面向生活用纸企业敏捷制造的APS系统关键技术研究

发布时间：2020-03-28 06:22

【摘要】：在发展智能制造的大环境下,面向智能化、定制化、小批量多品种的生产模式将会成为新一代工业革命的主要标志之一。先进计划与排程(产)(Advanced Planning and Scheduling,简称APS)系统是实现企业智能化、定制化、小批量多品种的敏捷制造生产模式的关键技术之一。生产小批量、多品种、用途不同、市场复杂的生活用纸企业,对实现智能化定制化的敏捷制造和提高生产效率的技术需求尤为突出。APS系统包括准确快速的销售(市场)预测和高效率的生产调度是实现企业敏捷制造的两项相互关联的关键技术。本论文以广东某生活用纸企业(文中称为M企业)的生产过程为对象,研究面向生活用纸企业敏捷制造的APS系统关键技术,包括销售预测以及生产调度。主要研究内容包括:1.深入调查研究了生活用纸企业的生产和销售的特点,指出生活用纸企业属于既具有流程型生产特性又具有离散型生产特性的混合型制造业。混合生产方式的生活用纸企业,销售预测的准确性和生产调度的制定执行都十分重要。2.研究了和建立了适用于生活用纸企业销售预测的数学模型。通过分析生活用纸企业的历史销售数据,采用多种回归分析方法对生活用纸企业的销售量进行预测建模对比,筛选建立了一种精度较高的、基于时间序列数据的销售预测模型,可以通过统计分析历史数据的变化规律,预测出未来某段时间的销售数据变化趋势。3.研究了和建立了具有生活用纸企业特色的生产调度数学模型。通过分析生活用纸企业的生产特点,确定了生活用纸企业的生产调度约束条件以及优化目标。在此基础上,建立了生活用纸企业的生产调度模型,并设计了一种混合智能优化算法的求解方法。4.在研究生活用纸企业的生产调度的基础上,进一步研究了基于提高能效和物效的生产调度方式。建立了生活用纸企业能耗模型以及物料损耗模型。能耗模型包括加工能耗、设置能耗、辅助生产能耗以及待机能耗,物料损耗包括加工物料损耗以及设置物料损耗。本文将干燥部能效优化与能效生产调度相结合,设计了一种混合的智能优化算法,对能耗、物耗以及最大完工时间等多个优化目标进行了优化。5.深入分析了当前在管理应用的APS系统存在的问题,主要是不能实现对车间的生产过程的监控,不能直接采集生产过程的数据,缺乏闭环管理功能。本文提出了把先进计划与排程(APS)系统与制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)相结合,即APS+MES模式,应用MES提供的大量生产过程数据,帮助APS系统提高排产的精确度。另外,应用MES系统监控生产的运行状况,实现APS系统的闭环管理。6.结合生活用纸企业的特点和制造执行系统(MES)的结构特征,集成本论文研究开发的、上面所述的生活用纸企业销售预测数学模型、生产调度数学模型、能耗及物耗模型、能效优化与生产调度相结合,APS与MES相结合,设计了适用于生活用纸企业的先进计划与排程系统(APS)。本论文的主要创新点以及特色如下:1)应用梯度渐进回归树(Gradient Boost Regression Tree,GBRT)建模方法,基于销售历史数据,建立了一个精度较高的适用于生活用纸企业的销售预测模型。2)针对生活用纸企业的生产特点,建立了具有生活用纸企业特色的生产调度的数学模型,并且设计了一种混合智能优化算法对其进行求解。3)建立了适用于生活用纸企业的能耗以及物料损耗模型,并且结合生产调度模型,建立生活用纸企业的能效以及物效生产调度模型,并且将干燥部能效优化以及能效生产调度相结合,优化全厂能效。本论文设计的遗传算法还存在运行时间偏长的问题。另外,文中设计的APS系统只是功能设计,还未经实践运行检验。后续的研究工作需要在提高遗传算法的效率的同时把系统进行生产验证以提高和完善系统的性能。
【图文】：

主要功能,厂商,工序管理,物料采购

越得到企业的重视。APS 采用先进的信息技术以及优化算约束以及生产管理的规则下，安排企业的生产活动，以优化PS 的著名厂商主要有 Siemens Preactor、GE Scheduler、As等。国外的 APS 系统发展比较早，因此，全球的占有率大数企业的首选。在国内，著名的 APS 厂商主要有永凯 APS来英 APS 等等。国内的 APS 产品的商业化较晚，难以跟低。无论国外还是国内的 APS，主要的功能如图 1-1 所示，理、物料需求计算、物料采购计划、库存管理、人力资源管管理、产品资料管理、工序管理、工艺路径管理、工艺参数化以及统计分析等等。

生产调度问题,求解算法

图 1-2 生产调度问题求解算法分类2 The classification of algorithm for solving production sched法，精确求解的方法首先需要对生产调度问题建立法对其进行求解。这类方法对问题的依耐性非常强常好，但在另外一个问题的求解效果上可能就不尽质是在解空间上进行穷举搜索，不断寻找最优的解小规模的生产调度问题上，，该类方法的求解效果非，求解时间会呈指数级增加。当生产调度问题的规是不可能的。常用的精确求解方法有线性规划、混松弛法以及动态规划法等等。法，随着生产调度问题规模的不断增加，采用精确能的。目前，生产调度问题已经被证明为 NP-hard
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS761.6

【参考文献】