基于模糊控制的最优生产存储控制策略研究

论文摘要

随着科技和管理水平的不断提高,经济全球化的不断加深,企业面临的竞争压力越来越大,企业要在残酷的市场竞争中立于不败之地,必须从各方面着手努力提高自己的优势。生产存储控制在制造企业的管理中占有重要地位,好的生产存储控制系统能够使企业减少不必要的资金投入和库存费用,缩短生产周期,提高顾客服务水平。生产存储控制理论的研究一直没有中断过,领域内的专家普遍认为,在生产存储控制领域还有许多工作需要去做。因此,研究生产存储控制策略具有重要意义。模糊控制对复杂非线性系统的控制具有独特优势,是一种不依赖于数学模型的控制方法,具有强鲁棒性,对于传统控制方法较难处理的非线性控制问题,模糊控制能提供较好的非线性控制器。生产存储系统是一种典型的复杂非线性系统,而且存在许多模糊信息,精确理论与方法无法处理这些信息。因此,将模糊控制机制引入生产存储控制问题无疑具有积极意义。本文在对生产存储控制理论、模糊控制和排队网理论进行了介绍和回顾的基础上,利用模糊控制、计算机仿真和遗传算法等理论和方法,对串行线和装配线都分别进行了物料准入和物料量的最优控制策略研究。在串行线物料准入控制研究中,将串联生产线看作一个排队网络,设计模糊控制器以控制物料进入生产线,通过计算机仿真在实例分析中与CONWIP（ConstantWork-in-process）系统进行了比较,结果表明模糊生产控制系统的性能不亚于CONWIP系统。在装配线物料准入控制研究中,将装配线看作排队网系统,对模糊控制器进行了设计以控制物料进入装配线的各个阶段,并设计遗传算法优化控制器参数,通过仿真与多阶段CONWIP系统和推式系统进行了比较,结果表明模糊生产控制系统具有更加优越的性能。在串行线物料量控制研究部分,建立了基于模糊控制的串行线周期审查模型,设计模糊控制器以控制生产线各个节点的订单投放量,提出了一种贪婪算法来解决存储费用与满意率的权衡问题,并设计改进的遗传算法求解以极小化在制品水平和订单投放波动水平为目标,以顾客满意率为约束条件的多目标规划模型,在实例仿真中与CONWIP、Kanban和Generic Pull系统进行了比较,结果表明,模糊生产存储控制系统不仅能够维持较低的在制品水平,而且能够维持较低的订单投放波动水平。最后,提出一种简单而有效的方法在不降低系统性能的前提下通过删减模糊控制器数量和控制器的输入数量以解决优化控制器个数与位置分布的问题。在装配线物料量控制研究部分,建立了基于模糊控制的装配线周期审查模型,设计控制器以控制进入各个生产线阶段的订单投放量,并设计改进的遗传算法求解以极小化在制品水平和订单投放波动水平为目标,以顾客满意率为约束条件的多目标规划模型。在实例分析中与多阶段CONWIP、Kanban和Generic Pull控制策略进行了比较,结果也同样表明,模糊生产存储控制系统不仅能够维持较低的在制品水平,而且能够维持较低的订单投放波动水平。最后给出了全文的结论和未来研究方向上的一些建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究的目的
• 1.3 研究的技术路线
• 1.4 章节安排
• 1.5 主要参加的科研工作
• 第二章 生产控制与模糊控制综述
• 2.1 生产控制策略综述
• 2.1.1 Kanban系统
• 2.1.2 CONWIP系统
• 2.2 模糊控制理论综述
• 2.2.1 模糊控制系统基本结构
• 2.2.2 模糊化
• 2.2.3 模糊规则库
• 2.2.4 模糊推理
• 2.2.5 反模糊化
• 2.3 模糊控制在生产控制中的应用
• 2.4 排队网概述
• 2.4.1 排队系统及排队网
• 2.4.2 排队网的分类
• 2.4.4 排队网络在制造系统中的应用
• 第三章 串行线的物料准入控制
• 3.1 模糊准入控制系统
• 3.2 模糊控制器的设计
• 3.2.1 输入和输出的定义
• 3.2.2 模糊推理机制
• 3.2.3 反模糊化
• 3.3 实例分析
• 3.4 不同推理算子效果比较
• 3.5 小结
• 第四章 装配线的物料准入控制
• 4.1 遗传算法概述
• 4.1.1 基本思想和特点
• 4.1.2 基本步骤
• 4.1.3 遗传编码
• 4.1.4 初始种群
• 4.1.5 选择算子
• 4.1.6 交叉算子
• 4.1.7 变异算子
• 4.1.8 控制参数
• 4.1.9 性能评估
• 4.2 装配线描述
• 4.3 模糊准入控制系统
• 4.4 模糊控制器设计
• 4.4.1 输入输出定义
• 4.4.2 模糊推理
• 4.4.3 反模糊化
• 4.5 性能评价指标
• 4.6 系统优化
• 4.7 实例分析
• 4.8 小结
• 第五章 串行线的投料量控制
• 5.1 串行线模糊控制系统
• 5.2 系统模型与性能指标
• 5.2.1 系统模型
• 5.2.2 系统性能指标
• 5.2.3 模糊控制器的设计
• 5.3 单目标优化
• 5.3.1 单目标优化模型
• 5.3.2 贪婪算法设计
• 5.3.3 搜索上限确定
• 5.3.4 实例分析
• 5.4 多目标优化
• 5.4.1 多目标优化模型
• 5.4.2 改进遗传算法设计
• 5.4.3 实例分析
• 5.4.4 贪婪算法与改进遗传算法比较
• 5.4.5 系统设计改进
• 5.5 小结
• 第六章 装配线的投料量控制
• 6.1 装配线模糊生产控制系统
• 6.2 控制系统模型
• 6.2.1 相关定义
• 6.2.2 系统模型
• 6.2.3 性能指标
• 6.3 控制器设计
• 6.4 系统优化
• 6.4.1 优化模型
• 6.4.2 遗传算法的设计
• 6.5 实例分析
• 6.6 系统设计改进
• 6.7 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间撰写的论文
• 作者简介