Flow-shop环境下加工设备与缓冲区容量联合优化配置研究

【摘要】定制型装备制造企业由客户订单驱动的生产方式使得生产过程充满随机因素,如各时段订单需求数量和规格的不确定性、产品返修、设备故障等。同时,越来越紧的客户交货期向装备制造企业的生产管理提出了严峻挑战。在订单需求变化、交货期、投资成本等因素的多重约束下,企业普遍需要对加工设备和buffer容量进行优化配置,力争以尽可能低的投资成本满足不确定环境下的各种生产所需。本文以装备制造业为背景,研究flow-shop环境下的资源优化配置问题。研究步骤和内容如下：首先,根据典型制造单元的共同特征抽象出资源优化配置问题的数学模型。为降低该问题的求解难度,本文另辟蹊径,采取“先拆分、后迭代”的策略,即先将资源优化配置问题拆分成两个彼此关联的子问题：能力优化配置(CCP,CapacityConfigurationProblem)、缓冲区容量配置(BAP,BufferAllocationProblem),在合理的假设和前提下建立相应的数学模型,并通过反复迭代求解两个子问题最终实现制造资源的优化配置。考虑到数学模型中约束函数表达式无法用决策变量的封闭形式加以表达的难题,使用近似算法和排队网技术计算约束性能指标的数值。其次,资源优化配置问题是一个整数规划问题,本文使用分支定界算法对其求解。然而,传统的一般性分支原则难以产生高效的分支策略,这无疑加大了求解难度。笔者根据资源优化配置问题的具体特征提出了新颖的分支原则,并以其为基础构造了分支定界法。使用该方法分别单独对CCP、BAP问题优化配置,随后运用迭代思想实现CCP、BAP问题的组合优化配置。为验证算法的实用性,笔者深入某定制型装备制造企业,根据生产实际构造算例,然后使用分支定界法对算例进行优化。优化配置过程中使用了近似算法,为验证配置结果的有效性,运用eM-plant软件搭建仿真模型将仿真的结果与求解算例的结果进行分析对比。最后,以国内某大型定制装备制造企业为研究背景,并基于本文提出的资源优化配置方法,设计并开发了一套求解资源优化配置问题的原型系统。本文试图解决随机环境下定制型装备制造企业资源优化配置问题,其研究成果和所得结论能够为定制型装备制造企业的中长期发展规划提供必要的理论支撑及决策支持。
【作者】范飞龙；
【导师】毛宁；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】缓冲区容量配置；能力优化配置；排队网；分支定界法；仿真建模；

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