基于多瓶颈网络分析的车间制造系统动态调度研究

Abstract: Driven by the demands of engineering application, aiming at the operation optimization of discrete manufacturing industry processing workshop，from the combination of this new perspective of the complexity of the system and the complex network ，to carry out the analysis of complex manufacturing systems production process network modeling and evolution mechanism, which is revealing the workshop manufacturing system elements and their interaction relationship in theory and the network structure and configuration changes' impact on the operation of the manufacturing system performance. With exploring the dynamic characteristics of complex production process, analysis of diffusion mechanism of different types of disturbances in the workshop production as well as the influence on other nodes, achieving the transmission mechanism of uncertain factors in the workshop production process in the network, realizing the prevention and control of bottleneck drift under uncertain manufacture environment. Intrinsic relationship to be fully grasped of the complexity of the multi-bottleneck production system, setting up the all-round system scheduling optimization model which is based on multiple bottleneck network ,to achieve the operation and optimization of the various production processes and the operation of the control phase. Finally, Dongfeng Xinjiang Automobile Co. Ltd. as the application background, with the research results for our auto industry, provides new ideas and new methods for optimization problems in order to solve production scheduling under the complex and uncertain production environment.

以工程应用需求为驱动，以离散制造行业加工车间的运行优化为具体对象，从系统复杂性与复杂网络相结合这一全新视角，开展复杂生产过程网络结构与演化机理分析，在理论上揭示车间制造系统各构成要素及其相互作用关系，以及网络结构与配置变化对制造系统运行效能的影响。深入探索复杂生产过程动力学特性，分析不同类型扰动因素在车间生产中的扩散机制以及对其他节点的影响，获得不确定因素在车间生产过程中的传播机制，实现不确定性制造环境下瓶颈漂移的事前预防与控制。充分把握多瓶颈复杂生产系统的内在关系，建立基于多瓶颈网络的全方位动态调度模型，达到各个生产环节和不同运作控制阶段的协调运作与优化。最后以东风新疆汽车有限公司作为应用背景，将研究结果用于我区汽车行业，为求解复杂不确定生产环境下生产调度优化问题提供新思路和新方法。

现代作业车间作为一种先进制造系统，存在普遍意义上无序混沌的形式，必须随时动态掌握车间工况信息。本项目以作业车间复杂生产过程为具体研究对象，以多瓶颈网络分析的车间制造系统动态调度研究为目标，综合统计物理学、复杂网络、图论、优化调度理论等领域的研究成果，在理论、算法和应用三个层面全面推进车间制造系统规划和调度方向上的研究。具体研究成果如下：.（1）从复杂网络视角出发，提出了基于网络分析的作业车间动态建模方法和制造任务驱动的生产过程演化机理，并进行了网络特性与制造属性关联特性分析。.（2）针对网络结构与配置变化对制造系统运行效能的影响，采用信息熵来衡量资源任务的时间偏差传播对生产过程稳定性的影响；基于耦合映像格子研究了制造车间网络的扰动传播特性及连锁失效规律;采用模糊综合评判的方法，对故障资源修复紧迫性做出静态评价，并进行鲁棒性评价。.（3）针对作业车间瓶颈漂移和识别困难的问题，分别提出基于网络瓶颈效率矩阵的瓶颈识别算法和基于耦合映像格子的多瓶颈识别与预测算法，实现扰动环境下作业车间系统瓶颈的量化描述和连续预测。 .（4）针对作业车间调度优化问题，提出基于全程检索规则编码生成初始种群的策略改进遗传算法，提高初始种群质量和全局收敛性的同时保持种群多样性；提出禁忌表对交叉过程重复产生的子代进行有效禁忌改进遗传算法的调度方法，提高了算法的求解质量和效率。.（5）运用项目在理论、模型、方法与关键技术方面的研究成果，进行系统集成框架设计、功能分析及软件开发，主要成果为：1）面向精益管理的MES——生产制造执行系统；2）企业生产计划管理系统；3）基于RFID的立体仓储管理系统4）基于启发式规则生产调度软件；5）面向农机生产的物料集成控制管理系统；6）面向中亚模具行业信息平台。部分系统取得了良好的应用效果，研究成果具备乐观的应用前景。