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面向大规模定制的生产线优化设计系统的研究与开发

吴永忠  
【摘要】: 大规模定制(Mass Customization,MC)的核心思想是以批量生产的效率和成本满足市场对产品的个性化需求。除了合理的产品族规划设计以外,制造系统的柔性和市场响应速度是实现大规模定制的基础和保障。如何满足大规模定制的要求进行制造系统的优化设计及重组是一个重要的研究课题。本文从这个角度出发,探讨MC生产模式对制造系统的要求,从系统模块化、系统布局形式、及系统物流等方面进行了分析;并针对生产线车间的优化设计方法展开讨论,研究面向MC的生产线车间优化的特点,具体地论述了生产线平衡和多生产线车间的设备布局问题。 本论文以大型制鞋行业的制造生产线为研究对象,结合面向大规模定制生产模式的特点和相关理论,开发出相应的生产线优化设计系统。该系统包括4个模块:生产数据管理模块、资源需求计划模块、生产线平衡设计模块和设备优化布局模块。生产数据管理模块负责基础生产数据的管理,包括制鞋基本工序的管理、标准部件和变型部件的典型工序流程管理、设备和人员数据的管理等等;资源需求计划模块根据企业对产品族各个产品的市场需求预测信息以及产品族各个部件对生产能力的需求数据,进行企业资源需求计划,为企业提供制造资源能力的中长期规划分析;生产线平衡设计模块是根据企业的具体产品定单,对产品各个部件的流水生产线进行平衡设计,以提高资源的利用能力;设备优化布局模块则根据各条生产线的工序要求和设计结果,进行厂房的设备优化布局,降低物流强度,提高流水线的生产效率。该系统的应用提高了企业制造系统的市场反应能力,同时降低生产制造成本,为企业实现大规模定制奠定了基础。 本文还针对多生产线布局问题提出了一种新型的遗传算法——家族保护遗传算法(KPGA),该算法针对传统遗传算法的制约因数加以改进,采用跨家族选择和家族内选择相结合的选择方式。对比其它遗传算法,它具有更良好的全局搜索能力和计算性能。该算法应用于多生产线设备布局问题上,取得良好的效果。


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