不确定性环境与生产系统柔性*，本文主要内容关键词为：柔性论文,不确定性论文,环境论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
柔性这一概念之所以越来越受到重视，有两个原因，首先，随着人们生活水平的提高，对生产系统的要求发生了变化，人们不再满足大规模生产方式下的单一品种，出现了需求多样化的趋势，加之，市场竞争加剧，市场趋于饱和，企业加深对区隔市场的开发，这样，使生产系统面对的市场更加多变，如若生产系统没有应变能力就难以生存和发展；其次，现代柔性生产技术，如数控加工(CNC)、柔性制造(FMS)和计算机集成制造(CIMS)等不断涌现，增加了生产系统的应变能力，而柔性则是这些技术的核心概念和目标。所以生产系统的柔性是企业获得竞争优势的重要资源。现在，许多研究者把柔性作为生产系统与成本、质量和交货期（包括时间和数量两个方面）同等重要的目标，正是这种现实的反映。因而对柔性的研究不仅是很重要的，而且也是很紧迫的。
本文从生产系统的目标出发，进而分析由市场需求的不确定而造成目标的变化，以及为适应这些变化生产系统所应当具备的灵活性（即柔性），最后提出分析的一般模式。
一、生产系统的目标与柔性
生产系统的目标可分为两类，一类产生于市场需要，它与生产系统对顾客服务达到的水平有关，包括生产的品种、产品质量，顾客购买该产品的代价（即价格）与获得物品的交货期（包括交货时间和交货数量）四个目标。不过对生产系统而言，产品价格是外生的，是由市场力量决定的，尽管企业的市场战略和垄断程度可能会对价格产生影响，但它不是生产系统直接追求的目标，所以，在下面的讨论中将不考虑价格问题。生产系统的另一类目标与资源生产率有关，可以是设备、劳动和材料的生产率，各资源要素生产率与成本的关系密切。成本是一个反映生产系统效率的综合指标，与资源生产率相关的目标可用成本来衡量。对于与市场相关的目标，可以把可靠性的概念引进来，就是说生产系统对顾客的服务在品种规格，质量和交货期、交货数量等方面应具有高可靠性，如果市场对品种规格、产品质量、交货期和交货数量的要求发生变化，高可靠性的生产系统应当适应这种变化，这就要求生产系统必须具有柔性。所以柔性概念是与生产系统对顾客服务的可靠性相对应的，是同一层次的概念，它是达到可靠地服务市场这一目标的手段。表1列出了服务顾客的目标水平、可靠性和柔性之间的关系。
表1 服务顾客的目标
从表1中可以看出，生产系统的目标应具有两个层次，其一，是一定的质量水平，一定的品种规格，承诺的交货期与数量；另一个层次是实现上述目标的可靠性，特别当上述目标发生变化时，生产系统应具有柔性来可靠地实现相应的服务。上述分析可以看到，生产系统柔性的需要是由于第一层次的目标（市场需要）的变化造成的。一般而言，这种变化具有不确定的性质，不确定性程度不同，对生产系统柔性的要求也不同，对环境不确定性的分析有利于设计生产系统柔性的结构。
二、环境不确定性的含义及其分类
对企业来说，环境包括内部环境和外部环境两个方面。内部环境指生产系统的内部状态。如是否出现故障等；外部环境主要指市场。一般来说，企业所面临的环境总是存在不确定性，它对环境中的客观事件的发展和未来状态无法准确地预知。不确定性可以定义为对事物缺乏了解。这个概念涉及感知环境的主体（企业）和主体对环境的知识（信息）这两个方面。关于环境的知识（信息）越多，不确定性就会降低。可见不确定性是个程度概念，决策者应当尽可能多地获得信息，减少不确定性，才有利于对出现的环境事件作出明确的反应。