论文题目: 生产物流系统在制品库存控制技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 郭彩芬
导师: 王宁生
关键词: 在制品库存控制,比例积分控制,统计过程控制,集成,动态调度
文献来源: 南京航空航天大学
发表年度: 2005
论文摘要: 生 产 物 流 的 四 个 评 价 指 标 是 : 生 产 周 期 、 调 度 平 稳 性 、 在制品(Work-In-Progress, WIP)库存、设备利用率。随着顾客对产品需求的多样化和对及时送货要求的提高,在满足顾客要求的同时,在整个价值链上降低在制品库存并维持其在理想水平就显得日益重要。生产物流控制系统(Production Logistics Control Systems, PLCS)作为企业的底层执行机构,是企业控制在制品库存的关键因素。针对动态生产环境下传统 PLCS 系统的缺点和不足,本文基于控制理论,构建了一个集成比例积分控制(Proportional &Integral Control, PI)与统计过程控制(Statistical Process Control, SPC),具有集成性、动态性、敏捷性的生产物流控制系统(Integrating PLCS, I-PLCS),并对其在制品库存控制技术进行了研究。 本文以工段间零件在制品为研究对象,在归纳和总结当前生产物流系统建模方法的基础上,针对当前制造系统的动态变化特点,基于控制理论的连续时间微分方程模型,建立了集成前馈与反馈控制环节的串行生产线在制品库存控制模型。详细分析了模型中采用的需求平稳化、生产延迟、恢复库存原则三种控制策略。仿真分析了需求波动时系统参数对在制品库存的影响。 借鉴流程业中广泛应用的过程控制技术,本文将比例积分(Proportional Integral, PI)控制算法应用于工段间在制品库存控制。分析了比例积分控制器不同的放置方式对动态系统零点和极点的影响,建立了串行生产线在制品库存之比例积分控制的级联控制模型。进而将比例积分控制器参数的设计问题转化为频域上的优化问题。并以摩托车发动机曲轴箱体生产线为例,进行了比例积分控制器的实例化设计。仿真结果表明比例积分控制器的控制效果要优于比例控制器,比例积分控制器也具有很强的鲁棒性。 针对比例积分控制器的实现问题,首先利用凸优化方法完成了加工设备负荷的优化配置。在此基础上,将比例积分控制器的比例控制和积分控制分别对应加工系统的输入速率控制和积压任务控制,通过输入速率控制器和积压任务控制器解决了比例积分控制器的具体实现问题。 为了持久改善过程品质,本文将统计过程控制与比例积分控制集成应用于串行生产线在制品库存控制。建立了监控在制品库存状态的统计过程控制与比例积分控制集成控制模型。并对该模型进行了仿真验证。结果表明,在在制品库存均值出现移动和漂移两种偏差下,统计过程控制与比例积分控制集成控制
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
图清单
表清单
注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.3 实现目标
1.4 研究对象与研究方法
1.4.1 研究对象
1.4.2 研究方法
1.5 论文的主要工作与创新点
1.5.1 论文研究的主要工作
1.5.2 论文创新点
1.6 课题来源及论文体系结构
1.6.1 课题来源
1.6.2 论文体系结构
第二章 生产物流系统建模分析
2.1 供应链简介
2.2 生产物流系统
2.3 生产物流系统建模
2.3.1 连续时间微分方程模型
2.3.2 离散时间差分方程模型
2.3.3 离散事件仿真模型
2.3.4 运筹学模型
2.4 控制理论模型在生产物流系统的应用
2.4.1 控制理论模型在生产物流系统的早期应用
