摘 要:本文基于解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)和模擬法,深入研究離散型制造加工成本的影響因素及其優(yōu)化策略。通過廣泛的文獻調(diào)研和專家訪談,識別主要影響因素,并構(gòu)建相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型。詳細描述了基于模擬法的模型構(gòu)建流程,包括系統(tǒng)元素的識別、影響因素的提取、二元關(guān)系分析、鄰接矩陣和可達矩陣的建立等步驟。針對生產(chǎn)和設(shè)計2個方面,提出了具體的優(yōu)化對策,例如提高設(shè)備維護效率、優(yōu)化訂單處理流程、加強質(zhì)量控制、降低人工成本等。研究結(jié)果為離散型制造企業(yè)提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo),旨在幫助其有效控制和降低加工成本,提高整體運營效率。
關(guān)鍵詞:解釋結(jié)構(gòu)模型;模擬法;離散型制造加工;成本優(yōu)化
中圖分類號:TP 301" " " 文獻標志碼:A
在全球經(jīng)濟一體化和市場競爭日益加劇的背景下,離散型制造企業(yè)面臨許多挑戰(zhàn),尤其是在成本控制和資源配置方面。離散型制造業(yè)以其產(chǎn)品種類多樣、生產(chǎn)批量小、生產(chǎn)周期短等特點,成為現(xiàn)代制造業(yè)的重要組成部分[1]。然而,復(fù)雜的生產(chǎn)流程和多變的市場需求使離散型制造加工成本的管理變得愈發(fā)復(fù)雜。因此,如何有效識別和優(yōu)化影響加工成本的關(guān)鍵因素,已成為提升企業(yè)競爭力的關(guān)鍵課題[2]。隨著信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法的發(fā)展,模擬法作為一種強有力的工具,逐漸被應(yīng)用于成本優(yōu)化的研究中[3]。模擬法通過構(gòu)建虛擬模型,能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)進行動態(tài)分析和預(yù)測,從而為決策提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)合解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM),系統(tǒng)地識別影響離散型制造加工成本的主要因素,并通過定量與定性分析相結(jié)合的方法,提供有效的優(yōu)化策略。
1 離散型制造加工成本影響因素
1.1 解釋結(jié)構(gòu)模型
解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)是一種由美國教授Warfield于1976年提出的分析工具,旨在處理復(fù)雜的社會經(jīng)濟問題。ISM通過結(jié)合專家的實踐經(jīng)驗和計算機技術(shù),對復(fù)雜系統(tǒng)進行有效分解,將模糊的概念轉(zhuǎn)化為清晰的多層次結(jié)構(gòu)模型,從而為學(xué)術(shù)研究提供便利。該模型的構(gòu)建過程通常包括專家組討論,識別研究主題的主要影響因素,并利用“鄰接矩陣”和“可達矩陣”對這些因素進行層級劃分,最終形成一個多級遞階的結(jié)構(gòu)模型[4]。通過詳細的文字說明,ISM能夠清晰地闡述各個層級之間的關(guān)系及其功能,廣泛應(yīng)用于政策分析、項目評估和決策支持等領(lǐng)域。
1.2 影響因素解釋與提取
通過廣泛查閱相關(guān)文獻,并結(jié)合離散型制造加工成本的識別與分析,經(jīng)過理論研究,篩選影響離散型制造加工成本的18個主要因素(見表1),其中S16為關(guān)鍵問題,即離散型制造加工成本。