影响主体对环境不确定性的感知程度取决于两个因素，其一是环境复杂性，指环境因素多寡和因素之间的差异程度（多元化程度），例如，一个面对国内市场的厂家与一个面对国际和国内两个市场的厂家相比，其环境不确定性程度是不一样的，前者面临的因素数目少，因素之间差异度小，不确定程度低。环境越复杂，主体感知程度越低，不确定性程度越高；其二是环境动态性，指环境因素在一段时间内发生变化。环境动态性取决于环境变化的速率与时间跨度两个因素。变化的速度越快，时间跨度越长，感知的不确定性程度越高，环境就越难以预测。从这两个方面看，即使系统所面临的环境较复杂，如果环境是静态的，变化较小，主体感知程度可以加深，从而减少不确定性程度，如果环境因素既复杂又变化快，那么不确定性就加大了。对厂商而言，它们成年累月面对特定市场，影响感知程度的主要因素来自环境变化的不可预测性，所以，许多学者把不确定性用变化来度量。
根据不同时间跨度和变化的速率可把环境变化分为三类：短期变化，中期变化和长期变化。这样根据时间跨度的分类法有三个特点：(1)把变化的层次分开。长期变化是较长时期才能观察到，在短时期长期变化很小，所以在观察短期变化时，长期变化相应的状态变量为常数，从而简化了问题，例如，在考虑产量波动时，生产能能力可视为常数。(2)不同类型的变化产生的部位不同。例如，短期变化如设备故障等大多产生于系统内部，而长期变化如产品更新换代，则产生于系统外部环境的变化。对不同的变化，生产系统应具备不同的柔性。(3)不同类型的变化发生的频率不同和对系统的影响也不同。一般短期变化发生的频度高，且易处理，而长期变化不经常发生，一旦发生对生产系统的影响较大，如果系统没有相应的柔性，则整个生产系统都会失败，甚至废弃。例如，一条专用流水线出现故障很常见，也较容易处理，但市场要求更新产品时，生产系统若不适应这种变化则现有生产系统可能会全部废弃。一般生产系统所面对的环境变化如表2所示。
表2 环境变化的类型
环境变化引起市场对生产系统的要求发生变化，生产系统就应当具有适应变化的能力即柔性，例如，为了适应中期产量波动，生产系统应当具有产量柔性；为了适应长期需求的增长，生产系统应能够扩大生产能力，有扩张柔性。如果出现对新产品需求，生产系统应具有适应品种变化的能加工多种产品的柔性，否则，只有废弃现有加工设备了。
三、生产系统的柔性
柔性就是灵活性的意思，是系统处理变化的能力。生产系统的柔性概念应包括两个方面，第一个方面是系统的加工范围。如果一个生产系统能呈现范围更宽的加工状态或行为，则它具有较大的柔性，例如，生产的产品品种多，能生产不同的产量或质量，就具有较大的柔性。第二个方面是系统从一种加工状态转变到另一加工状态的难易度。这个难易度可用转换的时间和转换的成本来度量。从一种加工状态转变到另一加工状态，转换的时间长，费用高，生产系统的柔性也就较低。转换时间和转换成本是替代的关系，缩短转换时间会加大转换费用。如果不考虑时间，可以通过重新投资新生产系统改变加工可能性。
区分生产系统加工处理的范围和在不同加工状态间转换难易度这两个方面是非常重要的，有利于管理者识别不同的柔性需要。例如，某位负责销售的部门主管希望生产系统能生产较广范围的产品以适应市场多样化的需求，他强调的是生产范围，即范围柔性；另一位经理可能会强调生产线在生产两种产品时转换调整时间不要太长，在订货变化时有灵活性，他更关心的是反应速度即反应柔性。所以在考察变化对柔性的需要时，首先要区别需要的是范围柔性还是反应柔性。强调生产系统可调整范围和反应速度也与环境变化的长期和短期相对应。一般短期变化需要生产系统从一种加工状态转换到另一加工状态所需的时间短成本低，具有快速反应的柔性。如一批紧急订货要求生产线快速调整。而长期变化要求生产线具有较宽的加工范围，例如，当出现新产品时，现有生产系统仍然能加工和处理。
