作业车间提前/拖期调度问题研究

发布时间：2021-10-30 00:53

　　准时化（JIT）生产是制造企业追求的主要目标之一,同时也是企业低成本运营和精益化管控的重要手段。生产车间是制造企业的效益源泉,而作业调度则是整个车间生产组织的指挥棒。在人、机、料、法、环组成的复杂制造车间中,生产现场的不确定性及其影响是绝对的,而理想的确定性环境则是相对的。本文针对离散制造车间对JIT生产、低成本运营、生产过程精细化管控等实际需求,以交货期为关注重点,以工序准时完工、零件准时交付为目的,遵循从工序到零件、从确定性到不确定性的研究思路,聚焦确定性环境下的工序提前/拖期（E/T）调度、不确定性环境下的零件E/T调度两类问题研究。论文主要研究内容及成果如下:（1）构建以所有工序的提前/拖期惩罚总成本最小化为目标的调度优化模型,以期解决确定性环境下作业车间的工序E/T调度问题;针对工序E/T调度所具有的非正规指标特性,提出一种包含半主动解码、拖期工件贪婪插入和提前工件贪婪插入的三阶段、递阶式解码机制,实现在减少拖期完工成本的前提下尽可能压缩提前完工成本,从而解决了待调度工序集尽可能在各自的交货时间点准时完工的现实需求。这种三阶段解码机制与方法对于解决非正规指标的调度问题具有一定... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
    1.1 工业 4.0 与MES
    1.2 制造执行系统
        1.2.1 MES概念
        1.2.2 MES在企业三层结构模型中的定位
        1.2.3 作业调度在MES中的定位及其作用
    1.3 离散制造车间及其业务流程
        1.3.1 典型离散制造车间实例
        1.3.2 离散制造车间的业务主线
        1.3.3 作业调度在车间生产中的现状
    1.4 车间作业调度及其面临的问题
        1.4.1 作业调度概念及分类
        1.4.2 车间精益生产对准时化调度问题的现实需求
        1.4.3 车间订单任务中的两类交货期需求
        1.4.4 作业调度面临的不确定性环境
        1.4.5 本文的研究对象及定位
    1.5 国内外研究现状综述
        1.5.1 确定性环境下的提前/拖期（E/T）调度问题综述
        1.5.2 不确定性环境下的E/T调度综述
        1.5.3 现有研究存在的问题分析
    1.6 论文主要研究内容及安排
    1.7 本章小结
2.确定性环境下工序提前/拖期调度问题及其算法
    2.1 工序提前/拖期调度问题的实际应用背景
    2.2 确定性环境下工序E/T调度问题模型
        2.2.1 模型假设条件
        2.2.2 工序E/T调度的数学模型
        2.2.3 工序E/T调度问题的求解策略
    2.3 基于遗传算法的工序E/T调度模型求解方法
        2.3.1 遗传算法及其求解逻辑
        2.3.2 基于工序的染色体编码方法
        2.3.3 基于POX算子的交叉操作
        2.3.4 变异与选择操作
    2.4 三阶段解码操作方法及其示例
        2.4.1 半主动解码
        2.4.2 拖期工序的贪婪插入解码
        2.4.3 提前工序的贪婪插入解码
        2.4.4 三阶段解码操作方法示例
    2.5 工序E/T调度问题的仿真实验及分析
        2.5.1 工序E/T调度算例及实验环境
        2.5.2 工序E/T调度算例的仿真结果及分析
    2.6 本章小结
3.不确定性环境下零件提前/拖期调度问题及其算法框架
    3.1 不确定调度问题及其成因分析
        3.1.1 不确定问题的提出背景
        3.1.2 工序加工时间波动成因分析
    3.2 JETS-PTV调度问题的建模方法及其求解策略
        3.2.1 工序加工时间不确定性的建模方法
        3.2.2 不确定环境下调度解的性能评价指标
        3.2.3 不确定环境下的调度策略
        3.2.4 JETS-PTV调度问题的建模方法、性能指标和求解策略选择
    3.3 JETS-PTV调度优化模型
        3.3.1 JETS-PTV调度优化模型的构建
        3.3.2 JETS-PTV调度优化模型的求解难点分析