原材料采購成本(S1)是制造過程中最基本的支出,直接影響生產(chǎn)成本;人工成本(S2)反映了人力資源的投入,通常占制造成本的較大部分;設(shè)備折舊(S3)直接關(guān)系生產(chǎn)成本;運輸與物流費用(S4)影響整體交付效率;生產(chǎn)計劃與調(diào)度效率(S5)影響生產(chǎn)流程的順暢程度;生產(chǎn)設(shè)備維護費用(S6)關(guān)系生產(chǎn)的連續(xù)性;生產(chǎn)工藝復(fù)雜性(S7)可能增加成本和時間;訂單處理與管理成本(S8)直接影響客戶滿意度;能源消耗(S9)是生產(chǎn)中的重要成本;研發(fā)與設(shè)計成本(S10)影響整體制造成本;質(zhì)量控制成本(S12)直接影響不合格品處理成本;庫存管理成本(S13)影響資金占用;供應(yīng)鏈管理效率(S14)影響產(chǎn)品成本和交付能力;不合格品處理成本(S15)影響盈利能力;離散型制造加工成本(S16)是上述因素的綜合體現(xiàn);市場需求波動(S17)會影響生產(chǎn)計劃和庫存管理;技術(shù)更新與升級成本(S18)影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量;法規(guī)遵從成本(S19)可能增加企業(yè)負擔(dān)。關(guān)鍵成本驅(qū)動因素包括原材料采購成本、人工成本和設(shè)備折舊,企業(yè)應(yīng)重點關(guān)注,以控制成本;而生產(chǎn)計劃與調(diào)度效率、供應(yīng)鏈管理效率和訂單處理成本等因素則直接影響生產(chǎn)效率,優(yōu)化這些環(huán)節(jié)可顯著降低整體成本。最后,質(zhì)量控制成本和法規(guī)遵從成本體現(xiàn)了企業(yè)在確保產(chǎn)品質(zhì)量和合規(guī)性方面的投入,如何有效管理這些成本是企業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。
2 基于模擬法的離散型制造加工成本優(yōu)化模型構(gòu)建
2.1 解釋結(jié)構(gòu)模型建模流程
當構(gòu)建基于模擬法的離散型制造加工成本優(yōu)化模型時,首先需要明確建模的流程。該流程主要包括以下6個步驟(如圖1所示)。1)確定系統(tǒng)元素集。首先,需要識別與離散型制造加工相關(guān)的系統(tǒng)元素。這些元素通常包括生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)、資源配置、人員安排等。在這一階段,研究者應(yīng)充分考慮各個環(huán)節(jié)對整體成本的影響,以確保所選元素能夠全面反映制造過程的復(fù)雜性[5]。2)確定離散型制造加工成本影響因素集。在明確系統(tǒng)元素后,識別影響離散型制造加工成本的關(guān)鍵因素。這些因素包括原材料采購成本、人工成本、設(shè)備維護費用、生產(chǎn)工藝復(fù)雜性等。通過文獻研究和專家訪談,收集較為全面的影響因素列表,為后續(xù)的分析奠定基礎(chǔ)。3)系統(tǒng)元素集二元關(guān)系。在確定影響因素集后,須分析這些因素之間的二元關(guān)系。研究各影響因素如何相互作用,以及這些相互作用對制造加工成本的影響程度。這一分析通過專家評估、問卷調(diào)查等方式進行,以獲取各因素間的相互影響信息。4)建立鄰接矩陣?;谏鲜龆P(guān)系的分析,接下來需要將這些關(guān)系整理成鄰接矩陣。鄰接矩陣是一個方陣,其中每個元素表示2個影響因素之間的關(guān)系強度。通過依次排列離散型制造加工成本的各影響因素,得到一個清晰的矩陣結(jié)構(gòu),便于后續(xù)的計算與分析。5)計算可達矩陣。在建立鄰接矩陣后,運用層次劃分原則,計算可達矩陣。可達矩陣能夠反映影響因素之間的層級關(guān)系,幫助識別哪些因素是直接影響成本的關(guān)鍵因素,哪些因素是在間接層面上發(fā)揮作用。通過可達矩陣的計算,有效地對影響因素進行層次化管理。6)生成結(jié)構(gòu)層次?;诳蛇_矩陣的結(jié)果,對各層次結(jié)構(gòu)關(guān)系進行描述。這一過程涉及對不同層次的影響因素進行歸納和總結(jié),明確每個層次在整體成本優(yōu)化中的作用。生成的結(jié)構(gòu)層次不僅為后續(xù)的模擬分析提供了基礎(chǔ),也為決策者在實際應(yīng)用中提供了清晰的指導(dǎo)。
