工业工程生产管理模块专业课程设计

1工业工程生产管理模块专业课程设计说明书专业：工业工程085学号：084774234学生姓名：张琼指导教师：李国富2012年3月1日工业工程生产管理模块专业课程设计说明书2目录1绪论…………………………………………………………………………31.1流水作业制造系统…………………………………………………31.2普通生产作业制造系统……………………………………………52流水作业……………………………………………………………………63一般生产作业………………………………………………………………93.1较简单的一般生产作业计划………………………………………93.2较复杂的一般生产作业计划………………………………………134随机和优化生产作业的比较………………………………………………185企业合作需求的产生和实现模式…………………………………………196总结…………………………………………………………………………20参考文献……………………………………………………………………21附录一………………………………………………………………………21附录二………………………………………………………………………29工业工程生产管理模块专业课程设计说明书31绪论1.1流水作业1.1.1流水作业的概念流水作业是一种比较先进的作业方法,指专业员工按照一定的工艺路线和顺序通过各个工作台，并按照统一的生产速度完成工艺作业的连续重复的生产过程。即m台机器对n个工件的流水加工过程，每个工件在各机器上加工顺序相同，同时每个工件在每台机器上只加工一次，每台机器在某一时刻只能加工一个工件，各工件在各机器上所需的加工时间已定，要求得到加工总时间最优。尽管流水作业是作业计划一个特殊问题,但仍有较强的应用背景,在成组生产环境下更是如此。流水作业又叫流水线生产，基础是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统。它实质是对象专业化组织形式的进一步发展。现代流水生产方式起源于福特制。美国福特汽车公司为扩大汽车生产量，建立了传送带式的流水生产线，由于采用了流水生产方式，大大增加了单位时间的产量，降低了单位产品的生产成本，从而使福特财团的资本迅速上升。采用流水线生产可提高生产过程的连续性、协调性和均衡性，提高工人操作的熟练程度和劳动效率，便于企业采用先进的工艺和技术设备。1.1.2流水生产作业过程的特点流水生产作业是高效的生产组织形式。其主要特征有：（1）作业的专业化程度高。大量高效生产、低成本制造模式，在流水线固定地生产一种或少数几种相似的工件，每个工作固定完成一道或少数几道工序；（2）流水线上的加工对象是按照工艺加工的顺序从一个工作站传送到另一个工作站，加工对象在流水线上做单向运动，生产的重复性强且工艺过程相对稳定，生产作业时间组织工作相对比较简单；（3）多采用高效专门化机床和专用性工具，可以达到很高的生产率；（4）加工对象在各道工序之间按一定的时间间隔投入或产出，两批相同的制品之间也按一定的时间间隔投入流水线或从流水线产出，保持一定的节奏；（5）加工对象在各个工作站之间做平行移动或平行顺序移动，最大限度地减少了停工等待时间；（6）流水线上各道工序的生产能力是平衡的、成比例的，即各道工序的工作站工业工程生产管理模块专业课程设计说明书4（设备）数同各道工序单件制品的加工时间大致相等。1.1.3流水生产作业过程的影响因素在实际生产中影响流水生产作业过程的最重要因素是瓶颈工序，瓶颈环节的产生会影响整条生产线的效率，导致整条生产线无法保持平衡。瓶颈工序越长，整条生产线的平衡率越低。瓶颈是具有最多生产时间的工序，占有最高的可利用资源。大多数企业的目标是最大化利润。因此要改善瓶颈工序，减少在制品库存，为瓶颈工序调整设备或员工配置，提高设备效率，提高员工作业技能，创建多工位共享的流水线布局（U形流水线），通过平衡流水线、调整生产线工序等方式平衡各道工序的流程能力。1.1.4作业计划方法及其实施（1）SPT（最短加工时间）优先原则排序，使得MFT（作业平均通过时间）最短，同时可以使得作业平均延误时间最短；（2）约翰逊算法：考虑设备利用率越高越能以最短的时间完成任务的方法。（3）贪心算法，针对通常情况下调度问题求解困难的问题,求解近似解,虽与最优解相比有一定误差，但其时间复杂度较小。（4）启发式算法：目标是使加权完工时间最小。同一工件在一台机器上完工后与在另一台机器上开工前存在一定的时间间隔,将其定义为运输时间,所有运输过程均由单自动机完成。（5）多目标局部搜索算法：针对求解最小化最大完工时间和总流程时间的多目标同顺序流水作业问题,:用现有的构造性算法生成两个解,作为该算法的初始解,然后从这两个初始解出发,以贪婪的方式求出新的Pareto最优解集,持续改进Pareto前沿。（6）蚁群算法：基于遗传算法的单层算法,将该算法与两层算法进行比较表明,单层算法具有更好的寻优性能。（7）遗传算法：把函数的搜索空间看成是一个映射的遗传空间，对不同的染色体群体进行最佳选择的匹配，以获得最佳的最优搜索结果。（8）Hopfield模型：是求解流水作业排序问题比较有效的方法。采用Hopfield模型进行第一层优化,即求解各个零件依次访问所需加工资源的最优次序。在第二层,根据所设计的动态调度规则,由加工过程中的事件驱动规则运行,完成将零件加工所需的资源与具体加工机床的合理匹配。1.1.5流水作业计划的约束条件工业工程生产管理模块专业课程设计说明书5（1）每台机床每次只能加工一个工件；（2）一个零件只能被一台机床加工一次；（3）优先的零件在所有机床或工序上都优先；（4）时间约束条件，即优化目标是使整个加工过程的时间最小。1.2普通生产作业1.2.1普通作业的概念普通作业制造系统是最基本的制造系统。区别于流水作业制造系统，在普通作业制造系统中，不同零件的加工工艺顺序不同。每种零件根据自身工艺的要求，按照一定顺序通过加工设备。从理论上说，流水作业系统只是普通作业系统的一种特例。