订单陆续到达下虚拟单元多期构建与动态调度问题研究

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1、学校代码：10289分类号：F406.2密级：公开学号：132040018江苏科技大学硕士学位论文订单陆续到达下虚拟单元多期构建与动态调度问题研究研究生姓名王会灵导师姓名韩文民教授申请学位类别管理学学位授予单位江苏科技大学学科专业管理科学与工程论文提交日期2016年6月01日研究方向生产运作管理论文答辩日期2016年6月13日答辩委员会主席孙玲芳教授评阅人盲审盲审2016年6月13日分类号：F406.2密级：公开学号：132040018管理学硕士学位论文订单陆续到达下虚拟单元多期构建与动态调度问题研究学生姓名王会灵指导教师韩文民教授江苏科技大学

2、二O一六年六月ResearchofMulti-periodVirtualCellularFormationandDynamicSchedulingunderSequentialOrdersArrivingSubmittedbyHuilingwangSupervisedbyProfessorWenminHanJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune2016江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文

3、不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日摘要在竞争日益激烈和制造能力不断提升的环境下，制造业逐渐采用面向订单制造（Make-to-Ordermanufacturing，MTO）的生产模式，产品呈现出批量小、品种多样化及市场需求动态多变等特点。虚拟单元制造系统（VirtualCellularManufacturingSystem，VCMS）结合了单元制造模式的效率和柔性制造的生产柔性，是多品种、小批量企业中

4、广泛应用的生产组织方式，通过逻辑上的单元构建来组织生产，不仅能保证一定的加工效率，也极大的减少了重构时间和成本，因此更能适应企业所面临的内、外部动态多变的生产环境。在实际生产环境中，除了紧急插单等突发扰动事件外，还不断地接收着由计划层下发的普通订单，各订单依次接受加工后再不断地离开。随着订单的陆续到达，导致加工任务的组合复杂多变，根据上一阶段的零件种类和需求量构建的单元结构可能并不一定适合下一阶段。在虚拟单元生产方式下，将原来一个计划期分解成连续多个生产周期，根据这种动态变化对生产系统内部资源不断地进行调整。然而，频繁的重构会使得生产调度更为复

5、杂，带来更多的物料搬运成本，尤其是极大的增加了工人的生产压力，也给生产的过程控制和质量控制带来很多隐患。因此有必要探讨兼顾多周期均衡策略和考虑后续调度复杂度的虚拟单元动态构建方法。在一个确定的生产周期内，考虑订单陆续到达的生产特征更能反映生产的实际情况，但会使得调度过程更具随机性，提高了调度问题的复杂度。采用结合滚动窗口技术的周期驱动动态调整策略，可简化动态调度过程，使得陆续到达的订单依次有序的进入加工状态，结合虚拟单元资源共享的生产方式可显著地提高设备利用率。本文从车间层的短期作业计划角度出发，将虚拟单元多期构建问题分为多周期设备资源选择、路

6、径分配和单元结构优化两个阶段。综合考虑了设备冗余情况下加工批量设置、系统稳健性、单元构建对调度的影响等问题，根据不同生产周期下零件加工的种类和数量的不同对制造资源进行选择。提出以最小化加工及运输成本、最大调度因子最小和负荷平衡为目标的资源选择和路径分配问题的多目标动态混合整数规划模型，采用自适应遗传算法求解该优化问题的pareto最优解集，并引入TOPSIS思想得出最优资源选择方案。然后设计了基于模糊C均值的改进资源聚类算法，引入HERBAL算法来产生初始聚类中心，并采用单元构建的专用距离函数实现聚类。从成组效率、设备负荷均衡两个角度来评价最优

7、聚类集合，实现虚拟单元多周期构建。针对在一个周期内生产任务陆续到达的实际情况，通过对订单随机到达的时间进行模拟的基础上，结合虚拟单元特有的资源共享理念，提出了考虑设备实时负荷的变周期驱动动态调度策略，将依次到达的各加工任务划入相应的调度区间。设计I了该调度问题的多目标优化模型，同时考虑了最大完工时间、各工件加权总拖期和各工件的平均流经时间最小。采用改进蚁群算法进行该问题的求解，采用最大最小蚂蚁机制来避免算法陷入局部最优，引入精英蚂蚁策略加速算法的收敛，最终生成虚拟单元动态调度的方案。为验证本文提出的多周期虚拟单元资源选择、聚类方法及虚拟单元动态

8、调度方法的有效性，在对某造船企业生产现状和存在的相关问题进行详细分析后，将文中所提方法应用于该企业管子加工车间。通过将当前生产方式与虚拟单元生产方式的