基于排队网络模型的制造单元构建

发布时间：2017-08-16 14:14

  本文关键词：基于排队网络模型的制造单元构建

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【摘要】：如何为需求差异化的顾客在规定的时限内提供保质保量的产品是所有制造类企业都面临的问题。对于采用多品种、小批量生产模式的中小企业而言,这个问题关乎企业的存活。单元制造系统(Cellular Manufacturing System,CMS)是解决该问题的有效途径之一,它兼备了灵活作业车间与流水车间的优点,具备较高的柔性与生产效率,因而能够较快的完成订单生产任务。单元构建(Cell Formation,CF)是实施单元制造系统的第一步,也是最重要的一步。针对单元构建中单元分组数的确定、单元构建、加工路径选择等关键技术,本文进行了深入的研究,具体内容如下:鉴于现有方法单元数不确定的问题,本文提出了一种借助模糊聚类算法确定单元数的方法。首先分析了模糊聚类c均值(Fuzzy c-Means,FCM)算法在单元构建领域的应用,借助前人对算法提出的改进,进一步分析了多个聚类有效性函数的不足,针对单元构建问题的实质,提出了一种考虑类内紧凑度、类间分离度和成组功效的聚类有效性函数。然后基于改进后的FCM算法和新的聚类有效性函数设计了求解最优单元数的方法。多组不同规模的数据实验表明本文方法的有效性。本文在解决CF问题时引入了排队网络,首先将整个制造系统等效为一个开环排队网络模型,将网络中的设备看作是M/G/1排队系统。假设缓冲区容量对排队系统稳定性的不造成影响,考虑工件的到达率不同、工件具备多条工艺路径、工件在单元内与单元间转运时间不同、设备对不同工件的服务率不同等因素,以最小化工件在排队系统中的总逗留时间、工件在网络中的总转运时间、单元工作时间平滑度和工件跨单元转运次数为目标建立一个多目标非线性优化模型。为了求解模型,首先对目标函数进行分析,结合计算单元数的问题,确定模型求解思路。然后运用遗传算法对工件在网络中的逗留时间进行优化确定工艺路径,利用NSGA-Ⅱ算法优化总转运时间函数与单元工作时间平滑度函数确定设备组。最后通过最小化单元块外的例外元素个数将零件族合理的分配到设备组内。最后为验证本文单元构建模型的实际应用,将模型及算法应用于兰州某配电设备厂商的机加工车间。对比单元构建前后的优化目标,结果表明单元构建方案的有效性。
【关键词】：单元制造系统 排队网络模型 制造单元构建 模糊聚类 NSGA-Ⅱ算法
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB497
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景与研究意义9-10
• 1.2 研究内容与研究现状10-13
• 1.2.1 单元制造的研究内容10-11
• 1.2.2 单元构建的研究现状11-13
• 1.3 论文的研究内容与组织结构13-15
• 1.3.1 论文的研究内容13-14
• 1.3.2 论文的组织结构14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 2 单元制造系统单元数的确定方法研究16-30
• 2.1 FCM算法及其改进16-20
• 2.1.1 FCM算法16-19
• 2.1.2 FCM算法的缺陷及其改进19-20
• 2.2 聚类有效性函数的相关研究20-25
• 2.2.1 常见的模糊聚类有效性函数20-21
• 2.2.2 模糊聚类有效性函数的缺陷21-24
• 2.2.3 新的聚类有效性函数及求解最优单元数的方法24-25
• 2.3 数据实验25-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 制造单元构建数学模型的建立30-40
• 3.1 排队理论的相关概念30-35
• 3.1.1 排队系统的组成30-31
• 3.1.2 排队系统的主要数量指标、记号和符号31-32
• 3.1.3 排队系统的常用分布32-33
• 3.1.4 M/M/1 与M/G/1 排队系统33-34
• 3.1.5 排队网络34-35
• 3.2 基于开环M/G/1 排队网络模型的制造单元构建35-39
• 3.2.1 模型中各类符号说明36-37
• 3.2.2 建立制造单元构建数学模型37-39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 制造单元构建数学模型的求解研究40-50
• 4.1 模型中排队参数的求解40-42
• 4.2 模型的求解思路研究42-43
• 4.3 模型的求解算法设计43-49
• 4.3.1 确定工件加工路径的遗传算法设计43-45
• 4.3.2 划分设备组的NSGA-Ⅱ算法设计45-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 单元构建模型在实际工程案例中的应用50-64
• 5.1 案例应用对象的基本情况50-52
• 5.1.1 企业概况50
• 5.1.2 企业存在的问题50-52
• 5.2 案例应用过程52-63
• 5.2.1 数据准备52-57
• 5.2.2 工件加工路径的选择57-59
• 5.2.3 求解最优单元数59-60
• 5.2.4 单元构建60-61
• 5.2.5 单元构建前后对比分析61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 结论64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录A 基于FCM算法计算最优单元数的MATLAB程序69-81
• 附录B 确定工件工艺路径的遗传算法MATLAB程序81-86
• 附录C 确定设备组的NSGA-Ⅱ算法MATLAB程序86-96
• 攻读学位期间的研究成果96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：683722