基于场论的生产场场强模型构建与应用

金凤花,李全喜,孙磐石

(吉林大学 管理学院,吉林 长春 130025)

●实务·方法

基于场论的生产场场强模型构建与应用

金凤花,李全喜,孙磐石

(吉林大学 管理学院,吉林 长春 130025)

文章将场论引入面向MC的汽车生产系统中,提出生产场的定义及性质,结合汽车生产系统的特点,构建了生产场场强模型,综合生产、物流和信息活动来评价不同零件的物料配送对生产的影响。基于 A企业某产品族总装车间 10种通用零件的生产数据,利用场强模型进行实例分析,分析场强差异的关键影响因素,为从整体角度优化生产物流系统、促进生产的顺利进行提供了依据。

生产物流;大规模定制;物料配送;场论;生产场;生产场场强

一、引 言

在 “以顾客需求为导向”的市场环境下,汽车企业为了适应竞争,改变了过去强调以产品生产为中心、提供高品质、低成本产品的传统大规模生产模式,而是转向强调以顾客为中心、为顾客提供个性化服务、并保持产品的高品质、低成本的大规模定制 (MC,Mass Customization)生产模式[1]。国内外对MC的研究,大多是以缩短时间、降低成本为目标,关注产品族设计、产品配置、客户定制、客户关系管理等方面的内容[1-9]。但是,面向MC的汽车生产企业在生产客户满意产品的过程中,不仅需要设计、制造、柔性等技术,同时需要顺畅的“物料配送”来支持生产的完成,即指在生产系统中将物料按多批次、小批量地准时送到生产现场或工位的物流配送活动。通过研究物料配送对生产系统的影响,将有利于充分发挥其应有的作用,从而保障生产系统的顺畅运行,以最低的成本、最短的时间更好地满足顾客的需求。

二、场论应用的研究现状

“场”在物理学中是指某种物理量在空间的分布状况,用于揭示空间物体的相互作用和运动规律。国内外很多学者将场论引入到经济领域中,出现物流场、社会场、引力场、知识场、扩散场等理论,王宗喜以物流中心为对象,提出物流场强、物流动量、物流场势、物流场压等概念,运用静电场论分析研究物流活动的基本规律[10];汤银英剖析了城市物流活动空间的组织规律,探讨了物流场性质和特点,构建了物流“点”“线”“面”效应场及其空间结构模型,分析城市的物流地位[11];布迪厄利用场论视社会为 “大场域”,将传统社会学的实体论转向了关系论的思维方式[12];孟氧利用量子力学中的介质场理论,在分析自然与社会交错运动的基础上研究自然时空向经济时空的转化,论证了经济学社会场问题[13];W.Isard发展了重力场引力模型,提出一个城市与周围几个城市相互作用的总潜力模型[14];傅为忠等基于引力模型提出经济辐射场强模型,分析合肥、马鞍山、芜湖融入长三角城市发展的客观和主观条件,为安徽三市融入长三角城市发展提供依据[15];日本学者伊丹敬之提出组织中场的概念及管理理论,并提出组织场具备“主题、规则、载体、愿望”这四个基本要素来分析组织中成员的相互作用[16];Xu和 Goule在经济学中提出投入产出系数梯度场[17];张黎在定义知识扩散场的基础上,探讨了知识扩散的梯度、散度及知识扩散的规律,以传统企业知识化为例说明知识扩散场的应用[18]、陈飞翔在文献[20]基础上,提出用于描述吸收体在知识扩散过程中知识发展状态的经济模型,阐明知识扩散的条件、过程和作用机理[19];陈国宏提出技术创新扩散场的概念,并分析技术势差与技术扩散的特性[20];刘茂长运用场的思想和 Logistic基本原理构建创新产品扩散扰动模型,并对中国移动通信产品扩散扰动进行了实证分析[21]。

三、生产场场强的基本理论概述

(一)生产场的定义

“场”具备以下基本要素:(1)是一个特定的时间与空间范畴; (2)在场的空间区域存在若干元素 (即物理量);(3)各元素有特定的分布规律、运动规律并相互联系、相互作用[22]。

生产系统与静电场、引力场一样,也具有场特征: (1)生产系统是能够实现将输入资源转化为期望产出过程的系统,由生产活动区域决定了它所覆盖的空间范围,例如生产车间、制造企业,而且生产元素每个时刻都有其相对应的状态,随着时间发生状态变化; (2)生产系统包含设施、技术、物料、信息等元素,这些“场元素”正是由于某种“场”的存在,才使生产系统利用设施和技术促进物料、信息的流动;(3)同时,这些元素为了满足生产需求而相互联系、相互作用,最终提供产品或服务。因此,进一步证明了从场的角度分析生产系统的合理性,由此定义生产场:在生产系统中,相互联系、相互作用的各种生产元素在一定时间和空间范围内的分布状态,而且信息在此场中起到非常重要的媒介作用,影响着生产场的辐射。

