面向多品种变批量制造企业的生产单元资源分配研究

摘要

面对日益个性化多样化的市场需求，多品种变批量生产模式的地位日趋重要。在多品种变批量生产模式下，产品需求不稳定、工艺路线复杂、设备和人员等可实现多种加工工艺等特征导致企业面临生产计划调度困难等生产管理问题，从而影响企业的生产效率和经济效益。对此，通过构建生产单元并对生产单元内设备和人员等制造资源进行合理分配，对多品种变批量制造企业提高生产效率和经济效益具有重要意义。针对多品种变批量制造企业的生产单元构建和制造资源分配问题，本文综合运用聚类、数学规划等方法展开如下三个方面内容的研究： （1）针对多品种变批量生产任务工艺相似性特征，提出基于工艺相似的生产任务聚类方法。本文在总结多品种变批量生产任务特征的基础上，分别采用最长公共子序列和灰色绝对关联度测度了生产任务工艺路径和作业时间相似性。而后将两者结合定义了新的生产任务工艺相似度，并根据系统聚类的思想提出了基于工艺相似度的生产任务聚类模型及算法，生产任务聚类结果为生产单元的构建提供基础。 （2）针对多品种变批量制造企业生产单元构建问题，提出考虑生产任务需求量的静态生产单元构建方法。在多品种变批量生产任务聚类结果基础上，本文考虑最大化满足规划的生产周期内各生产单元生产任务需求量的目标，提出了静态生产单元构建模型，并基于遗传算法的思想设计了模型的求解算法。通过模型的构建与求解将设备与人员等制造资源分配至各生产单元，从而得到生产单元的最优构建方案，为多品种变批量制造企业在生产规划阶段的生产安排提供指导依据。 （3）针对生产单元接收实际生产任务时的制造资源分配问题，提出考虑最小化多成本目标的生产单元双制造资源动态分配方法。本文综合分析了生产过程中涉及的各项成本目标及条件约束，提出了以最小化总成本为目标的生产单元制造资源动态分配模型，并设计了模型的求解算法。通过模型的构建与求解得到生产单元内设备与人员等制造资源的在多周期内的最优分配方案，为多品种变批量制造企业在实际生产阶段的生产安排提供指导。而后，将模型求解所得最优方案与不允许拖期和不考虑外协的最优制造资源分配方案进行比较，证实了外协成本和拖期成本对多品种变批量制造企业提高经济效益具有实际意义。

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