面向單元制造企業(yè)的單元構建和調度方法的研究.pdf

1、隨著少量生產(chǎn)、多樣化消費時代的到來，制造企業(yè)面臨著產(chǎn)品生命周期和交貨期進一步縮短、產(chǎn)品種類逐漸增多、個性化要求不斷提高等問題的考驗。在這種情況下，如何保證并不斷提高生產(chǎn)效率、快速反應不斷變化的市場需求成為制造企業(yè)在日趨激烈的市場競爭中占領世界市場最有力的戰(zhàn)略武器和立于不敗之地的關鍵。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，并克服了單件生產(chǎn)成本高和批量生產(chǎn)過度剛性的缺點，使制造系統(tǒng)達到了效率和柔

2、性的統(tǒng)一，使企業(yè)組織內實現(xiàn)了自律和自主的統(tǒng)一。目前單元生產(chǎn)方式已經(jīng)越來越受到人們的重視。實踐證明，單元生產(chǎn)系統(tǒng)具有在制品庫存少、成品庫存少、訂單響應時間短、運輸時間短、設備調整時間短、以及生產(chǎn)費用低等優(yōu)點。目前我國絕大多數(shù)制造企業(yè)采用大批量生產(chǎn)的粗放經(jīng)營方式，過分關注生產(chǎn)產(chǎn)量，忽略了多品種小批量的市場需求，且忽視了這種大批量生產(chǎn)方式下存在的庫存、人力、物料、時間、空間和搬運等大量浪費。這導致了企業(yè)在成本和交付以及質量方面都存在巨大壓力，

3、難以適應當今買方市場的新特點，缺乏競爭力。為此，通過生產(chǎn)革新和生產(chǎn)方式的改造，來建立因需而變的滿足個性化需求的單元生產(chǎn)系統(tǒng)，是國內制造企業(yè)向集約化經(jīng)營邁進，提升企業(yè)核心競爭力，保持與世界先進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)方式的實施和運作為研究背景，在對單元生產(chǎn)方式研究現(xiàn)狀，特別是單元構建和調度問題進行深入分析的基礎上，研究了單元生產(chǎn)方式實施和運作過程中的單元構建和調度的若干重要問題。本文的研究成果及核心內容主要有以下

4、五個方面：
　　 (1)研究了市場需求變化情況下生產(chǎn)單元內部配置可調整的多周期多目標動態(tài)單元構建問題。考慮了設備重置費用、設備利用率和零部件跨單元移動數(shù)目，提出了非線性多目標動態(tài)單元構建的數(shù)學模型。根據(jù)問題和模型的2點，開發(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機制來實現(xiàn)單元生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)構建。
　　 (2)研究了設備冗余情況下的多周期多目標動態(tài)單元構建問題?？?/p>

5、慮了同一計劃期內多個生產(chǎn)單元中可能存在相同類型設備的情況，通過對單元生產(chǎn)構建過程中的總費用、設備負載與能力之間最大偏差以及零部件跨單元移動數(shù)目這三個目標進行權衡，建立了該問題的非線性多目標數(shù)學規(guī)劃模型。采用自適應小生境技術、懲罰技術、雙輪盤賭法和精華選擇策略，提出了基于精華保留策略的隨機權重多目標遺傳算法來求解設備冗余情況下的多目標動態(tài)單元構建問題。
　　 (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

6、度問題。分別以最小化單元制造系統(tǒng)的總生產(chǎn)時間和拖期懲罰為目標，對單元內設備上的零部件進行生產(chǎn)調度，提出了該問題的非線性數(shù)學規(guī)劃模型，開發(fā)了針對該問題的分散搜索算法。該算法改進了多樣性產(chǎn)生器，使算法生成一系列多樣性好的初始解，并針對該零部件調度問題的特點，開發(fā)了參考集更新方法、子集產(chǎn)生方法、子集合并和解改進方法等多種機制來實現(xiàn)對單元制造系統(tǒng)中零部件調度的有效管理。
　　 (4)研究了單元構建和調度的聯(lián)合決策問題，以最小化單元制造系

7、統(tǒng)的總拖期費用為目標，建立了嵌入計算規(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)合決策問題分解為單元構建子問題和單元調度子問題。對單元構建子問題進行線性化，并采用CPLEX進行求解；同時采用分散搜索算法求解單元調度子問題。通過合并拉格朗日乘子，使調度子問題在對零部件進行生產(chǎn)調度時考慮到設備和零件族在單元中的分配情況，以此來求解單元構建和調度的聯(lián)合決策問題。
　　 (5)研究了設

8、備冗余情況下的單元構建和調度的聯(lián)合決策問題?？紤]了單元生產(chǎn)系統(tǒng)中每種設備和零部件數(shù)量為多個、零部件分批量調度的情況，為該聯(lián)合決策問題建立了包含整數(shù)變量和連續(xù)變量的非線性數(shù)學規(guī)劃模型。為了有效地求解該模型，提出了一個嵌入調度規(guī)則的分散搜索算法，該算法引入了一個合并的調度規(guī)則，考慮了兩種不同的合并方法和改進方法，擴充了分散搜索算法的框架來更好的適應該聯(lián)合決策問題。提出的算法對整數(shù)變量進行搜索，并采用合并調度規(guī)則來求解整數(shù)解對應的調度子問題。