考虑设备退化及维护活动的热冷加工铸造车间调度研究

作     者：钱伟康 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐红涛

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：热冷加工铸造车间 设备退化 恶化效应 维护活动 启发式算法 

摘      要：铸造是一种具有热冷加工特点的基础工艺,在日常生活的各个领域都有应用。国内的铸造企业以多品种、小批量的生产模式为主导,而产品多样以及工艺复杂等特征,使得铸造车间生产调度问题尤为复杂。此外,设备是保证加工运行的关键资源,其维护计划通常是独立进行决策的,这使得调度方案的制定缺乏协调性,在总体优化上易相互冲突。如何协调生产调度与维护计划,精细化管理车间资源,为铸造企业提供有效的整体运作方案,以提高市场竞争力,成为了亟需解决的问题。因此,论文以热冷加工铸造车间为研究对象,探讨了生产调度与维护活动的集成优化问题,其主要研究内容如下:(1)以热冷加工铸造车间为背景,本文首先阐述了铸造生产的流程,分析了实际生产中的工艺约束以及件批耦合的加工特点,制定了一个具有多重约束的带并行批处理机的混合流水车间调度策略。其次,简要阐述了设备的可靠性概念和生命周期的三个阶段,说明了设备维护的重要性以及具体方式。(2)针对设备性能退化引起恶化效应的情况,提出了一个带有恶化上限的分段恶化模型。考虑材质约束和容量约束,以最小化最大完工时间为目标,构建了一个混合流水车间调度模型。针对该模型中的分批和排序问题,分别采用了FF、BF和PS、LS四种启发式规则,并开发了一种改进遗传算法对模型进行求解。为验证FFPS、FFLS、BFPS、BFLS四种组合的性能,设计了不同规模的仿真算例进行实验,结果表明BFPS的性能优于其他组合。(3)考虑维护活动能消除由设备退化引起的加工恶化,以设备期望失效次数为约束,采取调度与维护同步的策略,建立了一个以最小化最大完工时间和最小化维护总成本为目标的集成优化模型。为求解该模型提出了一种改进鲸鱼优化算法(IWOA),并设计了田口实验选取合适的IWOA参数。最后,通过设计仿真案例与其他四种算法对比,结果验证了所提模型的适用性和IWOA的有效性。(4)分析了某企业在实际排产过程中存在的不足,结合前文的研究内容,在已有的铸造企业ERP系统的基础上,开发了集成维护活动的排产模块,并通过实际生产数据进行了功能测试。