基于仿真技术的生产线优化设计

1、基于仿真技术的生产线优化设计基于仿真技术的生产线优化设计第一章 引言第一节 选题背景技术的进步和发展使制造已经由个人行为和孤立机器完成的简单过程演变成必需由众多制造要素组成的制造系统来完成的复杂工程。柔性自动化制造、计算机集成制造、敏捷制造、JIT制造、网络化制造等先进制造模式的不断涌现为企业制造业的发展带来了新机遇和新挑战。制造技术向着系统化、柔性化、可重组化、集成化、智能化等方向发展，其目的在于提高制造生产效率、效益，缩短制造周期，保证产品和服务的质量，以持续提高企业竞争力。一方面，制造企业必须根据市场需求，以及企业的现有和潜在生产能力，选择、确定合适的制造方式，应用先进制造技术提高企业的

2、核心竞争力;另一方面，又要求企业加强生产与运作管理，使企业的人员、资源、信息、设备和能源得到合理优化配置，减少浪费，节约成本，运用工业工程的管理手段提高企业持续改善和应对变化的能力。福特汽车公司首先把汽车装配工作分解成许多工序，然后依照科学管理以及工业工程的原理确定每道工序的操作标准，最后通过设计制造各道工序的专用设备，建立了流水生产线。流水线生产方式开创了机械工业大规模生产时代，即使在今天流水线生产方式仍然应用很广。在大批量生产的情况下，流水线生产是一种比较理想的生产组织方式，它可以将空间组织中的对象原则与时间组织上的平行方式的优点结合在一起，缩短了生产周期，极大地提高了劳动生产率。同时，流

3、水生产线也有利于简化工人操作程序和提高熟练程度，稳定产品生产质量1。制造企业在采用细分化之后的多工序连续作业生产线时，由于分工作业，简化了作业难度，使操作人员的作业熟练度易于提高，从而提高了作业效率。然而，经过了这样的作业的细分化之后，各工序的作业时间在理论上、现实上都不能完全相同，这样势必存在工序间作业负荷不优化的现象。除了造成无谓的工时损失之外，还造成大量的工序堆积，导致生产系统的物流阻塞，严重时会造成生产线的中止2。二战后，随着市场需求的改变和制造技术(如，快速换模技术)的进步，以丰田公司位代表的精益生产方式应运而生。精益生产方式以市场需求为驱动，以“拉动”的方式组织生产，以杜绝一切浪费

4、为核心思想，最终实现利润最大化的目标3。为了适应这些制造技术的发展，生产线的组织形式也发生了变化，出现了U型生产线、混合生产线、间歇移动式生产线等4。在精益生产方式下，保证生产线的优化，尽量实现生产过程的“一个流”，是精益生产最终目标实现的关键之一。在我国，从上个世纪70年代以来，制造自动化得到了很大的发展。许多企业安装了像柔性制造系统这样的自动化制造系统。这样的系统提高了生产效率，保证了产品的质量，具有很大的柔性，大大地提高了系统的有效性。但又给系统的管理带来了极大的挑战。许多自动化系统并没有达到设计的生产率，就是因为其管理特别复杂。另外，并不是所有的生产过程都可以用自动化方式实现，大量的生

5、产过程还是处于半自动化的状态。特别是在我国人口众多劳动密集型制造企业占有相当大比例的国情下，生产过程实现全自动化更是不现实。实际上在我国大量的装配生产线是手工和半自动化为主的生产线。它们的相当一部分甚至是大部分在不同程度上存在生产率较低的问题。因此，对装配生产线进行生产线优化分析，实现生产过程的优化重组是摆在我们面前的艰巨任务。第二节 选题意义生产过程组织的基本任务就是最大限度地使过程合理化。因此要在空间上和时间上合理地组织生产过程，不仅要保证生产过程连续地、有节奏地进行，而且要不断地提高劳动生产效率、缩短生产周期，减少由于在制品数量而造成地浪费，加速资金周转，降低成本。实际中的制造系统是非常

6、复杂的，日前有很多情形都无法仅用数学解析的方法来解决，而仿真技术则给解决这类问题提供了新的手段。生产线平衡的最主要目的就是使生产线的组织从时间上得到优化。根据相关数据统计，即使在美国这样的工业发达国家，在工业装配生产中也要有5%10%的生产时间是浪费在平衡延迟上5。目前我国大量的生产线是手工和半自动化为主的生产线，进行生产线平衡就显得更为迫切了。好处如下： (1)生产线平衡有利于提高企业的生产效率。提高效率，增加利润永远是企业追求的目标，通过生产线平衡，制定合适的生产作业标准，可以缩短产品的生产周期，从而有效地提高生产效率。 (2)实现平衡生产有利于保证产品质量的稳定性。工业生产线上 企业产品

