【摘要】：多產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)在現(xiàn)代制造業(yè)中起著十分重要的作用。在半導(dǎo)體制造等行業(yè)中，柔性生產(chǎn)線可以利用有限的資源來(lái)生產(chǎn)多種產(chǎn)品。對(duì)于這樣的生產(chǎn)系統(tǒng)，在不同產(chǎn)品之間切換的時(shí)候經(jīng)常需要一段生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間來(lái)作各種過(guò)渡，且這段生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間往往是順序相關(guān)的。多產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)的常見(jiàn)特征還包括有限緩存、隨機(jī)特性（如機(jī)器的故障）以及調(diào)度策略等。如何對(duì)這樣的系統(tǒng)進(jìn)行分析、在給定條件之下預(yù)測(cè)系統(tǒng)的性能、并對(duì)各種系統(tǒng)參數(shù)以及調(diào)度策略進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，無(wú)論對(duì)于理論研究者還是企業(yè)管理人員來(lái)說(shuō)都具有重要的意義。 本文研究對(duì)象是一個(gè)具有隨機(jī)特性的單機(jī)器多產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)，當(dāng)這臺(tái)機(jī)器在不同產(chǎn)品之間切換時(shí)會(huì)有順序相關(guān)的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。同時(shí)，每種產(chǎn)品都有屬于自己的有限緩存。機(jī)器采用一定的調(diào)度策略來(lái)協(xié)調(diào)各種產(chǎn)品的生產(chǎn)。我們用連續(xù)時(shí)間馬氏鏈來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，并通過(guò)求解此馬氏鏈的穩(wěn)態(tài)分布概率來(lái)計(jì)算系統(tǒng)生產(chǎn)率。在此基礎(chǔ)上，本文又研究了三個(gè)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有實(shí)際意義的問(wèn)題：首先是系統(tǒng)的生產(chǎn)率隨著各個(gè)參數(shù)變化會(huì)有怎樣的趨勢(shì)；其次是各種不同調(diào)度策略之下的生產(chǎn)率比較；再次是調(diào)度策略的健壯性問(wèn)題，我們希望找到一種或者幾種調(diào)度策略，這樣的策略能夠在一個(gè)較寬的參數(shù)變化范圍內(nèi)帶來(lái)相對(duì)較高的系統(tǒng)生產(chǎn)率。 在計(jì)算系統(tǒng)性能時(shí)，我們?cè)趦煞N產(chǎn)品的簡(jiǎn)化情況下求出了系統(tǒng)生產(chǎn)率的解析解，而在其它情況下則通過(guò)分析穩(wěn)態(tài)馬氏鏈來(lái)數(shù)值求解。我們研究了生產(chǎn)率隨著加工速率、到達(dá)速率、生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間等參數(shù)的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)以及緩存較小時(shí)會(huì)有非單調(diào)性的存在，并探討了如何避免非單調(diào)性的發(fā)生。在研究不同的調(diào)度策略時(shí)，我們共比較了七種不同的策略。研究表明，最佳策略一般在最長(zhǎng)隊(duì)列(LQ)、最長(zhǎng)加工時(shí)間(LPT)以及最短總時(shí)間(SOT)這三種策略之中產(chǎn)生，且緩存越大，LQ就越占優(yōu)勢(shì)。為了使得策略比較的結(jié)果更加易用，以及應(yīng)對(duì)實(shí)際中可能的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確與缺失問(wèn)題，我們研究了生產(chǎn)策略的健壯性(robustness)問(wèn)題。我們提出了健壯性的兩種衡量指標(biāo)，并通過(guò)一系列數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明：隨著系統(tǒng)參數(shù)的變化，循環(huán)加工(Cyclic)和最長(zhǎng)隊(duì)列策略具有相對(duì)較好的表現(xiàn)。 本研究通過(guò)解決上述問(wèn)題，不僅為多產(chǎn)品系統(tǒng)的理論研究作出了有益的補(bǔ)充，而且也對(duì)實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)的管理有所啟示。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：F273;F224
【圖文】：

