聚類分析下的單元生產

1、聚類分析下的單元生產摘要 變化迅速而且無法準確預測，買賣關系的主導方也由賣方逐漸轉移到了買方，市場的產品朝多樣化發(fā)展，在面臨激烈的市場競爭中，制造企業(yè)需要不斷調整自己的生產方式適應未來的發(fā)展。我們經過調研決定在該企業(yè)推行精益生產方式，在精益生產流程再造的基礎上實施車間單元生產。本文中主要對車間的機器設備加工零件利用SPSS 軟件進行聚類分析，在科學分類的基礎上劃分各個單元。最終實現(xiàn)在企業(yè)推進單元生產。關鍵詞 聚類分析，SPSS，單元生產1選題背景及意義隨著經濟的發(fā)展與科學技術的不斷進步，消費者需求的不斷提升和變化，生產的需求逐漸呈現(xiàn)出飽和狀態(tài)。制造廠商面對的是一個變化迅速而且無法準確預測的市場

2、，買賣關系的主導方也由賣方逐漸轉移到了買方，市場的產品朝多樣化發(fā)展。用戶對產品的質量、性能及個性化需求的提高，促使企業(yè)不得不改變其生產模式。在面臨市場激勵的競爭，某制造企業(yè)深感變革的需要，提出與重慶大學項目組合作，最終順利實現(xiàn)企業(yè)的變革。根據(jù)企業(yè)出現(xiàn)的問題與產品的特點，縮短產品的生產周期成為關鍵，項目組決定在該企業(yè)推行精益生產方式，在精益生產流程再造的基礎上實施車間單元生產。 筆者作為2011屆重慶大學的本科畢業(yè)生有幸參與到這一項目中，主要負責生產車間的布局問題。在充分調研的基礎上，首先根據(jù)近年來的產品及其生產工藝，將生產車間的機器設備分成不同的單元。然后根據(jù)分類的單元采用系統(tǒng)設施規(guī)劃（SLP

3、）對各單元進行車間布局。由于涉及到公司的保密問題，文中的具體產品均用代號表示，但并沒有影響數(shù)據(jù)分析的實際意義。 本次選題的主要意義在于，對于車間的機器設備加工零件利用SPSS 軟件進行聚類分析，在科學分類的基礎上劃分各個單元。既避免了實際過程中的分類的盲目性，同時結合SPSS提高了分類的科學性。同時，針對實際生產中面臨的問題，將SPSS應用于解決具體問題，將理論的學習成功地應用于實踐。2相關理論基礎2.1單元制造方式的生產組織與布置單元制造是指將機器分組，每組稱為一個單元這樣一種布置類型。組的劃分是由一系列相似零件所需要的工藝決定的。相似零件又稱為零件族，它們有著相似的工藝要求，這些單元實際上

4、成了產品專業(yè)化原則生產的縮影。在加工生產中，一組機器完成的是一組(族)相似零件所必需的工藝。單元制造的核心技術成組技術，將零件按相似工藝特征分組才能保證單元制造的高效率。它要求確定出相似設計特征或制造特征的零件并分成零件族。按成組生產方式組織生產流程，是多品種小批量生產組織生產流程的一種理想選擇。其基本原理是，根據(jù)一定的標準將結構和工藝相似的零件組成一個零件組，確定出零件組的典型工藝流程。2.2聚類分析理論闡述聚類分析法是理想的多變量統(tǒng)計技術，主要有分層聚類法和迭代聚類法。 聚類分析也稱群分析、點群分析，是研究分類的一種多元統(tǒng)計方法。通過研究產品工藝數(shù)據(jù)樣本間存在的不同程度相似性（親疏關系以樣

5、品間距離衡量），并根據(jù)大量樣本的觀測指標，找出一些能夠度量樣品或指標之間相似程度的統(tǒng)計量。以這些統(tǒng)計量為劃分類型的依據(jù)，把一些相似程度較大的樣品（或指標）聚合為一類，把另外一些彼此之間相似程度較大的樣品（或指標）又聚合為另一類，直到把所有的樣品（或指標）聚合完畢，這就是分類的基本思想。3公司機械加工車間產品PQ分析根據(jù)公司提供的產品數(shù)據(jù)顯示，機加車間產品品種繁多，2006年到2009年加工的產品品種約800種，產品間產量相差較大，數(shù)量從幾件到幾萬件不等。根據(jù)80/20原則劃分機加車間的產品，從產量上確定哪些產品是機加車間經常生產，訂單數(shù)量比較多的。具體操作步驟如下：收集整理產品產量數(shù)據(jù)。根據(jù)機

