串并联生产系统模型的研究

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1、中文摘要生产系统的建模与性能评估，对企业的生产规划具有重要的应用价值与指导意义，由于市场规模的增大以及企业之间竞争的加剧，越来越多的受到工业界的重视。本文针对不可靠的具有串并联结构的生产系统，在以下几个方面进行了系统研究。本文阐述了具有串并联结构的生产系统模型的复杂性以及建模所存在问题，给出了系统评估的重要性能指标。针对生产系统因并联机器存在而带来的复杂性，首先提出了两工作站单缓存并联生产单元的马尔可夫精确解析模型。给出了该并联生产单元的系统状态空间定义，提出系统状态转移率矩阵的生成方法。进一步验证该模型是一个拟生灭过程，使用矩阵

2、分析方法进行模型求解，大大降低算法的计算复杂度。算例表明该模型和模型求解方法具有极高的精度和计算速度。针对一般的串并联生产线，考虑到若直接使用马尔可夫方法对其建模，则随着机器个数的增加，系统状态会呈指数爆炸式增长，造成无法求解的难题，本文以两工作站单缓存生产单元为基础，提出了串并联生产系统的近似分解方法，通过循环迭代得到该系统的近似解析模型。通过仿真对比验证了这种近似分析方法具有很好的求解精度，以及很快的收敛速度。本文中所提出的解析模型与Witness仿真模型进行比较，验证了模型的准确性和有效性。在此基础上，用本文模型对串并联结构

3、的生产系统进行性能分析，讨论得到了系统参数对系统性能的影响，结果表明：(1)生产系统的生产率随系统中缓存容量的增加而增加；(2)生产系统的在制品库存随系统中缓存容量的增加而增加(3)系统的生产率随着系统中机器性能的改善而改善；(4)位于瓶颈工作站的机器的性能改善对整体系统改善的影响比其它非瓶颈机器性能改善带来的效果明显。该模型可应用于复杂生产系统的优化和设计。关键词：串并联系统；马尔可夫；矩阵分析方法；分解方法ABSTRACTThemodelingandperformanceevaluationofproductionsystem

4、havesignificantvaluesinindustrybecauseoftheincreasedmarketsizeandincreasedcompetitionamongenterprises．Thisdissertationconcentratesontheresearchofseries-parallelproductionlinesinthefollowingaspects．Inthisdissertation，weaddresstheproblemsformodelingofproductionsystemand

5、pointoutthecharacteristicsofthesystemperformance．Firstwemodelandanalyzeatwo-aagemanufacturingsystemwithmultipleindependentunreliablemachinesateachstageandonefinite—sizedbufferbetweenthestages．ThismodelisexactandisconstructedbymeansofaMarkovprocesses．Thenwedefinethesta

6、tespaceoftheMarkovprocessesandgeneratethetransferratematrixofthisMarkovprocesses．WefurtherpointoutthatthetransferratematrixcanbetransformedintoamatrixformfittingthepropertiesofaQuasi—Birth-Death(QBD)process，andusetheMatrix-Analytic(MA)methodtocalculatethesystemstatepr

7、obabilityandthroughput．Numericalresultsdemonstratethatthenewmulti-statemodelandtheMAsolutionmethodareaccurateandfastinanalyzingmanufacturingsystemswithparallelmachines．Anapproximatedecompositionmethodispresentedfortheanalysisofthegeneralseries-parallelproductionlines．

8、Firstatwo-stageanalyticalmodelwithmultipleindependentunreliablemachinesateachstageisintroducedasthebasiccomponentinthesystem