基於複雜性解析及度量的混流裝配多層次最佳化方法研究

《基於複雜性解析及度量的混流裝配多層次最佳化方法研究》是依託華中科技大學，由何非擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於複雜性解析及度量的混流裝配多層次最佳化方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何非
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

裝配製造系統中存在著大量的複雜性特徵，嚴重影響著混流最佳化方法在實際生產環境中的套用。本項目從系統配置、計畫運作、控制最佳化等層面，剖析裝配製造系統中存在的複雜性特徵，重點探討對系統運行最佳化帶來影響的複雜性因素。同時，結合離散事件動態系統建模、信息熵等方法，解析各因素間存在的內聚性和耦合性，給出不同視角下的複雜性測度方法，建立複雜性解析及度量模型。基於複雜性模型，分別研究面向混流排序、批量分割、裝配計畫三個層面的最佳化方法。其中，利用過程複雜性研究不同層面的裝配流程差異度，給出混流裝配多層次排序最佳化方法；利用能耗複雜性對關鍵設備的能耗損失進行分析，研究批量分割最佳化方法；分析靜、動態過程複雜性間的相互作用及轉換關係，給出可行計畫時限及相應的最佳化控制策略。通過對這些問題的交叉及綜合研究，建立適應於不同生產條件下的混流裝配集成最佳化模型，為混流裝配生產的控制與最佳化提供新的理論與方法。

結題摘要

現代製造系統的複雜性造成其運作最佳化困難。本項目研究以裝配製造系統為研究對象，深入剖析影響製造系統構成及運作控制的複雜性特徵，逐步建立裝配製造系統複雜性概念及度量模型，並實現該模型在裝配線平衡、製造系統配置最佳化、混流裝配排序、計畫的時效性等多個問題中的套用，為製造系統的運行最佳化提供了新的理論方法。 從系統論的觀點出發，對裝配製造系統的系統結構、運作過程及控制方式等三個層面的複雜特徵進行分析，將其歸納為結構複雜性、過程複雜性及控制複雜性，並進一步將結構複雜性區分為裝配關係複雜性、裝配工藝複雜性及系統配置複雜性，過程複雜性則區分為靜態計畫複雜性和動態過程複雜性。基於上述複雜性分類，分別從運作維、控制維及時間維等三個維度對裝配製造系統複雜性進行系統的闡釋，建立了裝配製造系統複雜性概念模型；其次，為適應製造系統不同層面的運作方式，又對過程複雜性的層次化分解、過程複雜性靜、動態特徵區分、過程控制複雜性提取等方面展開了研究，使得系統的複雜性特徵得到了具體化和實例化；再次，為進一步量化上述製造系統複雜性特徵，以信息熵為基礎，分別給出了各類複雜性的度量方法，並對在不同條件下的度量方法加以調整，建立了裝配製造系統複雜性度量模型。 通過分析具體工程問題與各類複雜性特徵之間的聯繫，並利用相應的複雜性特徵對其進行研究。在混流裝配排序的問題中，通過對不同層次的靜態計畫複雜性的分析，給出了兩個最佳化目標，利用多目標遺傳算法進行了求解；在裝配線動態平衡問題中，利用裝配關係複雜性、裝配工藝複雜性給出兩個裝配線動態平衡問題的最佳化目標，定量化表示出影響裝配線動態平衡的因素，並利用遺傳算法對該問題進行求解；在系統配置最佳化評價的問題中，分析了結構複雜性的多維特徵，通過給出的三個評價指標，可根據實際生產環境不同的需求來選擇不同的裝配線構建方案。；在計畫的時效性問題的研究中，則通過對過程複雜性的靜、動態特徵之間的差異的分析，給出了最大計畫時限及計畫時效性的評估方法。最後以某汽車公司發動機廠為案例進行了套用驗證研究及系統開發，證明了裝配製造系統複雜性模型的有效性和實用性。 本項目研究共發表論文12篇，獲得軟體著作權2項，培養博士2名，碩士4名。