考虑生产扰动的车间重构过程单元布局问题研究

作     者：段声泽 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王时龙

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：生产扰动 冗余设计 单元构建 单元布局 重构过程 

摘      要：生产扰动是指动态生产环境中,发生的某种变化影响了原生产计划的最优性。在个性化需求增加和多品种小批量生产方式盛行的情况下,其对企业的影响日趋明显,不合理的布局方案往往导致生产严重受阻,因此,针对生产扰动进行相应的设备布局显得尤为重要。根据扰动来源不同,可主要分为内部扰动和外部扰动。一方面,因设备故障形成的内部扰动无法彻底消除,导致产品交货延期经常发生,严重影响企业经营状况。另一方面,以订单变化为代表的外部扰动以周期为单位生成,需要调整车间加工资源和具体布局来解决。此外,越来越多的企业采用单元制造模式以实现货物的高效生产和准时交付,这需要制造系统不断提高自身的柔性和快速响应能力来满足市场的快速变化,因此,对单元制造模式进行设备布局研究具有重要意义。在此基础上,如何让单元在生产扰动中保持自身的加工特性,减少扰动带来的负面影响也同样势在必行。本文以设备布局的冗余设计作为主要方法,深入研究考虑生产扰动的车间重构过程单元布局问题。主要研究内容如下:(1)针对车间生产出现内部扰动,导致加工受到严重影响的情况,研究考虑设备故障的车间单元构建问题。分析冗余设备的选择方式,并给出考虑设备故障的物流成本计算方式,通过冗余设备的增加,建立总成本(包括物流成本、延期成本及设备摊销成本)和单元面积利用率的双目标函数。鉴于该冗余设计问题的复杂性,基于NSGA2算法进行方法设计,结合算例实现了该模型的有效求解。(2)针对单元制造模式中多单元生产的特点,结合故障扰动因素,在第二章节基础上研究考虑设备故障的车间单元布局问题。分析冗余设备在多单元生产中的作用,阐述其在减少物流成本和生产延期成本上的优点。根据单元内和单元间物流的区别,提出新的双目标函数,在继续优化总成本的同时减少物流跨单元次数,改进NSGA2编码方法和算法参数,对新模型进行求解。结果证明该问题中使用冗余设备同样有效。(3)分析订单变化这一外部扰动对布局方案的影响,结合内部扰动的设备故障因素,提出考虑生产扰动的车间重构过程单元布局模型。对新问题形成的物流路线进行了分析,随后设计重构过程单元布局优化流程:即在加工资源调整的前提下,使用冗余设计方法对原单元进行结构调整,并增加重构成本的计算建立新的布局模型。以某企业实际生产车间为案例背景,将生产数据应用于该布局模型,成功验证了该模型在面对生产扰动时的优越性,能够实现企业低成本制造、高效率生产的要求。