【硕士论文】单元制造的设计模式研究.pdf

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1、上海交通大学工程硕士学位论文中文摘要单元制造的设计模式研究摘要随着消费者个性化需求的日益突出，原有的大量生产模式已经不能适应市场需求，多品种小批量生产模式的盛行。为了兼顾效率与弹性，群组技术(GroupTechnology)开始被广泛应用，单元制造系统(CellularManufacturingSystem)是群组技术的应用。近几年来由于它具有可简化生产流程、降低准备时间、减少物料处、减少质量问题等优点，受到了专家学者的广泛关注与研究。而它具有NP-complete特性，对于大型问题，企图在可接受的时间内求得最优解相当困难，一般都以启发式算法求得近似最优解。本研究以

2、遗传算法来求解单元形成问题。在问题的目标函数上，本研究采用近年来在单元形成问题上普遍受到一般学者专家所使用的绩效指标-群组效力(groupefficacy)作为单元形成问题的目标函数，作为遗传算法演算过程中染色体适应能力的判断准则。群组效力能够同时考虑例外元素最小化和单元内使用率最大化两个指标，因为这两个指针在单元形成问题上最实际也是最重要的目标。这使得本研I上海交通大学工程硕士学位论文中文摘要究更符合实际。本研究在综合文献的基础上，结合公司目前的生产状况，运用建立起来的单元制造模型改造公司生产线，研究结果表明，本研究所提出的算法有不错的表现。关键词：群组技术,单元

3、形成,遗传算法,群组效力II上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1研究背景与动机近年来，由于科技的日新月异、经济快速成长，消费者的消费欲望空前高涨的同时，个性化需求变为主流，多变且迅速的流行已然形成。市场竞争优势由低成本向差异化转移。信息经济社会，由于市场饱和或趋于饱和，消费呈多样化趋势，市场竞争由主要依靠商品的价格竞争转向商品的差异化竞争。竞争规则由“大吃小”向“快吃慢”转移。信息经济社会中，竞争规则是首先发现顾客需求，在短期内迅速满足这种需求，占有满足这种需求的排它性，这就是所谓的“速度经济原理”。随着社会从工业经济向信息经济过渡，当市场竞争的重

4、点和规则发生变化时，对生产方式进行根本性变革就成为制造业迫在眉睫的重要课题。市场的新特点要求生产部门进行柔性化生产，能够对产品的品种、规格、数量的变化做出迅速敏捷的反应。因此企业不得不不断推陈出新，往日的大量生产模式已不能适应市场需求，多品种小批量的生产模式逐渐成为主流。因少量多样的订货模式、产品生命周期的缩短，为了反映市场需求，满足顾客需求，群组技术(GroupTechnology，GT)应用于现实环境中的制造系统，受到广泛注意与研究，而单元制造系统作为群组技术的主要核心技术，开始替代流水线技术。群组技术的规划需要经过工件群形成、机器单元形成、选择适合的相关工具、

5、装置物以及移动输送台、挑选物料管制设备及规划各单元内的布置、执行与修正等步骤，而单元的形成为最重要的核心问题，众多学者均对此问题进行过相关研究与探讨。单元制造系统的基本概念是利用制造或设计上的相似，将工件分成工件族，机器分为机器群，以形成若干个制造单元，因此可在制造上获得更大的利润。实施1上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论单元制造系统的优点包括缩短制造时间、减少在制品存货、降低物料搬运成本、提高机器使用率等多项提高生产力的优点，故近年来被许多学者提出讨论与研究。单元制造近年来受到广泛的应用，如应用于JIT(justintime)与FMS(flexible[45]

6、manufacturingsystem)的设计上，以提高生产效率与效能。WemmerlovandHyer提出规划执行单元制造包括六个步骤：(1)组成零件群，(2)组成机器单元，(3)选择适合的相关工具，装置物及移动输送台，(4)挑选物料管制设备及(5)规划各单元的布置，(6)执行与修正。为实现单元制造，首先必须先完成前两项阶段，也就是所谓的单元形成。因此前两项步骤为最基本也是最重要的研究对象，众多学者针对单元形成部分提出相关[2][3][4][5][6]研究，本研究也对此部分进行探讨及研究。1.2研究目的影响单元制造系统的因素有很多，包括单元内移动、单元间移动、机器

7、负荷、多重途程等。诸多研究在探讨单元制造系统时，并未多方面考虑现实之条件，如工件需求量、加工顺序、机器生产时间、多途程等，使得所求的单元形成结果无法实际应用于实际中，因此陆续有学者在研究单元制造系统时加入其它符合实际的约束，以达到实际上的需求。本研究考虑实际环境中影响单元形成的因素，目的在于归纳一个完整的单元制造系统。此外，单元制造系统为群聚技术(ClusteringTechnology)的应用，近几年学者不断地将不同的群聚技术应用在单元形成问题中的机器分群与零件分群的过程中，因此，如何运用群聚技术有效地将单元系统内的机器与加工零件分群是本研究的一个重点。单元制