产能不平衡问题的优化模型与算法

1、产能不平衡问题的优化模型与算法 在激烈的市场竞争环境中 , 增加产品种类虽然会让制造商拥有更强的生存能 力, 但却并不意味着利润的增加。制造商在市场上的成功都明显地受益于复杂的 管理, 否则可能会对整体收益造成负面的影响。这使得升级用户个性化定制服务成为一个新的商业前沿 , 对各种个性化需求 进行处理的智能系统也成为增强竞争力的关键之一。 以往的学者大多关注如何适 度生产和调节市场计划 , 但始终没有出现一个对过程和表现均有决定性影响的策 略。客户导向生产配置的深化 , 产品的多样化将会不断地给生产车间带来动态变 化的瓶颈问题和平衡产能问题。 本文将所有这类问题称为广义上的 “不平衡产能 利用

2、”问题 , 主要研究如何将客户需求转化为内部弹性和提升生产过程的效率问 题。本项研究是在应对网络情报系统造成的困难下完成的 , 解决问题的关键是减 少造成需求复杂性的原因 , 并减少在多工位的生产线环境下的订货生产中 , 由于 偏向于批量在线客户需求而产生的制造过程中的变异。 “不平衡产能利用”问题 可以分为两个子问题：动态资源瓶颈问题和平衡产能问题。本文目标是探求问题的特征和实质 , 提出解决问题的算法和模型。本文主要 研究内容和创新点可以归纳如下： 1） 由于处理此问题的关键难点在于将外部变量 转化为内部变量 ,本文的思路是通过减少投产要素的不一致性 （需求波动）, 对接 收订单和拒绝订单

3、的时机进行权衡 , 以此来平滑生产计划。解决问题的模型由初始化的订单接受模型和初始化的生产线调度模型整合 而成, 进而利用产能不足和产能过剩的权衡机制加以强化 , 达到降低不必要产能耗损、收益最大化的目的。产能不足和产能过剩的权衡机制加以强化, 达到降低不必要产能耗损、收益最大化的目的。为了测试模型的效果 ,本文利用耦合限制算法进行计算机模拟实验 , 研究数 据来自一家真实的泰国雨伞企业 ,结果显示 ,该模型确实可以降低生产成本 ,减弱 产出的变动幅度。 2）针对动态资源瓶颈问题 , 构建数学模型。目标是处理瓶颈的转换以达到总利润最大化和产能最小化。 根据问题和模型 的特点, 分别采用了四种排

4、列导向的分布式估计算法来权衡利润和未充分利用的 产能, 四种分布式估计算法采用了同步的选择和排序规则。之前的研究者大多采用遗传算法（GA算法），将分布式估计算法应用于此类 问题本文尚属首次。 将两项功能目标整合成一项功能目标有助于降低问题的复杂 度。计算机模拟实验的数据也证明了在多条生产线、多个动态瓶颈的环境下 , 该 模型确实可以减少不必要产能并提升总利润。对于本文讨论的问题 , 基于节点的 算法要远优于基于边缘的算法 , 特别是将其应用于渐进式学习时 , 效果比遗传算 法更好。3）对于平衡产能问题 ,本文将加班条件考虑进实验中来 ,使产能的成本随时 间变化而变化。这样动态资源瓶颈问题就转化

5、为三个优化目标：总利润最大化 , 不必要产能最小化以及获取产能成本最小化。根据问题和应用模型的特点 , 本文采用了两种基于节点的分布式估计算法。 这样, 将三项功能目标整合成一项目标 , 进一步降低了问题的复杂度。较之于只能找到正常工作时间段的最优订单组合的其他算法 , 引入了惩罚机 制的NB-COIN算法,可以找到加班时间段获益最大的订单组合。 总而言之,本文的 成果不仅要追求产品的高利润 , 同时也追求生产线的产能协调在产能不足的情况下 , 可以通过加班的方式增加生产线的产能、接受更多的 订单以提高客户满意度。但加班也会导致生产成本的增加 , 因此对于多产品、多 工位的生产线 , 需要调整工位产能不足与产能过剩的关系 , 实现生产线的整体再 平衡。本文采用修改/调节四种分布式估计算法一EHBSA,NHBS,CO以及