大規(guī)模定制關(guān)鍵問題建模與應(yīng)用研究.pdf

1、隨著人們生活水平的提高和消費(fèi)理念的轉(zhuǎn)變,家具的客戶需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化的趨勢,這種轉(zhuǎn)變引起制造企業(yè)的競爭環(huán)境發(fā)生了巨大的變化,表現(xiàn)在產(chǎn)品生命周期縮短、多品種小批量生產(chǎn)比例增大和市場的動(dòng)態(tài)多變。為了適應(yīng)競爭環(huán)境,企業(yè)必然選擇定制生產(chǎn)模式。定制生產(chǎn)模式根據(jù)客戶的具體要求有針對性地進(jìn)行生產(chǎn),充分滿足客戶的個(gè)性化需求,但是,與大批量生產(chǎn)模式相比,定制生產(chǎn)模式降低了生產(chǎn)效率,影響企業(yè)的效益,進(jìn)而又將阻礙定制生產(chǎn)模式的推廣應(yīng)用。因此,探求提高定制

2、生產(chǎn)模式的生產(chǎn)效率的方法和途徑是一個(gè)具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值的課題。
　　本文相關(guān)研究針對技術(shù)水平較低的中小型制造業(yè),通過將企業(yè)員工,與機(jī)器組成動(dòng)態(tài)的柔性生產(chǎn)線,進(jìn)行統(tǒng)一的生產(chǎn)調(diào)度管理和改造,實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模定制生產(chǎn),對其它中小型企業(yè)的大規(guī)模定制也有重要的參考價(jià)值和借鑒作用。
　　板式家具大規(guī)模定制的研究現(xiàn)在主要集中在家具快速設(shè)計(jì)和板材套裁優(yōu)化兩個(gè)方面。至于生產(chǎn)過程的優(yōu)化,即板式家具大規(guī)模定制的生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化還未見有專門的論述。

3、r>　　在家具快速設(shè)計(jì)方面:已有多個(gè)設(shè)計(jì)軟件,但這些軟件主要注重產(chǎn)品外觀的顯示和模塊化設(shè)計(jì)。用虛擬現(xiàn)實(shí)來展現(xiàn)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì),由消費(fèi)者判斷設(shè)計(jì)是否符合自己的需求。用模塊化提高設(shè)計(jì)速度。應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題:
　　一是用戶需求的捕捉主要靠設(shè)計(jì)師和用戶溝通來實(shí)現(xiàn),虛擬現(xiàn)實(shí)的效果和實(shí)際效果存在較大錯(cuò)別,往往客戶簽字認(rèn)可了的設(shè)計(jì),生產(chǎn)完成在客戶家安裝后,客戶并不喜歡,這樣,定制家具設(shè)計(jì)就變成了一個(gè)遺憾的設(shè)計(jì)。如何正確捕捉客戶需求,就成為定制家具

4、設(shè)計(jì)的重要研究課題。
　　二是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)分離,在設(shè)計(jì)師完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)后,還要花時(shí)間進(jìn)行工藝設(shè)計(jì),加長了定制家具制造時(shí)間,同時(shí)易于出錯(cuò)。如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的并行一體化,也是定制家具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的重要研究課題。
　　在板材套裁優(yōu)化方面,本身就是一個(gè)NP難問題。板材在定制家具成本中占45％以上的比例,進(jìn)一步提高套裁優(yōu)化效果是一個(gè)長期的研究改進(jìn)課題。同時(shí)目前的相關(guān)研究還沒有達(dá)到直接實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工控制。
　　板式家具

5、大規(guī)模定制的生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化需要有適應(yīng)大規(guī)模定制的信息平臺,大規(guī)模定制是一種信息化制造的生產(chǎn)方式,訂單個(gè)性化信息的及時(shí)處理,以及定制產(chǎn)品在生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)間的跟蹤控制能力和信息共享程度,是決定大規(guī)模定制生產(chǎn)能否實(shí)施的關(guān)鍵因素。但是現(xiàn)在定制家具企業(yè)看到的只是能帶來訂單的網(wǎng)站平臺,能做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的倉庫管理平臺,而缺乏一個(gè)綜合信息平臺。如何建立定制家具企業(yè)的綜合信息平臺,簡易地顯示各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),是定制家具企業(yè)急需解決的重要課題。
　　針對定

6、制家具大規(guī)模定制研究中上述重要課題,本文主要做了如下工作:研究基于功能粒度模型的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建模方法和真實(shí)感虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)技術(shù);研究基于并行工程和知識設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫,生成產(chǎn)品全生命周期的各類所需數(shù)據(jù);針對大批量定制生產(chǎn)方式的批生產(chǎn)調(diào)度問題,研究實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)智能分批建模,粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法的應(yīng)用與改進(jìn),以及優(yōu)化過程的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)可視化問題;研究比普通矩形布局問題難度更高的“一刀切”的板材排料優(yōu)化算法,研究對非數(shù)控裁板機(jī)和數(shù)控裁板機(jī)的柔性制造

7、系統(tǒng)改造;研究如何直觀地、集中地顯示出訂單與時(shí)間相關(guān)的各類統(tǒng)計(jì)信息,研究其可視化表達(dá)方法,使生產(chǎn)管理人員能直觀地了解跟蹤的各類生產(chǎn)信息,進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
　　論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)采用功能粒度分析和模糊推理方法建立動(dòng)態(tài)的功能單元模塊數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)客戶需求的快速捕捉和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的聚類搜索。結(jié)合單元功能模塊、特征建模、空間數(shù)據(jù)模型與知識化表達(dá)的建模結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)基于CAD/CAPP/CAM并行工程的板式家具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

8、>　　(2)針對柔性生產(chǎn)線的多目標(biāo)優(yōu)化批調(diào)度問題,提出了平行機(jī)繼列分批調(diào)度模式。設(shè)計(jì)了自適應(yīng)元胞自動(dòng)機(jī)變異粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法,其創(chuàng)新點(diǎn)在于使用元胞自動(dòng)機(jī)進(jìn)行變異搜索,提高了尋優(yōu)能力。在采用此算法做單目標(biāo)優(yōu)化效果測試時(shí),優(yōu)于現(xiàn)有文獻(xiàn)的結(jié)果(采用標(biāo)準(zhǔn)30平行機(jī)調(diào)度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較測試,30％的概率找到了最優(yōu)解)。并利用瓶頸分解法,有效降低了多目標(biāo)優(yōu)化問題的維數(shù),進(jìn)行了各種組合參數(shù)設(shè)置的比較研究,找出了較優(yōu)的基于黃金分割的權(quán)值設(shè)置參數(shù),避免應(yīng)用

9、中參數(shù)設(shè)置的隨意性,達(dá)到實(shí)用。
　　(3)研究了大規(guī)模多品種小批量的矩形件排樣優(yōu)化問題,針對其“一刀切”的特殊生產(chǎn)工藝要求,通過對待切板自動(dòng)生成兩個(gè)不同的編號:橫切編號和縱切編號的方法,采用面積、長度、寬度啟發(fā)的多種群蟻群算法,避免了單因素啟發(fā)的不合理布局,做到了“生成即可行”,經(jīng)比與單因素蟻群啟發(fā)相比較,多種群蟻群算法尋優(yōu)能力強(qiáng),主要表現(xiàn)為:最大利用率最高;多次尋優(yōu)的最大利用率變化區(qū)間小。研究并實(shí)現(xiàn)了板式家具的柔性制造。