柔性制造单元多工序指派问题的研究

论文摘要

随着社会对资源、能源利用率要求的提高,国家对节能减排的越发重视,以及顾客对产品的高质量、短期交付能力的严格要求,生产制造系统中的制造过程越来越受到企业的重视。而怎样对制造系统进行优化从而缩短生产工时、提升生产效率,及时地把产品在交货期内交付给顾客则一直是企业和学校科研单位研究的热点。与此同时,车间制造的重要设备——机床得到了越来越大的发展,加工高速、高精度化、柔性化、集成化是现代数控机床的发展方向。一般的数控加工中心,各种加工功能可以在一台加工中心上完成,这样做的最大的好处就是在一台数控加工中心上通过一次装夹就可以完成不同工件的不同加工功能,体现出加工中心加工的高度柔性。这类加工中心的出现满足了生产加工中的多样化、个性化的要求,由加工中心组成的柔性制造单元在企业中得到普遍应用。本文的研究正是基于柔性制造系统越来越普遍应用的背景,提出问题：在柔性制造单元中怎样对工序进行合理指派使得制造单元中的加工中心加工的工时最短。求解的基本思路是使各个加工中心承担的负荷尽可能的均衡。在求解中建立了混合整数非线性规划模型。考虑到运用数学方法求解比较困难,分别考察了传统生产线平衡的各种方法,重点对启发式算法和遗传算法进行了考察,最后确定用遗传算法更容易获得最优解。然后通过使平滑性指数最小获得制造单元中加工中心的负荷均衡化：首先对单产品的多工序指派提出了基于负荷均衡的柔性制造单元多工序指派数学模型,优化目标是使得指派到每台机床上的总工序时间最短。在此基础上运用遗传算法的原理设计了具体算法步骤。对于多产品加工,该问题比单产品问题复杂,本文对这个问题进行了探讨,建立了具体的数学模型。最后给出了具体的实例来对求解方法进行了验证。可以看出：相对于传统的方式,本方案可以很好的解决多工序指派问题,满足企业需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及立题意义
• 1.2 生产线平衡问题国内外研究现状
• 1.3 多机床多工序加工的研究现状
• 1.4 柔性制造单元问题研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 生产线平衡理论及方法分析
• 2.1 生产线平衡理论
• 2.1.1 常用术语
• 2.1.2 生产线平衡的评价指标
• 2.1.3 应用举例
• 2.2 生产线平衡的数学描述
• 2.2.1 生产线平衡问题的一般数学描述
• 2.2.2 生产线平衡问题的分类
• 2.3 生产线平衡问题方法分析
• 2.3.1 直接观察法
• 2.3.2 列举法
• 2.3.3 启发式方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 柔性制造单元多工序指派建模
• 3.1 柔性制造单元单产品多工序指派建模分析
• 3.1.1 加工中心负荷均衡化
• 3.1.2 加工中心数量的确定
• 3.2 柔性制造单元单产品多工序指派建模
• 3.3 柔性制造单元多产品多工序指派建模
• 3.3.1 多产品加工简化为单产品加工的讨论
• 3.3.2 柔性制造单元多产品多工序指派建模
• 3.4 考虑加工中心负荷的算法研究
• 3.4.1 求解柔性制造单元方法适用性分析
• 3.4.2 遗传算法适用性分析
• 3.5 无工序顺序约束指派的遗传算法设计
• 3.5.1 编译码
• 3.5.2 种群初始化
• 3.5.3 适应度函数与选择
• 3.5.4 交叉
• 3.5.5 变异
• 3.5.6 竞争原则
• 3.5.7 运算测试
• 3.6 本章小结
• 第4章 实例应用及分析
• 4.1 单产品在柔性制造单元加工的应用实例
• 4.1.1 问题概述
• 4.1.2 问题分析
• 4.1.3 问题求解
• 4.2 多产品在柔性制造单元加工的应用实例
• 4.2.1 实例求解
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士研究生期间发表的学术论文