基于Petri网的造船企业跨车间作业建模与优化调度

摘要

造船企业是订单式大型单件小批量装配生产的复杂制造企业,每艘船的制造过程中需要造船企业中大量制造车间的协同合作,高效的管理车间,制定有效的车间作业计划直接关系到船舶制造的每一项环节,对提高造船企业车间生产效率有重大影响。同时由于船舶制造复杂工艺,船舶产品生产过程需要多个车间密切合作,导致传统的单车间调度优化方法不能够满足造船企业车间作业计划制定的要求,为此本文以造船企业跨车间作业问题为研究对象,主要做以下工作:
　　(1)对现代造船企业生产模式、一般建造过程和船舶产品结构进行分析,在此基础上对造船企业车间作业情况进行分析,总结出造船企业多级作业层模式,将造船企业车间作业任务分解成流水线级作业层、车间级作业层、跨车间级作业层三级。
　　(2)利用Petri网建模方法对三级作业层分别进行建立Petri网模型,利用Petri网模型能用数学反映造船企业制造车间系统中各设备、人员、工件等的约束关系以及工件加工工艺路线,加工时间等信息,为优化算法的的实现提供模型基础。
　　(3)构建基于Petri网的改良遗传算法对跨车间作业问题进行调度。分别对造船企业中存在的平行流水作业方式与网状流水作业方式进行求解,最后考虑将多个车间作业综合考虑进行跨车间级作业整体调度的研究,并通过实例进行仿真,证明算法的可行性和收敛性。
　　(4)通过对造船企业计划体系层次化模型的分析,将车间作业计划按部门、班组进行分层,形成多级车间作业计划体系,在此基础上利用跨车间作业计划调度问题涉及的优化算法,设计出了船舶建造车间管理系统的总体功能结构并实现,加强造船企业对车间的管理,辅助计划编制人员对造船企业车间作业计划进行制定。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 造船企业车间作业调度问题研究现状

1.2.2 车间作业计划问题建模方法研究现状

1.2.3 车间作业计划问题优化调度算法研究现状

1.3 当前存在的主要问题

1.4 主要研究内容与论文结构

第2章 造船企业跨车间作业计划调度问题建模

2.1 造船企业车间作业分析

2.1.1 现代船舶建造生产模式分析

2.1.2 车间作业情况分析

2.1.3 车间多级作业层模式

2.1.4 车间作业任务分解

2.2 跨车间作业计划问题Petri网模型

2.2.1 Petri网原理

2.2.2 流水线级作业层计划问题Petri网模型

2.2.3 车间级作业层计划问题Petri网模型

2.2.4 跨车间级作业计划问题Petri网模型

2.3 本章小结

第3章 造船企业跨车间作业调度优化算法研究

3.1 遗传算法原理

3.1.1 遗传算法解决步骤

3.1.2 遗传算法关键操作

3.2 造船企业跨车间作业计划调度系统遗传算法基本流程

3.3 流水线级作业层计划方法

3.3.1 遗传编码设计

3.3.2 种群初始化

3.3.3 适应度函数设定

3.3.4 遗传算子设计

3.3.5 算法步骤

3.3.6 算法实例

3.4 车间级作业层计划方法

3.4.1 遗传编码设计

3.4.2 种群初始化

3.4.3 适应度函数设定

3.4.4 遗传算子设计

3.4.5 算法实例

3.5 跨车间级作业层计划方法

3.5.1 车间分配计划模块

3.5.2 跨车间作业计划调度模块

3.5.3 算法实例

3.6 本章小结

第4章 造船企业车间管理系统设计与实现

4.1 车间管理系统设计

4.1.1 造船企业计划体系分析

4.1.2 单据分析

4.1.3 系统业务流程分析

4.1.4 数据库设计

4.2 系统界面设计

4.3 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