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基于层次分析法评估制造能力的框架
R.R.Lekurwale·M.M.Akarte·D.N.Raut
收到: 2013年3月12日/接受: 2014年8月18日
copy;Springer-Verlag伦敦2014
摘要 公司的制造能力由其所采用的生产系统产生的产出水平所决定，并且生产水平最终决定了市场的竞争力。制造业中结构和基础设施决策的模式会影响生产系统的能力。因此，至关重要的是要了解公司的整体制造能力以及其中每个决策的贡献。本文提出了基于多准则方法的制造能力的量化。从文献分析中总共确定了33个决策(标准)及其相应的选择，量化制造能力。然后将这些决策分为六个决策区域(群体准则)，并使用层次分析法(AHP)框架对制造能力评估问题进行建模。该方法通过评估制造中的决策来促进制造能力指数的计算，然后将其映射到四个层次，即初级、行业平均水平、成人和世界一流水平，这是米尔腾堡(Miltenburg)提出的。该方法以一个工作车间制造系统的数值示例来说明。
关键词 制造能力评估 制造竞争力 制造能力 制造决策 层次分析法
1引言
制造业是生产有形产品的基本活动。上个世纪，制造时代发生了翻天覆地的变化:从手工艺生产系统(为少数负担得起的客户生产定制产品)到批量生产系统(利用规模经济的生产产品，为大量客户负担得起)再到精益生产系统(生产产品数量众多且种类繁多的客户可以负担得起)。制造系统的典型特征是产品的数量和种类，工厂布局和物料流，并且在运营管理中通常称为产品过程矩阵[1]。这些大致分为四个类别，即车间生产，批量生产，批量(装配线)生产和连续流。每个制造系统都会按照一定的成本、时间、质量和灵活性(产品组合)来产生输出。根据所采用的制造系统(车间、批量生产或大规模生产)，可以以较低或较高级别生产此输出。但是，不同的客户对制造业产出有不同的要求。例如，某些产品需要成本最低，交货速度非常快或质量很高。公司的竞争力取决于他们如何从制造角度区分这些客户。因此，要在制造业基础上竞争。在成本，质量，交付(时间和可靠性)，性能，灵活性和创新性方面，这些系统又分为七个生产系统[2]。这些是车间生产系统(JSPS) ，批量生产系统(BFPS) ，操作员定点生产线系统(OPLFPS)，设备定步生产线系统(EPLFPS)，连续生产线系统(CFPS)实时生产系统(JIT)和柔性制造系统(FMS)。每个都兼容以产生所有输出，但是每个都将处于一定的级别(从低到高)。例如,JSPS可以提供最高水平的灵活性和创新性，而EPLFPS可以提供最高水平的质量和成本[2]。因此，公司在满足客户期望方面的竞争力由给定的生产系统支配着。
制造系统由子系统或决策区域[3、2、4]组成。在文献中，决策领域大致分为结构性决策(与长期承诺和大量投资有关)和基础结构性决策(与支持职能有关，在较短的时间范围内可以纳入变更)[5]。结构性决策包括提供多少能力、要建造什么样的工厂、在哪里建立、工艺技术的类型和采购，而基础结构决策包括人力资源，组织结构和控制以及生产计划和控制。米尔滕堡将子系统称为制造杠杆，并将其命名为人力资源、组织结构和控制、采购、生产计划控制和控制工艺技术和设施[2]。作者进一步指出，杠杆的正确位置是长期以来子系统中管理决策的结果。作者还认为，这六个杠杆的当前位置完全确定了(1)生产系统的类型，(2)生产系统的运行状况，以及(3)提供制造业产出的水平。即企业的竞争优先级由制造能力(水平制造产出)决定，而制造能力通常由特定的生产系统支配。
Maslen Roy将制造能力定义为一组资源，它是结构,基础设施和人力资源的任意组合[6]。根据米尔腾堡的观点，制造能力是由特定生产系统中每个子系统(杠杆)的能力之和得出的[2]。每个生产子系统(杠杆)的能力级别(从低到高)由该特定子系统中做出的决定来决定。Wheelwright和Hayes[7]将制造的有效性(能力)分为四个阶段，而Miltenburg [2]则将制造分为四个阶段，即初级，行业平均水平，成人和世界一流。
因此，了解制造能力对于竞争力至关重要。一种方法是对制造能力进行量化(度量)，这是受组织的精简度[8]和敏捷性度量[9]启发的，以便做出更好的决策。然而，制造策略中的决策建模基本上仍然与概念模型有关[10]。
2文献综述
