基于多色集合理论的柔性生产线及车间规划方法研究

摘要

生产车间规划是一个涉及参数化设计、人工智能、图形学、信息化处理、优化及仿真等技术的交叉学术领域的组合优化问题。传统的生产线和车间规划方法已经很难满足多品种的柔性机加工生产规划的需要。本文在充分研究常规规划理论和技术的基础上，结合合肥车桥有限责任公司新厂区规划的实际需要，提出了“基于多色集合理论的柔性生产线及车间规划方法研究”的课题，它的研究对于柔性机加工生产线的规划具有重要的理论和实际意义，对降低企业制造成本，提高生产效率，以及增强企业市场竞争能力具有很大的实用价值。
　　 针对常规规划方法的局限性，运用分层规划概念和多色集合理论的数学工具，从产品族几何特征的原始信息开始，系统地研究了产品族几何特征分类、确定/优化工艺方法、选择/优化设备、布置/优化生产线和生产车间规划方法，建立了相应的模型并提出了求解策略。
　　 根据共线生产产品的相似性特点，研究了产品族的几何特征和实现几何特征的工艺方法，运用多色集合的理论方法建立了几何特征与工艺方法的关系矩阵，并根据几何特征的工艺约束属性确定了可行的工艺方法序列，再根据生产线的时间节拍、工艺约束属性和几何特征与工艺方法的关系矩阵对工艺方法进行了优化，实现了设备负荷率的优化，并生成可行的设备序列。
　　 建立了基于“一个流”(one-piece flow)的生产线布局模型，通过人员负荷率和相邻设备布局位置对布局模型进行了优化，从而最大限度地提高了人员负荷率和生产面积利用率。进一步提出了基于产品结构树的车间布局方法，建立了车间布局模型和给出了求解算法。同时运用模糊综合评价和改进AHP模型，对上述理论方法实现的生产线和车间布局进行模糊综合评价并进行优选。
　　 同时进一步验证理论模型的有效性和实用性，针对提出的机加工生产线规划和基于产品结构树的生产车间规划的多色集合理论模型，运用e-Mplant仿真软件建立了桥壳生产线的仿真模型，并对两条可行的生产线布局方案进行仿真分析。运用E-Factory仿真软件建立了后桥生产车间的仿真模型，并对两生产车间的布局方案进行仿真分析，从而获得最优的方案。仿真结果以及应用实例表明基于多色集合理论的柔性生产车间规划技术方法实用有效，能大大提高生产线的柔性度、设备负荷率、生产线负荷均衡率和面积利用率，降低物流成本和投资成本。

目录

文摘

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声明

致谢

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 制造业发展现状

1.1.2 课题的提出

1.2 生产车间规划的研究现状

1.2.1 工艺规划

1.2.2 生产线规划

1.2.3 生产车间布局

1.2.4 生产车间调度

1.2.5 柔性生产的研究现状

1.3 本课题的研究内容及方法

1.3.1 研究的目的及意义

1.3.2 研究的内容及方法

第二章 柔性生产车间的规划

2.1 生产车间的规划内容

2.1.1 车间设施规划

2.1.2 车间物流规划

2.1.3 车间加工工艺规划

2.1.4 车间人员规划

2.2 柔性生产车间规划的内涵，原则及评价

2.2.1柔性生产车间规划的内涵

2.2.2 柔性生产车间规划的原则

2.2.3 柔性生产车间规划的参考模型

2.2.4 柔性生产车间规划的评价

2.3 柔性生产车间规划的方法

2.3.1 柔性生产车间的定性规划方法

2.3.2 柔性生产车间的定量规划方法

2.3.3 基于多色集合理论的柔性生产车间规划方法

2.4 多色集合理论

2.4.1 多色集合理论的特点

2.4.2 多色集合理论的基本概念

2.4.3 多色集合理论的数学表达式

2.4.4 着色的逻辑运算

2.4.5 合取多色集合

2.4.6 析取多色集合

2.4.7 多色集合标准形式方程

本章小节

第三章 基于多色集合理论的生产线建模

3.1 基于多色集合理论的建模方法

3.1.1 建模的目的

3.1.2 信息表示的层次式框架

3.1.3 递阶模型结构树

3.1.4 确定统一颜色

3.2 基于多色集合理论的产品信息建模

3.3 基于多色集合理论的工艺信息建模

3.3.1 柔性生产线工艺排序约束

3.3.2 产品几何特征工艺约束属性赋予

3.3.3 几何特征与工艺方法的布尔矩阵建立

3.3.4 产品加工工序排序

3.3.5 柔性生产线的设备选择

3.4 基于多色集合理论的柔性生产线优化

3.4.1 柔性生产线的多目标优化

3.4.2 柔性生产线建模实例

本章小结

第四章 基于多色集合理论的柔性生产线及生产车间布局

4.1 基于多色集合柔性生产线的设备布局

4.1.1 设备布局模型建立

4.1.2 柔性生产线优化

4.1.3 柔性生产线模糊评价

4.2 基于多色集合柔性生产车间的规划

4.2.1 车间布置定义

4.2.2 车间布置原则

4.2.3 车间生产线布局模型建立

4.2.4 生产车间布局实例

4.2.5 生产车间布局优化

4.2.6 生产车间的模糊评价

本章小结

第五章 后桥柔性生产车间规划的建模和仿真

5.1 生产车间仿真技术

5.1.1 仿真软件的种类

5.1.2 仿真的分析方法

5.1.3 仿真软件在生产车间的应用

5.2 后桥柔性生产线的仿真模型

5.2.1 生产线仿真数据

5.2.2 生产线仿真模型的建立和方案对比

5.2.3 生产线仿真的分析及解决方案

5.3 柔性联合厂房的仿真模型

5.3.1 联合厂房仿真数据

5.3.2 联合厂房仿真模型的建立和方案对比

5.3.3 联合厂房仿真的分析与解决方案

本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及获得的科研成果