考虑资源约束与批量分割的虚拟单元动态调度问题研究

摘要

虚拟单元制造系统(VirtualCellularManufacturingSystem,VCMS)无需改变设备和资源的物理布局,而形成逻辑和概念上相互关联的虚拟动态生产实体,具有强大的制造柔性,同时它还克服了传统单元制造系统的种种缺陷。近来,VCMS吸引了学者们的关注,目前已经有一些关于虚拟单元制造系统的研究,但是现有文献缺乏对存在瓶颈机器的虚拟单元动态调度模型的研究。鉴于这一不足以及虚拟单元条件下批量分割问题呈现的新特点,本文在深入分析虚拟单元制造相关问题研究现状的基础上,从车间层的短期计划调度策略角度,对存在资源瓶颈和批量分割的虚拟单元动态调度问题进行了详细的研究。
　　本文的研究一方面从提高瓶颈资源利用率和批量分割的角度增大系统有效产出、更好地满足交货期要求;另一方面考虑了制造系统中存在的诸多随机事件的扰动,克服了由于调度策略持续不变导致的制造系统绩效慢慢恶化这一缺陷。为制造企业提供了一种基于内外部环境变化的虚拟单元动态调度方法,具有重要的理论和实践意义。
　　考虑到问题的复杂性,本文分两步进行。第一步研究的是系统内外部环境稳定不变的情况下,单元内有瓶颈机器存在,并且同类机器不只一台时,虚拟单元调度的批量分割问题,这是一类具有层次性决策结构的调度问题,因此,本文在已有研究的基础上对这一存在能力约束的虚拟单元调度的批量分割问题进行了分解简化,构建了一个二层规划模型,并设计了该调度策略的求解方法。该双层规划模型能够在最大化利用瓶颈能力的同时有效提高其他绩效表现。另外也说明,在考虑系统瓶颈的情况下,包含批量分割的模型能取得更令人满意的结果,该方法给出的调度方案更符合实际。有了上述基础之后,本文第二步研究的是制造系统内存在大量不确定因素时,同时考虑机器成组,资源瓶颈,批量分割以及单元生成和解散时间点的虚拟单元多阶段动态调度问题,本文针对这一问题构建了相关模型,并运用由传统遗传算法发展而来的基于个体年龄结构的新型遗传算法对问题进行求解,从而取得较好的求解效果。
　　为了验证本文所提方法在实际制造企业中应用的情况,本文对南通某船舶制造有限公司目前生产管理的现状以及存在的问题进行了详细分析,并将文中提出的虚拟单元动态调度方法应用到到舾装生产过程中,提出了相应的虚拟单元调度改善方案。并对比了改善前后的效果,结果显示了本文所提方法的可行性和有效性。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 虚拟单元制造系统的发展脉路

1.3 虚拟单元调度国内外研究现状

1.4 本文的研究内容、技术路线图及创新点

1.5 本章小结

第2章 虚拟单元调度的相关理论基础

2.1 虚拟单元制造系统的概述

2.2虚拟单元动态调度的基本原理

2.3 瓶颈管理相关原理

2.4本章小结

第3章 无随机扰动的虚拟单元调度批量分割问题

3.1 虚拟单元调度的层次规划方法概述

3.2 虚拟单元调度的批量分割方法概述

3.3资源约束下基于二层规划的虚拟单元调度批量分割模型

3.4 算例研究

3.5 本章小结

第4章 有随机扰动的虚拟单元动态调度批量分割问题

4.1 虚拟单元动态调度的原则

4.2 基于年龄结构的遗传算法（AGA）简介

4.3 虚拟单元多阶段动态调度数学模型的建立

4.4基于AGA算法的虚拟单元多阶段动态调度问题的求解

4.5算例研究

4.6 本章小结

第5章 案例分析

5.1 案例应用对象的基本情况

5.2 案例应用过程及相应的数据

5.3 案例应用虚拟单元调度的结果

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