无论从决策还是生产管理的角度,制造系统的可靠性都是一个重要的性能衡量指标,以往的研究存在的主要问题体现在没有清晰地界定研究范畴,缺乏统一的研究框架。加之,可靠性指标最终表现为一种概率,这种概率在提供直观的性能评价的同时,还可以为企业的管理者在做经营决策时提供重要参考,因为概率是一种很好的风险评价指标。本文的研究定位于制造系统的设计与评价,透过可靠性的视角,去重新理解制造系统的内涵。本文从定性研究和定量研究两个方面展开对制造系统可靠性问题的研究。定性研究的主要内容是在重新定义制造系统可靠性(Manufacturing System Reliability,MSR)的同时,给出制造系统可靠性分析的框架模型,目的是为制造系统可靠性问题提供研究框架和研究思路。在定量研究方面,针对制造系统的设计和评价问题,为使研究内容涵盖更为完整,本文选取两种典型的研究对象,即Job shop和Flow shop,具体研究内容为:考虑可靠性指标的Job shop单元构建问题和考虑可靠性指标的Flow shop装配制造系统性能评价问题,研究方法分别采用数学规划法和随机流网络方法。具体研究包括以下几个方面:(1)建立了制造系统可靠性分析的框架模型,本文首先通过对制造系统的结构拓扑,详细描述了制造系统的结构要素,在此基础上,讨论了可靠性的概念与内涵,给出制造系统可靠性(MSR)的定义,并指出该定义与传统(产品)可靠性的区别与联系,根据可靠性的定义(完成规定功能的能力),进一步讨论了制造系统具有的功能。在此基础上,进行了制造系统故障模式及影响因素分析,建立制造系统可靠性分析框架模型,详细地界定了制造系统可靠性的研究范畴,为制造系统可靠性的研究提供了研究框架和研究思路。(2)研究了Job shop环境下的静态单元构建问题,即单一生产阶段不考虑生产及需求环境的动态变化。本文首先通过数学规划方法建立构建生产单元的数学模型,通过选择适合的加工路线,基于单元间物流成本最小化将设备分组,并定义了制造系统的交期可靠性,建立0-1整数规划模型,通过总成本最小化和交期可靠性最大化两个约束,最终构建静态环境下的制造单元。(3)研究了Job shop环境下的动态单元构建问题,即多阶段考虑生产及需求环境的动态变化。同样的,本文通过选择适合的加工路线,基于单元间物流成本以及单元重构成本最小化将设备分组,在建立0-1整数规划模型的基础上,增加阶段控制变量,以研究动态环境下的单元构建问题,最终通过总成本最小化和交期可靠性最大化两个约束,构建动态环境下的制造单元。最后对静态单元构建与动态单元构建问题进行了对比分析,证明了在构建生产单元时,采用动态的单元构建数学模型,能得到更好的效果及更低的单元构建成本。本文同时证明,在单元构建的过程中,如果能够同时考虑可靠性指标,能够有效地帮助企业管理者做出决策。(4)研究了Flow shop环境下的装配制造系统性能评价问题,评价指标为系统的可靠性,即系统在给定时间内满足订单的能力。在应用随机流网络进行系统可靠性评价的研究领域中,本文首次将装配线这样一种非串行结构的制造系统作为研究对象,同时还考虑了存在返工操作的装配制造系统。本文以随机流网络理论为方法基础,从构建一般装配制造系统的网络模型开始,进一步对带有返工路径的单品种装配线和多品种装配线建立了可靠性评价模型,并给出了模型求解的一般算法,得到了完整的装配制造系统可靠性评价方法。