情境数据驱动的车间工序物流主动调度与状态评测研究

论文摘要

大数据与物联网技术的快速发展为制造业的转型升级带来了新的机遇,推动制造业从传统制造模式向着高端智能制造的方向迈进,而制造物联作为物联网在车间的一个缩影,使得车间工序物流各要素、各环节之间形成了“物物互联,泛在感知”的格局,为实现智能制造模式下车间工序物流的实时宏观调控以提高车间生产活动的运行效率提供了技术支撑。本文以混流离散车间为研究对象,根据制造物联技术与车间生产活动的融合机制并结合智能算法与复杂网络理论等知识,对工序物流的静态规划、动态实时调整以及物流状态量化评估等问题进行了研究。首先,针对工件的混流排产问题,建立了工序物流的数学模型,提出了一种具有自适应交叉和变异概率的遗传算法,同时对初始种群生成方法、适应度函数以及个体交叉方式进行了改进和扩展。在设备约束与工序约束条件下,以最小化总体完工时间为目标,采用改进后的自适应遗传算法对工序物流的规划问题进行了求解。其次,针对加工过程中内部不确定性因素导致的工序延迟完工的情况,分析了工序完工时间延迟量对总体完工时间延迟率的影响机理及排产后各工序的特征,提出了主动调度策略。根据制造物联技术物物互联、动态感知、实时调控的思想,实时监测工序实际完工时间,根据其与自身各项时间参数的比对结果对剩余工序进行右移或局部调整,在保证工序物流尽量按原调度方案有序运行的前提下降低总体完工时间的延迟率。然后,针对工序物流中工件与工件、工件与设备、设备与设备之间复杂的耦合关系,从复杂网络理论的角度出发,在对工序物流进行图式化描述的基础上,建立了基于超图的工序物流网络模型。从拓扑特性和物理属性两个方面对网络性能和网络组成要素间的关系进行了量化评测,提出了基于逼近理想排序法和层次分析法的加工设备节点重要度评价方法,为指导车间生产活动的可靠运行提供了依据。最后,利用MATLAB语言,开发了一个包含工序物流规划、实时主动调度和物流状态评测三大功能的原型系统,并通过案例验证了文中所建模型及所用理论方法的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题来源与研究背景
•     1.1.1 选题来源
•     1.1.2 研究背景
•   1.2 研究目的与意义
•     1.2.1 研究目的
•     1.2.2 研究意义
•   1.3 国内外研究现状分析
•     1.3.1 工序物流规划解算方面
•     1.3.2 车间主动调度方面
•     1.3.3 工序物流状态评测方面
•   1.4 论文章节安排及主要研究内容
•     1.4.1 论文章节安排
•     1.4.2 主要研究内容
• 第二章 工序物流主动调度与状态评测的实施框架
•   2.1 主动调度与状态评测概述
•     2.1.1 基本概念描述
•     2.1.2 主动调度与状态评测的内涵和特点
•   2.2 主动调度与状态评测的实施框架
•     2.2.1 主动调度与状态评测的体系结构
•     2.2.2 主动调度与状态评测的技术路线
•   2.3 主动调度与状态评测的关键使能技术
•     2.3.1 基于自适应遗传算法的工序物流规划技术
•     2.3.2 情境数据驱动的工序物流主动调度技术
•     2.3.3 基于超网络的工序物流状态评测技术
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于自适应遗传算法的车间工序物流规划
•   3.1 问题描述
•   3.2 工序物流规划建模
•     3.2.1 定义变量
•     3.2.2 确定目标函数
•     3.2.3 确定约束函数
•   3.3 基于自适应遗传算法的问题求解
•     3.3.1 遗传算法概述
•     3.3.2 自适应遗传算法设计
•     3.3.3 算法运行流程分析
•   3.4 案例分析
•     3.4.1 案例求解
•     3.4.2 结果分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 情境数据驱动的工序物流实时主动调度
•   4.1 影响生产进程的不确定性因素分析
•   4.2 局部延迟量对整体延迟率的影响机理分析
•     4.2.1 关键工序与非关键工序的定义
•     4.2.2 工序完工时间延迟量与总体完工时间延迟率的关系
•   4.3 车间传感检测设备配置
•     4.3.1 传感检测设备的选择
•     4.3.2 传感检测设备的配置方法
•   4.4 主动调度策略讨论
•     4.4.1 工序物流调整方式及延迟率协调点的确定
•     4.4.2 关键工序与非关键工序的性质分析
•     4.4.3 主动调度策略的实施流程
•   4.5 案例分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 基于超网络的工序物流状态评测
•   5.1 基于析取图的工序物流描述
•   5.2 工序物流网络模型的构建
•     5.2.1 超网络简介
•     5.2.2 网络模型构建
•   5.3 工序物流状态评测指标
•     5.3.1 拓扑特性指标
•     5.3.2 物理属性指标
•   5.4 加工设备节点重要度综合评价
•   5.5 案例分析
•     5.5.1 工序物流网络的生成
•     5.5.2 网络性能分析
•     5.5.3 节点重要度评价
•   5.6 本章小结
• 第六章 原型系统开发
•   6.1 系统功能需求分析
•   6.2 系统运行流程
•   6.3 系统运行示例
•     6.3.1 工序物流规划
•     6.3.2 物流状态评测
•   6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何斌

导师: 张接信

关键词: 情境数据,车间工序物流,自适应遗传算法,主动调度,超网络

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技,经济与管理科学

专业: 数学,自动化技术,企业经济

单位: 长安大学

基金: 国家自然科学基金项目“制造物联驱动的离散车间工序物流动态规划与状态评测方法研究”,项目编号:51605041

分类号: F273;TP18;O221

总页数: 104

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