離散制造系統(tǒng)生產(chǎn)批量與設(shè)備維護(hù)的集成建模研究.pdf

1、離散制造系統(tǒng)中產(chǎn)品多以批量形式進(jìn)行生產(chǎn)以滿(mǎn)足外部需求，批量問(wèn)題的研究主要優(yōu)化和決策不同產(chǎn)品在一定計(jì)劃期內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)量，以提高系統(tǒng)運(yùn)作效率、控制產(chǎn)品庫(kù)存水平、降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。另一方面，生產(chǎn)設(shè)備是制造系統(tǒng)的核心要素之一，設(shè)備故障及維護(hù)活動(dòng)干擾正常的生產(chǎn)運(yùn)作，對(duì)系統(tǒng)能力評(píng)估、運(yùn)營(yíng)成本控制及批量計(jì)劃的可行性產(chǎn)生重要影響，適當(dāng)?shù)木S護(hù)策略是保證設(shè)備性能的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。由于批量的生產(chǎn)過(guò)程與設(shè)備狀態(tài)及維護(hù)活動(dòng)的高度關(guān)聯(lián)性與耦合性，對(duì)相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)集成研究有

2、助于科學(xué)統(tǒng)籌企業(yè)范圍內(nèi)的有限資源、降低系統(tǒng)運(yùn)作的綜合成本、確保各項(xiàng)計(jì)劃的有效執(zhí)行，對(duì)提升國(guó)內(nèi)制造型企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理水平與競(jìng)爭(zhēng)力具有重大實(shí)際意義。
　　產(chǎn)品需求可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類(lèi)，對(duì)應(yīng)的批量模型包括經(jīng)濟(jì)制造數(shù)量問(wèn)題(Economic manufacturing quantity，EMQ)和有限產(chǎn)能批量問(wèn)題(Capacitated lot sizing problem，CLSP)，當(dāng)前生產(chǎn)批量與設(shè)備維護(hù)問(wèn)題的集成研究主要圍繞這兩個(gè)模型

3、展開(kāi)。由于這一交叉領(lǐng)域的研究時(shí)間尚短，所提理論模型不能全面準(zhǔn)確體現(xiàn)制造系統(tǒng)中不同要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系及集成建模所能改進(jìn)的綜合績(jī)效，具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：(1)受限于已有的求解方法，部分故障條件下EMQ問(wèn)題只能采用非最優(yōu)策略進(jìn)行建模，增加了庫(kù)存水平與平均成本；(2)CLSP與設(shè)備維護(hù)集成模型所采用的建模策略未能有效反映生產(chǎn)負(fù)荷與設(shè)備狀態(tài)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使決策結(jié)果存在過(guò)度維護(hù)現(xiàn)象；(3)生產(chǎn)批量與設(shè)備維護(hù)問(wèn)題的研究對(duì)象以單設(shè)備系統(tǒng)為主，尚未擴(kuò)展

4、至常見(jiàn)的多階段制造系統(tǒng)。
　　本文針對(duì)離散制造型企業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求及已有研究存在的不足，分別對(duì)兩類(lèi)批量模型與單設(shè)備維護(hù)問(wèn)題的集成建模及優(yōu)化開(kāi)展研究，并將CLSP與設(shè)備維護(hù)的研究對(duì)象擴(kuò)展至流水線(xiàn)系統(tǒng)，主要研究工作如下：
　　(1)提出了一種動(dòng)態(tài)方法求解設(shè)備故障條件下的EMQ模型，并通過(guò)求解方法的拓展改進(jìn)了相關(guān)問(wèn)題的建模策略。EMQ模型在批量決策時(shí)需考慮設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)進(jìn)程與庫(kù)存水平的影響以實(shí)現(xiàn)平均成本最小化，可將相關(guān)模型進(jìn)一步劃分為

5、遇故障批量不可恢復(fù)與可恢復(fù)兩類(lèi)。動(dòng)態(tài)方法根據(jù)故障的實(shí)際發(fā)生情況評(píng)估其對(duì)批量決策的影響，并由平均成本與邊際成本推導(dǎo)最優(yōu)批量，避免了過(guò)去研究中對(duì)設(shè)備故障與事后維護(hù)的嚴(yán)格假設(shè)。故障的抽樣仿真表明，動(dòng)態(tài)方法求解不可恢復(fù)EMQ模型的績(jī)效與靜態(tài)方法一致，但對(duì)于可恢復(fù)EMQ問(wèn)題，動(dòng)態(tài)方法可結(jié)合改進(jìn)后的建模策略有效降低產(chǎn)品庫(kù)存與平均成本。
　　(2)實(shí)現(xiàn)了基于設(shè)備運(yùn)行建模策略下單設(shè)備 CLSP與設(shè)備維護(hù)的集成建模與優(yōu)化。為準(zhǔn)確體現(xiàn)生產(chǎn)負(fù)荷對(duì)設(shè)備狀

6、態(tài)及可靠性的影響,采用了基于設(shè)備運(yùn)行的建模策略對(duì)CLSP與設(shè)備維護(hù)展開(kāi)研究，推導(dǎo)了設(shè)備的有效役齡、可靠性及故障預(yù)期。根據(jù)可靠性要求與故障影響程度的不同，提出了考慮可靠性約束與故障因素的兩個(gè)集成模型來(lái)驗(yàn)證該建模策略的有效性，生產(chǎn)批量與設(shè)備維護(hù)分別在綜合成本、產(chǎn)能約束及可靠性約束層面建立關(guān)聯(lián)機(jī)制。算例表明，兩個(gè)集成模型均可在變動(dòng)負(fù)荷條件下柔性調(diào)整預(yù)防性維護(hù)周期、降低系統(tǒng)運(yùn)行的綜合成本。最后，設(shè)計(jì)了基于拉格朗日松弛的三階段啟發(fā)式算法求解考慮可

7、靠性約束的集成模型，數(shù)值試驗(yàn)表明該算法具有較好的求解效率和質(zhì)量。
　　(3)提出了非穩(wěn)態(tài)流水線(xiàn)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)了流水線(xiàn)條件下 CLSP與設(shè)備維護(hù)的集成建模與優(yōu)化。首先對(duì)流水線(xiàn)系統(tǒng)生產(chǎn)能力的評(píng)估方法展開(kāi)研究，定義了系統(tǒng)運(yùn)作的問(wèn)題邊界，推導(dǎo)了在制品在不同設(shè)備的開(kāi)始加工-離開(kāi)時(shí)間的遞推關(guān)系式，結(jié)合故障的抽樣仿真評(píng)估了批量生產(chǎn)期間的系統(tǒng)能力。將上述能力評(píng)估方法作為構(gòu)建和評(píng)估流水線(xiàn)條件下CLSP能力約束的基礎(chǔ)，集成建模了生產(chǎn)批量