集成设备布局的离散制造车间重调度优化方法及其应用

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现代制造模式下,离散制造车间的物料、工序、设备的集成调度直接影响着产品的质量、生产效率和成本,如何实现高效率的综合调度是实现信息化、智能化、柔性化、敏捷性生产的关键。实际的生产环境中,会突发各种影响生产的不确定事件,它们会使得预先制订好的调度方案失去作用甚至产生负作用。因此,需要一个能应对生产扰动的重调度策略。同时,针对重调度方案的甄选问题,需要建立一种适合的评价方案,通过重调度评价指标量化描述方案优劣。基于此,集成设备布局的车间重调度(Workshop Rescheduling with Integrated Equipment Layout,WRIEL)是解决这一问题的有效途径,本文主要研究了WRIEL问题的建模、求解和评价。本文研究内容如下:第一章首先概述了集成设备布局的车间调度的研究背景,其次从集成物料、工序、设备的车间静态调度、基于不确定事件的车间重调度方法、车间重调度优化方案评价等方面对国内外研究现状进行阐述,接下来总结了现有研究的不足之处,并在此基础上提炼出本文的研究内容,介绍了全文的结构框架。第二章针对WRIEL问题,分析了物料搬运、工序调度、设备分配之间的耦合关系,对可能会出现的扰动事件进行分类归纳,量化分析了对生产影响最大的不确定事件,并在此基础上建立了车间调度与设备布局耦合模型,最后基于工序关联链制订了初始调度方案。第三章针对集成设备布局的车间调度耦合模型,采用改进免疫遗传算法进行求解,首先基于信息熵分析种群间的相似性,以此为基础提出疫苗动态自适应提取策略,在进化过程中使变异概率和交叉概率自适应地发生变化,提高算法收敛速度的同时防止陷入局部最优。并采用多策略冗沉的重调度策略设计了在生产扰动发生后的候选方案。第四章在第三章求解得出的候选方案的基础上,建立了集成设备布局的车间重调度方案评价模型。在集成模型原本的三个优化目标的基础上,提出了两个新的评价指标:稳定性指标和额外能耗指标,用以表征新方案相对于初始方案调整幅度以及变动成本。同时,采用基于改进优劣解距离法的评价方法求解该模型,对方案的可用性进行排序,最终决定采用何种方案。第五章基于本文提出的集成设备布局的离散制造车间调度耦合模型建模方法、重调度求解方法和评价方法,结合院士工作站项目“木塑复合材料自动化分布式生产线设计”,基于生产车间实际数据,应用本文的研究成果于产线部署和优化中,显著提升了车间的生产效率。第六章总结了全文的研究内容,分析了尚待解决的不足,提炼了可供研究的方向,同时对后续的研究进行了展望。
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