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基于排队网的FFS设备配置近似优化方法研究

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目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 装备制造业的背景

1.1.2 柔性流水车间的特点

1.2.3 设备配置的重要性

1.2.4 设备配置问题的难点

1.2 国内外研究现状

1.2.1 交货期预测的研究现状

1.2.2 产能预测的研究现状

1.2.3 设备优化配置的研究现状

1.3 课题来源及研究内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 研究目标

1.3.3 研究内容

1.3.4 本文章节

第二章 设备配置问题描述与建模

2.1 排队网理论

2.2 M/M/C/K排队网模型

2.3 设备配置优化模型

2.4 模型求解思路

2.4.1 模型精确求解

2.4.2 模型近似求解

2.5 本章小结

第三章 基于扩展法的系统性能指标获取

3.1 扩展法概述

3.2 网络重构

3.3 参数估计

3.4 反馈消除

3.5 公式汇总

3.6 扩展法的有效性验证

3.7 本章小结

第四章 基于仿真模型的系统性能指标获取

4.1 计算机仿真概述

4.2 仿真系统设计

4.3 仿真系统中的个体和控制

4.4 指标的观测方法

4.5 仿真结果的统计方法

4.6 仿真模型的有效性验证

4.7 本章小结

第五章 基于启发式算法的设备配置问题求解

5.1 概述

5.2 启发式优化算法

5.3 算例数据

5.3.1 设备下界的估计

5.3.2 扩展解析法与设备阻塞率结果及分析

5.3.3 仿真统计法与设备阻塞率结果及分析

5.3.4 扩展解析法与设备配置成本结果及分析

5.3.5 仿真统计法与设备配置成本结果及分析

5.3.6 解法对比及分析

5.4 本章小结

第六章 设备配置优化软件包

6.1 软件包背景及开发意义

6.2 软件包设计

6.2.1 开发环境与架构

6.2.2 功能设计

6.2.3 数据库设计

6.3 应用实例

6.3.1 性能指标计算实例

6.3.2 设备配置优化实例

6.4 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

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摘要

定制型装备制造系统是一种面向订单的制造系统,订单驱动的方式使得制造系统的生产过程复杂多变、生产过程中充满了随机因素,因此造成了生产不稳定、产能不匹配、拖期现象严重等诸多问题。在制造系统的生产过程中,生产设备是制造生产过程的核心资源,也是完成制造加工的功能单元,生产设备的配置尤为重要。
   本文针对定制型装备制造企业的多级柔性流水车间(FFS),以输出率和平均生产周期为约束条件,最小化制造系统的总投资成本。本文构建了排队网模型,但鉴于约束条件(输出率和平均生产周期)无法用决策变量(设备)的封闭形式加以表达,因此,本文通过扩展法近似求解和eM-Plant仿真统计求解的方式,获得约束条件的数值。本文主要研究内容如下:
   首先,对设备配置问题进行了描述与建模。从现实柔性流水制造系统中,提取产品类型,订单分布,工艺路径,工时分布等,构建了基于多级M/M/C/K的排队网模型和数学模型。
   其次,对性能指标进行近似求解。由于约束条件(输出率和平均生产周期)无法用决策变量的封闭形式加以表达,本文详细介绍了扩展法,并在MATLAB环境下开发了一套求解性能指标的程序,并进行了算例对比以验证其有效性;其次,在eM-Plant软件平台上建立了实验仿真模型,给出了一组算例用于验证仿真模型的有效性。
   接着,对设备配置问题进行求解。建立了以优化阻塞率和以设备采购最低成本的二种启发式规则,针对给出的一个算例,运用扩展法解析计算和仿真统计的方法针对生产设备进行优化,通过对比,分析了四组数据的特性。
   最后,基于上述步骤所获得的理论研究成果,并结合合作企业的实际运作特点,自己开发了用于设备配置优化的软件包。
   总之,本文运用排队网及其相关理论,构建了一个随机环境下的多级柔性流水车间设备配置优化模型,并给出了相应求解算法。设计、开发了配套的软件工具,为企业的资源配置提供了一种有效的方法。

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