中等规模型企业混合生产线平衡优化及调度的研究与实现

作     者：沈翔翔 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何雪明;吴文莉

授予年度：2023年

学科分类：12[管理学] 1202[管理学-工商管理] 08[工学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 081202[工学-计算机软件与理论] 

主      题：生产线平衡 混合生产线调度 多目标优化 遗传算法 车间调度系统 

摘      要：随着世界经济的复苏和科技水平的不断进步,企业之间的竞争也越来越激烈。这就要求企业利用一切手段降低成本,提高生产效率。而车间调度是企业生产管理中最重要的一环。合理的车间调度可以使生产过程更加流畅,避免生产线上的等待时间和闲置。所以越来越多的企业和学者都将关注点集中到了车间调度上。本文利用理论与实践相结合的研究方法,以某中等规模多品种公司的生产线作为研究对象,研究其单产线单产品的生产线平衡率改善、单产线多产品的生产线平衡改善及调度、多产线多产品的跨生产线混合调度问题。首先,结合该中等规模多品种公司的车间布局、产线的机器数量和产品工艺路线,运用瓶颈约束理论确立了单条生产线平衡改善的思路;结合秒表测时法和合理规划法,对产品的各工序加工时间进行精确测定,并对测定结果进行分析,然后明确单产品单生产线作业优先顺序,并确定目标节拍和瓶颈工位;之后,构建了单条生产线的整数型数学规划模型,采用Matlab软件计算可分配的最少工位下各工序作业元素的划分,实现单产线单产品的生产线平衡改善。其次,针对单产线多产品混合生产线的调度问题,对单产线上加工的两种类型产品的特征及工艺流程进行分析,依据单产线平衡前的平衡率水平,发现单产线多产品混合生产线存在的问题。然后建立非线性回归模型并求解出新的平衡及调度方案,对生产线的工位进行重新分配,以生产线平衡率作为评价指标对比改善前后生产线的平衡性。接下来,研究了该中等规模多品种公司两种生产线的调度,根据多条生产线上不同产品具有的相同工艺找到跨产线调度可用并行机,以此提出跨产线调度的规则;针对这两种产线的生产线平衡率、产品的最小完工时间和机器利用率这三个目标建立多目标规划模型,采用基于帕累托多目标优化的遗传算法求解该多目标规划模型,并引入小数型编码方案划分各产线的工件和加工机器,随后采用贪心策略和随机初始化相结合的方式生成初始种群,以此提高初始种群的质量和多样性,通过与传统遗传算法对标准算例的求解结果进行对比,验证了该算法在生成非支配解的质量上的优越性。最后,利用Matlab强大的运算能力和C#良好的人机交互性通过Matlab和C#混合编程,开发了多目标混合生产线调度系统;该系统包含了单产线单产品的生产线平衡模块、单产线多产品的生产线平衡及调度模块以及多产线多产品的生产线平衡及调度模块,将系统运行的生产线平衡及调度结果与公司实际生产效果进行对比,验证了上述生产线平衡和调度模型和基于帕累托多目标优化的遗传算法的应用性。