知識化制造環(huán)境下生產(chǎn)資源自重構(gòu)與調(diào)度的集成優(yōu)化.pdf

1、市場競爭的加劇對制造企業(yè)快速適應(yīng)市場變化的能力提出了更高的要求，如何及時(shí)地響應(yīng)變化的市場需求，已成為制造企業(yè)迫切需要解決的關(guān)鍵問題。在此背景下產(chǎn)生的知識化制造這種新的制造模式，強(qiáng)調(diào)對制造系統(tǒng)中內(nèi)在隱藏的知識進(jìn)行描述、挖掘和發(fā)現(xiàn)，并根據(jù)獲取的新知識適當(dāng)?shù)貙ο到y(tǒng)運(yùn)行模式和參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以期系統(tǒng)能夠始終運(yùn)行在較佳狀態(tài)。以知識化制造理念構(gòu)建的知識化制造系統(tǒng)(KMS)是一種高智能系統(tǒng)，它具備自適應(yīng)、自進(jìn)化和自重構(gòu)等特征。其中，自重構(gòu)問題致力

2、于解決在生產(chǎn)需求有劇烈波動(dòng)的情況下，如何對生產(chǎn)工藝路線、生產(chǎn)能力分配、生產(chǎn)與采購計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度方案、物料配送方案、生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等進(jìn)行全局性的重構(gòu)，使得劇變后的需求能夠得到滿足，同時(shí)用于完成上述重構(gòu)的成本最小。
　　本文研究了面向制造執(zhí)行過程中的知識化制造系統(tǒng)自重構(gòu)問題，進(jìn)一步完善了自重構(gòu)優(yōu)化理論，推動(dòng)了知識化制造系統(tǒng)從管理層面向制造執(zhí)行層面的轉(zhuǎn)變。論文主要工作概括如下:
　　1.為了滿足動(dòng)態(tài)多變的市場需求，研究了知識化

3、制造環(huán)境下多產(chǎn)品工藝路線自重構(gòu)問題。以最小化在制品水平和最小化重構(gòu)后各工序在機(jī)器上的分配變動(dòng)數(shù)目為目標(biāo)，在滿足生產(chǎn)率、工序優(yōu)先順序、工件加工完整性、機(jī)器加工可行性約束的前提下，對產(chǎn)品工藝路線重構(gòu)問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。提出了改進(jìn)的混沌非支配排序遺傳算法(IC-NSGA)。利用Skew Tent映射作為混沌序列發(fā)生器對種群個(gè)體進(jìn)行擾動(dòng)，避免搜索陷入局部最優(yōu)。設(shè)計(jì)了基于工序優(yōu)先約束矩陣和候選機(jī)器集的解碼方法，從而獲得產(chǎn)品可行的加工工序序列及加工機(jī)

4、器序列。實(shí)例研究驗(yàn)證了模型和算法的有效性，最終為決策者提供了多種可選工藝路線重構(gòu)優(yōu)化方案。
　　2.某航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工序數(shù)量多、工序間裝配約束復(fù)雜。當(dāng)產(chǎn)品需求發(fā)生變化時(shí)，人工調(diào)整存在響應(yīng)速度慢、裝配效率低等問題。以最小化產(chǎn)品完工成本、工序提前期懲罰成本及班組重構(gòu)成本加權(quán)和為目標(biāo)，建立了航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車間調(diào)度和裝配班組自重構(gòu)優(yōu)化模型。提出了一種交替迭代啟發(fā)式算法，實(shí)現(xiàn)調(diào)度和班組配置的協(xié)同優(yōu)化。證明了工序的局部最優(yōu)排序性質(zhì)。提出一種新

5、的基于工序局部最優(yōu)排序的分解算法，將調(diào)度問題分解為單個(gè)裝配組上工序順序優(yōu)化問題，設(shè)計(jì)了一種工序后向插入搜索策略。根據(jù)獲得的較優(yōu)的調(diào)度方案計(jì)算出各裝配班組的利用率并對班組配置進(jìn)行調(diào)整。通過數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證了模型與算法的有效性。
　　3.針對某航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車間裝配效率低、工人分配不合理等問題，建立了面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)的知識化制造系統(tǒng)拖期調(diào)度與班組配置自重構(gòu)優(yōu)化模型。提出一種啟發(fā)式算法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度與班組配置的協(xié)同優(yōu)化。在算法調(diào)度層中，針對航

6、空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程存在復(fù)雜約束這一問題，證明了與產(chǎn)品拖期優(yōu)化目標(biāo)相關(guān)的工序排序性質(zhì)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)工序調(diào)整算法。給出了工序在并行裝配組上的初始指派方案以及優(yōu)化方案。在重構(gòu)層，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載平衡的原則來優(yōu)化各裝配班中裝配組的數(shù)量。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了模型與算法的有效性。
　　4.為了解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中存在的不確定返工問題，建立了面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車間的知識化制造系統(tǒng)重調(diào)度和班組配置自重構(gòu)優(yōu)化模型，提出裝配車間自重構(gòu)集成優(yōu)化算法。在算法