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《西北工业大学》 2003年
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混合流程生产系统优化调度方法研究

牛海军  
【摘要】: 制造企业按生产方式可分为:连续型、离散型和混合流程型。连续型生产企业中物料的变化是大范围连续的,可用微分/差分方程来反映其动态过程;离散型企业的物料变化以整数为特征,其动态特性可以用离散事件表达;混合流程型企业是指兼有连续型和离散型特征的企业,主要包括冶金、制药、食品和化工等企业。 本文研究了混合流程企业的生产优化调度方法。混合流程生产过程一般可划分成多阶段生产过程,论文首先对各阶段中不同加工方式的优化调度问题进行了研究,然后将分阶段研究成果应用于某典型混合流程生产系统,对研究结果进行了验证。 生产线中,某些加工阶段会出现加工能力的“瓶颈”。为消除这些“瓶颈”,需要增加并行可替换机床,以平衡生产节拍。论文在分析了替换加工不引起加工时间变化的情况后,对并行机床替换加工时由刀具和工装夹具等因素引起加工时间改变这类情况下的NP优化调度问题进行了深入研究。针对两种替换形式(只有一台机床可以替换加工形式和二台机床可以相互替换加工形式)下最小加工时间的优化调度问题,构造了两种启发式分枝定界算法。在最小加工时间优化调度的基础上,通过对生产条件的分析,得出了两种替换形式下提前/拖期(E/T)惩罚最小情况下调度的优化方法。仿真实验证明,算法在优化效果和计算时间上均能满足车间实时生产调度要求。 在并行替换加工优化调度研究的基础上,论文进一步对混合流水车间的最小 字‘,一、 摘要 加工时间优化调度问题进行了研究。根据Johnson算法和并行可替换机床优化调 度算法,构造了两种可行的启发式优化调度算法,并通过数值计算,验证了算法 的有效性。 对于连续型生产方式,论文研究了在准时生产(JIT)模式下分批加工的优 化调度问题,优化调度目标为E/T惩罚函数最小。针对交货不允许出现拖期的优 化调度问题,给出了优化分批的三个推理和三个规则,根据这些推理和规则,构 造出批次分割的启发式优化调度算法。在此基础上,进一步研究了交货允许出现 拖期的分批调度问题,并给出了四个性质,根据相关推理、规则和性质构造出了 启发式优化调度算法。经过数值计算验证了算法的有效性。 为满足多阶段的混合流程生产系统加工成本最小的要求,论文深入研究了生 产系统中,多阶段加工情况下成品、在制品和原材料的串行结构库存管理系统整 体优化问题,建立了整体库存量控制模型,得出了整体库存的最佳订货量和最佳 订货点。 在对离散型、连续型生产方式优化调度和对整体库存控制策略研究的基础 上,探讨了混合流程型生产方式的优化调度问题,对目标函数为生产系统加工成 本最小的优化调度方法进行了深入的研究。在分析了多种混合流程建模方法的基 础上,采用分层建模策略,简化了混合流程加工系统调度建模与算法的复杂度。 根据分层方法建立了二层生产成本模型:上层为总体任务进入混合流程系统分批 调度模型;下层为一批任务在混合流程系统内调度模型。根据不同生产方式优化 调度研究成果得出了五个调度规则,应用这些规则与分枝定界方法分别构造出 上、下层调度模型的启发式分枝定界优化算法。最后,将优化调度算法应用到属 于混合流程的错管轧制生产系统中进行仿真,得到了满意的结果。
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