多品种混合装配车间关键资源建模与优化

论文摘要

企业面临着交货期提前、客户需求多样化和产品生命周期缩短的压力，因此缩短交货期、提高资源利用率、降低生产成本、提高生产运作的灵活性，已成为保证企业市场竞争力的重要手段。本文以日本大金现有装配车间为实际应用背景，对该装配车间存在的问题进行有针对性的研究。通过解决这些问题来提高生产线效率，缩短生产周期，提高市场反应能力。具体来说，论文主要内容如下：(1)多品种混合装配线仿真建模。针对该企业的空调装配线是多品种混合装配、车间调度逻辑复杂等特性，建立了面向对象的空调装配车间仿真模型。利用该仿真模型可以对生产计划、车间布局方案等进行验证，也为后续研究的优化方案验证提供一个平台。(2)配料区布料及并行机器调度优化。由于装配线节拍很快，对配料区的物料分拣速度有满足节拍要求，提出以工人操作距离最短为目标，对配料区的物料分布进行优化。对多并行机器组成的CellStation单元，提出了4类规则来对Cell Station进行优化调度，比较不同规则下的完工时间。(3)多种类型AGV配置数量优化。以生产线产能最大化为目标，以生产工艺、AGV路径、调度规则等为约束条件，建立了以AGV的数量为决策变量的数学模型来描述AGV的数量配置问题。针对该问题的复杂性，提出了基于仿真的优化方法，其利用仿真模型模拟实际车间的AGV运行状态，并通过遗传算法优化AGV的配置数量，从而有效地提高了优化结果的精度与优化的速度。(4)AGV环线路径优化。提出利用区域环思路设计无交叉、无碰撞堵塞的AGV路径。由于区域环AGV路径存在环间流以及环内流平衡问题，以环间流最小为目标，以环与环之间环内流平衡等为约束，建立了以工位划分为决策变量的数学模型。针对该问题是NP难问题，设计模拟退火算法来求解该模型。(5)应用系统开发。通过对日本大金现有多品种混合装配车间进行仿真建模，基于QUEST二次开发，将仿真与优化方法相结合进行应用，应用结果表明研究优化方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 制造业所面临的市场挑战与计算机仿真
• 1.1.2 AGV 广泛运用于制造业
• 1.2 国内外研究应用现状
• 1.2.1 仿真技术在生产系统中应用与发展
• 1.2.2 AGV 数量配置在国内外的研究现状
• 1.2.3 AGV 路径在国内外的研究现状
• 1.3 课题研究意义及内容
• 1.3.1 研究问题的提出
• 1.3.2 研究意义及内容
• 1.4 论文的章节安排
• 第二章 多品种混合装配车间关键资源的仿真建模
• 2.1 面向对象的装配生产系统仿真建模方法
• 2.2 混合装配车间仿真模型逻辑流程设计
• 2.2.1 配料区逻辑流程设计
• 2.2.2 装配线逻辑流程设计
• 2.2.3 AGV 逻辑流程设计
• 2.3 配料区建模与优化
• 第三章 多种类型 AGV 数量配置优化
• 3.1 问题描述
• 3.2 AGV 数量配置的仿真优化方法
• 3.2.1 仿真优化的原理
• 3.2.2 AGV 数量配置优化方法
• 3.3 遗传算法设计
• 3.3.1 遗传算法原理及一般步骤
• 3.3.2 AGV 数量配置的遗传算法设计
• 3.4 实例验证
• 第四章 区域环 AGV 路径设计
• 4.1 AGV 路径概述
• 4.1.1 AGV 路径分类及其特点
• 4.1.2 国内外对 AGV 路径的研究
• 4.2 区域环 AGV 路径的设计
• 4.3 基于负载平衡的区域环 AGV 路径优化模型
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 问题分析
• 4.3.3 模型假设及变量定义
• 4.3.4 优化模型
• 4.4 遗传模拟退火法求解优化模型
• 4.4.1 遗传模拟退火算法的原理
• 4.4.2 遗传模拟退火求解优化模型
• 4.5 中转站的设计
• 4.6 实例验证
• 第五章 空调混合装配仿真系统开发与应用
• 5.1 系统功能概述
• 5.2 系统模块结构
• 5.3 大金空调装配线仿真建模及应用
• 5.3.1 大金装配车间布局
• 5.3.2 配料区的仿真模型及配料优化
• 5.3.3 AGV 的仿真模型与优化
• 5.3.4 基于生产与工艺数据驱动的仿真模型
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间已发表或已录用的论文
• 攻读硕士期间参与的科研项目
• 攻读硕士期间参与的科研项目获奖