柔性是制造系统通过调整资源生产不同种类零件或产品,以应对系统内外部环境变化的能力。随着客户需求的多样化和生产环境的日益复杂,越来越多的企业对制造系统进行柔性投资,以期在迅速变化的环境中获得并保持竞争优势。因此,对不同柔性投资策略下的柔性价值进行测度,选择一种柔性结构使得系统以较少的柔性投资成本获取较大的柔性收益,进而指导管理者进行柔性投资决策具有重要的研究意义和现实意义。在分析和总结柔性测度和柔性投资研究的基础上,本文考虑准备时间,通过解析的方法分别对具有完全柔性结构和链式结构的制造系统柔性投资问题进行了分析,并对具有任意结构的制造系统柔性投资问题提出了一种多目标决策方法,研究结果可用于指导制造系统的柔性投资和柔性改善。本文研究工作和贡献主要分为两个部分,如下:第一部分从解析的角度测度了具有完全柔性结构和链式结构的制造系统的柔性价值大小,主要是通过寻找柔性制造系统中生产能力的转移规律,用与刚性系统相比柔性系统产量的增量,对完全柔性结构和2-SC(2-Skill Chaining)结构下的柔性价值进行了测度以及柔性投资可行性分析。在柔性测度的基础上,分析了柔性影响因素(需求波动、准备时间和链长)与柔性价值的关系,研究发现:柔性收益与制造系统所处的外部环境和生产环境密切相关,机器在产品间转换的准备时间越小,订货波动越高,柔性价值越大;给定准备时间和订货波动时,存在并且能够求出最优的链长,对于任意制造系统,将系统设计为由多个链长为最优链长的链式柔性结构组合组成的系统将优于单一的少而长的链式结构。第二部分是以机器和产品非同质的制造系统为研究对象,提出了制造系统柔性投资的多目标决策方法。考虑利润和效率两个目标,建立了一个两阶段柔性能力投资决策模型,首先通过生产决策模型求取在任意柔性结构下系统的最佳绩效;然后通过比较不同柔性结构下系统绩效,寻找能够使得系统期望绩效达到最高的柔性结构。考虑到模型求解的复杂性,提出了一种基于多目标的柔性设计规则来帮助管理者更为简便的确定柔性能力投资结构。数值分析表明,根据柔性设计规则构建的柔性结构能够以低于或与2-SC结构相差不多的链数获得相当于完全柔性结构下的柔性价值。本文的研究目的在于为管理者制定柔性投资决策提供一定的指导,同时为制造柔性的测度和投资问题研究提供的一种研究思路。