38000字硕士毕业论文基于工厂仿真概念的模具制造车间调度对策仿真研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38000字

论点：调度,生产,模具

论文概述：

本文针对模具生产环境中的不确定因素，采用一种基于累积延期的混合式驱动反应式调度策略。从学术上讲，这依然属于事件驱动型策略，但本文所提出的基于累积延期的混合式驱动反应式调度

论文正文：

第一章导言

1.1研究背景和意义
在当今市场，产品供应周期、质量和售后服务水平是模具企业的核心竞争力之一。先进的生产管理技术是保证企业竞争力的重要手段，因此生产调度是企业管理的重要组成部分，是生产管理技术的核心内容和关键技术。其主要任务是在有限的生产资源约束下，确定工件在相关设备上的加工顺序和加工时间，从而达到一定的生产目标。科学的生产调度计划对控制车间在制品库存、提高产品交付时间满意度、缩短产品供应周期、提高企业生产率起着至关重要的作用。当模具生产系统中存在大量不确定因素时，由于系统的随机性，如工作时间的不确定性、紧急订单的插入、机器故障等，生产调度方案往往无法实施。所谓的“计划跟不上变化”。
本文研究的模具柔性流水车间调度问题属于最困难的约束组合优化问题和典型的NP问题。其特点是没有有效的算法能在多项式时间内找到最优解。为了解决这个问题，反应式调度是一种切实可行的解决方案。反应调度在某些生产系统的状态发生变化时修复基准调度方案，使生产调度方案在相关性能指标可接受的情况下执行。有两个主要的核心问题:何时重新安排以及如何重新安排。
建立数学模型的分析方法有一定的局限性，很难充分反映模具制造系统中的许多实际特点。因此，利用计算机仿真技术是研究这一问题的较好方法。首先，使用计算机模拟可以在计算机模拟系统中“再现”复杂的实际生产活动。与以往数学等方法的简单抽象描述相比，其表达形式更直观、更生动，能够更全面地反映生产系统的动态过程和制造特点。其次，基于面向对象技术的计算机仿真突破了传统，构建了基于生产系统中基本对象及其相互关系的仿真模型。对象具有可扩展性和可重用性的特点，采用先进的计算机图形技术使仿真模型的图像更加直观。第三，企业资源规划数据库中的大量生产历史数据可以作为仿真系统的基础数据，建立一个具有足够精度的仿真平台来测试和分析系统行为和系统性能。

1.2国内外研究现状及分析

1.2.1模具制造系统
模具生产是一种典型的小批量多品种生产模式，生产过程中存在很多不确定因素，如:订单接收时间、制造工时、工艺资源及其能力要求、机器故障、紧急订单插入、维修、订单取消、工件优先级变化等。模具生产的特点通常是制造周期长，交货时间不可预测，生产计划难以实施，生产管理困难[9】。因此，模具生产系统是一种复杂的离散制造系统。模具生产系统的性能、生产过程的特点、作业安排及其生产调度策略的研究非常复杂。它通常是一个多约束、多目标、随机的不确定优化问题。这类问题通常通过建立数学模型来解决。然而，求解过程中的计算量随着问题的规模呈指数增长，这已被证明是NP完全的。随着各种新的相关学科和技术的建立和发展，该领域的研究有了多方面的发展。为了解决模具制造过程中随机因素的频繁干扰，模具企业生产调度计划可行性低的实际问题，国内外进行了大量的研究。文件[10]提出了考虑生产资源和缓冲区大小的多目标主动生产调度模型(MOPPSM)，以提高生产调度的可预测性。该模型采用多目标遗传算法寻找总完工时间和延误惩罚最小的最优解，并用五个实例验证了MOPP模型的有效性。文献[11]介绍了一种模具车间调度系统，该系统利用分支边界法优化调度方案中工件的优先级，然后讨论了系统的结构，并通过实际案例验证了算法的有效性和性能。文件[12]研究了在确定项目网络图结构的前提下，考虑其他不确定参数(如工时)的项目调度方法。文献[13]更进一步，考虑到项目网络图结构的随机性，研究了项目进度计划和控制方法。文献[14]提出了基于马尔可夫理论的启发式算法和解决项目调度策略的最优算法，该算法考虑了诸如成本、任务时间和调度结果等不确定因素。