7、设计，特别是企业产品的持续创新设计过程中的重要作用，给出了一个可用于企业产品综合设计的知识管理系统的结构框架和基本系统功能模块。因篇幅所限，其各个功能模块未能在这里一一列出，对此，我们将在下一篇文章中论述。我们认为，在企业内部建立一套可服务于产品创新设计的知识管理系统，使之成为企业进行数字化、网络化、协同化、虚拟化和智能化设计与管理的平台，无论是在提高企业的产品设计质量和内在品质方面，或是在增强企业快速而持续的创新设计能力方面，均具有十分重要的意义，是一个十分值得我们去研究领域。我们期待着与各位专家合作，共同开发出一个可应用于实际设计的系统。参考文献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论文出处(作者): 企业产品设计，特别是企业产品的持续创新设计过程中的重要作用，给出了一个可用于企业产品综合设计的知识管理系统的结构框架和基本系统功能模块。因篇幅所限，其各个功能模块未能在这里一一列出，对此，我们将在下一篇文章中论述。我们认为，在企业内部建立一套可服务于

10、产品创新设计的知识管理系统，使之成为企业进行数字化、网络化、协同化、虚拟化和智能化设计与管理的平台，无论是在提高企业的产品设计质量和内在品质方面，或是在增强企业快速而持续的创新设计能力方面，均具有十分重要的意义，是一个十分值得我们去研究领域。我们期待着与各位专家合作，共同开发出一个可应用于实际设计的系统。参考文献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论文出处(作者): 企业产品设计，特别是企业产品的持续创新设计过程中的重要作用，给出了一个可用于企业产品综合设计的知识管理系统的结构框架和基本系统功能模块。因篇幅所限，其各个功能模块未能在这里一一列出，对此，我们将在下一篇文章中论述。我们认为，在企业内部建立一套可服务于产品创新设计的知识管理系统，使之成为企业进行数字化、网络化、协同化、虚拟化和智能化设计与管理的平台，无论是在提高企业的产品设计质量和内在品质方面，或是在增强企业快速而持续的创新设计能力方面，均具有十分重要的意义，是一个十分值得我们去研究领域。

13、我们期待着与各位专家合作，共同开发出一个可应用于实际设计的系统。参考文献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论文出处(作者): 企业产品设计，特别是企业产品的持续创新设计过程中的重要作用，给出了一个可用于企业产品综合设计的知识管理系统的结构框架和基本系统功能模块

15、。因篇幅所限，其各个功能模块未能在这里一一列出，对此，我们将在下一篇文章中论述。我们认为，在企业内部建立一套可服务于产品创新设计的知识管理系统，使之成为企业进行数字化、网络化、协同化、虚拟化和智能化设计与管理的平台，无论是在提高企业的产品设计质量和内在品质方面，或是在增强企业快速而持续的创新设计能力方面，均具有十分重要的意义，是一个十分值得我们去研究领域。我们期待着与各位专家合作，共同开发出一个可应用于实际设计的系统。参考文献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论文出处(作者): 企业产品设计，特别是企业产品的持续创新设计过程中的重要作用，给出了一个可用于企业产品综合设计的知识管理系统的结构框架和基本系统功能模块。因篇幅所限，其各个功能模块未能在这里一一列出，对此，我们将在下一篇文章中论述。我们认为，在企业内部建立一套可服务于产品创新设计的知识管理系统，使之成为企业进行数字化、网络化、协同化、虚拟化和智能化设计与管理的平台，无论是在提高企业的产品设计

18、质量和内在品质方面，或是在增强企业快速而持续的创新设计能力方面，均具有十分重要的意义，是一个十分值得我们去研究领域。我们期待着与各位专家合作，共同开发出一个可应用于实际设计的系统。参考文献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论文出处(作者): 企业产品设计，特别

20、是企业产品的持续创新设计过程中的重要作用，给出了一个可用于企业产品综合设计的知识管理系统的结构框架和基本系统功能模块。因篇幅所限，其各个功能模块未能在这里一一列出，对此，我们将在下一篇文章中论述。我们认为，在企业内部建立一套可服务于产品创新设计的知识管理系统，使之成为企业进行数字化、网络化、协同化、虚拟化和智能化设计与管理的平台，无论是在提高企业的产品设计质量和内在品质方面，或是在增强企业快速而持续的创新设计能力方面，均具有十分重要的意义，是一个十分值得我们去研究领域。我们期待着与各位专家合作，共同开发出一个可应用于实际设计的系统。参考文献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论文出处(作者): 企业产品设计，特别是企业产品的持续创新设计过程中的重要作用，给出了一个可用于企业产品综合设计的知识管理系统的结构框架和基本系统功能模块。因篇幅所限，其各个功能模块未能在这里一一列出，对此，我们将在下一篇文章中论述。我们认为，在企业内部建立一套可服务于产品创新设