(二)生产场的性质

在已证明场论适用于分析生产系统的基础上,以典型场——静电场为例,通过比较静电场与生产场的性质,可以更形象地理解生产场,场分布示意图如图 1所示,性质分析如下:

(1)有源性。静电场的源是指处于有源电场中的点电荷,电场强弱取决于点电荷的电量、介电常数及其与目标电荷的距离。类似地,生产场的源是指生产系统中的待装配产品,场源驱动着系统中的生产活动、物流活动、信息传递等,生产场的强弱取决于场源 “电量”、生产场因子及生产线与物流区的 “距离”;

4.5 开展心理培训，提高护士的应对能力 对护士进行心理培训，使护士掌握应对压力的技巧，提高护士的心理承受和自我调节的能力。培养护士树立正确的人生观和价值观，培养自信心，努力克服自卑感，正确评价自己在社会中的地位与价值，保持乐观心态［6］。

(2)方向性。静电场的方向由电力线来描述,总是始发于正电荷,终止于负电荷或无穷远。生产场的方向,始发于生产系统的“源”,终止于物流区和生产系统输出点,呈现辐射状态,场源对生产系统输出点以外更远位置的影响忽略不计;

(3)全息性。这点性质与静电场不同,信息与生产场是共生体,在生产场的每个位置、每个生产活动、每个工人的操作工作中,都记录着生产场的信息,正是信息媒介在生产场的全场渗透,才促进了生产场的辐射作用;

(4)叠加性。n个点电荷所激发的电场,基于矢量叠加原理可以“合成”为一个新电场。同理,若生产系统中同时生产多类型产品,每种类型代表的场源,在同一个空间中形成叠加场源,产生复合场;

(5)动态性。场是一个开放的空间,与外界空间进行的能量的交换,随着市场需求环境的变化,由企业生产的产品种类、物流区运作水平等因素的影响,生产场呈现动态性。但是企业在某个周期内的运营是相对不变的,在这个周期内,生产场基本满足稳态场的特征。

静电场和生产场的分布示意图如图 1所示。

图1 静电场与生产场的分布示意图

(三)生产场场强模型

本文结合面向MC汽车企业的生产特点,提出生产场场强的定义:生产线装配产品产量为 Q,即场源“电量”为 Q;物流区中有 p种装配所需的零件,即有 p个“试验电荷”,其电量为该种零件的数量;每个“试验电荷”分别与场源有一定的“距离”,生产场场强即为场源对不同种单个零件所产生的拉动作用力。依据定义构建生产场场强模型为:

模型中涉及的参数含义及参数值获取方法如下:

(1)K——生产场因子。生产场因子是根据电场中介电常数的定义所设定的参数,是指现有生产环境本有的并对生产场辐射有利的综合属性,即某个周期内,在 K所确定的相对稳定的环境中进行生产。K值的确定,首先通过分析面向MC汽车制造企业的生产特性,并结合其他学者对生产评价及物流绩效评价方面的研究,确定影响生产场的各种因素,如图 2所示。

图2 生产场因子的影响因素指标图

然后由企业专家根据图 2中指标之间的相对重要度来构建判断矩阵 A-B、B1-C、B2-C、B3-C,运用层次分析法在满足一致性的前提下,确定各层指标的权重;其次,选取 C3～C7指标 m天的数据,运用熵权法确定其客观权重,结合层次分析法的结果,最终确定综合分级权重;由企业专家对各指标进行打分,以 (1～10)之间的值表示各指标对生产场辐射作用的影响程度,分值越大,表明影响越大;最后结合以上数据,代入公式 (2)获得这些因素的综合值 K,K的满分值为 10分。由于所要分析的各种零件处于同一个生产系统中,而且 K表征整个生产系统的综合属性,因此 K的确定是将物流区作为一个整体来分析。

式 (2)中,By为准则层指标权重,Cx指标层评价指标权重,Sxy为专家为各指标确定的分值,y为准则层评价指标数,x为指标层评价指标数。

(2)R——生产场场源与某零件的 “距离”。本文特指广义距离。若依据电场模型中的距离,生产线与物流区的绝对距离只能表示单一的数据,无法体现物流区与生产线的综合运作水平。因此综合库存、配送、效率等方面与生产线的响应效率作为场强模型中的 “距离”,“距离”越小,物料配送活动对生产线变化的响应效率越高。“距离”数值是基于灰色关联度分析法,以不同生产日产量为参照序列,确定的装配产品产量与生产物流运作水平的综合关联度的倒数,具体步骤如下:

①将 C3～C7指标m个生产日数据列和产量数据列进行无量纲化,得到参照数列 y0、比较数列 yi(i=3,4,…,7);

