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单元制造方式下制造单元构建及调度问题研究

作　者: 曾里义
导　师: 韩文民
学　校: 江苏科技大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 单元制造因子分析单元构建与调度动态重构 Witness仿真
分类号: F224
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

单元制造(Cellular Manufacturing, CM)是在生产单元中根据设备功能的相似性对其进行分组从而对零件族进行生产加工的一种先进生产方式。它整合了灵活的作业车间( job shop)方式和高效率的流水车间(flow shop)方式,能以近似刚性流水线的成本来生产多品种少批量商品。实践证明,单元制造系统(Cellular manufacturing system, CMS)具有缩短制造时间、减少在制品存货、降低物料搬运成本、提高产品质量和增加系统柔性等优点。本文在深入分析单元制造研究现状的基础上,详细研究了单元制造实施和运作过程中的关键技术——单元构建问题和单元调度问题。在多品种小批量生产情况下,根据帕拉图原理(Pareto Principle)中的“20-80现象”,对于由大量通用型零件所构成的相似零件族构建成静态制造单元;而对于其它差异较大、需求量相对较少的零件,则根据其不同时期的需求量和品种比例变化利用虚拟制造单元技术对这些零件、设备进行动态重构。围绕制造单元静态构建问题,本文充分考虑实际制造信息,将多元统计学中的因子分析方法应用到单元构建中,有效、快速地解决了制造单元的静态构建问题;围绕制造单元动态重构问题,本文根据生产任务的动态变化,结合虚拟制造单元技术,提出了面向加工任务的制造单元动态重构流程,设计了制造单元动态重构的算法。考虑生产过程中的实际因素,建立了以最小加工成本和最大生产工艺能力系数为目标的设备选择数学模型并设计了基于蚁群算法的设备选择模型求解步骤。针对制造单元的调度问题,本文结合约束理论的思想,构建了基于约束理论的制造单元调度框架,考虑瓶颈能力的限制,以单元内订单延迟的惩罚成本与在制品持有成本之和最小为目标,提出了基于约束理论的启发式单元调度算法。为便于单元制造方式在离散型制造企业中的应用,本文对镇江某柴油机厂目前生产管理中存在的问题进行了详细的介绍,将文中提出的制造单元构建技术和单元调度方法应用于公司的机加工车间,提出了基于单元制造的改善方案。并通过Witness仿真的方法验证了改善方案的可行性和有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第1章绪论  13-25
  1.1 选题背景及研究意义  13
  1.2 单元制造系统综述  13-17
    1.2.1 单元制造的发展历程  14-15
    1.2.2 单元制造系统与DMS、FMS 的比较  15-16
    1.2.3 单元制造系统的应用与实施  16-17
  1.3 单元构建问题综述  17-21
    1.3.1 单元分组数的确定方法  17
    1.3.2 静态制造单元的构建方法  17-19
    1.3.3 动态制造单元的构建方法  19-20
    1.3.4 候选方案的评价与选择  20-21
  1.4 单元调度问题综述  21-22
  1.5 研究内容、技术路线及创新点  22-24
    1.5.1 研究内容  22-23
    1.5.2 技术路线  23-24
    1.5.3 论文结构  24
    1.5.4 论文创新点  24
  1.6 本章小结  24-25
第2章单元制造的基本原理及理论分析  25-33
  2.1 单元制造的概述  25-27
    2.1.1 单元制造的定义及内涵  25-26
    2.1.2 单元制造的特征及优势  26-27
    2.1.3 单元制造的限制条件  27
  2.2 单元构建问题的基本原理  27-29
    2.2.1 单元构建的基本概念与问题描述  27-29
    2.2.2 单元构建的策略  29
    2.2.3 单元构建的常用目标  29
  2.3 虚拟制造单元技术  29-31
    2.3.1 虚拟制造单元与传统制造单元的区别  30
    2.3.2 虚拟制造单元的构建形式  30-31
