物联网环境下基于“生产-物流”联动的动态成品入库优化方法

摘要

我国制造企业，特别是珠三角地区制造业集中且土地使用费用高居不下，使用平面仓库的仓储方式作为制造企业的成品仓库较为普遍。传统的平面型成品仓库的货道安排仍在依靠人工经验进行，既浪费了大量的人力，又很难保证货道规划结果能够实现出入库效率最高，特别是在订单较多的情况下。而车间每天生产的订单具有一定的不确定性或随机性，并且车间的实际生产不可能严格按照生产计划进行，这种由于生产环节的不确定性导致入库订单的不确定对仓储环节的入库流程和货道规划的准确度提出了巨大的挑战，大大增加了人工安排货道的难度。最新的工业4.0战略要求生产系统支持物联网环境下多单元间的自主交互与联动决策，实现系统整体的智能化优态运行。其中，生产与物流单元的实时协同是保证生产流程在充足的物料供给下稳步推进的重要前提。所以，如何实现物联网实时数据驱动下“决策-执行”层面间的纵向动态适应、又进而实现“生产-物流”环节间的横向全局协调，最终实现生产系统的多环节动态联动运作，是目前实现“生产-物流”联动所面临的关键挑战。
　　本文针对以上的关键性问题，研究了制造物联网驱动的“生产-物流”动态联动框架，将AUTOM标准物联网信息基础架构扩展为支持系统多层、多阶段的横纵无缝信息传递的新架构，并在此基础上提出面向典型“生产-物流”运作模式的多环节修正型动态联动运作机制。在此机制下，本文还针对仓储系统在实际联动运作中存在资源受限的情况，提出了-种更接近实际运作的、更优的排库方法----“生产-物流”联动的动态产成品优化排库方法。随后运用协同优化算法（Collaborative Optimization，CO）对整个“生产-仓储”联动系统进行数学建模，并进行求解。该数学模型验证了，仓储系统独立进行排库方法，通过与车间生产进行协同优化的排库方法更能够提升入库效率和仓库的利用率。最后，结合课题组为某大型化工产品制造企业研发的“生产-物流”联动下的成品物流管理系统对所提出的框架和机制进行示例，利用动态生产节拍联动成品仓库进行适应性排库，以提高成品入库效率及仓库利用率。为大型生产系统基于物联网的在线协同运作和自主决策控制提供了可行的实现框架与手段。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究的目的和意义

1．2 课题来源

1．3 研究现状

1．3．1 制造物联网与“生产-物流”的研究

1．3．2 排库方法的研究现状

1．4 课题主要研究内容和章节安排

1．4．1 研究内容

1．4．2 章节安排

1．5 本章小结

第二章 物联网驱动的“生产-物流”联动运作分析

2．1 运作分析

2．2 技术挑战

2．2．1 纵向管理层级间的信息不同步

2．2．2 横向管理阶段间的运作不同步

2．3 排库问题描述

2．4 本章小结

第三章 “生产-物流"联动机制与使能架构

3．1 基于AUTOM的“生产-物流”联动信息架构

3．2 物联网驱动的“生产-物流”联动架构

3．3 “生产-物流”联动运作机制

3．3．1 联动模式分析

3．3．2 联动运作分析

3．3．3 联动顺序的确定规则

3．4 本章小结

第四章 基于“生产-物流”联动的优化排库方法

4．1 制造企业的“生产-物流”运作模式

4．1．1 成品仓库运作情况描述

4．1．2 车间生产运作情况描述

4．1．3 生产-物流运作中存在的问题

4．2 “生产-物流”联动的优化排库方法

4．2．1 “生产-物流”联动顺序的确定

4．2．2 “生产-仓储”两阶段动态联动排库机制

4．3 “生产-仓储”协同优化排库方法

4．3．1 协同优化算法

4．3．2 “生产-仓储”协同优化排库方法

4．4 本章小结

第五章 “生产-物流’’联动优化排库方法的数学模型

5．1 生产物流协同优化模型系统目标

5．2 仓库子系统优化模型

5．2．1 仓库子系统排库问题

5．2．2 仓储子系统排库方法数学模型

5．3 生产子系统优化模型

5．3．1 生产子系统车间调度问题

5．3．2 生产子系统车间调度数学模型

5．4 算例分析

5．4．1 协同优化结构

5．4．2 协同优化变量

5．4．3 算例

5．4．4 结果分析

5．5 本章小结

第六章 “生产-物流”联动下的成品物流管理系统

6．1 企业问题描述及需求分析

6．2 系统主要功能与模块

6．3 基于AUTOM的“生产-物流”联动信息架构

6．4 系统开发及运行环境

6．5 系统流程及界面展示

6．6 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及科研成果

声明

致谢