运输能力受限下具有柔性路径的跨单元调度优化开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

单元制造系统(Cellular manufacturing systems, CMS)作为现代一种十分有效的生产方式,在制造企业中得到了广泛的应用,它是在成组技术的基础上发展起来的一种生产模式。在这样一种制造系统中, 一系列的零部件根据成组技术被划分为零件族,而需要相似生产工艺的工件被组合在不同的制造单元中。因为相似的工件可以用相似的设备、夹具等进行处理,这种相似性可以减少加工的准备时间,也能够提高生产制造的柔性,使得企业能够快速响应市场对多品种、小批量的需求,同时基于单元制造方式的设备布局是实现精益生产的重要硬件支撑。CMS还具有减少在制品库存、缩短订单响应时间、降低物料搬运成本、提高质量、柔性的生产控制、生产物流量小以及生产费用低等优点。[1-4]

理想情况下,每个工件的加工都被安排在一个单元内,并把加工相似工件的机器划分到一个单元,也就是说一个工件族的所有工序均可以在同一个单元内完成。但这只是一种理想情况,随着现代制造业的发展,现代化生产中产品需求越来越多样化,而单个单元的加工能力有限,可能无法完成对某些工件的某些工序的加工,这些工件的某些工序可能需要某些特定的机器来进行加工,然而一个企业的实际预算和空间是有限的,为某些工件的特定需求而购置额外设备也显得不太可行。因此,便形成了一些工件需要跨多个单元加工的情况,也便产生了跨单元转移。[3]根据国外研究学者的研究报告,72.9%的大规模的工厂(共调查1025家工厂)采用了单元制造[5]。然而,在实际生产中,只有10%的被调查的车间加工的零部件完全没有单元间转移,单元间移动的中位数高达20%[6]。Li等也在中国对装备制造业进行了相关的调查,发现对于一些如合成传输设备等的复杂产品的生产过程中, 51% 以上零件的加工路线中均有跨单元现象的发生。[7]

跨单元转移的现实存在也增加了单元调度问题的复杂性,一方面单元间依赖关系加深,协同加工变得愈发困难,另一方面,单元生产能力不均,加剧物流的不均衡。跨单元问题已经成为制约现代制造业发展的瓶颈。[8]早在上世纪 90 年代初,Garza 和 Smunt指出跨单元转移难以避免, 理想的CMS将难以实施,须定量分析跨单元转移对生产系统产生的影响。[6]

从企业角度来说,要想减少固定资产的投入,实现对市场需求的快速响应,提高资源的利用率,也需要进行跨单元调度的优化研究。因此,有必要研究跨单元调度问题。

单元调度主要包括确定工件加工顺序、加工任务分配、确定加工的开始时间和完成时间等工作。目前单元调度问题的研究主要分为两种:一种是流水单元调度问题(flow-shop scheduling problem,FSP)的研究;一种作业单元调度问题(job-shop scheduling problem,JSP)的研究。[9]

对于flow-shop,其特点便是所有工件都以相同的处理顺序在机器上加工。国外学者Joseph Bukchin等[10]研究了一种只含两个机器的flow-shop问题,并通过使用批量分割技术缩短平均流程时间。但其实真实的生产环境并非如此简单,少有一个单元只包含两台机器的情况,大多数单元内都包括许多台加工设备。潘玉霞等[11]研究了较复杂的批量流水线调度问题,以提前/拖后惩罚指标为优化目标,提出了离散蛙跳算法。

由于本毕业设计更倾向于对JSP的研究,因此笔者更关注于JSP相关的文献。Job-shop的特点便是工件可以有不同的加工顺序。张超勇等[12-14]和刘爱军等[15]则分别提出了多种改进的遗传算法来解决柔性JSP,而Tsung-che[16]用Pareto 方式求解多目标柔性作业车间调度问题,并提出了一种只需要两个参数的多目标进化算法。随着生产水平与技术的不断提高,人们越来越关注环境保护问题,因此绿色生产也被考虑到调度问题中。

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