2.2 建立知識模型
鄰接矩陣主要描述系統(tǒng)要素之間的直接聯(lián)系情況。如果要素Si對要素Sj有影響,那么aij記為“1”;如果要素Si對要素Sj無影響,那么aij記為“0”,如公式(1)所示。
(1)
借鑒以往離散型制造加工分析經(jīng)驗,采用頭腦風(fēng)暴法及專家資訊法對已經(jīng)完成的離散型制造加工影響因素間的二元關(guān)系進行分析,并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建知識模型,具體二元關(guān)系見表2。表2列出了多個直接影響因素(例如S1、S2、S3等)及其之間的二元關(guān)系,每個因素的編號對應(yīng)與之有直接影響關(guān)系的其他因素。具體來說,S1影響S2、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S12、S15、S18和S19;S2僅影響S19;而S3則影響S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S12、S15、S18和S19。其他因素,例如S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17和S18也有各自的影響關(guān)系,其中S19是一個關(guān)鍵的影響因素,幾乎所有其他因素都與其直接相關(guān),顯示其在制造加工成本中的重要性。相對來說,S2、S6、S8、S9、S10、S12、S13、S14、S15、S16、S17和S18主要依賴于S19,表明它們的影響力可能較弱或?qū)儆陂g接影響。
2.3 建立鄰接矩陣
根據(jù)表2中的影響因素二元關(guān)系,繪制離散型制造加工成本因素間關(guān)系有向圖,如圖2所示。
根據(jù)表2中的影響因素二元關(guān)系及圖2有向圖中的邏輯關(guān)系,建立離散型制造加工成本因素的鄰接矩陣A。
2.4 計算可達矩陣
鄰接矩陣記為A,單位矩陣記為I,對A+I進行布爾運算,直到滿足(A+I)k-1≠(A+I)k=(A+I)k+1=M為止。此時,M為鄰接矩陣A的可達矩陣。如果可達矩陣中mij=1,就表示因素Si和因素Sj之間存在能夠到達的路徑,即因素Si能夠直接或間接影響因素Sj。該過程可利用SPSS22.0軟件求得?;卩徑泳仃嘇,計算其可達矩陣M。
2.5 影響因素層級劃分
根據(jù)可達矩陣,求得可達集和先行集,分別用R(Si)和A(Si)表示??蛇_集指特定的影響因素能夠到達的全部因素的集合,先行集表示能夠到達某個影響因素的集合。由此判別各個風(fēng)險要素的層級,計算可達集與先行集的交集C(Si),進而對各影響因素進行層級劃分。
根據(jù)可達矩陣對離散型制造加工成本因素進行層次劃分,分別求得各個因素的可達集R(Si)、先行集A(Si)和共同集C(Si)。其中,共同集C(Si)為可達集R(Si)和先行集A(Si)的交集。當可達集等于共同集時,R(Si)為最高級要素集合。在可達矩陣中,刪除Si所對應(yīng)的行和列,得到新的可達矩陣,依次迭代,得到所有的要素集合??蛇_矩陣劃分結(jié)果見表3。
由表3可知,法律遵從成本S19為最高級,人工成本S2、生產(chǎn)設(shè)備維護費用S6、材料質(zhì)量差S8、能源消耗S9、研發(fā)與設(shè)計成本S10、質(zhì)量控制成本S12為次高級風(fēng)險因素。將高一級因素所對應(yīng)的行和列在可達矩陣中剔除,再進行第二級風(fēng)險因素劃分,不斷迭代,直到所有因素都被分解。各因素層級劃分結(jié)果見表4。
3 離散型制造加工成本因素分析及建議
3.1 原因因素分析