6、加車間產品產量進行排序，并計算出各類產品產量占總產量的百分比。得到產品產量大于20000件的產品共有47種，累計占總產量的78.6%。繪制PQ分析表，并選取了產量前100的產品數(shù)據(jù)，見附表A1。 根據(jù)PQ分析表內的數(shù)據(jù)繪制巴雷特圖。前100種產品整理繪制的巴雷特圖，如圖3-1所示。圖3-1 產品巴雷特圖4結合聚類分析對車間設備進行分組按工藝相似性原則，使用SPSS軟件對機加產品進行聚類分析，劃分出產品單元。根據(jù)已獲得的數(shù)據(jù)，在47種產品中選出螺母、螺栓、螺釘?shù)犬a品，并將每一類產品進行產品工藝矩陣處理、產品工藝0-1矩陣處理，然后采用SPSS進行聚類分析，得到聚類分析表，具體操作步驟如圖4-1所

7、示。圖4-1 產品工藝分析步驟使用SPSS軟件分析得到的單元只對工藝因素進行了聚類，同時結合非工藝因素（如不同設備間定置的相互排斥、設備數(shù)量等），對聚類分析得到的各單元類進行調整，劃分初步的產品制造單元。4.1代表產品的聚類分析根據(jù)PQ分析的結果，選擇的具有工藝具有代表性的產品進行產品工藝矩陣分析。選擇的產品大類包括螺栓、螺母、螺釘?shù)?。從螺母產品數(shù)據(jù)中共挑選出16個版本號的螺母產品，然后根據(jù)產品的加工工藝，將車、數(shù)車、磨、銑、滾絲、鉗工、制標等連續(xù)在機加車間加工的產品工序進行分段，螺母類產品第一工序段工藝矩陣如附表A2。根據(jù)附表A2螺母類產品第一工序段工藝矩陣，將表格里面各工作中心組用1代替，

8、兩個工序間無工序部分用0代替，得到螺母類產品第一工序段0-1矩陣，得到附表A3。 將附表A3中的0-1矩陣輸入SPSS統(tǒng)計分析軟件，運用SPSS分析軟件的聚類分析模塊進行聚類分析，分析結果如表4-1所示：表4-1 螺母第一工序段聚類分析結果編號品名3 類2 類1A112B223C114D115E116F117G118H319I1110J1111K3112L3113M1114N1115O1116P11根據(jù)表4-1中對螺母第一工序段聚類分析結果，劃分為兩個單元，如表4-2：表4-2 螺母第一段工序劃分的單元單元1普車-1普車-2數(shù)車-1數(shù)車-2單元2普車-1普車-2普銑-1同理，對螺母第二工序段聚

9、類分析結果及產品工藝的特點，將劃分的兩個小單元進行合并得到單元3。根據(jù)螺栓產品數(shù)據(jù)，將有工藝有工時的產品挑選出來，共有63個版本號的螺母產品，然后根據(jù)產品的加工工藝，將車、數(shù)車、磨、銑、滾絲、鉗工、制標等連續(xù)在機加車間加工的產品工序進行分段。對螺栓第一工序段聚類分析結果及產品工藝的特點，按兩類進行聚類，并將兩類單元進行合并得到單元4，螺栓第二工序段聚類分析劃分單元5和單元6，螺栓第三工序聚類得到單元7。由提供的螺釘產品數(shù)據(jù)，將有工藝有工時的產品挑選出來，共有15個版本號的螺釘產品，對螺釘?shù)谝还ば蚨尉垲惙治鼋Y果及產品工藝的特點，劃分單元8，對螺釘?shù)诙ば騽澐謫卧?，第三、四工序段分別得到單元10

10、和單元11。表4-3 單元機器的分組情況單元工作中心組工作中心組工作中心組工作中心組單元1普車-1普車-2數(shù)車-1數(shù)車-2單元2普車-1普車-2普銑-1單元3普車-2普車-3數(shù)車-1數(shù)車-2單元4普車-1無心磨-1單元5普車-1普車-2數(shù)車-1無心磨-1單元6普車-2普車-3數(shù)車-1無心磨-1單元7無心磨-1普車-3無心磨-2單元8數(shù)車-1普銑-1無心磨-1單元9普車-1普車-2普車-3數(shù)車-1單元10普車-1無心磨-1無心磨-2數(shù)車-1單元11普車-4無心磨-14.2產品總體單元劃分和設備數(shù)量的配置產品總體單元劃分根據(jù)4.1小節(jié)中各個產品工序段的單元劃分結果，以及單元內工藝相似性，結合車間工

