基于排队网络的虚拟单元构建与调度问题研究

发布时间：2017-08-08 22:03

  本文关键词：基于排队网络的虚拟单元构建与调度问题研究

  更多相关文章： 虚拟单元 工艺路径 等待时间 排队网络 单元构建和调度

【摘要】：随着顾客个性化、多样化消费时代的到来,企业面临着产品种类需求增多、顾客个性化要求不断提高、产品交货期不断缩短、高质量低成本等挑战,如何适应瞬息万变的市场并在短时间内响应顾客需求,是制造企业重点关注的问题。虚拟单元是单元生产方式在制造企业应用的进一步发展,采用虚拟单元生产方式,制造企业可以以较短的时间、较少的资金投入充分挖掘单元生产的潜力,有效避免机器物理布局变动带来的重置成本、增强企业的市场竞争力,虚拟单元生产方式较单元生产方式能提高企业生产效率和车间生产线对产品需求多样化的适应能力,进而缩短产品的生产周期。然而由于工件的到达及其在设备上加工时间的不确定性,虚拟单元制造系统中往往存在工件排队等待加工的情况,引起系统堵塞率较高,影响着虚拟单元制造系统生产效率和柔性的提高,导致工件的生产时间和产品的交货周期延迟。鉴于此,本文在虚拟单元构建和调度过程中着重考虑等待时间因素的影响,研究了虚拟单元构建策略和调度计划以减少虚拟单元制造系统排队等待的现象,有利于企业缩短生产周期、快速响应顾客需求。单元构建是平衡虚拟单元制造系统生产负荷、组织虚拟单元生产的首要问题。面对具有不同加工能力的多台同类型设备而引发的制造单元内的路径柔性问题,本文提出了基于排队网络理论的虚拟单元构建模型,以工件等待时间为切入点,表述了虚拟单元总流程时间,并运用排队论求出零件到达机器而等待加工的等待时间及其他性能指标。在此基础上,以机器加工零件的流程时间为路径长度,对零件族中的零件构造了基于排队网络的虚拟单元构建路径图,并在构建网络图的基础上,运用双扫描算法为零件族中的每一个零件生成三条最短路径并选取其中的最优路径,通过WITNESS仿真,确定共享机器的最佳数量,完成虚拟单元的构建。运用算例对模型和方法进行验证,结果表明虚拟单元中各零件最优路径均具有可行性。运用排队网络方法可确定虚拟单元中各机器的类型及其数量,构建虚拟制造单元。在构建完成的基础上,本文综合考虑设备资源等因素,提出了以总流程时间最短为目标的调度模型。零件族中每个零件包含一道或多道工序,各工序可在多种具有相同功能的机器上完成加工。为每道工序选择合适的机器,确定每道工序的加工顺序及开始时间。本文采用遗传算法和蚁群算法相结合的混合式算法进行求解。混合式算法结合了遗传算法和蚁群算法的优点,避免了遗传算法面对复杂问题时易陷入局部最优的缺陷,以获得满意的调度方案。运用算例对模型和方法进行验证,结果显示调度方案有效地缩短了虚拟单元制造系统的总流程时间,使生产系统的总体目标达到了较为满意的状态。为了验证所论述的虚拟单元构建和调度模型在实际企业的运行效果,本文分析了某船厂的生产现状及存在的问题,并将所提理念运用到该企业的管子加工车间中,在构建和调度过程中,优化资源配置。通过采用本模型前后企业实际生产状况的对比,论证了本文所提方法和理论的可行性和有效性。
【关键词】：虚拟单元 工艺路径 等待时间 排队网络 单元构建和调度
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB497
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-30
• 1.1 选题背景及研究意义15-17
• 1.1.1 选题背景15-16
• 1.1.2 研究意义16-17
• 1.2 虚拟单元构建和调度国内外研究现状17-22
• 1.2.1 虚拟单元构建国内外研究现状17-20
• 1.2.2 虚拟单元调度国内外研究现状20-21
• 1.2.3 国内外研究现状评述21-22
• 1.3 排队网络理论国内外研究现状22-26
• 1.3.1 排队网络性质研究22-23
• 1.3.2 排队网络应用研究23-25
• 1.3.3 国内外研究现状评述25-26
• 1.4 研究内容、技术路线图及创新点26-29
• 1.4.1 本文研究内容26-27
• 1.4.2 本文技术路线图27-28
• 1.4.3 本文结构框图28-29
• 1.4.4 本文创新点29
• 1.5 本章小结29-30
• 第2章 相关概念及理论基础30-46
• 2.1 虚拟单元制造系统理论概述30-35
• 2.1.1 虚拟单元制造系统发展脉络及基本概念30-32
• 2.1.2 虚拟单元制造系统特征32-34
• 2.1.3 与传统制造方式的对比34-35
• 2.2 虚拟单元构建与调度理论概述35-39
• 2.2.1 虚拟单元构建基本原理35-37
• 2.2.2 虚拟单元调度基本原理37-39
• 2.3 排队网络理论概述39-45
• 2.3.1 随机过程39-40
• 2.3.2 排队论40-43
• 2.3.3 排队网络模型43-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第3章 基于排队网络的虚拟单元构建问题研究46-67
• 3.1 基于排队网络的虚拟单元构建模型46-50
• 3.1.1 虚拟单元构建方法46-48
• 3.1.2 虚拟单元构建模型的建立48-50
• 3.2 基于双扫描算法的虚拟单元构建问题求解50-56
• 3.2.1 最短路径问题51-54
• 3.2.2 双扫描算法基础54-55
• 3.2.3 改进后的双扫描算法55-56
• 3.3 算例分析56-65
• 3.3.1 算例数据57-58
• 3.3.2 虚拟单元构建58-64
• 3.3.3 WITNESS仿真64-65
• 3.4 本章小结65-67
• 第4章 基于遗传-蚁群混合算法的虚拟单元调度问题研究67-87
• 4.1 基于遗传-蚁群算法的虚拟单元调度模型67-71
• 4.1.1 虚拟单元调度方法67-68
• 4.1.2 虚拟单元调度问题描述68-71
• 4.2 基于遗传-蚁群混合算法的虚拟单元调度求解71-81
• 4.2.1 遗传算法71-73
• 4.2.2 蚁群算法73-75
• 4.2.3 遗传-蚁群混合算法融合思想75-78
• 4.2.4 基本步骤78-81
• 4.3 算例分析81-86
• 4.3.1 算例数据81-82
• 4.3.2 计算结果及分析82-86
• 4.4 本章小结86-87
• 第5章 企业应用研究87-102
• 5.1 应用对象简介87-91
• 5.1.1 企业总体概况87-88
• 5.1.2 企业现存问题88-90
• 5.1.3 案例实施的可行性分析90-91
• 5.2 应用过程与及相应数据91-95
• 5.2.1 案例应用框架91-92
• 5.2.2 案例应用数据92-95
• 5.3 结果与分析95-101
• 5.3.1 构建结果分析95-100
• 5.3.2 调度结果分析100-101
• 5.4 本章小结101-102
• 总结与展望102-103
• 1 总结102
• 2 展望102-103
• 参考文献103-115
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及学术成果115-116
• 致谢116

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