基于仿真技術的生產線優(yōu)化設計

1、基于仿真技術的生產線優(yōu)化設計基于仿真技術的生產線優(yōu)化設計第一章 引言第一節(jié) 選題背景技術的進步和發(fā)展使制造已經由個人行為和孤立機器完成的簡單過程演變成必需由眾多制造要素組成的制造系統(tǒng)來完成的復雜工程。柔性自動化制造、計算機集成制造、敏捷制造、JIT制造、網絡化制造等先進制造模式的不斷涌現(xiàn)為企業(yè)制造業(yè)的發(fā)展帶來了新機遇和新挑戰(zhàn)。制造技術向著系統(tǒng)化、柔性化、可重組化、集成化、智能化等方向發(fā)展，其目的在于提高制造生產效率、效益，縮短制造周期，保證產品和服務的質量，以持續(xù)提高企業(yè)競爭力。一方面，制造企業(yè)必須根據(jù)市場需求，以及企業(yè)的現(xiàn)有和潛在生產能力，選擇、確定合適的制造方式，應用先進制造技術提高企業(yè)的

2、核心競爭力;另一方面，又要求企業(yè)加強生產與運作管理，使企業(yè)的人員、資源、信息、設備和能源得到合理優(yōu)化配置，減少浪費，節(jié)約成本，運用工業(yè)工程的管理手段提高企業(yè)持續(xù)改善和應對變化的能力。福特汽車公司首先把汽車裝配工作分解成許多工序，然后依照科學管理以及工業(yè)工程的原理確定每道工序的操作標準，最后通過設計制造各道工序的專用設備，建立了流水生產線。流水線生產方式開創(chuàng)了機械工業(yè)大規(guī)模生產時代，即使在今天流水線生產方式仍然應用很廣。在大批量生產的情況下，流水線生產是一種比較理想的生產組織方式，它可以將空間組織中的對象原則與時間組織上的平行方式的優(yōu)點結合在一起，縮短了生產周期，極大地提高了勞動生產率。同時，流

3、水生產線也有利于簡化工人操作程序和提高熟練程度，穩(wěn)定產品生產質量1。制造企業(yè)在采用細分化之后的多工序連續(xù)作業(yè)生產線時，由于分工作業(yè)，簡化了作業(yè)難度，使操作人員的作業(yè)熟練度易于提高，從而提高了作業(yè)效率。然而，經過了這樣的作業(yè)的細分化之后，各工序的作業(yè)時間在理論上、現(xiàn)實上都不能完全相同，這樣勢必存在工序間作業(yè)負荷不優(yōu)化的現(xiàn)象。除了造成無謂的工時損失之外，還造成大量的工序堆積，導致生產系統(tǒng)的物流阻塞，嚴重時會造成生產線的中止2。二戰(zhàn)后，隨著市場需求的改變和制造技術(如，快速換模技術)的進步，以豐田公司位代表的精益生產方式應運而生。精益生產方式以市場需求為驅動，以“拉動”的方式組織生產，以杜絕一切浪費

4、為核心思想，最終實現(xiàn)利潤最大化的目標3。為了適應這些制造技術的發(fā)展，生產線的組織形式也發(fā)生了變化，出現(xiàn)了U型生產線、混合生產線、間歇移動式生產線等4。在精益生產方式下，保證生產線的優(yōu)化，盡量實現(xiàn)生產過程的“一個流”，是精益生產最終目標實現(xiàn)的關鍵之一。在我國，從上個世紀70年代以來，制造自動化得到了很大的發(fā)展。許多企業(yè)安裝了像柔性制造系統(tǒng)這樣的自動化制造系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)提高了生產效率，保證了產品的質量，具有很大的柔性，大大地提高了系統(tǒng)的有效性。但又給系統(tǒng)的管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。許多自動化系統(tǒng)并沒有達到設計的生產率，就是因為其管理特別復雜。另外，并不是所有的生產過程都可以用自動化方式實現(xiàn)，大量的生

5、產過程還是處于半自動化的狀態(tài)。特別是在我國人口眾多勞動密集型制造企業(yè)占有相當大比例的國情下，生產過程實現(xiàn)全自動化更是不現(xiàn)實。實際上在我國大量的裝配生產線是手工和半自動化為主的生產線。它們的相當一部分甚至是大部分在不同程度上存在生產率較低的問題。因此，對裝配生產線進行生產線優(yōu)化分析，實現(xiàn)生產過程的優(yōu)化重組是擺在我們面前的艱巨任務。第二節(jié) 選題意義生產過程組織的基本任務就是最大限度地使過程合理化。因此要在空間上和時間上合理地組織生產過程，不僅要保證生產過程連續(xù)地、有節(jié)奏地進行，而且要不斷地提高勞動生產效率、縮短生產周期，減少由于在制品數(shù)量而造成地浪費，加速資金周轉，降低成本。實際中的制造系統(tǒng)是非常

