發(fā)布時間：2018-08-22 15:31

【摘要】：模具是裝備制造業(yè)的重要組成部分,模具生產(chǎn)水平的高低,已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。雖然企業(yè)不斷引進高端數(shù)控加工裝備,但在高端精密模具制造技術(shù)水平方面與發(fā)達工業(yè)國家仍存在較大的差距。加工精度不高、制造周期普遍過長、訂單交貨拖期嚴重是制約我國模具企業(yè)國際競爭力的三大關(guān)鍵因素。究其原因,主要是缺乏一種適應(yīng)模具制造特點的有效生產(chǎn)控制方法。 面向資源的單件工程訂貨型生產(chǎn)方式使得模具制造過程中充滿著大量各種不確定性因素,這給模具車間制訂合理可行的作業(yè)計劃帶來了一定的困難。而在基準方案執(zhí)行當中,突發(fā)事件的頻繁沖擊將使得初始制訂的基準調(diào)度方案可執(zhí)行性不強。因此,必須采取有效的預先防范手段,以及合理的重調(diào)度方法與控制策略,確保生產(chǎn)計劃按時按質(zhì)完成。 本文在國家自然科學基金(50675039、50875051)和國家863計劃資助項目(2006AA04Z132)的聯(lián)合資助下研究不確定環(huán)境下的模具制造車間前攝與反應(yīng)式調(diào)度問題。根據(jù)模具制造單元的特點,對不確定因素進行了分析及建模,詳細探討了不確定環(huán)境下模具制造車間調(diào)度決策機制,重調(diào)度驅(qū)動機制,建立了相關(guān)調(diào)度模型和求解算法。模具柔性流水車間前攝與反應(yīng)式調(diào)度決策支持系統(tǒng)的實施,將有助于提高企業(yè)生產(chǎn)計劃與控制水平,增強企業(yè)市場競爭力。 本文的主要工作包含以下幾個方面： 1、提出了以主關(guān)鍵件為控制指針的模具生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu),建立了不確定環(huán)境下模具柔性流水車間模型,并針對三種主要不確定因素建立了數(shù)學模型,最后提出了模具制造車間前攝與反應(yīng)式調(diào)度框架； 2、基于工時離散概率模型,分析工時組合情況。在此基礎(chǔ)上,提出了以最大化穩(wěn)定度為優(yōu)化目標的前攝性調(diào)度模型,提出了一種變寬集束搜索求解算法,通過與定寬集束搜索算法的對比分析,表明在求解質(zhì)量和計算耗時方面均具有優(yōu)勢； 3、定義了工序延期概念,提出了工序累積延期的計算方法。針對模具柔性流水車間存在隱性不確定因素和顯性不確定因素的影響,提出了基于累積延期和事件觸發(fā)混合驅(qū)動的反應(yīng)式調(diào)度機制,建立了基于Plant Simulation的仿真模型,分析了混合驅(qū)動機制的屬性,并與周期性重調(diào)度、事件驅(qū)動重調(diào)度進行了對比分析,結(jié)果表明該混合驅(qū)動機制能獲得較低的反應(yīng)式調(diào)度頻率,并且在急單插入頻率較高的情況下還能保持良好的調(diào)度性能； 4、基于上述調(diào)度衡量指標,提出了模具柔性流水車間兩階段反應(yīng)式調(diào)度模型,包含局部修補調(diào)度和反應(yīng)式調(diào)度兩個階段。當混合驅(qū)動機制觸發(fā)反應(yīng)式調(diào)度,首先執(zhí)行反應(yīng)式調(diào)度模型的第一階段：局部修補調(diào)度。在局部修補階段,將穩(wěn)定性指標作為首要考慮因素,工件在機器上的加工序列不變,對于受影響工序在時間軸上延后其開始加工時間。采用約束傳播樹表示,提出了基于約束傳播樹的受影響工序局部修補算法。將所提算法與傳統(tǒng)右移(Right Shift)重調(diào)度方法比較,分析了在機器故障和急單插入情況下局部修補算法具有一定優(yōu)越性； 5、通過局部修補算法求解得到調(diào)度方案后,通過設(shè)定一個評價模型,包括拖期情況分析,拖期懲罰成本分析,以輔助調(diào)度人員進行決策,由計劃調(diào)度員根據(jù)情況交互啟動第二階段。在第二階段的反應(yīng)式調(diào)度：雙目標反應(yīng)式調(diào)度。構(gòu)建了兼具有效性和穩(wěn)定性的雙目標反應(yīng)式調(diào)度模型,將基于歐幾里得擁擠距離的非支配排序與基于聚類算法的精英歸檔策略相結(jié)合,提出一種改進的多目標遺傳算法進行反應(yīng)式調(diào)度模型求解,并與NSGA-Ⅱ算法進行比較,仿真結(jié)果顯示,由于采用了基于歐幾里德?lián)頂D距離的非支配排序,MMOGA算法求得的非劣解分布比NSGA-Ⅱ算法更均勻,更靠近近似Pareto最優(yōu)前端； 6、分析了企業(yè)基本業(yè)務(wù)流程和生產(chǎn)計劃遞階協(xié)調(diào)控制模式,設(shè)計了系統(tǒng)的功能模塊和數(shù)據(jù)庫,開發(fā)了一套模具柔性流水車間前攝與反應(yīng)式調(diào)度決策支持系統(tǒng),用于輔助生產(chǎn)總調(diào)協(xié)調(diào)整個生產(chǎn)車間活動,及時對突發(fā)事件作出反應(yīng),應(yīng)用效果良好。
[Abstract]:Die is an important part of equipment manufacturing industry. The level of mold production has become an important symbol to measure the level of a country's product manufacturing. Not high, manufacturing cycle is generally too long, the order delivery delay is a serious restriction on the international competitiveness of China's mold enterprises three key factors. The main reason is the lack of an effective production control method to adapt to the characteristics of mold manufacturing.
