面向單元制造企業(yè)的單元構(gòu)建和調(diào)度方法的研究.pdf

1、隨著少量生產(chǎn)、多樣化消費(fèi)時(shí)代的到來(lái)，制造企業(yè)面臨著產(chǎn)品生命周期和交貨期進(jìn)一步縮短、產(chǎn)品種類(lèi)逐漸增多、個(gè)性化要求不斷提高等問(wèn)題的考驗(yàn)。在這種情況下，如何保證并不斷提高生產(chǎn)效率、快速反應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求成為制造企業(yè)在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占領(lǐng)世界市場(chǎng)最有力的戰(zhàn)略武器和立于不敗之地的關(guān)鍵。單元生產(chǎn)方式是隨需而變的生產(chǎn)方式，綜合了單件生產(chǎn)的高柔性與大批量生產(chǎn)的高效率的優(yōu)點(diǎn)，并克服了單件生產(chǎn)成本高和批量生產(chǎn)過(guò)度剛性的缺點(diǎn)，使制造系統(tǒng)達(dá)到了效率和柔

2、性的統(tǒng)一，使企業(yè)組織內(nèi)實(shí)現(xiàn)了自律和自主的統(tǒng)一。目前單元生產(chǎn)方式已經(jīng)越來(lái)越受到人們的重視。實(shí)踐證明，單元生產(chǎn)系統(tǒng)具有在制品庫(kù)存少、成品庫(kù)存少、訂單響應(yīng)時(shí)間短、運(yùn)輸時(shí)間短、設(shè)備調(diào)整時(shí)間短、以及生產(chǎn)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。目前我國(guó)絕大多數(shù)制造企業(yè)采用大批量生產(chǎn)的粗放經(jīng)營(yíng)方式，過(guò)分關(guān)注生產(chǎn)產(chǎn)量，忽略了多品種小批量的市場(chǎng)需求，且忽視了這種大批量生產(chǎn)方式下存在的庫(kù)存、人力、物料、時(shí)間、空間和搬運(yùn)等大量浪費(fèi)。這導(dǎo)致了企業(yè)在成本和交付以及質(zhì)量方面都存在巨大壓力，

3、難以適應(yīng)當(dāng)今買(mǎi)方市場(chǎng)的新特點(diǎn)，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。為此，通過(guò)生產(chǎn)革新和生產(chǎn)方式的改造，來(lái)建立因需而變的滿(mǎn)足個(gè)性化需求的單元生產(chǎn)系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)制造企業(yè)向集約化經(jīng)營(yíng)邁進(jìn)，提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，保持與世界先進(jìn)制造水平同步的重要途徑。本文以離散制造企業(yè)單元生產(chǎn)方式的實(shí)施和運(yùn)作為研究背景，在對(duì)單元生產(chǎn)方式研究現(xiàn)狀，特別是單元構(gòu)建和調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，研究了單元生產(chǎn)方式實(shí)施和運(yùn)作過(guò)程中的單元構(gòu)建和調(diào)度的若干重要問(wèn)題。本文的研究成果及核心內(nèi)容主要有以下

4、五個(gè)方面：
　　 (1)研究了市場(chǎng)需求變化情況下生產(chǎn)單元內(nèi)部配置可調(diào)整的多周期多目標(biāo)動(dòng)態(tài)單元構(gòu)建問(wèn)題?？紤]了設(shè)備重置費(fèi)用、設(shè)備利用率和零部件跨單元移動(dòng)數(shù)目，提出了非線(xiàn)性多目標(biāo)動(dòng)態(tài)單元構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)問(wèn)題和模型的2點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一種基于啟發(fā)式的分散搜索算法。該算法采用了多樣性產(chǎn)生方法、全局判斷方法和參考集更新方法等多種改進(jìn)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)單元生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)構(gòu)建。
　　 (2)研究了設(shè)備冗余情況下的多周期多目標(biāo)動(dòng)態(tài)單元構(gòu)建問(wèn)題?？?/p>