6、復雜的，日前有很多情形都無法僅用數(shù)學解析的方法來解決，而仿真技術則給解決這類問題提供了新的手段。生產線平衡的最主要目的就是使生產線的組織從時間上得到優(yōu)化。根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，即使在美國這樣的工業(yè)發(fā)達國家，在工業(yè)裝配生產中也要有5%10%的生產時間是浪費在平衡延遲上5。目前我國大量的生產線是手工和半自動化為主的生產線，進行生產線平衡就顯得更為迫切了。好處如下： (1)生產線平衡有利于提高企業(yè)的生產效率。提高效率，增加利潤永遠是企業(yè)追求的目標，通過生產線平衡，制定合適的生產作業(yè)標準，可以縮短產品的生產周期，從而有效地提高生產效率。 (2)實現(xiàn)平衡生產有利于保證產品質量的穩(wěn)定性。工業(yè)生產線上 企業(yè)產品

7、設計，特別是企業(yè)產品的持續(xù)創(chuàng)新設計過程中的重要作用，給出了一個可用于企業(yè)產品綜合設計的知識管理系統(tǒng)的結構框架和基本系統(tǒng)功能模塊。因篇幅所限，其各個功能模塊未能在這里一一列出，對此，我們將在下一篇文章中論述。我們認為，在企業(yè)內部建立一套可服務于產品創(chuàng)新設計的知識管理系統(tǒng)，使之成為企業(yè)進行數(shù)字化、網絡化、協(xié)同化、虛擬化和智能化設計與管理的平臺，無論是在提高企業(yè)的產品設計質量和內在品質方面，或是在增強企業(yè)快速而持續(xù)的創(chuàng)新設計能力方面，均具有十分重要的意義，是一個十分值得我們去研究領域。我們期待著與各位專家合作，共同開發(fā)出一個可應用于實際設計的系統(tǒng)。參考文獻1 ADA261453 Design Kno

8、wledge Management System (DKMS) Nov 90-Jun 92 2 McDermott,C.M.; Kang,H.; Walsh,S.A framework for technology management in services.IEEE Transactions on Engineering Management v48 n3 2001 p333-3413 Ha,S.; Pahng,G.; Chang,M.; Park,S.; Rho,H.M. Managing design knowledge: active document system. CIRP An

9、nals- Manufacturing Technology v48 n1 1999 p89-924 Mak,K.T.; Ramaprasad,A. Knowledge supply network. Journal of the Operational Research Society v54 n2 2003 p175-183論文出處(作者): 企業(yè)產品設計，特別是企業(yè)產品的持續(xù)創(chuàng)新設計過程中的重要作用，給出了一個可用于企業(yè)產品綜合設計的知識管理系統(tǒng)的結構框架和基本系統(tǒng)功能模塊。因篇幅所限，其各個功能模塊未能在這里一一列出，對此，我們將在下一篇文章中論述。我們認為，在企業(yè)內部建立一套可服務于

10、產品創(chuàng)新設計的知識管理系統(tǒng)，使之成為企業(yè)進行數(shù)字化、網絡化、協(xié)同化、虛擬化和智能化設計與管理的平臺，無論是在提高企業(yè)的產品設計質量和內在品質方面，或是在增強企業(yè)快速而持續(xù)的創(chuàng)新設計能力方面，均具有十分重要的意義，是一個十分值得我們去研究領域。我們期待著與各位專家合作，共同開發(fā)出一個可應用于實際設計的系統(tǒng)。參考文獻1 ADA261453 Design Knowledge Management System (DKMS) Nov 90-Jun 92 2 McDermott,C.M.; Kang,H.; Walsh,S.A framework for technology management in

11、 services.IEEE Transactions on Engineering Management v48 n3 2001 p333-3413 Ha,S.; Pahng,G.; Chang,M.; Park,S.; Rho,H.M. Managing design knowledge: active document system. CIRP Annals- Manufacturing Technology v48 n1 1999 p89-924 Mak,K.T.; Ramaprasad,A. Knowledge supply network. Journal of the Opera

