發(fā)布時間：2020-04-10 05:30

【摘要】：板式產(chǎn)品是指以板材為主要原料,以平面加工為主要加工形式,由多種板式配件經(jīng)過裝配而形成的一類產(chǎn)品,常見于PCB電路板、板式家具、3C家電、玻璃、鈑金、建材與印刷等諸多產(chǎn)品。板式產(chǎn)品制造企業(yè)常面臨著“多品種小批量”的定制生產(chǎn)需求,生產(chǎn)訂單變更頻繁、交貨期緊迫,這一生產(chǎn)特征導(dǎo)致生產(chǎn)過程批次多、換產(chǎn)頻繁,進(jìn)而導(dǎo)致原材料利用率與生產(chǎn)效率低下、設(shè)備稼動率不平衡、資源配置不合理、交期保障困難等一系列問題,迫切需要提高訂單組批能力,降低生產(chǎn)批次。下料排樣是板式產(chǎn)品制造過程的首道工序,直接影響生產(chǎn)批次構(gòu)成和后續(xù)工藝流程的執(zhí)行,進(jìn)行訂單組批與排樣的協(xié)同優(yōu)化有利于實現(xiàn)板式產(chǎn)品定制生產(chǎn)過程的系統(tǒng)性優(yōu)化,同步提高原材料利用率和減少生產(chǎn)批次,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率,研究訂單組批與排樣的協(xié)同優(yōu)化問題具有重要的理論研究價值和實際工程意義。論文重點(diǎn)研究板式產(chǎn)品定制化生產(chǎn)中排樣優(yōu)化問題、訂單組批問題以及組批與排樣協(xié)同優(yōu)化方法。主要的研究工作如下:(1)研究與分析了板式產(chǎn)品定制化生產(chǎn)的共性需求與優(yōu)化問題。對板式家具、中空玻璃、PCB樣品板三類主要板式類產(chǎn)品生產(chǎn)的定制設(shè)計需要與優(yōu)化問題進(jìn)行了深入的分析,研究了板式產(chǎn)品生產(chǎn)特征的相似性傳遞過程(幾何-工藝-運(yùn)動-優(yōu)化),揭示了這一類定制產(chǎn)品生產(chǎn)過程的共性耦合優(yōu)化問題“組批-排樣-X優(yōu)化”,并提出了涵蓋子問題求解算法和解耦算法的求解思路。(2)針對滿足“一刀切”板材長度可變的二維矩形排樣優(yōu)化問題,提出了基于組化的改進(jìn)型啟發(fā)式搜索算法BBHSA。在BBHSA中,矩形件被合拼成塊,這些塊提供了良好的布局元素,并作為啟發(fā)式搜索過程中構(gòu)造樹的基本組成部分。排樣過程中使用了排放和分割、放寬和收縮以及在線組塊三個基本操作進(jìn)行搜索,以加快搜索速度,提高解的質(zhì)量。該算法對Benchmark上零浪費(fèi)情況下案例具有較好的計算效率,能夠?qū)ξ墨I(xiàn)中提及的幾乎所有的零廢料標(biāo)準(zhǔn)案例得到最優(yōu)解。(3)針對考慮疊板組批的切割與排樣協(xié)同優(yōu)化問題,提出了一種基于疊板數(shù)分層的多叉樹遞歸搜索算法。建立了使用原材料和切割加工時間造成總成本最小化的數(shù)學(xué)模型;提出了一種基于疊板數(shù)分層的排樣遞歸搜索方法;采用基于多叉樹結(jié)構(gòu)的分層迭代式協(xié)同優(yōu)化機(jī)制,并利用多個利用率閥值進(jìn)行多叉樹分層迭代。與行業(yè)主流軟件計算對比表明,該方法能提高原材料利用率和切割效率,降低生產(chǎn)總成本。(4)針對大規(guī)模排樣優(yōu)化計算時間長等問題,提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的排樣下料率預(yù)測代理模型。通過學(xué)習(xí)實際生產(chǎn)訂單中的排樣歷史數(shù)據(jù),運(yùn)用RandomForest模型、XGBboost模型與Lightgbm模型對歷史訂單排樣經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與學(xué)習(xí),能快速的對新訂單任務(wù)的排樣優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測。(5)針對板式產(chǎn)品定制化生產(chǎn)中訂單組批與排樣協(xié)同優(yōu)化問題,提出了一種基于下料率代理模型的訂單組批與排樣迭代優(yōu)化方法。提出了一種滿足交貨期與生產(chǎn)工藝約束的凝聚層次聚類算法進(jìn)行訂單組批優(yōu)化,利用代理模型對組批方案進(jìn)行排樣利用率預(yù)測與方案評估,通過代理模型對組批方案篩選,再進(jìn)行組批與排樣問題的迭代優(yōu)化,能大幅縮短搜索時間�；�于上述訂單組批與排樣協(xié)同優(yōu)化方法,開發(fā)了相關(guān)系統(tǒng)并在企業(yè)開展實際應(yīng)用,驗證了算法的工程應(yīng)用價值。論文相關(guān)方法/算法能夠為板式類產(chǎn)品相關(guān)企業(yè)提供高效的訂單組批與排樣優(yōu)化服務(wù)。
【圖文】：

逑１．５．邋３章節(jié)組織逡逑本文共分七章，，各章節(jié)組織結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。逡逑１、，論逡逑邐Ｙ邐逡逑２、板式產(chǎn)品定制化生產(chǎn)中共性需求與優(yōu)化問題逡逑關(guān)健問楲邐關(guān)搖問楲逡逑邐＾逡逑＇３、基于組化的改進(jìn)１邋ｆ邋４、考慮疊板組批＾逡逑型啟發(fā)式矩形邋以邋的切割與排樣逡逑，邋排樣優(yōu)化方法邋Ｊ邋飛邋協(xié)同優(yōu)化方法，逡逑個｜邋個逡逑工序}}D批逡逑ｔ邋ｆ邋５、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的排樣１邋Ｉ逡逑＊邐下料率代理模型邐《逡逑＼邐邐＞逡逑邐？？１邐＾訂單故紐枇逡逑６、基于代理模型的訂單

逡逑高效與精準(zhǔn)的生產(chǎn)計劃。而中空玻璃的生產(chǎn)過程中蘊(yùn)含的優(yōu)化問題如圖２－１所示，包逡逑括：①訂單組批、②下料優(yōu)化、③鋼化爐裝載、④作業(yè)計劃等經(jīng)典離散優(yōu)化問題，如逡逑圖２－１所示，這些問題互相耦合與影響。企業(yè)制定生產(chǎn)計劃時，必須同步考慮原料下逡逑料率、設(shè)備利用率、訂單交貨期等諸多要素。孤立地考慮其生產(chǎn)過程中的某一優(yōu)化問逡逑題，片面地追求某一優(yōu)化目標(biāo)，極易形成生產(chǎn)失衡現(xiàn)象，導(dǎo)致原料、能耗成本的快速逡逑上升，產(chǎn)能與坪效大幅下降。逡逑流水作地邐蠼存區(qū)邐批處９邋等待區(qū)邐ｇ蓑Ｋ逡逑■邋－ｆｍ＾ｎ邐ＬＩＩＩ￣逡逑服片坦合邐｜邐作！逡逑’ ＾＂ｒａｗｉｄｉｇｉ—明化爐屖間

本文編號：2621818