本文關(guān)鍵詞：多產(chǎn)品多階段制造系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃研究

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【摘要】：激烈的全球化競(jìng)爭(zhēng)和快速變化的市場(chǎng)需求,促使工業(yè)制造朝著多品種、小批量、短周期的方向演進(jìn),制造企業(yè)也越來(lái)越重視客戶滿意度和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。為了適應(yīng)這些新的變化,大部分制造企業(yè)逐步建立具有復(fù)雜柔性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多產(chǎn)品多階段制造系統(tǒng)。針對(duì)此類制造系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化將有效改善生產(chǎn)和交付的靈活性和效率,是應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的客戶個(gè)性化需求和多元化生產(chǎn)方式等挑戰(zhàn)的有效方法,對(duì)有效配置生產(chǎn)資源、按時(shí)高質(zhì)量地完成客戶訂單、實(shí)現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)等具有十分重要的作用。本文在綜述了制造企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃問(wèn)題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對(duì)新形勢(shì)下制造企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn),從優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性和提高客戶滿意度的角度,通過(guò)數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法對(duì)多產(chǎn)品多階段制造系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃建模與優(yōu)化進(jìn)行了深入的分析和探討,并通過(guò)案例研究驗(yàn)證了所提策略的可行性和有效性,為制造企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)以及提升對(duì)市場(chǎng)響應(yīng)的效率提供了重要指導(dǎo)。本文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1)針對(duì)多品種小批量生產(chǎn)的特性和實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)條件,提出了一種多產(chǎn)品多階段制造系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型,充分考慮了原材料供應(yīng)、各個(gè)生產(chǎn)階段和產(chǎn)品交付的提前期,通過(guò)集合的方式定義了各種產(chǎn)品的生產(chǎn)路徑,建立了各個(gè)環(huán)節(jié)之間的交互約束關(guān)系,并構(gòu)建了原材料到產(chǎn)品之間的超結(jié)構(gòu)。該優(yōu)化模型以最小化計(jì)劃周期內(nèi)的總成本為目標(biāo),充分考慮了生產(chǎn)加工、生產(chǎn)準(zhǔn)備、原材料供應(yīng)、庫(kù)存占用和拖期交貨等因素,以及現(xiàn)有條件下的庫(kù)存能力、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)邏輯、原材料供應(yīng)批量和生產(chǎn)批量等約束。此外,針對(duì)模型的動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)了一種基于滾動(dòng)時(shí)域的優(yōu)化策略。案例研究表明,該生產(chǎn)計(jì)劃模型能夠有效減少庫(kù)存占用和拖期交貨現(xiàn)象；同時(shí),基于滾動(dòng)時(shí)域的優(yōu)化策略保證了求解的高效性和準(zhǔn)確性。2)針對(duì)缺貨情境下多產(chǎn)品多階段制造系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃問(wèn)題,深入分析了缺貨情境下的三種客戶響應(yīng)方式,即拖期交貨、失銷、以及同時(shí)允許拖期交貨和失銷。對(duì)這三種情況下的問(wèn)題分別建立了混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)優(yōu)化模型,提出有效應(yīng)對(duì)缺貨和客戶要求的生產(chǎn)計(jì)劃方案。優(yōu)化模型在考慮了物料流和信息流平衡、生產(chǎn)能力、庫(kù)存能力、生產(chǎn)批量、原材料供應(yīng)批量等約束條件的基礎(chǔ)上,考慮了多周期拖期交貨、失銷等因素；同時(shí),針對(duì)第三種情況構(gòu)建了描述拖期交貨和失銷時(shí)間臨界點(diǎn)的分段函數(shù)。提出了線性化重構(gòu)策略,通過(guò)變量替換和約束重構(gòu),將原MINLP問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)問(wèn)題求解。最后,對(duì)比分析了缺貨情境下不同客戶響應(yīng)方式對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化的影響,為企業(yè)在缺貨情境下權(quán)衡生產(chǎn)與交付提供了重要指導(dǎo)。3)針對(duì)產(chǎn)品定制化和制造柔性化的需求,以鋼鐵軋制多產(chǎn)品多階段的生產(chǎn)過(guò)程為對(duì)象,深入分析了原材料鋼坯和產(chǎn)品鋼板的可替代性對(duì)生產(chǎn)和交付的影響,考慮了鋼板之間的三種可行替代方案,在鋼坯和鋼板之間構(gòu)建了允許物料替代的多路徑匹配關(guān)系,并基于此對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),建立了多周期優(yōu)化的MINLP模型。此外,提出了一種線性化策略和一種基于模型分解的迭代策略,對(duì)模型進(jìn)行求解,降低了問(wèn)題的求解難度。案例研究對(duì)比分析了模型通過(guò)不同求解策略的計(jì)算效率和結(jié)果,驗(yàn)證了所提兩種求解策略的有效性。優(yōu)化后的生產(chǎn)計(jì)劃方案通過(guò)物料替代策略提高了生產(chǎn)和交付的柔性。4)針對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃方案受多重不確定性因素影響的問(wèn)題,以多產(chǎn)品多階段制造系統(tǒng)為對(duì)象,充分考慮了產(chǎn)品需求和原材料供應(yīng)帶來(lái)的系統(tǒng)外部不確定性因素,以及生產(chǎn)效率、拖期交貨和偏離安全庫(kù)存懲罰系數(shù)引起的系統(tǒng)內(nèi)部不確定性因素,基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃建立了一種生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型,在原有約束條件基礎(chǔ)上附加考慮了物料族和帶有懲罰項(xiàng)的安全庫(kù)存約束。引入置信度水平,采用直接和間接積分法,將不確定條件下的機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為確定性模型。通過(guò)與傳統(tǒng)的均值法和裕量法對(duì)比,所提方法可以通過(guò)設(shè)定合理的置信度水平在收益和風(fēng)險(xiǎn)之間作出最佳權(quán)衡,在不確定環(huán)境下獲得滿意的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化方案。5)針對(duì)模糊環(huán)境下多產(chǎn)品多階段制造系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃問(wèn)題,從生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)實(shí)際出發(fā),考慮了決策者對(duì)多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的偏好,提出了一種模糊多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略,構(gòu)建了以運(yùn)營(yíng)成本最小化以及平均安全庫(kù)存水平和平均服務(wù)水平最大化的目標(biāo)函數(shù),充分考慮了制造系統(tǒng)內(nèi)部和外部存在的多重不確定性因素,建立了模糊多目標(biāo)優(yōu)化模型。根據(jù)決策者的主觀偏好構(gòu)建了目標(biāo)函數(shù)優(yōu)先級(jí),通過(guò)加權(quán)平均法和模糊排序法對(duì)約束條件進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)換,采用基于兩階段模糊模型的分步法處理該多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題,并提出了一種交互式求解策略。根據(jù)決策者對(duì)目標(biāo)重要性差異程度要求,通過(guò)交互式求解過(guò)程可以確定滿意的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化方案。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：F425;O221;F273
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本文編號(hào)：1264720