圖 1.1 研究對(duì)象的輸入和輸出有文獻(xiàn)看，盡管在最近 30 年中有很多文獻(xiàn)討論多產(chǎn)品隨機(jī)系統(tǒng)的的專著(Viswanadham and Narahari, 1992; Buzacott and Shantikumarier and Kuhn, 1993; Zhou and Venkatesh, 1999)、綜述(Suri, 1985; B1986; Sethi and Sethi, 1990; Beach et al, 2000; Takagi, 2000; Winand代表性論文(Altiok and Shiue, 2000; Krieg and Kuhn, 2002; Krieg ann and Vorasayan, 2005; Jang, 2007; Satyam, 2007; Dasci and Karakuld Altiok, 2008; Satyam and Krishnamurthy, 2008; Tubilla and Ge是這其中的大多數(shù)文獻(xiàn)不是沒(méi)有考慮生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的因素，就是的因素。只有比較少的文獻(xiàn)同時(shí)考慮了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和有限緩存, 2000; Krieg and Kuhn, 2002; Krieg and Kuhn, 2004; Satyam, 2007ul, 2008)，而在其中還沒(méi)有文獻(xiàn)專門探討順序相關(guān)的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，現(xiàn)有的多產(chǎn)品文獻(xiàn)大多數(shù)局限于系統(tǒng)性能分析的算法，而沒(méi)有性等系統(tǒng)性質(zhì)作進(jìn)一步的探究。同樣地，現(xiàn)有這些文獻(xiàn)沒(méi)有在多

課題的支持。1.3 研究對(duì)象圖1.2 一個(gè)能夠加工 種產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)本論文的主要研究對(duì)象如圖1.2所示。它是一個(gè)能夠加工 種產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)。從物理上來(lái)說(shuō)，它由如下部分組成： 系統(tǒng)中有一個(gè)加工單元，用以處理各種產(chǎn)品。實(shí)際上這個(gè)加工單元內(nèi)部可能還有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但是為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們將其稱為“機(jī)器”。系統(tǒng)中的這臺(tái)機(jī)器在同一時(shí)間只能夠加工一種產(chǎn)品。 系統(tǒng)中有 個(gè)有限的緩存區(qū)，在這些緩存區(qū)的內(nèi)部存放著上游輸送過(guò)來(lái)的工件，等待機(jī)器的加工。從系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程來(lái)說(shuō)，存在著如下的動(dòng)作： 上游工件的到達(dá)：各種產(chǎn)品的到達(dá)流是彼此獨(dú)立的。 機(jī)器對(duì)工件的加工：加工完畢之后，我們將其稱為“成品”，計(jì)入系統(tǒng)產(chǎn)出。 機(jī)器對(duì)于待加工工件的選擇

本文主要關(guān)心的系統(tǒng)性能指標(biāo)是生產(chǎn)率(throughput)，即機(jī)器在單位時(shí)間能夠加工完成的產(chǎn)品件數(shù)。通過(guò)研究，我們需要回答如下的問(wèn)題（如圖 1.3 所示）：圖1.3 本論文研究的問(wèn)題及相應(yīng)的篇章結(jié)構(gòu) 性能分析：在給定系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)（到達(dá)速率、加工速率、生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間及緩存大小）以及生產(chǎn)調(diào)度策略的情況下，如何求出系統(tǒng)生產(chǎn)率？從解的形式來(lái)說(shuō)，是否有可能求出解析解(analytical solution)，用公式直接表達(dá)出系統(tǒng)生產(chǎn)率和各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系？ 系統(tǒng)性質(zhì)研究：在系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)變化的時(shí)候，系統(tǒng)生產(chǎn)率將呈現(xiàn)出怎樣的趨勢(shì)，是增加還是減少？趨勢(shì)是否總具有單調(diào)性？除此之外我們還希望了解一些系統(tǒng)參數(shù)的性質(zhì)和另一些參數(shù)之間的關(guān)系，例如：在一些系統(tǒng)參數(shù)趨于極限值（如生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間趨于 0）的時(shí)候，系統(tǒng)的性質(zhì)是否和一般情況下一樣？ 調(diào)度策略比較：在多產(chǎn)品系統(tǒng)的管理中

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2804441