②找出数列 y0与数列 yi之差的绝对值中最大绝对值差值和最小绝对值差值;

③求灰色关联系数:

生产场场强模型与静电场场强模型的比较,如表 1。

表1 静电场场强模型与生产场场强模型比较表

(四)实例分析

物料配送对于保障面向MC汽车生产企业的顺畅生产非常重要,企业生产每个产品都需要几千种零件,其中任何一个零件出现问题,都将会影响整个车间的正常运行。A企业是中德合资经营的大型汽车生产企业,旗下拥有多个产品族系列,本文以其中的某产品族总装车间为例,车间全线共有167个装配工位,混流生产该产品族下的四种车型,两班设计总产能为 20万辆 /年。该总装车间采用 J IT生产管理模式,物料配送依据 J IT批量配送方式,每天早上配送一定批量的零件到生产线旁,随着生产过程零件的消耗,当线旁存量低于取货点时,将向物流区发出要货信息,物流区按照需求信息配送一定批量零件到线旁。根据图 2统计该产品族 10种通用零件 7个工作日的数据,利用生产场场强模型进行实例分析,比较分析不同零件的物料配送对生产活动的影响。

(1)计算生产场因子 K。由于生产场因子是表征整个生产系统的综合属性,因此利用熵权法对图 2中指标 C3～C7的 10种零件总数据进行分析,所得的客观权重结合层次分析法的权重结果来确定综合分级权重,如表 2所示。将专家所给出各指标的分值及综合权重代入公式 (2),计算得出生产场因子 K=7.0412,即现有生产系统的综合属性值为 7.0412,与满分值 10作比较,该车间的综合表现属于中上等水平。

表2 生产场因子影响因素指标的权重表

(2)计算生产场场源与不同零件的 “距离”R。将总装车间 10种通用零件 7天的生产数据,按照指标含义进行相应计算 (由于篇幅有限,仅列出其中两种零件的指标值,如表 3所示),参照 “距离”R的计算步骤,计算得出生产场场源与不同零件的 “距离”,如表 4所示。

表3 零件 1、零件 5的生产数据表

表4 生产场场源与 10种零件的 “距离”表

表5 生产场场源对 10种零件的场强表

(3)计算场源对不同零件的生产场场强。本文以生产系统在周期内的平均表现来分析生产线对零件的场强,场源的“电量”Q选取 7天产量的均值,即 Q=113。将 Q、R、K数值带入公式 (1)中,计算出各零件的场强 (表 5)。

依据静电场理论及表 4、表 5数据,绘制出各零件 (“试验电荷”)与场源所在生产场的分布示意图 (如图 3a,图中虚线表示等距离线)。图中离场源越近的零件,其生产场场强越大,表明场源对每个该种零件的拉动力越大,在生产活动发生变化时,该零件的配送能够更好地响应这种变化,“推动”生产系统保持正向运行,保障生产活动的顺利进行。

从图 3a中可以看出各零件的生产场场强有一定的差距,零件 1的场强最大,零件 2最小,其他的零件位于零件 1、2之间,通过分析数据发现对场强影响较大的指标是 C6(库存周转率)、C7(配送上线数量)。对这两个指标进行分析,场强较小的零件存在的问题是:物流区在工作日早上直接将零件预计一天的需求量一次送到线旁,与当日产量的匹配不一致性较大;或者零件的供应商为了保证不增加自身的送货成本,有时不按照需求量送货,而是直接配送几日的需求量,使得物流区存货面积不足,物流区向生产线配送多余的量,导致物料配送与生产活动的匹配降低,增加了生产活动中出现“浪费”的机率,甚至降低单位时间内的产量。

图3 零件在生产场的分布示意图

对于生产线来说,每种装配所需的零件都是同等重要,一旦某一种零件响应较差,将会产生系统“瓶颈”而影响整个生产系统,而且现有的市场环境,不可能保证面向MC的生产企业长期应对同样的产品需求,生产系统必须能够快速响应需求的变动。其实现过程不仅依赖于产品生产柔性化方面的设计前提,而且需要物料配送与生产变化幅度之间的高度匹配,这就要求所有零件都能与生产活动保持较好、均匀的一致性。企业应该采取措施逐渐消除“瓶颈”约束,以该车间受到场强最大的零件为目标,加强小批量、多批次配送上线的实施,在提高库存周转率的同时,加强配送数量与生产需求之间的匹配,不断地优化生产物流系统,不仅关注减小不同零件配送活动与场源之间的“距离”差距,而且应该通过对物料配送的优化来缩短各零件与生产线的 “距离”,即如图 3b所示,使得物料配送能够更好地服务生产系统。企业在顺畅的物流活动、快速准确的信息活动的支持下,必然可以提高生产效率,提升面向MC生产企业的响应能力,更好地满足顾客的需求,提高企业竞争力。

