船体平面分段建造装配序列规划与装配线平衡方法研究

摘要

船舶制造中的装配工作一般耗时最久、需要的关键资源最多。其中，分段装配工时大概占船体装配总工时的45％左右，分段装配成本在船体装配总成本中所占的比例更是高达50％以上。因此，研究船体分段装配过程中的最优化问题，对缩短船体建造周期、减少装配成本以及提高装配质量具有重大意义。
　　本文以船体平面分段装配为对象，研究了分段装配序列规划与装配线平衡方法，为解决复杂产品的装配最优化问题提供决策依据。研究工作主要包括以下内容:
　　(1)基于实例推理(CBR)与基于几何约束推理相结合的平面分段装配序列规划方法。船体分段结构复杂，所包含的零部件众多，给可行装配序列推理造成很大的困难。另外，在结构组成上，组成分段的零部件之间没有严格的几何约束关系，满足几何约束的可行序列数量较大，不利于序列的评价及优选。本文利用基于实例推理的方法，参照与装配问题最相似实例的装配顺序，生成装配问题的初始优先约束关系，然后结合基于约束的推理，生成装配体完整的装配序列，并利用遗传算法进行装配序列选优。论文用具体加工算例验证了该方法的有效性。
　　(2)批量型装配线平衡问题建模及求解方法研究。在分段部件装配过程中，各部件不仅要满足加工时间、平台占用面积等的约束，还需符合一定的完工优先关系。以装配线劳动生产率最大化及工作站负荷均衡为优化目标，在合理假设的基础上，建立批量型装配线平衡问题的数学模型。本文利用文化基因算法对问题进行求解，寻找最优的分段部件装配计划。通过染色体的解码过程实现任务的智能分批，设计了序列自动调整算子，保证生成的最优解符合优先关系约束。另外，在算法框架中加入局部搜索算子，加快了算法的求解过程。最后通过分段部件装配的实际算例验证算法的有效性。该问题的解决，对于具有优先关系约束的任务割分或排序问题的求解具有参考价值。
　　(3)混合型装配线平衡问题建模及求解方法研究。船体平面分段装配流水线平衡的目的是寻找最优的加工任务排序，实现总任务的生产周期最短、任务拖期数量最少以及工作站负荷均衡等目标。为了获取该多目标优化问题的Pareto最优解，本文在合理假设的基础上，构建了混合型装配线平衡问题的数学模型。提出了一种改进的多目标遗传算法，设计了个体适应值的分配策略及Pareto解集更新机制，使得算法能够快速地获取满足优化目标的多组非劣解。最后通过船体平面分段装配实例验证了算法的有效性。混合装配线平衡问题的解决，可以为多目标组合优化问题非劣解的求取提供一定的参照。
　　(4)产品装配序列规划及装配线平衡系统集成方法研究。研究了序列规划及装配线平衡的关系，构建了船体平面分段装配最优化应用系统，并以国内某造船厂平面分段装配的实际加工数据对系统进行了验证。
　　综上，本文给出了一整套船体平面分段装配过程最优化的解决方法，对企业缩短分段装配工时、节约生产成本提供了决策支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 装配序列规划

1．2．2 装配线平衡

1．2．3 研究现状小结

1．3 研究目标及主要内容

1．3．1 研究难点与关键问题

1．3．2 研究思路及目标

1．3．3 主要研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 基于CBR与约束推理的船体平面分段装配序列规划

2．1 引言

2．2 船体平面分段装配序列规划问题分析

2．3 总体研究方法介绍

2．4 平面分段装配序列规划方法的关键技术

2．4．1 装配信息建模

2．4．2 基于实例的推理及优先约束的生成

2．4．3 基于约束推理的装配序列生成及选优

2．5 实验验证

2．6 本章小结

第三章 面向平面分段部件的批量型装配线平衡问题研究

3．1 引言

3．2 平面分段部件装配线平衡问题

3．2．1 问题提出

3．2．2 问题分析

3．2．3 问题优化建模

3．3 平衡问题的算法设计

3．3．1 算法总流程

3．3．2 各算子介绍

3．4 平衡问题算例分析

3．4．1 测试问题

3．4．2 计算结果及分析

3．5 本章小结

第四章 面向船体平面分段的混合型装配线平衡问题研究

4．1 引言

4．2 问题描述

4．2．1 平面分段装配流水线概况

4．2．2 可变节拍混合装配线平衡问题分析

4．2．3 问题优化建模

4．3 求解方法介绍

4．4 实例验证及讨论

4．4．1 测试问题

4．4．2 计算结果及分析

4．5 本章小结

第五章 船体平面分段ASP及ALB系统集成及应用研究

5．1 引言

5．2 集成应用系统设计与开发

5．2．1 系统集成的基础工作

5．2．2 系统总体功能设计

5．2．3 系统体系结构

5．2．4 系统实现技术

5．2．5 系统应用环境

5．3 系统运行实例

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 创新性成果

6．3 研究展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间已发表或录用的论文

攻读博士学位期间参与的科研项目

致谢