面向离散制造系统的管理过程设计研究

面向离散制造系统的管理过程设计研究

论文摘要

面对激烈的市场竞争,敏捷制造提出企业需具备快速反应、重组资源、组织生产以最大可能满足客户“个性化产品”需求的制造战略。基于敏捷制造战略,本文提出敏捷制造体系的核心问题是如何进行产品设计和制造过程设计。接下来,本文提出管理过程设计的概念,完善了制造过程设计的内容体系。在对国内外文献深入研究的基础上,本文分析了生产系统变动因素的多级分类。通过回顾各种管理过程设计方法,指出其应用上的局限性及建立制造过程数学模型的必要性。通过比较分析离散事件动态系统的多种建模方法:排队网络法、极大代数法和Petri网法,最终确定采用Petri网法建立制造过程的数学模型。本文详细分析了基于丰田生产方式的管理过程设计内容体系。本文分别实现了刚性串联制造过程、推动式柔性串联制造过程、拉动式柔性串联制造过程的Petri网建模,推导了各模型的关联矩阵、三阶段状态方程和可达标识图,并对各模型进行了行为特性分析。本文实现了串并联和并串联制造过程的Petri网建模和相应的特性分析。考虑到制造过程中事件的发生和状态的延续都与时间有关,本文分别建立了刚性串联制造过程、推动式柔性串联制造过程和拉动式柔性串联制造过程的TTPN模型,并针对各模型讨论了生产周期、生产率、生产提前期和设备利用率等动态性能参数。本文讨论了推动式柔性串联制造过程的在制品数量与作业时间的关系,提出一种通过调整作业时间实现在制品数量控制的方法。本文实现了复杂制造过程的SPN模型的化简和等价性能参数的计算,并研究了制造过程SPN模型化简方法在装配线布置问题上的应用。通过实例仿真分析验证了所提出方法的有效性。本文将准时化生产(JIT)与制造执行系统(MES)作以比较分析,提出两者虽然实施方法各异,但实质相同的观点。在此基础上,本文提出广义制造执行系统的概念。最后,总结全文并展望了进一步的研究工作。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.1.1 产品设计与制造过程设计
  • 1.1.2 敏捷制造与虚拟企业
  • 1.1.3 精益生产与大批量定制
  • 1.1.4 先进制造技术
  • 1.1.5 敏捷制造体系
  • 1.2 研究的内容、方法和意义
  • 1.3 论文结构
  • 第二章 文献综述
  • 2.1 制造过程概述
  • 2.1.1 制造资源
  • 2.1.2 制造活动
  • 2.1.3 过程控制
  • 2.2 管理过程设计方法
  • 2.2.1 工作研究技术
  • 2.2.2 物流系统设计方法
  • 2.3 制造过程的建模方法
  • 2.3.1 排队网络法
  • 2.3.2 极大代数法
  • 2.3.3 Petri 网法
  • 2.4 基于丰田生产方式的管理过程设计
  • 2.4.1 价值流图析技术
  • 2.4.2 无间断流程的连续带
  • 2.4.3 制定均衡化生产日程表
  • 2.4.4 看板管理实现制造过程控制
  • 2.4.5 物流系统设计
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 制造过程的基本PN 模型及其行为特性分析
  • 3.1 刚性串联制造过程模型及其行为特性分析
  • 3.1.1 刚性串联制造过程的基本PN 模型
  • 3.1.2 建立刚性串联制造过程的状态方程
  • 3.1.3 刚性串联制造过程的行为特性分析
  • 3.2 推动式柔性串联制造过程模型及其行为特性分析
  • 3.2.1 柔性串联制造过程的基本PN 模型
  • 3.2.2 建立推动式柔性串联制造过程的状态方程及其行为特性分析
  • 3.3 拉动式柔性串联制造过程模型及其行为特性分析
  • 3.3.1 拉动式柔性串联制造过程的基本PN 模型
  • 3.3.2 建立拉动式柔性串联制造过程的状态方程及其行为特性分析
  • 3.4 串并联与并串联制造过程的基本PN 模型
  • 3.4.1 串并联制造过程的基本PN 模型
  • 3.4.2 并串联制造过程的基本PN 模型
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 制造过程的TTPN 模型在管理过程设计上的应用
  • 4.1 赋时变迁Petri 网的定义和运行规则
  • 4.2 刚性串联制造过程的TTPN 模型与动态性能分析
  • 4.2.1 刚性串联制造过程的TTPN 模型
  • 4.2.2 刚性串联制造过程的动态性能分析
  • 4.3 推动式柔性串联制造过程的TTPN 模型与动态性能分析
  • 4.3.1 推动式柔性串联制造过程的TTPN 模型
  • 4.3.2 推动式柔性串联制造过程的动态性能分析
  • 4.4 拉动式柔性串联制造过程的TTPN 模型与动态性能分析
  • 4.4.1 拉动式柔性串联制造过程的TTPN 模型
  • 4.4.2 拉动式柔性串联制造过程的动态性能分析
  • 4.5 制造过程的TTPN 模型在管理过程设计上的应用
  • 4.5.1 推动式柔性串联制造过程中在制品数量与工件等待时间
  • 4.5.2 调整推动式柔性串联制造过程的作业时间
  • 4.5.3 拉动式柔性串联制造过程的在制品数量与工件等待时间
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 复杂制造过程模型化简及其在管理过程设计上的应用
  • 5.1 随机Petri 网的定义
  • 5.2 SPN 模型的化简方法与性能等价公式
  • 5.2.1 串联SPN 模型化简及其性能等价公式
  • 5.2.2 并联SPN 模型化简及其性能等价公式
  • 5.2.3 选择SPN 模型化简及其性能等价公式
  • 5.2.4 循环SPN 模型化简及其性能等价公式
  • 5.3 复杂制造过程SPN 模型的化简及其性能等价计算
  • 5.4 制造过程SPN 模型的化简方法在装配线布置问题上的应用
  • 5.4.1 常见的装配线布置问题及其解决方法
  • 5.4.2 装配线布置的改进过程
  • 5.4.3 装配线布置的改进方法
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 仿真建模与分析
  • 6.1 制造过程基本PN 模型的仿真与分析
  • 6.1.1 刚性串联制造过程的仿真与分析
  • 6.1.2 拉动式柔性串联制造过程的仿真与分析
  • 6.2 制造过程的TTPN 模型的仿真与分析
  • 6.2.1 推动式柔性串联制造过程的仿真结果与分析
  • 6.2.2 拉动式柔性串联制造过程的仿真结果与分析
  • 6.3 本章小结
  • 第七章 基于丰田生产方式的制造执行系统的研究
  • 7.1 制造执行系统(MES)
  • 7.1.1 MES 的概念与功能定位
  • 7.1.2 S95 标准
  • 7.1.3 制造执行系统的架构分析
  • 7.2 MRPII/ERP 系统概述
  • 7.2.1 MRPII/ERP 计划层次
  • 7.2.2 MRPII/ERP 系统的时间概念
  • 7.2.3 MRPII/ERP 系统的生产作业控制
  • 7.3 准时化生产与制造执行系统
  • 7.3.1 MRPII 与JIT 集成的研究
  • 7.3.2 准时化生产与制造执行系统
  • 7.3.3 广义制造执行系统
  • 7.4 本章小结
  • 第八章 结论与展望
  • 8.1 主要研究结论
  • 8.2 创新点
  • 8.3 对未来工作的展望
  • 参考文献
  • 攻读博士期间发表论文和参加科研情况
  • 致谢
  • 相关论文文献

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