定制型裝備制造系統(tǒng)設(shè)備能力優(yōu)化配置方法研究.pdf

1、裝備制造業(yè)是為國民經(jīng)濟各行業(yè)提供技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。然而，個性化定制和越來越緊的交貨期向裝備制造企業(yè)的生產(chǎn)管理提出了挑戰(zhàn)。其中一個重要的原因就是企業(yè)的設(shè)備能力難以準(zhǔn)確配置，既要考慮訂單的變化、波動及交貨期約束，又要避免不必要的投資浪費。因此，企業(yè)普遍需要優(yōu)化配置各類設(shè)備的數(shù)量，以盡可能低的設(shè)備投入，來滿足不確定環(huán)境下的生產(chǎn)需要。為此，本論文以裝備制造為背景，研究不確定生產(chǎn)環(huán)境下，能夠滿足系統(tǒng)平均產(chǎn)能和產(chǎn)品平均生產(chǎn)周期雙重約束的設(shè)備能力

2、優(yōu)化配置問題。
　　裝備制造系統(tǒng)的能力優(yōu)化配置，可以抽象為求解一個隨機、非線性整數(shù)規(guī)劃問題。由于存在多可選工藝路徑、生產(chǎn)環(huán)境的不確定性及訂單到達的隨機性，系統(tǒng)的平均產(chǎn)能、產(chǎn)品的平均生產(chǎn)周期與設(shè)備配置數(shù)量、每個工作中心前的緩沖區(qū)最大容量之間的關(guān)系，通常無法用封閉形式加以表述，這使得該問題的求解、評價與分析過程面臨著較大困難。為此，本文基于近似優(yōu)化的原則，將數(shù)學(xué)分析與仿真優(yōu)化相結(jié)合，提出了一種對最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值進行上、下界逼近的近似優(yōu)化

3、方法?；谏鲜龇椒ǎ疚牡闹饕芯坎襟E及內(nèi)容如下:
　　首先，對典型定制裝備制造的生產(chǎn)過程進行了抽象，建立了具有可選工藝路徑的多產(chǎn)品、多工序及多設(shè)備類的裝備生產(chǎn)過程仿真系統(tǒng);通過分析影響系統(tǒng)性能的主要因素，設(shè)計了仿真實驗方案;在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)平均產(chǎn)能及生產(chǎn)周期等性能指標(biāo)，與設(shè)備配置、緩沖區(qū)最大容量等影響因素之間的相互關(guān)系進行了初步分析，為后續(xù)的近似優(yōu)化方法研究奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，以上述仿真分析的初步結(jié)果為基礎(chǔ)，從總體上介

4、紹了本文提出的基于最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值上、下界逼近的近似方法。針對裝備制造系統(tǒng)能力配置問題建立了優(yōu)化模型;詳細(xì)描述了求解模型的近似方法，包括:最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的初始上、下界獲取及其持續(xù)改進步驟，證明了其中的相關(guān)結(jié)論。
　　第三，針對裝備制造具有工藝路徑柔性的特點，僅考慮平均產(chǎn)能約束，研究了能力優(yōu)化配置問題。首先采用網(wǎng)絡(luò)流圖對工藝路徑的柔性進行了描述，建立了平均產(chǎn)能約束下能力配置數(shù)學(xué)模型，求解后獲得最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的初始下界;接著以初始下界對

5、應(yīng)的設(shè)備配置為初值，建立裝備制造仿真系統(tǒng)，通過啟發(fā)式仿真優(yōu)化方法獲得最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的初始上界;最后通過不斷改進最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的上、下界逐漸逼近最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值。
　　第四，運用前述的研究思路，考慮系統(tǒng)平均產(chǎn)能及產(chǎn)品平均生產(chǎn)周期雙重約束，對裝備制造的設(shè)備能力優(yōu)化配置問題展開研究。以平均產(chǎn)能及生產(chǎn)周期的松弛約束分別替代原約束，建立能力配置的近似優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，求解后獲得最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的初始下界;再通過分階段啟發(fā)式仿真優(yōu)化方法獲得最優(yōu)目標(biāo)函

6、數(shù)值的初始上界;最后持續(xù)改進最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的上、下界，對優(yōu)化結(jié)果進行了分析與對比。
　　第五，面向訂單到達的隨機性及生產(chǎn)環(huán)境的不確定性，研究了裝備制造能力優(yōu)化配置問題。首先采用排隊網(wǎng)對不確定環(huán)境下的裝備制造系統(tǒng)進行描述;接著為了避免維數(shù)災(zāi)，構(gòu)造了包含系統(tǒng)性能參數(shù)的松弛約束，以此為基礎(chǔ)建立了近似模型，求解后獲得了最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的初始下界;通過基于GA的仿真優(yōu)化方法獲得了最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值初始上界及其改進序列;將上界序列的系統(tǒng)性能指標(biāo)仿真

7、實驗值迭代至近似模型中獲得最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值的改進下界序列，直至逼近最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值。
　　最后，以某大型定制裝備制造企業(yè)為背景，基于本文提出的設(shè)備能力優(yōu)化配置方法，設(shè)計并開發(fā)了該企業(yè)能力優(yōu)化配置平臺，從而為該企業(yè)新廠車間規(guī)劃項目提供了設(shè)備能力配置及布局方案評價等方面的決策支持。首先簡單介紹了應(yīng)用企業(yè)及本項目的相關(guān)背景;然后從業(yè)務(wù)流程、功能設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計及系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)等方面，詳細(xì)介紹了該平臺的設(shè)計方案;最后對該平臺的實現(xiàn)及在企業(yè)的實際