面向单件小批MES的车间作业调度问题研究

论文摘要

制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)是面向车间生产的管理信息系统,也是实现快捷制造、节约企业成本的基础。随着经济形势的转变,单件小批生产已成为现有中小型企业的主要生产方式,如何将MES系统应用到单件小批生产中,已是最具吸引力的研究热点之一。车间作业调度问题是MES的核心模块,其实质是一种资源约束、时间约束和工序约束等组合优化问题,研究及应用车间作业调度问题对于我国制造业提高管理水平,生产效率,以及实施先进制造战略等均有重要的意义。但是由于实际车间作业调度的动态不确定性和复杂性,给实际的研究及应用带来了很大挑战。首先,在研究分析传统MES体系结构的基础上,根据单件小批车间作业调度实际生产所面临的压力及困难,构建了单件小批制造执行系统的功能模型,对单件小批MES体系结构的功能模块进行了详细阐述。同时,从单件小批企业实际需求出发,研究了单件小批MES与企业资源计划、车间现场控制的信息集成。然后,在分析传统的车间作业调度问题的基础上,结合单件小批调度的约束条件,针对GA算法会发生进化缓慢或者早熟现象,将SA算法引入到交叉和变异操作,提出了遗传模拟退火调度算法——GASA混合调度算法,并给出算法数学模型、算法模型、算法流程。GA的并行抽样性可以将算法时间优化性能提高,而SA的控制准则可以控制结合后算法的收敛性,避免出现早熟现象。利用经典调度问题FT06,验证了GASA算法的正确性,并与传统GA算法进行比较,验证了GASA算法的高效性。最后,论文采用Java编程语言、JBuilder开发环境、B/S模式开发MES中的车间作业调度原型系统。在充分调研的基础上,构建了车间作业调度系统的数据库,并结合作业计划与调度的实际问题,对单件小批MES作业计划与调度优化方法进行了实例研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 文章结构安排
• 第2章 单件小批MES 体系结构及与ERP/DCS 的信息集成
• 2.1 单件小批生产的研究
• 2.1.1 单件小批生产的特点
• 2.1.2 单件小批车间作业调度的特点分析
• 2.2 单件小批MES 体系结构及与ERP/DCS 的信息集成
• 2.2.1 MES 研究现状
• 2.2.2 单件小批MES 与ERP/DCS 的信息集成
• 2.2.3 单件小批MES 的体系结构
• 2.3 本章小结
• 第3章 车间作业（Job-shop）调度问题
• 3.1 Job-shop 调度问题描述
• 3.1.1 研究现状
• 3.1.2 问题描述
• 3.2 Job-shop 调度典型算法
• 3.2.1 算法的确定
• 3.2.2 算法的评价标准
• 3.3 车间作业调度的难点
• 3.4 本章小结
• 第4章 单间小批Job-shop 问题GASA 混合算法的设计
• 4.1 单件小批Job-shop 调度问题描述
• 4.1.1 单件小批调度问题约束条件
• 4.1.2 单件小批调度问题数学模型
• 4.1.3 单件小批调度问题解决方法
• 4.2 传统调度算法比较
• 4.2.1 模拟退火算法
• 4.2.2 遗传算法
• 4.3 GASA 混合调度算法
• 4.3.1 GASA 混合算法的描述
• 4.3.2 GASA 混合算法的编码与解码
• 4.3.3 GASA 混合算法的目标函数和适应度函数
• 4.3.4 GASA 混合算法的选择/交叉/变异操作
• 4.3.5 GASA 混合算法的模拟退火操作
• 4.4 GASA 混合算法在Job-shop 调度问题上的仿真实验
• 4.4.1 典型Job-shop 调度问题
• 4.4.2 FT06 调度问题实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 单件小批MES 车间作业调度模块实例分析
• 5.1 车间作业调度模块设计
• 5.1.1 用例模型
• 5.1.2 功能模块
• 5.2 设计模式及数据库设计
• 5.2.1 设计模式及环境
• 5.2.2 数据库设计
• 5.3 实例分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