含储运单元的柔性流水车间排队网建模与性能分析

摘要

由客户订单驱动生产的订货型生产企业是我国制造业的重要组成部分。然而，客户订单的个性化与不确定性使得企业的生产过程充满随机因素。同时，随着市场竞争的日益激烈，客户对交货期的要求更加苛刻。以至于企业的设备能力难以准确配置:既要考虑订单的变化、波动及交货期约束，又要避免不必要的投资浪费。因此，采用先进科学的理论对生产进行更有效的管理是订货型企业的管理者的迫切需求。在针对企业的设备能力进行合理的优化配置前，需要才用恰当的方式将生产模型抽象描述出来。为此，本文以高档特艺包装盒生产企业为背景，对单件小批量订货型企业中含储运单元的柔性流水车间进行排队网建模分析研究。
　　柔性流水车间中的储运单元，可以抽象为一个批处理环节。由于每次运输的批量不是完全相同的，此环节的批量为变量。传统的排队网模型及其近似求解方法不能直接用于含储运单元的柔性流水车间建模与求解中。为此，本文基于随机过程的基本原理，改良了状态空间分解法以用于含储运单元的柔性流水车间进行排队网近似求解。基于上述方法，本文的主要研究步骤和内容如下:
　　首先，根据含储运单元的柔性流水车间的共同特征抽象出描述系统性能的数学模型。结合相关资料将对储运单元中多台小车的等效机制进行论述，将原问题拆分为储运单元只含有一类小车的问题（单小车模型）与储运单元含有多类小车的问题（多小车模型）。针对柔性流水车间中储运单元的运输批量是变量的特征，建立了有限缓冲的开排队网模型分别描述拆分后的两个子问题。
　　其次，有限缓冲的开排队网模型没有确定的乘积形式解，本文使用状态空间分解法对其近似求解。然而，传统的状态空间分解法无法针对运输批量是变量的开排队网模型进行求解。本文依据离散马尔科夫过程的原理，与开排队网模型的具体特征对状态空间分解法进行改良使之能用于近似求解模型。将模型分解为单个到达批量离开（小车前缓冲）、批量到达批量离开（小车）与批量到达单个离开（小车后缓冲）三个节点，通过重新定义状态变量bi的方式建立各节点对应的状态空间模型与状态平衡方程。
　　再次，为了验证改良后的状态空间分解法的有效性，分别建立了两个开排队网模型对应的仿真模型。并通过仿真实验确定储运单元等效后模型输出的性能指标与等效前的性能指标间的换算关系。
　　最后，通过仿真模型与状态空间分解法的对比试验验证了状态空间分解法的有效性，并确定了状态空间法求解此类问题的精度。并实验对带储运单元的柔性流水车间的系统性能进行分析。
　　总之，本文运用排队网及其相关理论知识，建立了带储运单元的柔性流水车间的排队网模型，得到了模型的近似求解方法，并对带储运单元的柔性流水车间进行初步性能分析，研究成果和所得结论能够为订货型企业的中长期发展规划提供必要的理论支撑及决策支持。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 我国订货型企业生产现状

1．1．2 成本与交货期对订货型企业的影响

1．1．3 CCP问题与BAP问题中的开排队网建模与求解

1．1．4 本文研究的问题及其难点

1．2 国内外相关领域研究现状及分析

1．2．1 储运单元相关研究

1．2．2 批处理问题的开排队网建模研究现状

1．2．3 有限缓冲开排队网近似求解研究现状

1．2．4 结论

1．3 本文的课题来源及研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 本文研究内容

1．3．3 本文章节组织结构

第2章 含储运单元的柔性流水车间排队网建模

2．1 问题描述

2．2 多台小车的等效机制

2．3 开排队网模型与模型分解

2．3．1 模型分解

2．3．2 模型的条件假设

2．3．3 系统性能指标计算

2．4 本章小结

第3章 改良状态空间分解法近似求解模型

3．1 概述

3．2 储运单元的特性与处理方法

3．3 改良状态空间分解法求解单小车模型

3．3．1 小车节点分析

3．3．2 小车节点的前后节点分析

3．3．3 其他节点分析

3．4 改良状态空间分解法求解多小车模型建立

3．4．1 小车节点分析

3．4．2 小车前后节点分析

3．4．3 其他节点分析

3．5 状态空间分解法求解

3．6 通过状态空间分解法求系统性能指标

3．7 本章小结

第4章 含储运单元的柔性流水车间仿真模型

4．1 概述

4．2 仿真模型定义

4．2．1 模型定义

4．2．2 统计量及其统计方法

4．3 仿真模型设计

4．3．1 产品模型

4．3．2 加工单元模型

4．3．3 运载小车模型

4．3．4 各级缓冲队列

4．3．5 仿真时间控制

4．3．6 仿真模型

4．4 通过仿真验证多台同等小车近似

4．5 本章小结

第5章 单小车模型的改良状态空间分解法有效性及其性能分析

5．1 概述

5．2 系统性能指标的影响因素

5．2．1 通流密度

5．2．2 各级缓冲容量

5．3 对比实验参数设计

5．4 对比实验结果

5．5 结果分析比较

5．5．1 误差产生原因及改良状态空间分解法的有效性

5．5．2 通流密度变化对系统性能的影响

5．5．3 各级缓冲容量变化对系统性能的影响

5．6 本章小结

第6章 多小车模型的改良状态空间分解法有效性及其性能分析

6．1 概述

6．2 系统性能指标的影响因素

6．2．1 通流密度与各级缓冲容量

6．2．2 不同种类小车的数量配置比例

6．3 对比实验参数设计

6．4 对比实验结果

6．5 结果分析比较

6．5．1 改良状态空间分解法的有效性

6．5．2 小车配置变化对系统性能的影响

6．5．3 通流密度变化对系统性能的影响

6．5．4 各级缓冲容量变化对系统性能的影响

6．6 本章小结

结论与展望

研究结论

研究展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢

附录