两阶段非置换装配流水车间调度研究

摘要

随着社会技术的发展，生产规模的不断扩大，生产装配的复杂性增强，市场的竞争也越来越大。尤其在顾客需求个性化、多样化的今天，企业为满足客户需求，需要不断改进制造技术和完善管理方式来增强生产运作效率，增强客户对企业的满意度和企业内部的整体生产效率。在实际生产场景中，多种不同零件可以在不同生产线上产出，最终装配成不同的产品。即两阶段装配流水车间，它是企业为提高效率，实现加工组件和产品的配套而经常使用的流水车间环境，是两机流水车间环境问题的一般化。首先多条分装流水线生产加工产品的不同组件，然后在第二阶段装配机上组装形成最终产品。在此过程中，加工与装配的协调尤为重要。尽管大部分流水车间的研究都仅考虑置换调度，但这并不是对制造业的严格限制，而是置换调度的简单性。如果不采用先到先得原则可以显著提升系统的性能，大多数企业在实际情况下都会很乐意放开加工顺序相同的限制。因此，从整体系统的角度，两阶段非置换装配流水车间的调度研究十分有意义。 本文以现有理论为基础，对相关问题研究现状进行了总结分析，研究了非置换流水车间，两阶段装配流水车间，以及两者结合的调度环境问题，精确解动态规划，近似解等常用求解算法。在模型中考虑组件分别在各分装线上加工，最终在装配机上进行装配，放开各机器工件加工顺序必须相同的限制，使得模型更加灵活符合实际。并且为了更准确的反映客户服务方面的准确性和满意度，以工件总完工时间最小化为目标，提出了有效的解决方案。 在此调度环境中，为了保证组件在生产阶段能够及时准确地为装配机提供所需零部件，使得整体完工时间即总完工时间最小，对两阶段装配流水车间和非置换流水车间调度环境进行了研究。首先，建立了两阶段非置换装配流水车间的数学模型，并使用cplex软件对模型进行了修正和验证。在问题求解方面，小数据规模下，以基本动态规划方法为框架，提出了属于本问题的特定动态规划模型，给出递推关系，每阶段包括原有状态扩展和新状态增加两个方面。状态枚举每个阶段的所有状态。接下来，通过分析该问题属性，从非置换和两阶段装配两方面入手给出状态空间缩减的策略，初始解范围限定，界值的使用，总装分装约束等并进行了验证，改进了状态空间庞大的现状。通过实例展示状态枚举所有情况，通过实验数据与cplex软件运行结果进行对比，证明状态空间缩减策略的有效性和动态规划解法的准确性。并通过与分装流水线工件加工顺序相同的置换情况对比验证了非置换流水车间的研究必要性。大数据规模下，提出了改进禁忌搜索算法,并与基本禁忌搜索算法和模拟退火算法对比，证明了改进算法的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的与研究内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

1.3.3 研究创新点

1.3.4 研究框架

2 相关理论综述

2.1 基本调度问题

2.1.1 流水车间调度问题分类

2.1.2 流水车间调度问题目标

2.1.3 流水车间调度问题解法

2.2 相关调度环境

2.2.1 两阶段流水车间调度

2.2.2 非置换流水车间调度

2.2.3 有释放时间的单机调度

2.3 动态规划方法

2.4 禁忌搜索算法

2.5 本章小结

3 两阶段非置换装配流水车间调度模型

3.1 问题描述

3.2 模型构建

3.2.1 变量定义

3.2.2 数学模型

3.3 加工-装配顺序约束

3.3.1 分装线顺序约束

3.3.2 总装顺序约束

3.4 可行解构造

3.5 本章小结

4 两阶段非置换装配流水车间问题求解

4.1 动态规划方法

4.1.1 单条非置换流水车间

4.1.2 两阶段装配流水车间

4.1.3 动态规划状态枚举算例

4.1.4 动态规划状态缩减策略

4.1.5 动态规划算法步骤

4.2 禁忌搜索算法设计

4.2.1 基本元素设计

4.2.2 算法流程

4.3 仿真实验

4.3.1 小规模数据量对比

4.3.2 PFS与NPFS对比

4.3.3 中大规模数据量对比

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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