自Skinner的早期概念性工作以来，关于制造竞争力的研究已经有了很大的发展[11]。作者提出了集中制造的概念，以提高企业的竞争力[12]。竞争力或竞争优势是制造公司以最佳方式利用其资源以实现竞争优先级的能力，这是业务部门门所获得的地位，而与竞争对手相比，其客户则可以感知[13]。Haye和Wheelwrigh将竞争优先级定义为公司选择在市场竞争中的方式[14]。希尔和希尔将竞争优先级描述为订单获得者和合格者[15]。
制造策略是一种获得长期竞争优势的方法，并且在文献中已受到相当多的关注。Dangayach和Deshmukh在1969年至1999年期间审查了260篇关于制造策略的内容和过程的论文，并得出结论，对制造策略的内容进行了更多的研究， 而对过程进行的工作很少(即制定制造策略) [16，17]。同样，在权衡管理的实际方面的发展方面的报道也很少，例如如何改善权衡以及如何将分析纳入制造战略过程[18]。最近，乔杜里(Choudhary)认为，每个决策领域中每个决策所做出的选择都会影响生产系统的能力[19,4]。因此，至关重要的是要知道每个决策领域(生产子系统)的贡献，这些贡献会给出制造能力的总体水平(高或低)。
有关制造策略的文献很多。但是，关于如何衡量企业的制造能力的文献很少。Hallgren和Olhager讨论了与制造策略相关的问题的量化的各个方面，并根据市场需求、制造能力和决策类别内的制造行动提供了一种七阶段的制造策略量化方法[10]。米尔腾堡(Miltenburg)在他的书中提供了一个逻辑框架，用于评估公司的生产能力，包括初级(内部中立)，行业平均水平(外部中立)，成人(内部支持)和世界一流(外部支持)[2]。在最近的文章中，作者还为案例提供了使用经验方法的制造能力的量化[20]。
组织需要了解其竞争力水平。制造业中的决策模式决定了竞争力的战略方法。因此，至关重要的是，要了解海耶斯(Hayes) 和惠特赖特(Wheelwright) 和米尔腾堡(Miltenburg) 提出的决策对组织的竞争力和整体地位(初级，行业平均水平，成人和世界一流)的贡献。一种系统的分析方法必将有助于深入了解决策过程。这项基础工作和多准则技术评估公司的精益性和敏捷性以更好地制定决策方面的应用和动机来促使作者进一步使用系统的分析方法来研究制造能力的量化。这项工作介绍了层次分析法(AHP)的应用，它是一种多准则决策工具，用于评估公司的制造能力，然后在薄弱的决策领域提供反馈，以便企业可以从战略上集中精力提高制造能力和竞争力。据我们所知，尚无关于使用AHP在制造策略领域进行制造能力评估和量化的报道工作。
3评估制造能力的框架
如前所述，企业的竞争力是制造能力的函数，制造能力取决于所生产的生产产出水平，而生产产出水平实际上取决于所采用的生产系统。每个生产系统都能够生产所有产出，但是每个产出的生产水平决定了竞争力。因此，至关重要的是要知道制造能力(输出水平)，这取决于子系统的决策。涉及评估生产系统中做出的各种决策的贡献。本质上，该框架包括三个步骤:
步骤1：确定影响制造能力的决策(标准)
步骤2：使用AHP评估制造能力中的每个决策贡献
步骤3：确定制造能力水平
基于33条标准(决策)的多标准决策方法已得到发展，以量化制造能力，并基于对被评估公司的比较分析提供反馈，该反馈可能是的理想值。给定生产系统中的决策。总体方法如图1所示。它基于AHP，涉及四个级别(图2)。顶层包含总体目标:制造能力评估。所有影响制造能力的决策(标准)已分为六个决策领域(群体准则)，并置于第2级。这些是人力资源(HR)，组织结构和控制(OSC)，生产计划和控制(PPC)，过程技术(PT)，采购(SO) 和设施(FY)。级别3包含以上各组中的决策(标准)，在以下部分中进行介绍。这些符合研究人员确定，讨论和使用的决策。这些在文献中通常被称为结构和基础设施决策。要评估其制造能力的公司位于层次结构的第四层。
3.1步骤1:确定影响制造能力的决策(标准)
每个决策领域(组准则)中的决策(准则)应符合公司的业务目标和制造策略。例如，如果一种策略是生产低成本产品, 那么制造功能应通过所需水平生产产品来支持该产品。更明确地说，在JSPS中产品的成本比在BFPS中的产品成本高且高出在EPLFPS中。这是因为在JSPS中，产品数量非常少，并且品种非常多，需要大量的设置，因此与BFPS相比，其设施利用率较低，然后与EPLFPS相比进一步降低。产品的生命周期阶段也会影响特定生产系统的决策。在生命周期的早期阶段，期望产品有更多的改进，这需要快速的更改能力，因此，典型的JSPS更合适。经过详细的文献分析，已经确定了33个影响制造能力的重要标准(决定)。如米尔腾堡(Miltenburg)所述，它们又分为六类(制造杠杆)。以下各节介绍了这六组标准及其对制造竞争力的贡献。
