多重入制造系统动态作业调度仿真与优化

摘要

多重入制造系统是随着半导体产业的发展而出现的一种新型制造模式，并随着现代加工中心和信息技术的发展而逐渐普及。因此，研究多重入制造系统的作业调度策略对提高生产效率、提高服务水平和降低生产成本具有重要意义。 本文以多重入制造系统为研究对象，以动态作业调度为研究方向，使用系统仿真方法，建立了一个集成了优先调度法则和DBR(Drum-Buffer-Rope)动态调度策略的仿真平台。并通过该平台对一个案例进行了动态作业调度策略组合优化，具体内容如下： 首先，本文研究了优先调度法则的建模、分级、组合及评价方法。本文为7类优先调度法则建立了数学公式，使之能够在仿真平台中调用。结合多重入制造系统的多重入特性，研究了考虑多重入因素的多级优先调度法则和每个工序独立调用优先调度法则的组合优先调度法则。然后结合多重入制造系统的多目标特性，引入了理想点法来对优先调度法则进行评估。 其次，本文研究了DBR调度策略的理论与实施方法。本文给出了4种关键瓶颈资源的判别方法，通过“最小最大工艺时间法”建立了关键瓶颈资源缓冲区的数量区间，并阐述了MTO(Make To Order)模式下动态批量缓冲策略和动态间隔缓冲策略两种DBR调度策略的控制策略及其参数配置方法。此外，介绍了DBR调度过程中可能出现的瓶颈漂移和瓶颈饥饿两种风险及其预防方法。 然后，本文建立了多重入制造系统动态作业调度仿真平台的平台框架，在此框架的基础上，通过Plant Simulation仿真软件，采用模块化建模方法建立了集成各类优先调度法则、多级优先调度法则、组合优先调度法则与DBR动态调度策略的仿真平台，并整合理想点法与遗传算法，使之能够快速有效的对多重入制造系统进行动态调度策略的实验与优化。同时为该仿真平台建立了GUI(Graphical User Interface)用户交互界面，降低了用户的使用门槛。 最后，利用本文建立的多重入制造系统动态作业调度仿真平台，对一个实例进行仿真建模，并对该实例进行了优先调度法则类型、多级优先调度法则、组合优先调度法则以及DBR动态作业调度策略的仿真分析。并使用遗传算法确定了动态间隔缓冲策略和动态批量缓冲策略的关键参数，以及通过遗传算法寻找出了最佳的动态作业调度组合方案。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 静态作业调度的研究现状

1.2.2 动态作业调度的研究现状

1.2.3 仿真技术在作业调度中的应用现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 主要创新点

1.3.3 技术路线

第2章 多重入制造系统动态作业调度相关理论

2.1 多重入制造系统简介

2.2 动态作业调度方法

2.2.1 车间作业调度的概念

2.2.2 优先调度法则

2.2.3 DBR动态调度策略

2.3 系统仿真理论概述

2.3.1 系统仿真的概念

2.3.2 系统仿真的要素与关键技术

2.3.3 Plant Simulation简介

2.4 遗传算法概述

2.4.1 遗传算法的基本思想

2.4.2 遗传算法的基本要素

2.5 本章小结

第3章 动态作业调度策略及关键技术

3.1 优先调度法则

3.1.1 优先调度法则建模

3.1.2 多级优先调度法则

3.1.3 组合优先调度法则

3.1.4 TOPSIS多目标规划

3.2 DBR作业调度方法

3.2.1 瓶颈识别

3.2.2 DBR缓冲区间的确定

3.2.3 动态批量缓冲策略

3.2.4 动态间隔缓冲策略

3.2.5 瓶颈漂移

3.2.6 瓶颈饥饿

3.3 本章小结

第4章 多重入制造系统动态作业调度仿真平台设计

4.1 仿真平台设计的原则

（1）完整性原则

（2）易用性原则

（4）稳定性与可靠原则

（5）规范化原则

4.2 仿真平台框架设计

4.2.1 数据层

4.2.2 建模层

4.2.3 试验层

4.2.4 分析决策层

4.3多重入制造系统作业调度仿真平台建模

4.3.1 数据库模块

4.3.2 投料模块

4.3.3 缓存及加工模块

4.3.4 DBR批量缓冲模块

4.3.5 DBR间隔缓冲模块

4.3.6 控制中枢模块

4.3.7 吸收统计模块

4.3.8 遗传算法与试验模块

4.3.9 GUI模块

4.4 模块封装

4.5 本章小结

第5章 多重入制造系统动态作业调度优化

5.1 案例介绍

5.2 基于仿真平台的模型构建

（1）模型假设

（2）模型的建立与设置

5.3 优先调度法则优化

5.3.1 优先调度法则类型优化

5.3.2 组合优先调度法则优化

5.3.3 多级优先调度法则优化

5.4 DBR动态作业调度优化

5.4.1 确定瓶颈与缓冲区间

5.4.2 动态间隔缓冲策略

5.4.3 动态批量缓冲策略

5.5 调度策略组合优化

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果