本文關(guān)鍵詞：作業(yè)車間生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)多瓶頸識別與資源優(yōu)化配置研究

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【摘要】：現(xiàn)代作業(yè)車間作為一種先進(jìn)制造系統(tǒng),其制造過程不僅包含大量資源節(jié)點,且節(jié)點間存在復(fù)雜的相互作用關(guān)系,是一種依賴關(guān)系的定常周期運動,存在普遍意義上無序混沌的形式。在作業(yè)車間生產(chǎn)運行過程中,要實現(xiàn)對生產(chǎn)計劃的快速響應(yīng)和制造資源的優(yōu)化配置,必須隨時動態(tài)掌握車間生產(chǎn)過程中設(shè)備的運行狀態(tài)、物料的流動情況、任務(wù)的執(zhí)行進(jìn)度、瓶頸的動態(tài)變化等一系列制造工況信息,從系統(tǒng)的角度出發(fā),研究這些信息的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與關(guān)系、傳播動力學(xué)特性、信息提取及分析方法,進(jìn)而為資源優(yōu)化配置提供科學(xué)支持。本文以制造業(yè)作業(yè)車間復(fù)雜生產(chǎn)過程的運行優(yōu)化為具體研究對象和突破口,從系統(tǒng)復(fù)雜性與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合這一全新視角,對作業(yè)車間復(fù)雜生產(chǎn)過程進(jìn)行建模與演化分析,發(fā)掘物理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置變化對制造系統(tǒng)運行效能的影響機(jī)理;對復(fù)雜生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)中的信息傳播動力學(xué)特性進(jìn)行研究,揭示制造系統(tǒng)中動態(tài)信息的擴(kuò)散機(jī)制;建立信息動力學(xué)方程,獲取制造過程信息(包括擾動信息)流轉(zhuǎn)判定依據(jù);綜合考慮節(jié)點自身屬性、網(wǎng)絡(luò)傳播機(jī)制及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三者關(guān)系,提出基于網(wǎng)絡(luò)傳播動力學(xué)的瓶頸實時辨識和預(yù)測方法;基于瓶頸控制點,結(jié)合啟發(fā)式算法和遺傳算法的優(yōu)勢提出基于瓶頸控制點的二階段優(yōu)化算法,進(jìn)而實現(xiàn)整體制造過程的動態(tài)優(yōu)化調(diào)度;將研究結(jié)果用于指導(dǎo)工程實踐,為離散生產(chǎn)車間運行優(yōu)化提供新思路。具體研究內(nèi)容如下:(1)針對作業(yè)車間制造系統(tǒng)的復(fù)雜性、隨機(jī)性和動態(tài)性等特點,從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角出發(fā),提出一種基于網(wǎng)絡(luò)演化分析的作業(yè)車間動態(tài)建模方法。根據(jù)訂單屬性、工藝路線、物流路徑以及資源配置等多層次生產(chǎn)數(shù)據(jù),建立作業(yè)車間生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)模型;通過研究制造任務(wù)驅(qū)動的生產(chǎn)過程演化機(jī)理,從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性指標(biāo)(網(wǎng)絡(luò)度分布、網(wǎng)絡(luò)中心性和聚類系數(shù))與關(guān)鍵制造屬性指標(biāo)(制造負(fù)載、吞吐量、拖延期)兩個方面對作業(yè)車間制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析與評價。(2)針對作業(yè)車間管理層面的瓶頸識別,從制造系統(tǒng)復(fù)雜性與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合這一全新視角,提出基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性的生產(chǎn)過程多瓶頸識別方法。在網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上,對瓶頸內(nèi)涵進(jìn)行擴(kuò)充,提出基于網(wǎng)絡(luò)瓶頸效率矩陣的瓶頸識別算法。該方法綜合考慮了節(jié)點自身屬性、網(wǎng)絡(luò)傳播機(jī)制及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三者關(guān)系,利用節(jié)點的制造負(fù)載和節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)瓶頸效率矩陣表征節(jié)點的瓶頸程度,有效克服了其他算法中瓶頸節(jié)點識別只依賴于鄰接節(jié)點而忽略網(wǎng)絡(luò)整體耦合結(jié)構(gòu)影響的不足。(3)針對擾動環(huán)境下作業(yè)車間多瓶頸識別困難、瓶頸漂移后的瓶頸識別缺乏全局性和實效性這一問題,構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)傳播特性的生產(chǎn)過程多瓶頸動態(tài)識別與預(yù)測方法。建立作業(yè)車間網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)方程,獲取擾動因素流轉(zhuǎn)的判定依據(jù)。對瓶頸內(nèi)涵進(jìn)行擴(kuò)充,綜合考慮擾動在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的傳播機(jī)制、節(jié)點間拓?fù)漶詈嫌绊憴C(jī)理及節(jié)點自身動力學(xué)特性,建立基于耦合映像格子的多瓶頸識別與預(yù)測算法,實現(xiàn)擾動環(huán)境下作業(yè)車間系統(tǒng)瓶頸的量化描述和連續(xù)預(yù)測。(4)針對作業(yè)車間資源優(yōu)化配置問題,集合遺傳算法和啟發(fā)式算法的優(yōu)勢,提出約束理論主導(dǎo)的二階段優(yōu)化方法。第一階段利用遺傳算法求解強度大、魯棒性強的特點保證了Pareto解集的多樣性。第二階段選用啟發(fā)式規(guī)則對瓶頸資源上下游形成推拉之勢完成整體資源優(yōu)化配置。(5)基于前期理論研究與實例驗證,設(shè)計并開發(fā)作業(yè)車間網(wǎng)絡(luò)建模與資源優(yōu)化配置原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)模型建立和生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化兩大功能。將本文研究內(nèi)容和系統(tǒng)在某機(jī)械加工車間資源優(yōu)化配置中進(jìn)行應(yīng)用,取得了良好的應(yīng)用效果。這也表明所研究的制造過程網(wǎng)絡(luò)和資源優(yōu)化配置方法與真實車間的情況更加吻合,研究成果具備樂觀的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB49;O157.5

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本文編號：1265204