結(jié)合表4可知,造成離散型制造加工成本增加的原因主要為生產(chǎn)和設(shè)計。1)在生產(chǎn)方面。生產(chǎn)設(shè)備維護費用S6、訂單處理與管理成本S8、能源消耗S9、研發(fā)與設(shè)計成本S10是造成離散型制造加工成本增加的直接原因。不合格品處理成本S15、生產(chǎn)工藝復(fù)雜性S7是造成直接原因的中間因素,起到承上啟下的作用,在成本管理中應(yīng)給與重視。而深層次因素是原材料采購成本S1及人工成本S2。2)在設(shè)計方面。質(zhì)量控制成本S12和人工成本S2是造成離散型制造加工成本增加的直接原因,這2個因素主要由運輸與物流費用S4、生產(chǎn)效率S11及部分庫存管理成本S13造成。
3.2 對策建議
3.2.1 生產(chǎn)方面的對策建議
首先,通過實施預(yù)防性維護計劃和引入智能監(jiān)控系統(tǒng)來提高設(shè)備維護效率,從而減少故障率、縮短停機時間,并降低維護成本。其次,優(yōu)化訂單處理與管理流程,采用先進的生產(chǎn)管理軟件和實施精益生產(chǎn)理念,提升訂單處理的自動化程度,減少人工干預(yù),提升整體效率。為了降低能源消耗,企業(yè)應(yīng)采用節(jié)能設(shè)備和技術(shù),并進行能源審計,以識別高能耗環(huán)節(jié),從而制定相應(yīng)的節(jié)能措施。此外,控制研發(fā)與設(shè)計成本需要加強跨部門協(xié)作,確保設(shè)計與生產(chǎn)的緊密結(jié)合,并采用模塊化設(shè)計,以降低產(chǎn)品設(shè)計的復(fù)雜性和縮短研發(fā)周期。同時,重視不合格品處理,通過建立嚴格的質(zhì)量檢測機制和進行根本原因分析,降低不合格品的產(chǎn)生率,從源頭上控制成本。最后,簡化生產(chǎn)工藝,評估現(xiàn)有生產(chǎn)流程并尋找優(yōu)化機會,引入標準化流程,以降低生產(chǎn)復(fù)雜性和多樣化生產(chǎn)帶來的成本上升。
3.2.2 設(shè)計方面的對策建議
首先,應(yīng)加強質(zhì)量控制,具體做法是在設(shè)計階段引入質(zhì)量控制點,以確保設(shè)計符合生產(chǎn)要求,從而減少后期修改和返工,并通過實施全面質(zhì)量管理(TQM)來提高產(chǎn)品整體質(zhì)量,降低后期的質(zhì)量控制成本。其次,優(yōu)化人工成本,通過培訓(xùn)和技能提升來提高員工工作效率,減少人工成本,同時引入自動化設(shè)備和機器人,減少對人工的依賴,從而提高生產(chǎn)效率。此外,為了降低運輸與物流費用,企業(yè)應(yīng)選擇合適的物流合作伙伴并優(yōu)化運輸路線,同時實施庫存優(yōu)化策略,以減少庫存周轉(zhuǎn)時間和降低物流費用。提升生產(chǎn)效率方面,采用先進的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備,降低單位產(chǎn)品成本,并通過實施績效考核機制激勵員工提高工作效率,進一步降低人工成本。最后,優(yōu)化庫存管理需要采用先進的庫存管理系統(tǒng)實時監(jiān)控庫存水平,避免過度庫存和缺貨現(xiàn)象,同時實施JIT(準時生產(chǎn))理念,以減少庫存占用資金,提升資金周轉(zhuǎn)率。
4 結(jié)語
在當前競爭激烈的制造環(huán)境中,離散型制造企業(yè)面臨多重挑戰(zhàn),尤其是在成本控制和效率提升方面。本文對離散型制造加工成本影響因素進行深入分析,不僅揭示了各因素之間的復(fù)雜關(guān)系,還提出了切實可行的優(yōu)化對策。研究表明,采用解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)與模擬法相結(jié)合的方式,能夠有效地幫助企業(yè)識別關(guān)鍵影響因素,并制定具有針對性的優(yōu)化策略。
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