基于瓶颈设备识别的机械加工车间排产方法及信息系统研究

发布时间：2017-04-21 10:02

  本文关键词：基于瓶颈设备识别的机械加工车间排产方法及信息系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生产资源的有限性以及生产系统本身具有的动态波动性和加工相依性,必然造成限制系统有效产出最大化的“瓶颈”现象。瓶颈设备是机械加工车间生产过程中经常遇到的制约整个生产系统产出最大化的生产实际问题。约束理论认为,瓶颈控制着系统的运作,它的存在不仅限制了整个流程的产出速度,而且制约了其它环节生产能力的发挥。瓶颈识别是瓶颈管理的前提,更是生产管理和过程控制的关键和基础。在生产任务执行之前对瓶颈进行快速而有效的先验识别对于优化生产流程,提升生产性能具有重要的指导意义。车间排产作为整个生产管理的核心之一,是决定生产系统表现性能的重要环节。作为典型的组合优化问题,排产问题具有NP-hard特性,如何快速准确地对其进行求解以获得优化的排产方案一直是学术界和工业界研究的热点之一。近年来,生产系统中的瓶颈信息被越来越广泛的作为车间排产问题的启发式信息加以利用。在先验瓶颈识别的基础上,探究怎样将瓶颈信息应用到车间排产问题的求解过程以加速最优排产方案的收敛对于优化车间排产,实现资源合理配置和生产效益最大化具有非常重要的学术和工程意义。本文首先介绍了机加车间瓶颈识别问题的研究现状,针对现有瓶颈识别方法多为后验方法的不足,提出了一种基于约束理论和灵敏度分析的先验瓶颈识别方法。该方法能够在生产任务执行之前、在较短的时间内,预先给出生产系统中不同层次关系的多阶瓶颈机器集合,为接下来的生产计划排程以及相关的生产准备工作提供更多的决策依据,从而更好更快地提升系统性能。在基于约束理论对瓶颈设备进行定义的基础上,首先通过考察生产系统作业指标对机器不同产能改变量下的灵敏度得到设备的瓶颈指数矩阵,然后运用TOPSIS决策法得到设备的综合瓶颈指数,以此为识别依据,基于聚类思想,通过聚类分析得到不同层次下的瓶颈设备集。最后,通过选择移动瓶颈法和瓶颈簇识别法对不同规模的JSP标准问题进行仿真比较,证明了本文方法在识别结果上的有效性和识别效率上的优越性。然后,将瓶颈信息作为车间排产问题的启发式信息,提出了一种基于瓶颈设备识别的机械加工车间排产算法。首先建立了基于瓶颈设备识别的机械加工车间排产问题的数学模型,然后介绍了基于遗传算法对模型进行求解的业务流程和关键技术,包括基于瓶颈设备的混合编码方法、解码方法、改进的两阶段POX交叉算子和两阶段重定位变异算子。最后分别选取JSP标准算例和企业车间实际生产案例,通过与没有利用瓶颈信息的普通遗传算法进行对比验证了所提排产方法的有效性。最后,以上述研究内容和研究成果为基础,设计并开发了一套基于制造执行系统的机械加工车间排产管理子系统,主要包括排产数据管理和作业排产两大基本功能。通过与企业手工排产结果进行对比对应用效果进行了验证和分析,取得了良好的验证效果。
【关键词】：瓶颈识别 约束理论 灵敏度分析 车间排产 瓶颈利用
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH18
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 论文的选题背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 瓶颈识别研究现状10-12
• 1.2.2 车间调度研究现状12-16
• 1.2.3 研究现状总结16
• 1.3 基础理论概述16-21
• 1.3.1 约束理论概述16-19
• 1.3.2 遗传算法概述19-21
• 1.4 论文的研究内容及结构安排21-23
• 1.5 本章小结23-25
• 2 基于TOC和灵敏度分析的机加车间瓶颈设备识别方法研究25-37
• 2.1 瓶颈设备定义25
• 2.2 基于TOC和灵敏度分析的瓶颈设备识别25-30
• 2.2.1 基于灵敏度分析的瓶颈指数矩阵计算25-27
• 2.2.2 基于TOPSIS的综合瓶颈指数计算27-28
• 2.2.3 基于层次聚类分析的瓶颈设备集的多阶判定28-30
• 2.3 仿真验证及结果分析30-36
• 2.3.1 算例仿真30-35
• 2.3.2 仿真结果分析35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 3 基于瓶颈设备识别的机械加工车间排产方法研究37-53
• 3.1 机械加工车间排产问题描述及数学模型37-38
• 3.2 基于瓶颈设备识别的机械加工车间排产方法业务流程38-39
• 3.3 基于瓶颈设备识别的机械加工车间排产方法关键技术研究39-45
• 3.3.1 基于瓶颈设备的混合编码方法39-41
• 3.3.2 解码过程41-42
• 3.3.3 遗传算子42-45
• 3.4 实例仿真及结果分析45-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 MES中车间排产系统的设计与开发53-65
• 4.1 机械加工车间MES及其车间排产系统概述53-56
• 4.1.1 MES概述53-55
• 4.1.2 车间排产系统与其他生产系统的交互55-56
• 4.2 车间排产系统设计56-62
• 4.2.1 系统体系结构56-58
• 4.2.2 系统功能模型58-61
• 4.2.3 系统信息模型61-62
• 4.3 车间排产系统开发62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 5 应用验证65-77
• 5.1 企业简介65
• 5.2 企业车间排产方面存在的问题65-66
• 5.3 系统介绍66-73
• 5.3.1 排产数据管理66-69
• 5.3.2 作业排产69-73
• 5.4 应用验证73-76
• 5.5 本章小结76-77
• 6 结论和展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-81
• 参考文献81-85
• 附录85-97
• A 攻读硕士期间发表的学术论文85
• B 攻读硕士期间从事的科研工作85
• C 作者在校期间的主要获奖情况85-86
• D 某一调度周期内的生产订单数据和手工排产结果86-97

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