12、tional Research Society v54 n2 2003 p175-183論文出處(作者): 企業(yè)產品設計，特別是企業(yè)產品的持續(xù)創(chuàng)新設計過程中的重要作用，給出了一個可用于企業(yè)產品綜合設計的知識管理系統(tǒng)的結構框架和基本系統(tǒng)功能模塊。因篇幅所限，其各個功能模塊未能在這里一一列出，對此，我們將在下一篇文章中論述。我們認為，在企業(yè)內部建立一套可服務于產品創(chuàng)新設計的知識管理系統(tǒng)，使之成為企業(yè)進行數(shù)字化、網絡化、協(xié)同化、虛擬化和智能化設計與管理的平臺，無論是在提高企業(yè)的產品設計質量和內在品質方面，或是在增強企業(yè)快速而持續(xù)的創(chuàng)新設計能力方面，均具有十分重要的意義，是一個十分值得我們去研究領域。

13、我們期待著與各位專家合作，共同開發(fā)出一個可應用于實際設計的系統(tǒng)。參考文獻1 ADA261453 Design Knowledge Management System (DKMS) Nov 90-Jun 92 2 McDermott,C.M.; Kang,H.; Walsh,S.A framework for technology management in services.IEEE Transactions on Engineering Management v48 n3 2001 p333-3413 Ha,S.; Pahng,G.; Chang,M.; Park,S.; Rho,H.M.

14、Managing design knowledge: active document system. CIRP Annals- Manufacturing Technology v48 n1 1999 p89-924 Mak,K.T.; Ramaprasad,A. Knowledge supply network. Journal of the Operational Research Society v54 n2 2003 p175-183論文出處(作者): 企業(yè)產品設計，特別是企業(yè)產品的持續(xù)創(chuàng)新設計過程中的重要作用，給出了一個可用于企業(yè)產品綜合設計的知識管理系統(tǒng)的結構框架和基本系統(tǒng)功能模塊

15、。因篇幅所限，其各個功能模塊未能在這里一一列出，對此，我們將在下一篇文章中論述。我們認為，在企業(yè)內部建立一套可服務于產品創(chuàng)新設計的知識管理系統(tǒng)，使之成為企業(yè)進行數(shù)字化、網絡化、協(xié)同化、虛擬化和智能化設計與管理的平臺，無論是在提高企業(yè)的產品設計質量和內在品質方面，或是在增強企業(yè)快速而持續(xù)的創(chuàng)新設計能力方面，均具有十分重要的意義，是一個十分值得我們去研究領域。我們期待著與各位專家合作，共同開發(fā)出一個可應用于實際設計的系統(tǒng)。參考文獻1 ADA261453 Design Knowledge Management System (DKMS) Nov 90-Jun 92 2 McDermott,C.M.;

16、 Kang,H.; Walsh,S.A framework for technology management in services.IEEE Transactions on Engineering Management v48 n3 2001 p333-3413 Ha,S.; Pahng,G.; Chang,M.; Park,S.; Rho,H.M. Managing design knowledge: active document system. CIRP Annals- Manufacturing Technology v48 n1 1999 p89-924 Mak,K.T.; Ra

17、maprasad,A. Knowledge supply network. Journal of the Operational Research Society v54 n2 2003 p175-183論文出處(作者): 企業(yè)產品設計，特別是企業(yè)產品的持續(xù)創(chuàng)新設計過程中的重要作用，給出了一個可用于企業(yè)產品綜合設計的知識管理系統(tǒng)的結構框架和基本系統(tǒng)功能模塊。因篇幅所限，其各個功能模塊未能在這里一一列出，對此，我們將在下一篇文章中論述。我們認為，在企業(yè)內部建立一套可服務于產品創(chuàng)新設計的知識管理系統(tǒng)，使之成為企業(yè)進行數(shù)字化、網絡化、協(xié)同化、虛擬化和智能化設計與管理的平臺，無論是在提高企業(yè)的產品設計

18、質量和內在品質方面，或是在增強企業(yè)快速而持續(xù)的創(chuàng)新設計能力方面，均具有十分重要的意義，是一個十分值得我們去研究領域。我們期待著與各位專家合作，共同開發(fā)出一個可應用于實際設計的系統(tǒng)。參考文獻1 ADA261453 Design Knowledge Management System (DKMS) Nov 90-Jun 92 2 McDermott,C.M.; Kang,H.; Walsh,S.A framework for technology management in services.IEEE Transactions on Engineering Management v48 n3 20

19、01 p333-3413 Ha,S.; Pahng,G.; Chang,M.; Park,S.; Rho,H.M. Managing design knowledge: active document system. CIRP Annals- Manufacturing Technology v48 n1 1999 p89-924 Mak,K.T.; Ramaprasad,A. Knowledge supply network. Journal of the Operational Research Society v54 n2 2003 p175-183論文出處(作者): 企業(yè)產品設計，特別