普通的零件加工作业计划问题是生产作业计划安排和调度中一个最基本也是最困难的工作，现实证明，这类问题属于NP难题，不存在有效地解析解。1.2.2普通生产作业过程的特点给定n个工件，每个工件以不同的顺序和不同的加工时间通过m台机器加工，无法求出最直接的最优解，只能得出近似最优解，寻求的是最优加工顺序，使得零件加工总时间最短。其一般特点为：普通生产作业制造柔性较高，对产品变换适应性强，能够进行多品种小批量产品的生产。由于各个零件的各个加工工序时间不同，在各台机器上的加工顺序不同，因此无法进行大批量规模化生产。但不能发挥规模经济效应，生产率较低，生产成本高，各车间之间的物料流复杂凌乱，在制品积压较多，设备的无效等待时间较长。多采用通用机床、装备和工具，作业人员的技艺水平要求高。1.2.3普通生产作业过程的影响因素由于普通生产作业对工件的加工顺序没有严格的要求，因此只要控制好加工时间在预定交货的时间内即可。1.2.4普通生产作业计划方法及其实施（1）依靠经验法：对于简单的、只包含少许几个加工工序的工件，加工作业计划可以由一些有经验的计划调度人员来完成。这种人工零件加工计划一般只是凭借经验定性地制定作业计划，有时也运用若干分配准则，但始终难以使作业计划达到最优。（2）构建数学模型、应用算法、借助程序法：对于复杂的、包含较多加工工序的工件，仅仅依靠经验无法高效地完成作业计划。此时必须借助合适的数学模型来工业工程生产管理模块专业课程设计说明书6进行优化求解，以获得比较合理的作业计划。求解过程涉及到程序的算法，主要有蚁群算法、遗传算法、启发式算法等等。1.2.5普通生产作业计划的约束条件（1）加工顺序约束，即每种零件仅当一道工序加工完成后，下一道工序才能开始，且一台设备不能同时加工多于一种的零件，故等待时间长，需要对各零件价格加工工序进行优化，才能找到近似最优解；（2）资源约束，即一台设备不能同时加工多余一种的零件；（3）工序不可中断约束，即每一个零件一旦开始在一台设备上加工，则本道工序不能被中断，必须待该零件的这道工序加工结束后，该设备才能加工其它零件。2流水作业计划2.1初始给定条件及优化目标有10个零件J1—J10计划在机器M1—M8上加工，加工方式为流水作业，即各零件的工艺路线顺序相同。各零件在机器上加工的时间如表一所示：表1优化目标：总加工时间最短，即从第一个零件开始加工起，到最后一个零件结束加工位置的这一段时间最短。2.2流水作业计划程序设计思路及流程图程序设计思路：（1）首先穷举各作业计划方案，对工件进行全排列，通过左移函数并递归调用零件机器加工时间M1M2M3M4M5M6M7M8J15630637325203078J23668835065995433J36520461991506416J45839238828302061J52572501643155136J66140631351206071J77058237045299433J83550264069106490J91836637832503066J1051730160156138工业工程生产管理模块专业课程设计说明书7实现。（2）当输出一个作业计划方案后随即算出该方案所需的总时间。计算出每个工件完成的结束时间，最大的即为该计划所需的总时间。（3）记录每一组作业计划方案所需的时间，最后求平均值，得平均作业时间。流水作业流程图（Flow-Shop）：程序见附录一，参数说明：在流水作业中，JM[10][8]表示工件在满足加工顺序的情况下对应的加工时间，pj为流水随机方案平均加工时间，sum为总时间，当n小于1000000时，用穷举法举出作业计划编码。采用排列递归的方法，列出穷举函数：voidswap(int*a,int*b)intm;m=*a;*a=*b;*b=m;}voidperm(intlist[],intk,intm){inti,j,s;if(n=1000000)return;if(k=m){for(s=0;s=m;s++){fprintf(f,%d,list[s]);t[s]=list[s];printf(%d,list[s]);}……if(sumJ[i][j-1]sumJ[i-1][j]){sumJ[i][j]=sumJ[i][j-1]+JM2[i][j];}else工业工程生产管理模块专业课程设计说明书8{sumJ[i][j]=sumJ[i-1][j]+JM2[i][j];}}}……流水作业中，因为方案总数容易穷尽，所以用选择排序方法，从小到大排列出所有的可能方案，本例中用递归的方法对t[s]进行赋值，如果有两个数字相等就重新赋值，最后得到10个不同的数字，得到list[10]，这样便得到一组1到10的排列方案。2.3运行流水作业穷举程序输出结果thetotalnumberis1000000theaveragedatais1018.162807所以可知，平均时间可取在1018附近。选出一组84107369521，T=1018据此，画出甘特图1（附录二）。我们发现，甘特图1的结构很松散，说明机器的空闲时间很长，这种方案的问题在于，经常会出现如下情况：一台机器已经加工完一个零件，准备加工下一个零件，可是下一个零件还在上一道工序未加工完。2.4流水作业的优化取K=10，H=0.05,运行程序，得：***T=884.000000095867124103***T=909.000000096587124103***T=915.000000095710186423***T=903.000000095487621103***T=911.000000089716210453***T=915.000000089410762153***T=907.000000096871245103***T=909.000000098762134105***T=920.0000000工业工程生产管理模块专业课程设计说明书998576410123***T=909.0000000优化方案的平均时间为T=908.2，故