算 (由于篇幅有限,僅列出其中兩種零件的指標值,如表 3所示),參照 “距離”R的計算步驟,計算得出生產場場源與不同零件的 “距離”,如表 4所示。

表3 零件 1、零件 5的生產數據表

表4 生產場場源與 10種零件的 “距離”表

表5 生產場場源對 10種零件的場強表

(3)計算場源對不同零件的生產場場強。本文以生產系統在周期內的平均表現來分析生產線對零件的場強,場源的“電量”Q選取 7天產量的均值,即 Q=113。將 Q、R、K數值帶入公式 (1)中,計算出各零件的場強 (表 5)。

依據靜電場理論及表 4、表 5數據,繪制出各零件 (“試驗電荷”)與場源所在生產場的分布示意圖 (如圖 3a,圖中虛線表示等距離線)。圖中離場源越近的零件,其生產場場強越大,表明場源對每個該種零件的拉動力越大,在生產活動發生變化時,該零件的配送能夠更好地響應這種變化,“推動”生產系統保持正向運行,保障生產活動的順利進行。

從圖 3a中可以看出各零件的生產場場強有一定的差距,零件 1的場強最大,零件 2最小,其他的零件位于零件 1、2之間,通過分析數據發現對場強影響較大的指標是 C6(庫存周轉率)、C7(配送上線數量)。對這兩個指標進行分析,場強較小的零件存在的問題是:物流區在工作日早上直接將零件預計一天的需求量一次送到線旁,與當日產量的匹配不一致性較大;或者零件的供應商為了保證不增加自身的送貨成本,有時不按照需求量送貨,而是直接配送幾日的需求量,使得物流區存貨面積不足,物流區向生產線配送多余的量,導致物料配送與生產活動的匹配降低,增加了生產活動中出現“浪費”的機率,甚至降低單位時間內的產量。

圖3 零件在生產場的分布示意圖

對于生產線來說,每種裝配所需的零件都是同等重要,一旦某一種零件響應較差,將會產生系統“瓶頸”而影響整個生產系統,而且現有的市場環境,不可能保證面向MC的生產企業長期應對同樣的產品需求,生產系統必須能夠快速響應需求的變動。其實現過程不僅依賴于產品生產柔性化方面的設計前提,而且需要物料配送與生產變化幅度之間的高度匹配,這就要求所有零件都能與生產活動保持較好、均勻的一致性。企業應該采取措施逐漸消除“瓶頸”約束,以該車間受到場強最大的零件為目標,加強小批量、多批次配送上線的實施,在提高庫存周轉率的同時,加強配送數量與生產需求之間的匹配,不斷地優化生產物流系統,不僅關注減小不同零件配送活動與場源之間的“距離”差距,而且應該通過對物料配送的優化來縮短各零件與生產線的 “距離”,即如圖 3b所示,使得物料配送能夠更好地服務生產系統。企業在順暢的物流活動、快速準確的信息活動的支持下,必然可以提高生產效率,提升面向MC生產企業的響應能力,更好地滿足顧客的需求,提高企業競爭力。

五、結 論

本文將場論應用到面向MC的汽車生產企業中,提出了生產場的定義和性質,借鑒靜電場場強模型并結合汽車生產企業的特點構建了生產場場強模型,從“場”的角度來評價不同零件的物料配送對生產系統的影響,并以 A汽車企業總裝車間的生產數據進行實例分析。基于生產場場強模型,獲得產品族 10種通用零件與場源的“距離”、場源對各零件施加的場強等方面的評價結果,通過比較不同零件的配送對生產系統的影響,分析導致其差異的關鍵因素,為優化生產物流提供了依據,從而有助于保證生產系統的順暢性、響應性,提高企業的生產效率,在最短時間內滿足顧客需求。本文在構建生產場因子影響因素的過程中,重點關注物料配送的影響,因此結果有一定的局限性,在以后的研究中將對影響因素進行補充和修訂,更全面地分析生產系統。

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[責任編輯:張 青]

Construction and Application ofManufacturing Field Strength Model based on Field Theory

J IN Feng-hua,L IQuan-xi,SUN Pan-shi
(School of Managem ent,Jilin University,Changchun130025,China)

Introduced field theory into automoblile assembly system undermass customization enviroment,proposed concept and properties ofmanufacturing field,constructed field strengthmodel combinedwith the characteristicsof automobile assembly system,and evaluated the influence of different parts feeding on manufacturing from manufacturing,logistics and infor mation activity.Conducted example analysis by the field strengthmodel based on ten generalparts data of some product family assembly shop in enterpriseA,analyzed key factorswhich impacted on strength difference,and provided basis for optimizingmanufacturing logistics system and promoting s mooth manufacturing integrally.

manufacturing logistics;mass customization;material feeding;field theory;manufacturing field;manufacturing field strength

F273

A

1007—5097(2011)03—0156—05

10.3969/j.issn.1007-5097.2011.03.036

2010—04—14

吉林省社科基金重點項目 (20080607)

金鳳花 (1982—),女 (朝鮮族),黑龍江鶴崗人,博士研究生,研究方向:生產運作管理,物流與供應鏈管理;

李全喜 (1963—),男,天津人,吉林大學管理學院物流與供應鏈研究中心主任,博士生導師,研究方向:生產運作管理,物流與供應鏈管理;

孫磐石 (1982—),男,山東煙臺人,博士研究生,研究方向:生產運作管理。