5、慮了同一計(jì)劃期內(nèi)多個(gè)生產(chǎn)單元中可能存在相同類(lèi)型設(shè)備的情況，通過(guò)對(duì)單元生產(chǎn)構(gòu)建過(guò)程中的總費(fèi)用、設(shè)備負(fù)載與能力之間最大偏差以及零部件跨單元移動(dòng)數(shù)目這三個(gè)目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡，建立了該問(wèn)題的非線(xiàn)性多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃模型。采用自適應(yīng)小生境技術(shù)、懲罰技術(shù)、雙輪盤(pán)賭法和精華選擇策略，提出了基于精華保留策略的隨機(jī)權(quán)重多目標(biāo)遺傳算法來(lái)求解設(shè)備冗余情況下的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)單元構(gòu)建問(wèn)題。
　　 (3)研究了單元制造環(huán)境中零部件生產(chǎn)工藝不相同情況下零部件跨單元生產(chǎn)的調(diào)

6、度問(wèn)題。分別以最小化單元制造系統(tǒng)的總生產(chǎn)時(shí)間和拖期懲罰為目標(biāo)，對(duì)單元內(nèi)設(shè)備上的零部件進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度，提出了該問(wèn)題的非線(xiàn)性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，開(kāi)發(fā)了針對(duì)該問(wèn)題的分散搜索算法。該算法改進(jìn)了多樣性產(chǎn)生器，使算法生成一系列多樣性好的初始解，并針對(duì)該零部件調(diào)度問(wèn)題的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了參考集更新方法、子集產(chǎn)生方法、子集合并和解改進(jìn)方法等多種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單元制造系統(tǒng)中零部件調(diào)度的有效管理。
　　 (4)研究了單元構(gòu)建和調(diào)度的聯(lián)合決策問(wèn)題，以最小化單元制造系

7、統(tǒng)的總拖期費(fèi)用為目標(biāo)，建立了嵌入計(jì)算規(guī)則的整數(shù)規(guī)劃模型。為了有效地求解該模型，提出了基于啟發(fā)式的拉格朗日松弛分解算法。采用該算法將聯(lián)合決策問(wèn)題分解為單元構(gòu)建子問(wèn)題和單元調(diào)度子問(wèn)題。對(duì)單元構(gòu)建子問(wèn)題進(jìn)行線(xiàn)性化，并采用CPLEX進(jìn)行求解；同時(shí)采用分散搜索算法求解單元調(diào)度子問(wèn)題。通過(guò)合并拉格朗日乘子，使調(diào)度子問(wèn)題在對(duì)零部件進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度時(shí)考慮到設(shè)備和零件族在單元中的分配情況，以此來(lái)求解單元構(gòu)建和調(diào)度的聯(lián)合決策問(wèn)題。
　　 (5)研究了設(shè)

8、備冗余情況下的單元構(gòu)建和調(diào)度的聯(lián)合決策問(wèn)題。考慮了單元生產(chǎn)系統(tǒng)中每種設(shè)備和零部件數(shù)量為多個(gè)、零部件分批量調(diào)度的情況，為該聯(lián)合決策問(wèn)題建立了包含整數(shù)變量和連續(xù)變量的非線(xiàn)性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型。為了有效地求解該模型，提出了一個(gè)嵌入調(diào)度規(guī)則的分散搜索算法，該算法引入了一個(gè)合并的調(diào)度規(guī)則，考慮了兩種不同的合并方法和改進(jìn)方法，擴(kuò)充了分散搜索算法的框架來(lái)更好的適應(yīng)該聯(lián)合決策問(wèn)題。提出的算法對(duì)整數(shù)變量進(jìn)行搜索，并采用合并調(diào)度規(guī)則來(lái)求解整數(shù)解對(duì)應(yīng)的調(diào)度子問(wèn)題。