考慮BOM的柔性制造系統(tǒng)能力規(guī)劃問題研究.pdf

1、柔性制造系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的專用制造系統(tǒng)的一個重要特點是其大M制造各領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)性和整體性，表現(xiàn)為各個層次上決策模型的相關(guān)性，這種相關(guān)性使得模型建立與發(fā)展的趨勢是涵蓋從市場需求到操作排程全過程，其有關(guān)的決策模型規(guī)模很大，模型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，求解困難。本文主要研究考慮BOM的柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力規(guī)劃問題模型的求解方法。本文研究的方法主要有兩種：一種方法是應(yīng)用遺傳算法直接求解模型，在遺傳算法中引入變量分組的思想以及可變長度的染色體，主要目的是為了縮

2、小搜索空間，使得分組遺傳算法能夠搜索到比標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法更優(yōu)的解；另一種方法是先從問題本身的結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立柔性能力以及剛性能力的關(guān)系，在考慮BOM時定義柔性測度，并以柔性測度為生產(chǎn)能力規(guī)劃決策提供依據(jù)。這種方法的主要優(yōu)點在于不需要求解任何規(guī)劃問題，只需要簡單的計算就可以給出較好的決策方案。 本文從第一章到第六章的內(nèi)容安排如下：第一章主要回顧了目前關(guān)于柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)能力規(guī)劃問題的相關(guān)研究，說明了應(yīng)用柔性技術(shù)的重要性以及在柔性制造系統(tǒng)

3、中考慮BOM的意義，并回顧了關(guān)于復(fù)雜優(yōu)化問題的求解方法的研究。 第二章以應(yīng)用SMT技術(shù)的PWB生產(chǎn)線為例，介紹了本文研究的考慮BOM的柔性制造系統(tǒng)能力擴(kuò)張問題的一般模型。本文的研究著重在模型求解上，因此本文對模型的背景和建立只做一些必要的說明和介紹。接著從考慮BOM的柔性制造系統(tǒng)能力擴(kuò)張問題的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，從機(jī)器柔性以及范圍經(jīng)濟(jì)的影響方面研究關(guān)于能力擴(kuò)充以及柔性技術(shù)選擇的一些簡單的性質(zhì)。 第三章應(yīng)用本文提出的分組遺傳算法

4、直接求解模型，主要介紹了變量分組的思想，相應(yīng)染色體編碼的方法以及基于數(shù)值的分組遺傳算法的主要步驟。由于柔性制造系統(tǒng)中的生產(chǎn)能力擴(kuò)張問題一般是一個混合整數(shù)規(guī)劃問題，如果應(yīng)用遺傳算法求解，可以通過染色體把連續(xù)變量和整數(shù)變量進(jìn)行分離，主要的努力還是應(yīng)該放在整數(shù)變量的協(xié)調(diào)上(即整數(shù)規(guī)劃)。本章應(yīng)用分組遺傳算法分別求解一般的整數(shù)背包問題以及二次背包問題，并把結(jié)果和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法求解這兩類問題得到的結(jié)果進(jìn)行了比較，包括解的精度以及求解時間。

5、 第四章從一些混合整數(shù)規(guī)劃的結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，提出了一種新的變量分組的方法。以本文中的生產(chǎn)能力擴(kuò)張問題為例，這種方法把能力擴(kuò)張決策變量按照不同計劃期和不同生產(chǎn)線進(jìn)行分組，然后再應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行搜索。我們稱這種方法為基于結(jié)構(gòu)特性的分組遺傳算法。本章應(yīng)用它來求解本文的生產(chǎn)能力擴(kuò)張模型，并把結(jié)果和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法求解得到的結(jié)果進(jìn)行了比較，也包括了解的精度以及求解時間兩個方面。 第五章在考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)約束BOM時，定義了不同生產(chǎn)情形下的過程

6、柔性測度，并且研究了在不同情形下能夠獲得較高過程柔性對應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征。基于這些結(jié)構(gòu)特征，本章提出了一些有關(guān)于指導(dǎo)生產(chǎn)能力擴(kuò)張問題的規(guī)則。對于小規(guī)模問題，本章還應(yīng)用這些規(guī)則進(jìn)行了實證研究并把實證結(jié)果和最優(yōu)解進(jìn)行了比較。 第六章從本文工作的總結(jié)和創(chuàng)新之處，考慮BOM的柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)能力規(guī)劃問題求解的進(jìn)一步研究方向兩個方面來結(jié)束本文。 本文工作的創(chuàng)新之處主要如下：由于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)能力擴(kuò)張與生產(chǎn)線設(shè)計問題是一個混合整數(shù)規(guī)劃問題，

7、求解的主要困難在于如何協(xié)調(diào)整數(shù)變量。本文提出了一種基于變量分組的遺傳算法求解一般的整數(shù)規(guī)劃問題，并通過實例證明了這種分組遺傳算法對于求解一般的大規(guī)模整數(shù)規(guī)劃問題的有效性，進(jìn)而給出了一種求解整數(shù)規(guī)劃問題的可行且有效的途徑。 把分組遺傳算法應(yīng)用到求解實際的生產(chǎn)系統(tǒng)能力擴(kuò)張與生產(chǎn)線設(shè)計問題上，根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，提出了相應(yīng)的新的變量分組方法?；谶@種新的變量分組方法的分組遺傳算法可以有效地求解實際的生產(chǎn)系統(tǒng)能力擴(kuò)張與生產(chǎn)線設(shè)計問題

8、。并且這種分組遺傳算法對于類似的復(fù)雜優(yōu)化問題(多計劃期、多單元決策問題)也是可行且有效的。 由于設(shè)備變革、需求變化等因素的影響，生產(chǎn)某一特定產(chǎn)品的剛性設(shè)備的投資成本和操作成本都將會發(fā)生變化，也就是這種產(chǎn)品的投資成本因子和操作成本因子將發(fā)生變化，此時企業(yè)在進(jìn)行設(shè)備選擇的決策時，應(yīng)該考慮產(chǎn)品的成本因子，如果產(chǎn)品成本因子比以前高了，那么企業(yè)應(yīng)更多地采用柔性強(qiáng)度高的設(shè)備來進(jìn)行生產(chǎn)，反之，則應(yīng)更多地采用柔性強(qiáng)度低的設(shè)備。 考慮范圍

9、經(jīng)濟(jì)的影響時，如果產(chǎn)品價格發(fā)生變化，那么當(dāng)價格向量和對應(yīng)的剛性設(shè)備的單位操作成本向量之間的夾角越小時，柔性設(shè)備的可行域就越大，采用柔性設(shè)備的概率就越大。如果企業(yè)的資金預(yù)算發(fā)生變動，則當(dāng)預(yù)算越高時，采用柔性設(shè)備的概率就越大。 從柔性生產(chǎn)系統(tǒng)能力擴(kuò)張與生產(chǎn)線設(shè)計問題的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，在考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)(BOM)時，提出了系統(tǒng)過程柔性測度方法以及提高系統(tǒng)過程柔性的結(jié)構(gòu)要求，在此基礎(chǔ)上，提出了指導(dǎo)系統(tǒng)能力擴(kuò)張及生產(chǎn)線設(shè)計的近似規(guī)則。根據(jù)所提