市场需求的变化要求生产系统具有相应的柔性以处理这些变化。而不同的变化要求生产系统的柔性也各异。一般地说，从生产系统实现服务市场可靠性这个目标出发，下述柔性是一个生产系统应当具备的，(1)具有应付由于产品寿命周期缩短造成的新产品引入的适应能力即产品品种柔性；(2)应付短期需求波动的产量柔性；(3)具有在同一生产线上加工多种产品的组合柔性（强调快速经济地调整生产）；(4)具有应付长期市场需求增长的能力扩张柔性；(5)应付紧急交货的交货期柔性；(6)当产品质量改进时，能加工出新质量水平的质量改进柔性。这六种柔性是生系统表现出来的综合柔性，是可靠地实现生产系统目标的保证。
上述六种柔性是面向市场和顾客的，它们是由生产系统资源提供的，为了实现这些综合柔性，生产系统的资源应具备相应的柔性。根据综合柔性的来源的产生的部位，生产系统的资源应具备下列五种基本柔性，(1)机器柔性，包括两个方面的含义，一是在一台机器上对一个零件进行多种加工而不需装卸；二是在一台机器上对一组不同类型的零件进行不同的操作。可以通过缩短准备时间和快速更换刀具提高机器的反应柔性。机器柔性对产品品种柔性，产品组合柔性等是重要的来源；(2)物料搬运柔性，指系统能处理多种物料和工件的搬运；(3)加工路线柔性，指一组零件可以使用多条加工路线；路线柔性在设备出现故障时显得特别重要，它允许把零件转移到别的机器上进行加工；(4)人工柔性，指工人快速有效地处理多种任务和工作的能力；高柔性的工人，当产品更新时无需太多的培训就可以适应加工任务的变化；(5)物料加工柔性，指生产系统能处理多种物料，这对于新产品的引入是重要的。这些基本柔性是生产系统的物理柔性，其不同组合表现不同的面向市场的综合柔性，例如，机器柔性，物料搬运柔性、人工柔性和物料加工柔性的某种组合就产生了生产系统能加工多种产品的品种柔性；又如，机器柔性、加工路线柔性和人工柔性的适当组合能够产生适应交货期变化的交货期柔性，当有紧急订货出现工艺瓶颈时，机器柔性使得调集多台设备加工该批订货成为可能，路线柔性可以使零件在不同的机器间移动，缓解了瓶颈紧张状态。基本柔性和综合柔性的关系如图1所示。
图1.基本柔性和综合柔性的关系
四、一般分析模式
从前面的分析表明，环境市场需求的不断变化就要求生产系统应具备相应的应变能力，即具有相应的柔性。因而，如何识别环境的变化，并设计相应的柔性与之匹配是一个十分重要的课题，下面就对这个问题进行研究，并建立一个一般的分析模式如图2所示，其思路如下：
图2.一般分析模式
首先，对环境的不确定性变化的类型进行识别，根据环境变化的类型，确定对生产系统目标要求的变化，进而确定应付变化的策略，一种策略可以采取组织创新，如纵向联合，长期合同，转包合同和成组技术等方法；另一种策略是设计和选择相应的生产系统柔性：第一步，根据变化的类型确定生产系统的综合柔性类型及其相应的适应范围和反应速度；第二步，把综合柔性向基本柔性进行分解和分配，落实在生产过程的各个环节之中。一般地，一种综合柔性可以由不同的基本柔性组合得到，不同的组合涉及到不同的投资和费用，在柔性分配时，应选择费用省柔性高的组合方式。
五、小结
柔性是生产系统所应具有的重要特征，它是作为应付动态多变的市场需求的重要手段，它对于提高生产系统的适应性和稳定性是至关重要的。在考虑生产系统的柔性时应注意分析环境变化的类型，长中短期变化对生产系统的柔性的需要是各不相同的，相应的生产系统基本柔性要素的组合也不相同。