第二章模具柔性流水车间模型

2.1模具流水车间生产流程
本文研究的问题是，当模具生产系统面临大量不确定因素时，由于系统的随机性，原有的调度方案无法实施。因此，本文以某模具企业轮胎活络模花纹圈的精加工过程为研究背景，该过程具有很强的随机性。一方面，模环的精加工过程限制了整个模具制造的加工时间，是关键工序。另一方面，完成花纹圈的设备少，瓶颈工序是轮胎松模。
工件加工时间是生产型企业非常重要的数据，经常影响作业计划、生产准备计划等。企业车间的。然而，由于轮胎模具加工中工作时间的随机不确定性，生产管理人员无法准确预测模具生产调度计划阶段所有任务的工作时间，这也是生产计划和调度无法执行的重要原因。轮胎模具企业在制定生产计划时，必须考虑任务处理时间的不确定性，以使计划更具实用性。完成图案环并进入数控雕刻车间后，加工时间会因图案形状的不同而有很大差异。一般来说，中型轮胎的成型时间是3？15天。然后，工件进入电火花车间进行电火花加工，电火花加工包括蚀刻钢板槽和精细蚀刻图案。雕刻过程的加工余量决定电火花加工的时间，而图案形状也影响电火花加工的时间，通常电火花加工的时间是6？12天。由于轮胎模具工作时间的随机不确定性，只能根据企业经验估计和大量历史数据统计给出估计工作时间。工时值是一个随机变量，在最小工时和最大工时之间有有限的离散点。使用以下离散概率模型来描述:

第三章反应............................19基于累积延迟
3.1无功调度的通用驱动模式............................19
3.1.1定期驾驶............................19 [/ Br/]3.1.2事件驱动............................20
3.1.3混合驱动............................21
3.2............................21
在3.2台以上机器的三阶段环境中3.2.1............................22
3.2.2驱动机构............................25
3.3本章概述............................27
第四章基于植物模拟............................28
4.1系统模拟和生产调度............................28
4.2工厂模拟软件............................29
4.2.1工厂模拟特征............................30
4.2.2工厂模拟通用对象模块............................31
4.3基于工厂模拟的模具............................33
4.3.1仿真平台总体描述............................33 [/BR/] 4.3.2钢模柔性流水车间模型............................34 [/BR/] 4.3.3工件模型............................38[/比尔/] 4.3.4数据存储............................41
4.4 BCD战略实施计算............................42
4.4.1操作集............................43
4.4.2延迟的计算............................44
4.5本章概述............................46
第五章实验............................47
5.1实验设计............................47
5.2属性分析............................48
5.3与其他典型战略相比............................48
5.4............................本章第50节

结论

针对轮胎模具企业中不确定的钢模柔性流水车间生产环境，提出了一种基于累积延迟的反应式调度策略。然后利用植物仿真软件建立仿真模型，并在仿真模型上运行所提出的策略。实验结果表明，与传统的纯事件驱动调度策略相比，本文提出的BCD策略能够更好地处理生产系统中的隐藏干扰，在紧急订单随机到达的处理环境中比周期策略更加灵活，能够兼顾生产稳定性和生产效率。主要工作如下:在实际调研和历史数据的基础上，通过对模具车间精车、数控线切割和电火花三个工序的现场调研，提出了一种基于累计和累计延时的无功驱动方法，给出了工件累计延时的计算公式和无功调度的驱动机制。
基于企业的生产组织结构，利用工厂仿真(Plant Simulation)建立了三级多机模具柔性流水车间仿真模型。从生产过程、生产资源、工件模型等方面分析和建立了工厂仿真模型。然后通过工厂仿真软件和Simtalk语言的功能模块，实现了本文提出的基于累积延迟的混合驱动无功调度策略。最后，设计了一个仿真实验，通过改变关键参数，给出了几种情景研究提出的策略的特点。然后，通过与其他典型策略的比较，验证了本文提出的基于累积延迟的反应策略的有效性。