五、结 论

本文将场论应用到面向MC的汽车生产企业中,提出了生产场的定义和性质,借鉴静电场场强模型并结合汽车生产企业的特点构建了生产场场强模型,从“场”的角度来评价不同零件的物料配送对生产系统的影响,并以 A汽车企业总装车间的生产数据进行实例分析。基于生产场场强模型,获得产品族 10种通用零件与场源的“距离”、场源对各零件施加的场强等方面的评价结果,通过比较不同零件的配送对生产系统的影响,分析导致其差异的关键因素,为优化生产物流提供了依据,从而有助于保证生产系统的顺畅性、响应性,提高企业的生产效率,在最短时间内满足顾客需求。本文在构建生产场因子影响因素的过程中,重点关注物料配送的影响,因此结果有一定的局限性,在以后的研究中将对影响因素进行补充和修订,更全面地分析生产系统。

[1]林新海,郭刚,胡昌国 .面向大规模定制的产品配置管理研究 [J].机械制造与自动化,2008,(4):26-28.

[2]Jiao Jian-xin,Mitechell M Tseng.Fundamentals of product family architecture[J].Journal of Integrated Manufacturing Systems,2000,11(7):469-453.

[3]Thevenot H J,Sinpson TW.Commonality indices for product family design a detailed comparison[J].Journalof EngineeringDesign,2006,17(2):99-119.

[4]Rajeev Krishnapillai,Abe Zeid.Mapping product design specification formass customization[J].Journal of IntelligentManufacturing,2006,(17):29-43.

[5]Duray R,Ward P T,Milligan G W.Approaches to mass customization:configuration and empirical validation[J].Journal of OperationsManagement,2000,18(6):601-627.

[6]Furstner M,Anisic Z,Cosic I.Overview of current research results ofmass customizaiton[J].Advances in Production Engineering&Management,2009,4(1):47-58.

[7]牛占文,孙立,郭伟.基于兴趣取向模型的个性化定制研究 [J].计算机集成制造系统,2006,(12):2057-2061.

[8]单汩源,李果,陈丹.大规模定制产品族设计方案多维物元关联评价研究 [J].计算机集成制造系统,2006,(7):1146-1152.

[9]Thorsten Blecker,Nizar Abdelkafi.Complexity and Variety inMass Customizaiton Systems:Analysis and Recommendations[J].Management Decision,2006,44(7):908-929.

[10]王宗喜,余子山,李东.物流场理论研究 [J].物流科技,2004,27(111):4-5.

[11]汤银英.物流效应场模型及其空间分布 [J].物流技术,2007,(6):1-4.

[12]华康德.实践与反思 [M].李猛,李康,译.北京:中央编译出版社,2004.

[13]孟氧.经济学社会场论 [M].北京:中国人民大学出版社,1999.

[14]Isard W,Bramhall D F.Methods of Regional Analysis:An Introduction to Regional Science[M].London:Cambridge MIT Press,1971.

[15]傅为忠,卢军,侯静怡.基于场强模型的合肥—马鞍山—芜湖三市融入长三角的现状与对策 [J].华东经济管理,2009,(11):9-13.

[16]伊丹敬之.場のマネジメント経営の新パラダイム[M].NTT Press,1999.

[17]Xu Songling,Peter Gould.The Grad Field of Input-outputModels and the Nature of Coefficients[J].Economic System Research,1991,14(8):367-371.

[18]张黎,蓝峻.知识扩散场的构建、分析与应用 [J].管理科学,2005,18(2):21-27.

[19]陈飞翔,张黎,胡靖.知识扩散场的建立与实证分析[J].科学学研究,2005,23(2):53-57.

[20]陈国宏,王吓忠.技术创新、技术扩散与技术进步的关系新论 [J].科学学研究,1995,13(4):68-74.

[21]刘茂长,鞠晓峰,腾永刚.基于场论的创新产品扩散扰动模型研究 [J].科学学研究,2009,27(1):139-146.

[22]康凯,苏建旭,张会云.技术创新扩散场 [J].河北工业大学学报,2000,(2):27-31.

[23]叶齐政,孙敏.电磁场 [M].武汉:华中科技大学出版社,2008.

[责任编辑:张 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

吉林省社科基金重点项目 (20080607)

金凤花 (1982—),女 (朝鲜族),黑龙江鹤岗人,博士研究生,研究方向:生产运作管理,物流与供应链管理;

李全喜 (1963—),男,天津人,吉林大学管理学院物流与供应链研究中心主任,博士生导师,研究方向:生产运作管理,物流与供应链管理;

孙磐石 (1982—),男,山东烟台人,博士研究生,研究方向:生产运作管理。