23、计的知识管理系统，使之成为企业进行数字化、网络化、协同化、虚拟化和智能化设计与管理的平台，无论是在提高企业的产品设计质量和内在品质方面，或是在增强企业快速而持续的创新设计能力方面，均具有十分重要的意义，是一个十分值得我们去研究领域。我们期待着与各位专家合作，共同开发出一个可应用于实际设计的系统。参考文献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论文出处(作者): 企业产品设计，特别是企业产品的持续创新设计过程中的重要作用，给出了一个可用于企业产品综合设计的知识管理系统的结构框架和基本系统功能模块。因篇幅所限，其各个功能模块未能在这里一一列出，对此，我们将在下一篇文章中论述。我们认为，在企业内部建立一套可服务于产品创新设计的知识管理系统，使之成为企业进行数字化、网络化、协同化、虚拟化和智能化设计与管理的平台，无论是在提高企业的产品设计质量和内在品质方面，或是在增强企业快速而持续的创新设计能力方面，均具有十分重要的意义，是一个十分值得我们去研究领域。我们期待着

26、与各位专家合作，共同开发出一个可应用于实际设计的系统。参考文献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论文出处(作者): p; T运行终止代数 对十一个需要进行优化计算的实际应用问题，一般可以按下述步骤来构造求解该问题的遗传算法16： Steel：确定决策变量及其各

28、种约束条件，即确定个体的表现型X和问题的解空间； Step2：建立优化模型，即确定出目标函数的类型(是求目标函数的最大值还是求目标函数的最小值)，及其数学描述形式或量化方法； Step3：确定表示可行解的染色体编码方法，即确定出个体的基因型X和遗传算法的搜索空间； Step4：确定解码方法，即确定出由个体基因型X到个体表现型X的对应关系或转换方法； Steps：确定个体适应度的量化评价方法，即确定由目标函数值f (x)到个体适应度的转换规则； Step6：设计遗传算子，即确定选择运算、交叉运算、变异运算等具体的操作方法； Step7：确定遗传运算的有关运行参数，即确定遗传算N, T, Pc,

29、Pm,等参数。 由以上步骤可以看出，可行解的编码方法、遗传算子的设计是构造遗传算法时需要考虑的两个主要的问题，也是两个关键的步骤，而对所求问题的理解是遗传算法应用成功的前提。第三节 遗传算法实现的基本技术一、编码 编码是设计遗传算法时的一个关键步骤。遗传算法主要是通过遗传操作对群体中据有某种结构形式的个体施行结构重组处理，从而不断搜索出群体中个体之间的结构相似性，形成、优化并组合积木块，以逐渐逼近最优解。由此可见，遗传算法不能直接处理问题空间的参数，必须把这些参数转换成遗传空间的由基因按一定结构组成的染色体或个体，这一转换操作就称为编码。 一般来说，由十遗传算法的鲁棒性，它对编码的要求并不苛刻

30、。但编码方法很大程度上决定了如何进行群体的遗传进化运算以及遗传进化运算的效率。一个好的编码方法，可以使遗传运算简单的实现和执行。而一个差的编码方法，却可能使得遗传运算难以实现，也可能会产生许多在可行解集合内无对应可行解的个体，即无效解。尽管有时产生无效解并不是都有害，但会影响运行效率。 对于具体实际应用问题设计合理的编码方案是遗传算法的应用难点之一，也是其重要研究方向。目前还没有一套既严密又完整的指导理论及评价理论准则，有许多种不同的编码方法，大致可以分为二大类： 第一类:二进制编码方法。二进制编码方法是遗传算法中最常见的一种编码方法，它使用的编码集是二进制符号0和1所组成的二值符号集0，1，

31、它所构成的个体基因型是一个二进制编码符号串，其长度与所解问题要求的精度有关。二进制编码具有编码、解码操作简单易行；交叉、变异遗传操作方便实现的优点;使得问题的描述具有最小字符集;有利于应用模式定理对算法进行分析。论文出处(作者):admin 第二类：浮点数编码。对于一些多维、高精度要求的连续函数优化问题，使用二进制编码来表示个体，存在着连续函数离散化时的映射误差，而不利于反映问题的特定知识。为了改进二进制编码方法的这些缺点，浮点数编码应运而生。所谓浮点数编码，是指个体的每个基因值用某一范围内的一个浮点数来表示，个体的编码长度等于其决策变量 的个数。 第二类：符号编码方法。符号编码是指个体染色体编码串中的基因值取自于一个无数值含义、只有代码含义的符号集。这个符号集可以是一个字母表，如a，b, c,；也可以是一个数字符号表，如自然数1, 2, 3,等。它便于在遗传算法中利用所求解问题的专门知识，而且便于遗传算法与相关近似算法之间的混合使用。本文在求解配送车辆线路优化问题中便使用了