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《华中科技大学》 2007年
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混流装配生产的计划排序及其执行过程管理

黄刚  
【摘要】: 作为当前离散制造业普遍采用的一种生产方式,混流装配生产涉及了不同的产品、复杂的装配过程及品种繁多的物料,因而其计划排序与执行管理问题比一般的流水生产更为复杂。本文从汽车行业的应用实践出发,归纳出混流装配计划排序与执行管理中的若干共性问题,一方面对其中面向单一车间和面向多车间的计划排序问题进行了较为深入的探讨,另一方面研究了有效执行生产计划需要的若干技术。 在优化模型的建立方面,本文以汽车装配生产为对象,剖析了混流装配生产中单一车间生产计划排序的主要约束和目标。针对以往研究大多局限于单一车间的不足,将基于缓冲区的排序纳入到混流装配线排序优化问题中,以此为基础从车间关联和缓冲策略两个角度对混流装配计划排序与执行管理中的共性问题进行了分类,并建立了较为完整的混流装配计划排序与执行管理体系。 在单车间混流装配计划排序方面,目前常用的优化目标有两个:基于生产负荷平衡的目标和基于物流平顺化的目标。本文的研究发现依据这两个目标进行计划排序存在可能导致生产序列中产品品种切换频率过高的缺陷。针对这一不足,本文提出了一种基于产品相似度的混流装配计划排序目标,并给出了相应的模型和算法。计算结果表明在计划排序中采用这一目标可以有效减少生产中在制品品种的切换次数。然而,单独采用上述任何一种目标,均无法对生产均衡性和生产效率两者同时进行优化。考虑到这一问题,本文结合上述三种目标提出了一种多目标的单一车间计划排序模型,分别对单独采用各目标和综合考虑三个目标的计划排序问题进行了计算和分析。计算结果表明多目标计划排序不仅能有效保证基于生产负荷平衡的目标和基于物流平顺化的目标的要求,同时还能大幅减少装配中品种切换频繁的问题。 在多车间混流装配计划排序方面,针对覆盖多个车间的混流装配计划优化问题,将车间之间的缓冲区纳入问题的研究范围,重点考虑了两类多车间混流装配关联计划排序问题。其一,受上游车间生产序列限制情况下的下游车间计划排序问题。该问题的特点在于必须保证下游车间的生产序列不能违背上游车间产出序列的约束,针对这个特点为遗传算法设计了基于同质产品的交叉算子。该算子的优点在于能够大大减少遗传操作后的修补工作量。其二,基于线性缓冲区的多车间关联排序问题。针对问题的特点采用了组合优化算法,其中对于上游车间半成品入站采用遗传算法,对于产品出站和属性匹配采用启发式方法。上述两个问题分别适用于在两个连续生产的车间之间设置了FIFO缓冲区和线性缓冲区的装配制造企业,其算法均采用了延迟绑定策略。计算和优化实践表明,这种策略能够提高计划排序的灵活性,并能够得到更好的解。 仅有好的生产计划,还不足以保证生产任务的顺利完成,还需要加入对计划的执行管理环节,使混流装配生产过程成为一个完整的可控系统,这样才能应对生产过程中的各类非正常事件。混流装配生产过程中的闭环包括:生产计划与生产控制的闭环、物料配送与物料Andon的闭环以及信息传递闭环。为实现这些闭环,重点研究了混流装配计划执行管理中的在线数据采集、在制品跟踪管理、制造信息可视化、物料匹配与配送管理以及与其他系统的数据集成等问题。 本文的研究成果已在安徽江淮汽车股份有限公司的MES实施中得到应用验证。一方面,基于该汽车装配过程,将基于产品相似度的排序以及基于线性缓冲区的多车间关联排序等模型和算法应用于对实际生产中计划排序问题的求解,并在实践中针对具体问题对算法进行了调整和优化。另一方面,针对汽车行业的需求设计并开发了汽车装配MES系统,实现了焊装、涂装和总装车间的执行管理功能。实践证明,将计划排序与执行管理相结合,可以使混流装配生产成为一个可视、可控、稳定的过程。
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