2.4.2 近期控制理论模型在生产物流系统的应用
2.4.2.1 理论方法的新进展
2.4.2.2 随机控制理论
2.4.2.3 前馈与反馈控制环节的集成应用
2.5 本章小结
第三章 串行生产线在制品库存控制基础研究
3.1 简介
3.1.1 在制品定义
3.1.2 在制品库存的作用
3.1.3 确定在制品库存的位置
3.1.4 确定串行生产线在制品库存的最佳容量
3.1.5 在制品库存控制
3.1.5.1 在制品库存控制策略
3.1.5.2 控制在制品库存产生的效益
3.2 串行生产线在制品库存控制模型的建立
3.2.1 基本加工模块
3.2.2 串行生产线在制品库存控制模型
3.2.2.1 需求平稳化策略
3.2.2.2 生产延迟策略
3.2.2.3 恢复库存策略——前馈与反馈控制方式
3.4 串行生产线在制品库存控制的传递函数分析
3.4.1 传递函数
3.4.2 控制系统的频率特性与传递函数
3.4.3 串行生产线在制品库存控制的传递函数分析
3.5 串行生产线在制品库存控制的实例仿真
3.5.1 串行生产线 A1W 的阶跃响应
3.5.2 串行生产线 A 1W 的锯齿响应
3.5.3 串行生产线 A1W 的正态响应
3.6 仿真结果分析
3.7 本章小节
第四章 串行生产线在制品库存之PI 控制与实现
4.1 PI 控制器
4.2 PI 控制器在串行生产线在制品库存控制的应用
4.2.1 PI 控制器数量和位置的选择
4.2.2 建立优化模型
4.2.2.1 约束条件
4.2.2.2 目标函数
4.2.2.3 建立优化模型
4.3 模型求解
4.3.1 灵敏度约束
4.3.2 模型求解
4.4 箱体生产线在制品库存控制之 PI 控制器设计
4.4.1 初始条件
4.4.2 模型求解
4.5 PI 控制器的控制性能分析
4.5.1 PI 算法与P 算法控制效果比较
4.5.2 PI 控制器的鲁棒性
4.6 PI 控制器的实现
4.6.1 优化配置设备负荷
4.6.1.1 凸优化方法简介
4.6.1.2 建立凸优化模型
4.6.1.3 拉格郎日函数及KKT 条件
4.6.1.4 模型求解
4.6.2 积压任务管理
4.6.2.1 积压任务控制器（backlog controller）
4.6.2.2 输入速率控制器
4.6.2.3 集成积压任务控制器与输入速率控制器
4.7 本章小节
第五章 集成SPC 与PI 的串行生产线在制品库存控制
5.1 简介
5.1.1 统计过程控制
5.1.2 Shewhart 控制图
5.1.3 CUSUM 控制图
5.1.4 EWMA 控制图
5.1.5 有关 SPC 的性能指标
5.2 SPC 的局限性与解决方案
5.2.1 传统 SPC 技术的局限性
5.2.2 解决方案
5.3 集成 SPC 与 PI
5.3.1 集成的必要性
5.3.2 集成步骤
5.4 SPC 与PI 集成效果评价
5.4.1 过程变化形式及计算方法
5.4.2 单一 PI 控制与 SPC/PI 集成控制效果比较
5.5 本章小节
第六章 箱体生产线I-PLCS 系统的应用
6.1 应用背景
6.1.1 应用背景
6.1.2 箱体生产线
6.2 箱体生产线 I-PLCS 系统
6.2.1 系统组成
6.2.2 集成控制器原理
6.3 系统功能
6.3.1 系统功能分析
6.3.2 I-PLCS 系统的IDEF0 图
6.4 I-PLCS 系统的动态调度仿真
6.4.1 I-PLCS 系统的动态调度策略
6.4.2 I-PLCS 系统的动态调度仿真
6.5 I-PLCS 系统应用及应用效果分析
6.5.1 I-PLCS 系统应用
6.5.2 I-PLCS 系统的应用效果分析
6.6 本章小节
第七章 总结与展望
7.1 结论
7.2 后续研究工作展望
致谢
攻读博士学位期间的主要工作
参考文献
发布时间: 2005-07-08