20、是企業(yè)產品的持續(xù)創(chuàng)新設計過程中的重要作用，給出了一個可用于企業(yè)產品綜合設計的知識管理系統(tǒng)的結構框架和基本系統(tǒng)功能模塊。因篇幅所限，其各個功能模塊未能在這里一一列出，對此，我們將在下一篇文章中論述。我們認為，在企業(yè)內部建立一套可服務于產品創(chuàng)新設計的知識管理系統(tǒng)，使之成為企業(yè)進行數(shù)字化、網絡化、協(xié)同化、虛擬化和智能化設計與管理的平臺，無論是在提高企業(yè)的產品設計質量和內在品質方面，或是在增強企業(yè)快速而持續(xù)的創(chuàng)新設計能力方面，均具有十分重要的意義，是一個十分值得我們去研究領域。我們期待著與各位專家合作，共同開發(fā)出一個可應用于實際設計的系統(tǒng)。參考文獻1 ADA261453 Design Knowledg

21、e Management System (DKMS) Nov 90-Jun 92 2 McDermott,C.M.; Kang,H.; Walsh,S.A framework for technology management in services.IEEE Transactions on Engineering Management v48 n3 2001 p333-3413 Ha,S.; Pahng,G.; Chang,M.; Park,S.; Rho,H.M. Managing design knowledge: active document system. CIRP Annals-

22、 Manufacturing Technology v48 n1 1999 p89-924 Mak,K.T.; Ramaprasad,A. Knowledge supply network. Journal of the Operational Research Society v54 n2 2003 p175-183論文出處(作者): 企業(yè)產品設計，特別是企業(yè)產品的持續(xù)創(chuàng)新設計過程中的重要作用，給出了一個可用于企業(yè)產品綜合設計的知識管理系統(tǒng)的結構框架和基本系統(tǒng)功能模塊。因篇幅所限，其各個功能模塊未能在這里一一列出，對此，我們將在下一篇文章中論述。我們認為，在企業(yè)內部建立一套可服務于產品創(chuàng)新設

23、計的知識管理系統(tǒng)，使之成為企業(yè)進行數(shù)字化、網絡化、協(xié)同化、虛擬化和智能化設計與管理的平臺，無論是在提高企業(yè)的產品設計質量和內在品質方面，或是在增強企業(yè)快速而持續(xù)的創(chuàng)新設計能力方面，均具有十分重要的意義，是一個十分值得我們去研究領域。我們期待著與各位專家合作，共同開發(fā)出一個可應用于實際設計的系統(tǒng)。參考文獻1 ADA261453 Design Knowledge Management System (DKMS) Nov 90-Jun 92 2 McDermott,C.M.; Kang,H.; Walsh,S.A framework for technology management in serv

24、ices.IEEE Transactions on Engineering Management v48 n3 2001 p333-3413 Ha,S.; Pahng,G.; Chang,M.; Park,S.; Rho,H.M. Managing design knowledge: active document system. CIRP Annals- Manufacturing Technology v48 n1 1999 p89-924 Mak,K.T.; Ramaprasad,A. Knowledge supply network. Journal of the Operationa

25、l Research Society v54 n2 2003 p175-183論文出處(作者): 企業(yè)產品設計，特別是企業(yè)產品的持續(xù)創(chuàng)新設計過程中的重要作用，給出了一個可用于企業(yè)產品綜合設計的知識管理系統(tǒng)的結構框架和基本系統(tǒng)功能模塊。因篇幅所限，其各個功能模塊未能在這里一一列出，對此，我們將在下一篇文章中論述。我們認為，在企業(yè)內部建立一套可服務于產品創(chuàng)新設計的知識管理系統(tǒng)，使之成為企業(yè)進行數(shù)字化、網絡化、協(xié)同化、虛擬化和智能化設計與管理的平臺，無論是在提高企業(yè)的產品設計質量和內在品質方面，或是在增強企業(yè)快速而持續(xù)的創(chuàng)新設計能力方面，均具有十分重要的意義，是一個十分值得我們去研究領域。我們期待著

26、與各位專家合作，共同開發(fā)出一個可應用于實際設計的系統(tǒng)。參考文獻1 ADA261453 Design Knowledge Management System (DKMS) Nov 90-Jun 92 2 McDermott,C.M.; Kang,H.; Walsh,S.A framework for technology management in services.IEEE Transactions on Engineering Management v48 n3 2001 p333-3413 Ha,S.; Pahng,G.; Chang,M.; Park,S.; Rho,H.M. Manag

