基于排队理论的制造单元构建与加工路径选择.pdf

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1、研究与分析２０１５年第２期（第２８卷，总第１３６期）·机械研究与应用·基于排队理论的制造单元构建与加工路径选择李翔，周建伟，张雪丽，李忠学（兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州７３００７０）摘要：利用排队理论将每台机器等效为Ｍ／Ｍ／１排队模型，整个系统简化为开环Ｊａｃｋｓｏｎ排队网络，建立多目标非线性整数规划模型，通过目标函数优化单元制造系统中的加工成本与等待成本，同时缩小设备服务强度范围与单元服务强度范围，实现单元构建与工件加工路径选择。模型求解采用分枝定界法，最后在Ｌｉｎｇｏ软件环境下验证一个随机算例，

2、结果表明该模型的可行性与有效性。关键词：排队理论；多目标非线性整数规划；单元构建；加工路径选择中图分类号：ＴＰ１６５文献标志码：Ａ文章编号：１００７－４４１４（２０１５）０２－００１６－０４ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｅｌｌＦｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＰａｔｈＳｅｌｅｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＱｕｅｕｉｎｇＴｈｅｏｒｙＬＩＸｉａｎｇ，ＺＨＯＵＪｉａｎ－ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧＸｕｅ－ｌｉ，ＬＩＺｈｏｎｇ－ｘｕｅ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏ

3、ｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＬａｎｚｈｏｕＧａｎｓｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＥａｃｈｍａｃｈｉｎｅｉｓｒｅｇａｒｄｅｄａｓＭ／Ｍ／１ｑｕｅｕｉｎｇｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｑｕｅｕｉｎｇｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄｔｈｅｗｈｏｌｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｔｏａｎｏｐｅｎ－ｌｏｏｐＪａｃｋｓｏｎｑｕｅｕｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｎｔｅｇｅｒｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｃ

4、ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｑｕｅｕｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｅｘｉｓｔｉｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｓｔａｎｄｗａｉｔｉｎｇｃｏｓｔｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｍａｃｈｉｎｅｓｅｒｖｉｃｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｃｅｌｌｓｅｒｖｉｃｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｍｉｎｉｍｉｚｅｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｇｏａｌｏｆｃ

5、ｅｌｌｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｔｃｈｓｅｌｅｃｔｉｏｎｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．ＴｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｉｓｍｏｄｅｌｈａｖｅｂｅｅｎｗｅｌｌｖｅｒｉｆｉｅｄｉｎｔｈｅｒａｎｄｏｍｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅｏｎｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＬｉｎｇｏ１２ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｂｒａｎｃｈａｎｄｂｏｕｎｄａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕｅｕｉｎｇｔｈｅｏｒｙ；ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｎｔｅｇｅｒｐｒｏｇｒａｍｍ

6、ｉｎｇ；ｃｅｌｌｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｔｃｈｓｅｌｅｃｔｉｏｎ０引言笔者借鉴Ｂｕｚａｃｏｔｔ和Ａｒｇｈｉｓ运用排队理论的建单元制造是成组技术（ＧＴ）在制造领域中的一个模方法，将每台设备看作是一个Ｍ／Ｍ／１排队系统，重要应用。单元制造系统在减少加工成本与物料搬整个系统等效为一个开环排队网络模型。模型中的运成本、缩短任务期、实现集中管理等方面体现出很工件具有多种加工路径，优化加工成本与等待成本的大的优势。目前单元制造系统的研究主要包括：单元同时，削弱排队影响、均衡设备服务强度与单元服务［１

7、］强度，最终实现单元构建与工件加工路径选择。构建、单元布局设计与单元管理三方面。设备组与零件族是单元构建的两个重要因素，针１理论基础对单元构建问题，国内外学者提出了很多数学模型。１．１排队基本原理用于构建单元的目标规划模型主要是基于成本最优排队在生产实际中是一种常见的现象，例如车间［２－４］原则，划分的单元块与选定的工件加工路径能够中在机床边等待加工的零件。在排队理论中，把要求保证较低的加工成本与物料搬运成本，但由于在建立服务的对象统称为“顾客”，把提供服务的人或机构模型时并没有考虑加工系统中存在的排队现象

8、，会导称为“服务台”。一个排队系统有３个基本组成部致某种设备前有排队而某种设备却一直闲置的问题，分：输入过程、排队规则和服务机构，本文中的排队系这不仅会增加后续的设备维修费用，而且设备负荷强统采用Ｍ／Ｍ／１形式，即到达过程是泊松过程，服务［７］度不均衡则不能保证相近的零件加工进度，不但对企时间服从负指数分布的单服务台排队系统。在构业是一种资源的浪费，也会增加生产管理难度。建单元前，首先将多种设备组成的整个加工系统