  2.4 单元调度问题的基本原理  31-32
    2.4.1 单元调度的基本概念  31-32
    2.4.2 单元调度的问题描述  32
    2.4.3 单元调度的评价准则  32
  2.5 本章小结  32-33
第3章基于因子分析的制造单元构建方法  33-46
  3.1 因子分析的基本思想与理论  33-36
    3.1.1 因子分析的基本思想  33-34
    3.1.2 因子分析的数学模型  34-35
    3.1.3 因子分析的相关统计量  35-36
  3.2 基于因子分析的机器单元聚类  36-40
    3.2.1 相似系数矩阵的建立  36-38
    3.2.2 初始设备单元的形成  38-39
    3.2.3 初始单元的优化  39-40
  3.3 基于整数规划的零件分配  40-41
  3.4 算例  41-43
  3.5 结果分析及评价  43-45
    3.5.1 评价指标  44
    3.5.2 与基于二元值的因子分析构建方法的比较  44-45
    3.5.3 与ROC、DCA、BEA 的比较  45
  3.6 本章小结  45-46
第4章基于虚拟制造单元的动态重构方法  46-63
  4.1 虚拟制造单元动态重构原则  46-47
  4.2 虚拟制造单元动态重构流程  47-48
  4.3 虚拟制造单元重构算法的设计  48-54
    4.3.1 设备优化选择及任务分配算法  48-52
    4.3.2 相似性衡量算法  52-54
    4.3.3 新零件-设备聚类算法  54
  4.4 基于ACO 的资源选择模型求解  54-59
    4.4.1 蚁群算法的基本思想  54-55
    4.4.2 蚁群算法的主要步骤  55-56
    4.4.3 蚁群算法的程序结构流程  56-57
    4.4.4 基于ACO 的资源选择算法的设计  57-59
  4.5 算例  59-62
  4.6 本章小结  62-63
第5章基于TOC 的制造单元调度方法  63-76
  5.1 约束理论简介  63-64
  5.2 基于TOC 的制造单元调度框架  64-66
    5.2.1 订单评估与投放  64-65
    5.2.2 混合制造单元构建  65
    5.2.3 基于DBR 的单元管理  65-66
    5.2.4 模拟仿真与实时监控  66
    5.2.5 绩效评估与人员组织结构  66
  5.3 基于TOC 的启发式单元调度算法  66-70
    5.3.1 瓶颈识别  67
    5.3.2 混合TDD/IDD 的评价指标构建  67-69
    5.3.3 算法调度策略的选择  69-70
    5.3.4 算法的具体步骤  70
  5.4 算例  70-74
    5.4.1 基础数据  70-71
    5.4.2 基于TOC 的启发式方法求解  71-74
    5.4.3 与其他启发式单元调度方法的比较  74
  5.5 本章小结  74-76
第6章案例分析  76-91
  6.1 案例应用对象的基本情况  76-82
    6.1.1 企业概况  76-78
    6.1.2 企业现存在问题及原因分析  78-80
    6.1.3 案例应用的基础数据  80-82
  6.2 混合制造单元构建的结果  82
  6.3 基于TOC 的单元调度方法应用  82-84
    6.3.1 生产计划基础数据分析  83-84
    6.3.2 基于TOC 的启发式单元调度结果  84
  6.4 基于Witness 的仿真验证  84-90
    6.4.1 Witness 简介  84-85
    6.4.2 建立系统仿真模型  85-87
    6.4.3 识别系统瓶颈  87-88
    6.4.4 参数设定  88-89
    6.4.5 结果比较  89-90
  6.5 本章小结  90-91
总结与展望  91-93
  1 结论  91-92
  2 研究展望  92-93
参考文献  93-100
攻读学位期间所取得的相关科研成果  100-101
致谢  101-102
大摘要  102-106

单元制造方式下制造单元构建及调度问题研究

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