混合流水线生产计划与调度问题研究

论文摘要

21世纪人类进入了信息化的时代,经济的全球化、一体化、市场化和信息化,使全球市场竞争也越来越激烈,促使企业的生产方式发生了巨大的变化。利用现代各种先进的方法和技术,优化生产经营和生产操作,优化资源分配的生产计划和调度已经越来越重要,是实现精细化生产,增强企业竞争力的一个重要方面。随着生产方式的改进,对生产计划与调度的研究也具有越来越重要的现实意义和理论价值。本文根据汽车生产企业的生产流程,对混合流水型生产方式的生产计划、投产序列优化调度、生产过程的监测和控制、生产中的物料需求几方面的应用,结合汽车部件生产和整车装配生产计划与调度过程进行了深入的研究。主要工作内容及创新点如下:(1)提出了混流装配生产计划与生产排程制定方法。以订单需求与企业生产能力为依据制定生产计划和工作班次。为保证产品生产序列满足负荷平衡和物料消耗平准化,设计了加权决策的多目标模型,采用免疫优化算法,设计了一种新的抗体浓度表示方法,能够以很快的收敛速度获得优化结果。计算结果表明,按照该序列进行生产日程安排,可以满足交货日期要求,并能使库存最小化。(2)根据混流生产产品的特点,提出了以状态路径或状态网络图表达产品装配生产过程的方法,并由此建立产品状态之间的转化路径,以此为依据,可以实现产品个性化的生产活动往后推迟,同时可以实现在制品的在线动态调整。(3)构建了基于产品控制和在制品动态调整的混流装配生产计划与调度体系结构,给出了生产监控的数学模型,提出了多个控制向量,实现了从生产计划的产品队列到在制品的状态跟踪和分析,以及对产品的调整等生产过程的动态描述。(4)将产品装配工艺与产品物料清单结合形成装配工位物料需求,按照装配线物料供给特点,既可以得到按生产节拍的投料计划,也可以依据单元物料消耗和产品生产序列推导出不同时间段的物料需求。给出的物料需求的计算公式,可以获得不同时间精度的投料计划。(5)在混合流水加工车间,生产调度目标是生产时间最小化与机器负荷平衡,为此建立了控制负荷差别的数学模型,以最小化的makespan为目标,运用免疫算法求解,可以加快算法的迭代速度,提高效率。对于加工和装配两阶段生产调度,利用分治方法将问题分解得到多个子问题并形成对应的Agent,然后采用合作博弈理论,进行多Agent之间的合作博弈,实现优化过程。(6)为处理生产过程中的突发事件,设计了漏斗模型动态调度方法。以调度窗口里的生产任务为漏斗库存,以事件为驱动再调度的策略,按照策略选择任务进入调度窗口,保持任务总量与生产系统平衡;根据各种事件特点进行规则判断,选择重新调度与否。本方法采用较少的再调度次数保证生产的目标要求,即保持了生产过程平稳有序进行,又提高了生产的效率。以江铃汽车集团全顺汽车厂的生产实际为背景,结合本论文所提出的理论,开发了具有实用价值的混合流水生产计划和调度系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混合流水生产系统
• 1.3 生产计划和调度
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 发展趋势
• 1.3.4 混合流水生产计划与调度
• 1.4 研究背景
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 存在的问题和要求
• 1.5 论文的主要工作与创新点
• 1.5.1 论文的主要工作
• 1.5.2 论文创新点
• 1.5.3 论文体系结构
• 第二章 混流装配生产计划与调度
• 2.1 生产计划与企业体系结构
• 2.1.1 生产计划的目标与要求
• 2.1.2 生产计划与调度在企业体系结构中的位置
• 2.2 混流装配生产计划
• 2.2.1 混流装配线
• 2.2.2 混流装配生产计划目标要求
• 2.2.3 混流装配与JIT
• 2.2.4 生产计划与调度集成
• 2.2.5 生产计划编制步骤
• 2.3 生产需求处理
• 2.3.1 生产计划前期处理
• 2.3.2 实例
• 2.4 多目标混流装配计划与调度问题集成优化
• 2.4.1 集成优化模型
• 2.4.2 免疫算法对问题的求解
• 2.4.3 实例分析
• 2.5 上线计划
• 2.5.1 生产日程
• 2.5.2 上线时区
• 2.5.3 应用举例
• 2.6 本章小结
• 第三章 混流装配线生产控制模型
• 3.1 产品装配表示
• 3.2 产品状态
• 3.2.1 各阶段产品状态
• 3.2.2 产品装配状态表示
• 3.2.3 可达产品分析
• 3.3 生产过程控制
• 3.3.1 生产的控制与监测
• 3.3.2 生产控制数学模型
• 3.4 基于节拍的生产状态
• 3.5 在制品生产调整
• 3.5.1 可达产品与在线调整
• 3.5.2 在制品动态调整算法
• 3.6 本章小结
• 第四章 混流装配线物料需求
• 4.1 汽车混流装配线物料供应
• 4.2 产品装配与物料需求
• 4.2.1 物料需求原则
• 4.2.2 产品装配结构与装配工艺
• 4.2.3 产品装配线物料流
• 4.3 装配线物料动态需求
• 4.3.1 基于生产节拍的单元物料需求
• 4.3.2 基于上线时区的投料计划
• 4.3.3 基于生产计划的投料计划
• 4.4 基于装配投料清单的物料需求特点
• 4.5 本章小结
• 第五章 混流加工车间动态调度
• 5.1 车间作业调度
• 5.1.1 车间生产计划与调度
• 5.1.2 车间问题调度分类
• 5.1.3 多阶段混流生产调度问题
• 5.2 混合流水车间负荷平衡调度
• 5.2.1 问题的描述
• 5.2.2 数学模型
• 5.2.3 调度问题的免疫算法求解
• 5.2.4 算例
• 5.3 混合制造合作博弈调度
• 5.3.1 研究背景
• 5.3.2 数学模型
• 5.3.3 装配分解及简单调度
• 5.3.4 多Agent 合作博弈调度
• 5.3.5 算例分析
• 5.4 车间动态调度
• 5.4.1 动态调度模式
• 5.4.2 基于“漏斗”模型的动态调度算法
• 5.5 本章小结
• 第六章 原型系统
• 6.1 系统总体设计
• 6.1.1 功能需求
• 6.1.2 系统实施体系架构
• 6.2 数据库及主要功能模块设计
• 6.3 原型系统介绍
• 6.3.1 系统登录
• 6.3.2 基础数据维护
• 6.3.3 生产计划制定和维护
• 6.3.4 生产跟踪与监控
• 6.4 应用及效果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文主要贡献
• 7.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文及参与的研究工作