    3.4 随机仿真优化方法及序优化理论
        3.4.1 随机仿真优化方法
        3.4.2 随机仿真优化方法分类
        3.4.3 序优化理论及其基本原理
        3.4.4 序比较和目标软化策略
        3.4.5 序优化理论在不确定调度优化问题中的应用
    3.5 JETS-PTV调度模型的随机仿真优化求解算法
        3.5.1 基于序优化理论的两阶段随机仿真优化算法框架
        3.5.2 序比较和目标软化策略在仿真初始阶段的应用
    3.6 本章小结
4.不确定调度解的高效评估与迭代寻优
    4.1 粗糙仿真评估阶段的输入输出关系
    4.2 不确定调度解的性能指标仿真评估
        4.2.1 粗糙仿真评估模型与OCBA的关系
        4.2.2 基于OCBA的仿真量优化分配方法
    4.3 不确定调度解空间的迭代寻优
        4.3.1 遗传算法的迭代寻优流程
        4.3.2 染色体编码与解码方法
        4.3.3 基于离散重组方法的交叉算子
        4.3.4 插入式变异算子设计
        4.3.5 粗糙仿真评估阶段的遗传算法迭代过程
    4.4 仿真过程与优化过程之间的仿真量调节分配机制
        4.4.1 基于BVSD方法的仿真量调节分配机制
        4.4.2 基于边际增益的仿真量调节方法
        4.4.3 边际增益的定量估算
        4.4.4 粗糙仿真评估阶段的GAOO-BVSD求解算法
    4.5 JETS-PTV调度算例的仿真实验与分析
        4.5.1 JETS-PTV算例及仿真实验参数
        4.5.2 仿真量分配与算法收敛性的实验结果及分析
        4.5.3 粗糙仿真评估阶段输出的优良不确定调度解集
    4.6 本章小结
5.不确定优良调度解集的排序与择优
    5.1 精细仿真评估阶段的输入输出关系
    5.2 排序与选择方法
        5.2.1 R&S方法的基本假设
        5.2.2 解性能指标的两类分布形态
        5.2.3 无差异区间选择方法
    5.3 R&S方法的正确选择概率保证机制
        5.3.1 Bonferroni不等式
        5.3.2 正确选择概率及其保证机制
    5.4 子集选择与过滤
    5.5 基于两阶段精细仿真的不确定优良调度解集排序与择优
        5.5.1 两阶段精细仿真方法的概率保证机制
        5.5.2 基于子集选择和无差异区间选择的两阶段精细仿真方法
        5.5.3 两阶段精细仿真方法的求解优势分析
    5.6 精细仿真评估阶段的仿真实验及分析
        5.6.1 实验算例及其实验参数
        5.6.2 实验结果及分析
    5.7 本章小结
6.总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读博士期间论文发表情况


【参考文献】：
期刊论文
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[2]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济.  中国机械工程. 2015(17)
[3]求解随机Job Shop调度问题的混合分布估计算法[J]. 肖世昌,孙树栋,国欢,金梅,杨宏安.  机械工程学报. 2015(20)
[4]德国“工业4.0”:内容、动因与前景及其启示[J]. 丁纯,李君扬.  德国研究. 2014(04)
[5]工序加工时间不确定条件下作业车间调度问题的区间数求解方法[J]. 杨宏安,王周锋,吕阳阳,席志成,王宏浩.  计算机集成制造系统. 2014(09)
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[8]基于坏场景集的抗风险鲁棒调度模型[J]. 王冰,羊晓飞,李巧云.  自动化学报. 2012(02)
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[10]改进差分进化算法求解不确定流程车间调度问题[J]. 王万良,徐新黎,施莉娜,陈莉莉.  计算机集成制造系统. 2011(03)

博士论文
[1]不确定条件下鲁棒性生产调度的研究[D]. 丁然.山东大学 2006



本文编号：3465717