汽车零部件企业生产线优化与设备布局翻译

汽车零部件企业生产线优化与设备布局--翻译

模块化生产线的优化

Diomidis D Spinellis Chrissoleon T Papadopoulos

信息和通信系统部工商管理系

GR-83200 Karlovasi GR-82100 Chios

希腊爱琴大学希腊爱琴大学摘要串行生产线的设计问题涉及分配的资源例如作为服务器的数量他们的服务价格和给定缓冲区生产特定的约束相关的成本和收入预测我们描述了探索的设计模块化面向对象的生产线的优化软件架构可以实例化一个抽象的优化模块使用多种如模拟退火和遗传算法的随机优化方法而其搜索方向引导成本分析仪相结合的吞吐量评估与商业模式的输出其搜索空间受到限制的约束检查吞吐量计算器可以使用马氏广义排队网络方法分解或扩充方法的算法实例关键词制造系统生产线随机建模分析绩效评估优化

0 引言

串行生产线形成了许多制造系统的核心他们的优化设计是受到特定的限制相关的成本和收入预测许多在这一领域的研究涉及这些制造系统的设计时有相当固有的变异性在各站的处理时间常见的情

况与人类操作员装配

串行生产线的设计问题涉及到的服务器他们的服务价格并在每个服务器的缓冲区的数目如资源的分配这些问题分别被称为服务器分配分配的工作量缓冲区分配的问题上述问题是一个非线性随机问题其中一个特点这使得它非常具有挑战性的解决是存在线吞吐量估计没有已知的封闭形式表达这一特点使得它很难控制设计变量的函数作为目标函数的变化为对这些随机建模和其他类型的制造系统有关工程的系统分类例如传输线柔性制造系统FMS柔性装配系统FAS 难的问题导致我们对不同的方法确定生产线的优化设计的部署这些方法涉及行吞吐量的最佳线路设计变量的估计和计算在本文中我们描述设探的设计模块化面向对象的生产线优化软件架构到现在为止我们已经用于解决在生产线的缓冲区分配问题以及100多个系列站系统并调查了60站系列生产线中的分配缓冲区服务器服务价格本文的其余部分安排如下第2节中我们目前的生产线的数学模型第3节中我们描述了探讨架构在第4节中我们提出探索原型实现和一些初步的结果而第5结论与我们的未来计划的说明文件1生产线模型

我们使用的生产线决策模型基础上的优化配置其组成部分的资源即服务器他们的服务价格并在每个服务器的缓冲区的数目在生产能力和成本上的服务器和服务价格的影响是显而易见的数量增加的服务器或服务率可以很容易地与一个给定的成本和行吞吐量将增加一项具体措施生产线缓冲区分配的吞吐量和成本方面的影响则更加

微妙在生产或流线的缓冲区的主要目的是给系统的每个阶段一些从系统的其余部分的独立程度如果缓冲区不存在完美的同步然后将两个相连的工作中心可以操作的唯一途径一个乌托邦式的情况如果有两个工作中心至少有两种情况之间没有缓冲区会发生第一站堵或饥饿的第二站发生阻塞的第一站第一站时处理完其股票发行之前完成第二站的材料它正在和缓冲区的第二站是全饥饿发生的第二站时完成其工作但有没有零件在其缓冲区的第一个工作中心是因为忙或有没有工作在这两种情况下系统的吞吐量低于预期

其他情况导致容量损失是行工作中心的崩溃如果有任何的缓冲区系统的所有站必须关闭因为饥饿或阻塞如果有其余站站之间的缓冲区可以保持一段时间的经营在分配缓冲区的缓冲区的数目是不是只依赖后生产线的工艺参数而且还取决于行内站的位置缓冲区的另一个特点是缓冲区是一些数量后停止有效超过临界量的增加在该行的整体输出的缓冲区是与缓冲区相关的成本覆盖

虽然缓冲区是任何具有有限能力的生产线的重要组成部分也有与缓冲区相关的成本缓冲区的重要成本之一是流动时间的影响流的时间是系统的过程中通过移动一块从入门到最后阶段完成所需的时间客户积累到系统中所花费的时间比例的间接费用在高流量时增加的结果处理时间比从而减少输出成本的另一个方面是由于占用空间成本较大数量的缓冲区意味着等待否则可能被用于加工设备或材料处理设备的运动更快占领更多的空间处理过程中的库存银行流入和流出的单位也增加了成本

从这个描述可以看出确定各站的缓冲区的数量以创建与缓冲区相关的成本和效益之间的完美平衡是一项艰巨的任务根据以上所述我们可以计算出两行的经营目标的措施的资源设置上平均吞吐量和平均工作在稳定状态下的生产线即平均单位总数的进展考虑到每个项目的平均收入及其相关的可变生产成本和持有成本和部署上面我们所描述的资源我们的成本可以得到一个客观的衡量行的经济表现因此根据调查的生产线可以使用以下基本目标函数建模

这里

K是行内的个别站的数量

X是该行的平均吞吐量

R是每个项目的平均收入

V是平均可变生产成本

h每个项目的平均持股成本

L是平均在制品

是提供一个缓冲空间单元的成本

是分配的缓冲区容量缓冲区的位置

是在位置服务器的成本

是每个工作站的服务器的数量

是成本获取给定的服务率在工作站的位置

图1探索建筑模型2探索建筑

探索架构用于定制灵活高效的生产线优化决策支持系统建设该

系统的模块化设计利用不同的评价功能和优化方法以及生产线的限制和商业模式的参数表达这种灵活性是必要的使该系统的用户可以选择适当的算法为解决手头的问题不同的模块之间权衡的指导关心其相对的效率准确性和适用性作为一个例子它有可能获得一个确切的缓冲区配置小生产线采用全面调查和分解法另一方面为了获得一个大型的生产线缓冲区和服务器的数量分配人会选择模拟退火优化方法因为所有配置完全枚举采取望而却步长的时间才能完成作为评价函数的扩展方法因为我们利用在我国目前实施的分解方法不处理并行服务器探索架构生动地描绘作为一个UML类图1架构的驱动程序是一个抽象的优化模块这可以使用各种优化方法如模拟退火遗传算法实例甚至详尽或减少的搜索空间的枚举优化搜索空间受限的约束检查的输出在声明域特定的语言表达了生产模式为基础作为甲骨文确定允许的线路配置优化搜索方向引导成本分析相结合的吞吐量评估与输出变量的经营模式以确定一个给定的线路配置的客观好处商业模式指定一个给定的行吞吐量以及业务相关的成本与所使用的资源获得该级别的吞吐量的商业利益使用马氏广义排队网络方法分解或扩充方法的算法可以被实例化的抽象的吞吐量评估

3原型实现

为了测试的探索架构的可行性我们已实施了一些具体模块的优化和吞吐量的评估基于这些模块我们能够获得可接受的执行时间限制内为小型和大型生产线生产线的最佳配置在下面的段落中我们勾勒我们已实施的模块