27、ing design knowledge: active document system. CIRP Annals- Manufacturing Technology v48 n1 1999 p89-924 Mak,K.T.; Ramaprasad,A. Knowledge supply network. Journal of the Operational Research Society v54 n2 2003 p175-183論文出處(作者): p; T運行終止代數(shù) 對十一個需要進行優(yōu)化計算的實際應用問題，一般可以按下述步驟來構造求解該問題的遺傳算法16： Steel：確定決策變量及其各

28、種約束條件，即確定個體的表現(xiàn)型X和問題的解空間； Step2：建立優(yōu)化模型，即確定出目標函數(shù)的類型(是求目標函數(shù)的最大值還是求目標函數(shù)的最小值)，及其數(shù)學描述形式或量化方法； Step3：確定表示可行解的染色體編碼方法，即確定出個體的基因型X和遺傳算法的搜索空間； Step4：確定解碼方法，即確定出由個體基因型X到個體表現(xiàn)型X的對應關系或轉換方法； Steps：確定個體適應度的量化評價方法，即確定由目標函數(shù)值f (x)到個體適應度的轉換規(guī)則； Step6：設計遺傳算子，即確定選擇運算、交叉運算、變異運算等具體的操作方法； Step7：確定遺傳運算的有關運行參數(shù)，即確定遺傳算N, T, Pc,

29、Pm,等參數(shù)。 由以上步驟可以看出，可行解的編碼方法、遺傳算子的設計是構造遺傳算法時需要考慮的兩個主要的問題，也是兩個關鍵的步驟，而對所求問題的理解是遺傳算法應用成功的前提。第三節(jié) 遺傳算法實現(xiàn)的基本技術一、編碼 編碼是設計遺傳算法時的一個關鍵步驟。遺傳算法主要是通過遺傳操作對群體中據(jù)有某種結構形式的個體施行結構重組處理，從而不斷搜索出群體中個體之間的結構相似性，形成、優(yōu)化并組合積木塊，以逐漸逼近最優(yōu)解。由此可見，遺傳算法不能直接處理問題空間的參數(shù)，必須把這些參數(shù)轉換成遺傳空間的由基因按一定結構組成的染色體或個體，這一轉換操作就稱為編碼。 一般來說，由十遺傳算法的魯棒性，它對編碼的要求并不苛刻

30、。但編碼方法很大程度上決定了如何進行群體的遺傳進化運算以及遺傳進化運算的效率。一個好的編碼方法，可以使遺傳運算簡單的實現(xiàn)和執(zhí)行。而一個差的編碼方法，卻可能使得遺傳運算難以實現(xiàn)，也可能會產生許多在可行解集合內無對應可行解的個體，即無效解。盡管有時產生無效解并不是都有害，但會影響運行效率。 對于具體實際應用問題設計合理的編碼方案是遺傳算法的應用難點之一，也是其重要研究方向。目前還沒有一套既嚴密又完整的指導理論及評價理論準則，有許多種不同的編碼方法，大致可以分為二大類： 第一類:二進制編碼方法。二進制編碼方法是遺傳算法中最常見的一種編碼方法，它使用的編碼集是二進制符號0和1所組成的二值符號集0，1，

31、它所構成的個體基因型是一個二進制編碼符號串，其長度與所解問題要求的精度有關。二進制編碼具有編碼、解碼操作簡單易行；交叉、變異遺傳操作方便實現(xiàn)的優(yōu)點;使得問題的描述具有最小字符集;有利于應用模式定理對算法進行分析。論文出處(作者):admin 第二類：浮點數(shù)編碼。對于一些多維、高精度要求的連續(xù)函數(shù)優(yōu)化問題，使用二進制編碼來表示個體，存在著連續(xù)函數(shù)離散化時的映射誤差，而不利于反映問題的特定知識。為了改進二進制編碼方法的這些缺點，浮點數(shù)編碼應運而生。所謂浮點數(shù)編碼，是指個體的每個基因值用某一范圍內的一個浮點數(shù)來表示，個體的編碼長度等于其決策變量 的個數(shù)。 第二類：符號編碼方法。符號編碼是指個體染色體編碼串中的基因值取自于一個無數(shù)值含義、只有代碼含義的符號集。這個符號集可以是一個字母表，如a，b, c,；也可以是一個數(shù)字符號表，如自然數(shù)1, 2, 3,等。它便于在遺傳算法中利用所求解問題的專門知識，而且便于遺傳算法與相關近似算法之間的混合使用。本文在求解配送車輛線路優(yōu)化問題中便使用了