订单驱动的混流装配线生产计划方式自适应方法研究

• 作 者: 吕佑龙
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 混流装配线 生产计划方式 自适应方法 生产过程模型 生产性能分析 决策优化
• 基金项目: 国家自然科学基金重点项目:“知识化制造系统优化方法研究与应用”,项目编号:60934008； 国家自然科学基金重点项目:“大数据驱动的智能车间运行分析与决策优化方法研究”,项目编号:51435009；

混流装配线帮助制造企业在装配阶段以较低生产成本混线生产多种类型的产品,满足客户的多样性需求,在多个行业得到了广泛应用。随着客户订单需求变化,混流装配线需要合理调整生产计划,提升生产均衡性和订单交付准时率等生产性能。针对以上需求,本文对混流装配线生产计划方式自适应方法开展系统性研究,主要研究工作如下:1)以柴油发动机装配线为工程背景,通过分析混流装配线的生产计划内容,归纳了生产调度优化、生产资源优化和整线协同优化三种生产计划方式,在此基础上提出包括建模、分析与决策的混流装配线生产计划方式自适应体系架构。2)为构建混流装配线的生产过程模型,分析混流装配线生产过程的建模需求,提出基于基因调控网络的生产过程建模方法。利用基因调控网络中的基因、基因调控关系、基因表达过程以及最终表达形态分别描述生产过程中的生产调度变量、约束条件与调度策略、生产执行过程以及生产性能,构建描述订单分配过程与产品投产过程的两层基因调控网络模型,获取包括客户订单参数、资源能力参数与生产调度参数的生产参数集合,以及包括工位过载时间、订单交付成本的装配线生产性能。采用柴油发动机装配线实例数据,在获取客户订单信息与资源能力信息的基础上,利用基因调控网络中的生产调度参数优化获得生产调度信息,计算装配线生产性能,并与基于数学规划模型的智能算法、层次化调度方法进行对比。实验结果表明,基因调控网络对混流装配线生产过程体现了更好的描述能力与优化效果,验证了基于基因调控网络的混流装配线生产过程建模方法的有效性。3)为实现混流装配线的生产性能分析,基于基因调控网络模型构建以工位能力参数和生产调度参数为生产参数输入量、以工位过载时间和订单交付惩罚为生产性能输出量的分析模型。针对混流装配线生产计划方式中生产参数协同调整特点、生产参数与生产性能之间的复杂非线性关系和影响关系的定量分析需求,提出基于改进全局敏感性分析的混流装配线生产性能分析方法。基于生产参数的自适应随机序列估算生产性能的变化方差,准确计算生产性能对生产参数的敏感性系数,构建混流装配线生产过程的影响系数矩阵。采用柴油发动机装配线实例数据,对比改进的全局敏感性分析方法与传统方法的计算精度,并分析在不同生产计划下装配线工位过载时间对工位能力参数的敏感性系数。实验结果表明,所提方法正确分析了混流装配线中生产参数对生产性能的影响程度,并提高了传统方法对影响系数的计算精度,证明了基于改进全局敏感性分析的混流装配线生产性能分析方法的有效性。4)为决策输出混流装配线的合理生产计划方式,以影响系数矩阵为决策依据,构建基于小样本历史数据的混流装配线生产计划方式决策问题。针对决策问题的模糊多分类边界特点,提出结合支持向量数据描述和证据理论的决策方法。首先基于生产计划方式划分历史数据子集,训练生产计划方式的支持向量数据描述,构建生产计划方式的单分类边界及后验概率分布。其次针对模糊分类边界导致的分类冲突性和分类不确定性,基于后验概率分布构建决策问题的基本证据框架,利用证据理论的合成规则对分类冲突性与分类不确定性进行处理,输出决策风险最小的生产计划方式。采用柴油发动机企业实例数据,将基于支持向量数据描述和证据理论的生产计划方式决策方法与传统的支持向量机、支持向量数据描述等方法进行比较,实验结果表明该方法的分类准确率在整体上高于其他传统方法,验证了所提混流装配线生产计划方式决策方法的有效性。在此基础上,以某柴油发动机企业的混流装配线作为案例背景,设计开发了混流装配线生产计划方式自适应原型系统,对主要研究内容予以验证。以上研究工作为混流装配线生产计划自适应体系的研究和应用提供了若干创新性理论和方法。