11、作中心組設備數(shù)量，將機加車間的設備劃分為如下表8個單元：表4-4 專用單元的劃分單元工作中心組工作中心組工作中心組工作中心組單元1普車-2普車-3數(shù)車-1單元2普車-1普車-2數(shù)車-1數(shù)車-2單元3普車-1數(shù)車-1單元4普車-2數(shù)車-1單元5普車-4公用單元6普車-1公用單元7無心磨-1無心磨-2公用單元8滾絲-1由于滾絲、鉆床、去毛刺等工序的效率較高，因此決定將其配備在專用單元之中。單元內設備數(shù)量的配置根據(jù)前期的調研情況，機加車間工作中心組的狀況如表4-5：表4-5 機加車間設備數(shù)量統(tǒng)計表工作中心組設備數(shù)量普車-112普車-27普車-33普車-42普銑-13數(shù)車-121數(shù)車-24數(shù)銑-11無

12、心磨-17無心磨-25滾絲-111根據(jù)表4-5中的工作中心組的數(shù)量，結合表4-4中單元的劃分以及各個工序的加工時間范圍，初步確定機加車間單元的數(shù)量和設備的數(shù)量如表4-6，通過SPSS將產品的工藝加工分組，最終實現(xiàn)了將加工設備單元化，使得單元生產能夠較好地推行。表4-6 產品工藝單元分類單元與設備數(shù)工作中心組工作中心組工作中心組工作中心組單元數(shù)量單元1普車-2普車-3數(shù)車-12單元內設備數(shù)量112單元2普車-1普車-2數(shù)車-1數(shù)車-23單元內設備數(shù)量2122單元3普車-1數(shù)車-13單元內設備數(shù)量12單元401普車-201數(shù)車-11單元內設備數(shù)量23公用單元5普車-42單元內設備數(shù)量1公用單元6普

13、車-12單元內設備數(shù)量1公用單元7無心磨-1無心磨-21單元內設備數(shù)量75公用單元8滾絲-111單元內設備數(shù)量1附錄：數(shù)據(jù)表1 產品產量統(tǒng)計編號產量產量百分比產量累計百分比169860812.92%12.92%23963227.33%20.25%31974483.65%23.90%41922523.56%27.46%51862763.45%30.90%61518292.81%33.71%71333422.47%36.18%81204392.23%38.41%91183892.19%40.60%101073721.99%42.58%111002051.85%44.44%12920071.70%4

14、6.14%13888821.64%47.78%14885071.64%49.42%15804641.49%50.91%16778051.44%52.35%17738091.37%53.71%18697241.29%55.00%19685991.27%56.27%20683041.26%57.53%21649681.20%58.73%22638271.18%59.91%23628631.16%61.08%24622911.15%62.23%25601101.11%63.34%26579441.07%64.41%27573361.06%65.47%28528730.98%66.45%2952573

15、0.97%67.42%30507600.94%68.36%31506630.94%69.30%32427770.79%70.09%33417170.77%70.86%34385010.71%71.57%35370500.69%72.26%36358450.66%72.92%37356950.66%73.58%38350250.65%74.23%39349450.65%74.88%40306170.57%75.44%41303960.56%76.01%42271920.50%76.51%43264750.49%77.00%44222460.41%77.41%45215150.40%77.81%4

16、6204010.38%78.19%47201720.37%78.56%48196200.36%78.92%49190110.35%79.27%50188570.35%79.62%51187470.35%79.97%52186880.35%80.31%53185580.34%80.66%54173070.32%80.98%55158540.29%81.27%56155660.29%81.56%57155470.29%81.85%58153950.28%82.13%59147790.27%82.40%60131410.24%82.65%61130720.24%82.89%62129730.24%8

17、3.13%63128200.24%83.37%64126400.23%83.60%65125600.23%83.83%66121590.22%84.06%67118960.22%84.28%68118130.22%84.50%69116310.22%84.71%70115670.21%84.92%71110960.21%85.13%72110950.21%85.33%73108550.20%85.54%74105950.20%85.73%75101950.19%85.92%7698940.18%86.10%7793570.17%86.28%7892200.17%86.45%7990510.17

18、%86.61%8086020.16%86.77%8184230.16%86.93%8283340.15%87.08%8379540.15%87.23%8475620.14%87.37%8575610.14%87.51%8674900.14%87.65%8774780.14%87.79%8874750.14%87.93%8974050.14%88.06%9073100.14%88.20%9172500.13%88.33%9271960.13%88.46%9368200.13%88.59%9465130.12%88.71%9564690.12%88.83%9664520.12%88.95%9764410.12%89.07%9863400.12%89.19%9961800.11%89.30%10061640.11%89.41%表2 螺母類產品第一工序段工藝矩陣編號普車1普車2普車301普車-401數(shù)車-101數(shù)車-201無心磨-101無心磨-201普銑-101數(shù)銑-102鉗工-102鉗工-205滾絲-102鉗工-102鉗工-202制標-1101普車