设备故障下考虑工人作业柔性的Seru构建与调度问题研究

作     者：司万金 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩文民

授予年度：2023年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：Seru构建与调度 工人作业柔性 设备故障 重调度机制 

摘      要：随着信息化、自动化技术的不断发展,顾客对产品的需求日益个性化、多样化。为满足不断变化的市场需求,多品种小批量的生产方式日益成为制造企业的主流发展方向。Seru生产单元兼具流水线的效率性和单元生产的灵活性,能够快速响应多品种小批量的市场需求,受到了学者和企业的广泛关注。Seru生产单元构建与调度联合决策是将车间内设备与工人进行合理划分,并确定批次在单元内的加工顺序。Seru生产单元构建与调度联合决策问题一直是讨论的热点,然而这些研究大多忽略了工人作业柔性对联合决策的影响及设备故障对调度方案的影响,导致工人技能水平无法充分发挥,生产效率低,以及作业计划频繁调整,生产稳定性差。因此,本文在考虑工人作业柔性及设备故障情况下,对基于设备的Seru生产单元构建与调度问题开展研究,以充分发挥工人的技能水平,提高生产效率,并增强对设备故障响应能力。针对基于设备的Seru生产单元构建与调度问题,本文综合考虑了产品类型、设备加工能力及工人作业能力等因素,构建了以最小化最大完工时间与工人间工作量平衡为目标的数学模型,并通过改进的NSGA-Ⅱ算法进行求解,该算法采用基于工序-设备-工人的三维染色体编码方式,并对交叉与变异方式进行改进,以提高算法的全局搜索能力。该方案能够在保证最大完工时间尽可能短的情况下,实现工人间工作量的相对均衡,从而充分发挥工人的技能水平,提高车间的生产效率。在以上基础上,本文考虑了设备故障对作业计划的影响,以最大完工时间与工人间工作量平衡为目标,构建了Seru生产单元重调度模型,并设计了改进的多目标人工蜂群算法进行求解,该算法在染色体编码、档案集、种群生成方式和蜜蜂搜索方式等方面加以改进,有效避免了算法过早收敛。在此基础上,针对单元内设备故障带来的调度方案频繁调整的问题,提出了一种基于右移重调度、转移重调度与完全重调度的重调度机制,并设计了最大完工时间偏离度和工序偏离度指标对重调度方案进行评价与选择。该方案能够综合考虑设备故障对初始调度方案的影响程度,进而制定更加符合车间实际的重调度方案,实现生产过程的连续、高效和稳定。综上,本文以A公司发动机活塞生产为背景,将所提的考虑工人作业柔性的Seru构建与调度方法及设备故障下的重调度方法应用于企业实际,并将所得结果与企业实际方案对比。结果表明,本文所提方法最大完工时间缩短了10.54%,工人间工作量方差降低了12.11%,最大完工时间偏离度降低了94.51%,工序偏离度降低了1.12%。因此,本文所提方法能够在保证生产效率与工人间工作量相对均衡的同时,维持生产过程的稳定,为相关企业实施Seru生产方式提供了一定的指导和方法借鉴。