The resource-oriented ordering mode of one-piece engineering makes the mold manufacturing process full of a lot of uncertainties, which makes it difficult for the mold workshop to make a reasonable and feasible operation plan. Therefore, it is necessary to take effective precautionary measures, as well as reasonable rescheduling methods and control strategies to ensure that the production plan is completed on time and on time.
In this paper, the problem of forward and reactive scheduling in mold manufacturing workshop under uncertain environment is studied under the joint support of National Natural Science Foundation (50675039, 50875051) and National 863 Program (2006 AA04Z132). According to the characteristics of mold manufacturing cell, the uncertain factors are analyzed and modeled, and the uncertain environment is discussed in detail. The decision-making mechanism and the rescheduling driving mechanism of the mold manufacturing workshop are established, and the relevant scheduling model and solving algorithm are established.
The main work of this paper includes the following aspects:
1. The mould production organization structure with the main key parts as the control pointer is put forward, and the flexible flow shop model of the mould under the uncertain environment is established. The mathematical models are established for three main uncertainties. Finally, the forward and reactive scheduling framework of the mould manufacturing workshop is proposed.
2. Based on the discrete probability model of man-hour, the time combination is analyzed. On this basis, a proactive scheduling model with maximum stability as the optimization objective is proposed, and a variable-width clustering search algorithm is proposed.
3. The concept of process delay is defined, and the calculation method of cumulative process delay is proposed. Aiming at the influence of implicit and explicit uncertainties in flexible flow shop, a reactive scheduling mechanism based on cumulative delay and event-triggered hybrid drive is proposed. A simulation model based on Plant Simulation is established and analyzed. Compared with periodic rescheduling and event-driven rescheduling, the results show that the hybrid mechanism can achieve lower reactive scheduling frequency, and can maintain good scheduling performance in the case of high insertion frequency.
4. Based on the above scheduling metrics, a two-stage reactive scheduling model for flexible flow shop is proposed, which includes two stages: local repair scheduling and reactive scheduling. As the primary consideration, the machining sequence of the workpiece on the machine is unchanged, and the processing time of the affected process is delayed on the time axis. The constrained propagation tree is used to represent the local repair algorithm of the affected process. The local repair algorithm under the condition of machine failure and urgent single insertion has certain advantages.
5. After the scheduling scheme is solved by local patching algorithm, an evaluation model is set up to assist the dispatcher in decision-making, including the analysis of tardiness and the analysis of tardiness penalty cost. A two-objective reactive scheduling model with validity and stability is proposed. Combining non-dominated scheduling based on Euclidean congestion distance with elite archiving strategy based on clustering algorithm, an improved multi-objective genetic algorithm is proposed to solve the reactive scheduling model. The simulation results are compared with the NSGA-II algorithm. The simulation results show that the proposed algorithm is effective and stable. By using non-dominated sorting based on Euclidean congestion distance, the non-inferior solutions obtained by MMOGA algorithm are more uniform than those obtained by NSGA-II algorithm and closer to the approximate Pareto optimal front-end.
6. The hierarchical coordination control mode of enterprise basic business process and production plan is analyzed, the function modules and database of the system are designed, and a set of decision support system for flexible flow shop scheduling is developed, which is used to assist production production coordination to coordinate the activities of the whole production shop, respond to emergencies in time and is effective in application. Good fruit.
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP301.6;TH186

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本文編號：2197531