3.1.1人力资源
Jayaram研究了人力资源管理实践和制造绩效的四个维度，即质量、灵活性、成本和时间。他们发现特定于策略的人力资源管理实践对制造绩效具有重要影响[21]。许多与人力资源管理相关的决策都可能影响制造绩效和竞争优势。但是，在这项工作中，已经考虑了影响制造业竞争绩效的重要人力资源决策。这些是技能水平、工作性质、绩效评估、培训需求、员工参与度、工资率和工作内容。
当要求的种类繁多而体积小时，机械化(或自动化)就不经济了(例如，JSPS和BFPS)。在这种情况下，从通用(劳动密集型)过程的最佳时间内，要在成本和质量方面生产出所需的产品，需要大量的人工干预和高超的技能,这也表明了从高到高的人工(工作内容)，需要高工资。在JSPS的情况下，人类的努力(工作内容)会更多,并且随着我们向具有高产量到极高产量的连续生产系统发展，这些努力会不断减少。当必须有更多品种的产品时,更优选具有高度人为控制(通用)的生产系统。工资与制造系统中使用的人力资源的技能和能力成正比。
图1制造能力评估方法
在流水生产系统(例如，OPLFPS和EPLFPS) 中，操作员是团队的成员，并且在特定的工作站上工作。结果是团队(团队绩效)的共同努力。在这种情况下，操作员应经过培训以处理多个工作站(广泛的工作)，而在JSPS / BFPS的情况下， 操作员具有特定的技能并在特定的工作站上工作(例如，加工中心和焊接区)，并且产量的数量和质量是工人的唯一责任（个人绩效）。
图2 AHP模型的示意图
培训有助于获得新技术和提高比赛水平的能力。在教育项目，技术培训和角色变更方面对员工进行培训可以显著提高制造业竞争力。与JSPS和BFPS相比，JIT/OPLFPS需要更多的培训课程，这是团队合作、多技能和员工高度参与问题解决的要求。员工的交叉培训通过减少周期时间，消除非生产性劳动以及降低库存成本和质量改善来提高制造绩效[21]。
3.1.2组织结构与控制
沟通和决策由所采用的组织结构控制，该组织结构通常是扁平的或较高层次的。当期望快速响应时，首选扁平结构。与其他生产系统相比，JSPS具有最大的动态性，因为它处理的品种最多，因此，在EPLFPS和CFPS中，首选扁平化和分散式决策，反之亦然。产品增值决定生产线和员工的重要性。在使用JSPS / BFPS的情况下，生产线员工数量庞大，与EPLFPS/CFPS相比，他们更为重要。质量责任因个人对生产技术和所部署过程的需求而异，从个人到团队，团队再到专家。在JIT和OPLFPS中，团队负责获得所需的质量，而在JSPS中，仅由操作员负责，而在EPLFPS和CFPS中，控制员负责。
3.1.3 工艺技术
特定的工艺技术直接影响制造产量。因此，PT的选择是数量和品种组合要求的函数。例如,种类繁多，数量少的产品需要通用的PT，因为它可以执行种类繁多的任务。同样, 大批量，低品种的产品可以使用专门用于狭窄需求范围的工艺[22]。根据S1ack的说法，该过程的三个特征很重要。这些是规模(容量)，自动化程度和耦合程度(连接性)。规模是生产产品的过程的大小和速率。自动化程度是控制过程的人机交互。耦合度是不同过程之间的连通性。在这项工作中，规模被视为设施的规模。根据Slack的说法，规模越大，资本投入的可能性就越大，这为高耦合提供了更多机会，而小规模PT与高技能相结合则更加灵活，而且可以应对高度多样化。即，当以成本为优先时，最优选的是大型技术单元(大规模)，低劳动密集型过程(高度自动化)和集成(高度耦合)。自然，根据工具的PT类型，将使用大或小体积。布局也是要使用的PT的功能。为了提高生产率以最大程度地减少非增值流(物料移动)，最优选时间线(产品)布局。
3.1.4生产计划与控制
该决策组主要控制制造的两个方面。一是材料的流动，二是制造的供需双方之间的匹配。更好的决策可以使物料流顺畅，从而有助于制造，进而在到期日(时间)
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