非確定需求下的單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建問題研究

　　本書的創(chuàng)新性工作主要包括以下四個(gè)方面：（1） 研究考慮工人合作關(guān)系差異的單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建問題。在產(chǎn)品組合服從特定分布規(guī)則的情境下，鑒于單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建問題沒有考慮工人合作關(guān)系的現(xiàn)實(shí)狀況，描述了合作關(guān)系對(duì)工人工作效率的影響方式，提出了工人合作系數(shù)的概念，在產(chǎn)品組合隨機(jī)分布的情境下考慮工人合作關(guān)系差異對(duì)裝配時(shí)間的影響及其對(duì)系統(tǒng)整體性能的影響。基于單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建的一般問題，以小化總加工時(shí)間和小化工人工作時(shí)間為目標(biāo)，建立了多目標(biāo)優(yōu)化模型。針對(duì)模型的特征，開發(fā)并應(yīng)用了基于NSGA-Ⅱ的多目標(biāo)優(yōu)化算法進(jìn)行求解。通過數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明考慮員工合作關(guān)系的必要性；分析了員工合作系數(shù)的均值和方差的變化對(duì)單元系統(tǒng)構(gòu)建的組成和性能的影響。結(jié)果表明，工人整體合作度較高、工人間合作關(guān)系差異較大時(shí)，單元系統(tǒng)的性能會(huì)有更明顯的提升。（2） 研究基于場(chǎng)景需求的單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建問題，旨在建立相對(duì)穩(wěn)定的生產(chǎn)系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化，提升需求波動(dòng)情境下系統(tǒng)對(duì)需求波動(dòng)的應(yīng)變能力。針對(duì)現(xiàn)有單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建問題沒有充分考慮需求場(chǎng)景變化因素的特點(diǎn)，考慮基于場(chǎng)景的需求情境下流水線裝配向單元裝配系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的問題。本研究將基于場(chǎng)景的需求定義為一系列服從某種概率分布的需求場(chǎng)景，每個(gè)需求場(chǎng)景中包含了產(chǎn)品組合和批次大小、順序等信息。以小化總加工時(shí)間的期望和方差為優(yōu)化目標(biāo)，建立了單元裝配系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的多目標(biāo)優(yōu)化模型，決策構(gòu)建單元的數(shù)量、工人的組合方式以及批次的分配方案，旨在通過構(gòu)建相對(duì)穩(wěn)定的生產(chǎn)系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)變化的市場(chǎng)需求，提升需求非確定情境下系統(tǒng)對(duì)需求變化的應(yīng)變能力和穩(wěn)定性。根據(jù)模型和變量特點(diǎn)設(shè)計(jì)基于NSGA-Ⅱ的啟發(fā)式算法求解模型，通過小規(guī)模算例的應(yīng)用驗(yàn)證了算法對(duì)模型求解的準(zhǔn)確性，并通過多次運(yùn)行算法的方式驗(yàn)證其對(duì)大規(guī)模問題求解的有效性。同時(shí)，通過對(duì)比未考慮需求場(chǎng)景變化的單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建方法，驗(yàn)證了考慮基于場(chǎng)景需求的單元系統(tǒng)構(gòu)建可以提升生產(chǎn)系統(tǒng)在基于場(chǎng)景的非確定需求下的穩(wěn)定性。（3） 鑒于現(xiàn)有研究很少考慮工人技能水平對(duì)單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建方案的影響，研究需求按概率分布情境下單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建過程中的多能工技能優(yōu)化配置問題?，F(xiàn)有研究多假設(shè)工人具備裝配全部產(chǎn)品的能力，而大規(guī)模的培訓(xùn)會(huì)造成較高的培訓(xùn)成本和能力資源浪費(fèi)。本書中，作者將工人的技能水平描述為所有產(chǎn)品共用的基本技能和以產(chǎn)品區(qū)分的特定技能，并考慮工人技能提升所需付出的技能培訓(xùn)成本。針對(duì)單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建的基本問題，作者考慮了需求的非確定性和技能培訓(xùn)成本、產(chǎn)能不足和產(chǎn)能過剩的懲罰成本，以小化系統(tǒng)總成本為目標(biāo)，建立了隨機(jī)優(yōu)化模型；基于有限柔性原則開發(fā)了啟發(fā)式算法，結(jié)合了場(chǎng)景聚合法求解該模型。此外，作者還設(shè)計(jì)了大量數(shù)值實(shí)驗(yàn)，分析了模型特征和參數(shù)影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過適當(dāng)?shù)卦黾蛹寄芘嘤?xùn)，只需要較少的技能培訓(xùn)也可以使系統(tǒng)在滿足市場(chǎng)需求方面達(dá)到完全技能培訓(xùn)的性能。產(chǎn)品技能與工人之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系通常以閉合的長(zhǎng)鏈形式存在。隨著產(chǎn)品間需求均值差異的增加、產(chǎn)品需求的波動(dòng)幅度增加、總產(chǎn)品類別的增加，系統(tǒng)總成本會(huì)上升且特定培訓(xùn)數(shù)量也會(huì)上升。隨著單位技能培訓(xùn)成本的增加，總成本呈上升趨勢(shì)且更多的員工培訓(xùn)為低技能水平培訓(xùn)。隨著產(chǎn)能過剩懲罰成本和產(chǎn)能不足懲罰成本的增加，總成本呈上升趨勢(shì)且需要更多高技能水平的員工。（4） 以訂單隨機(jī)到達(dá)場(chǎng)景為研究背景，考慮基于技能水平的工人雇用成本和服務(wù)水平的單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建問題。鑒于現(xiàn)有單元系統(tǒng)構(gòu)建方式無法滿足訂單隨機(jī)到達(dá)場(chǎng)景的需求，將非確定需求的場(chǎng)景定義為由各類產(chǎn)品按一定的時(shí)間間隔和批次大小的分布規(guī)則隨機(jī)產(chǎn)生，將工人的工資定義為由基本工資和技能工資組成，將系統(tǒng)的服務(wù)水平定義為可以在目標(biāo)時(shí)間內(nèi)完成交貨的訂單數(shù)量占所有訂單數(shù)的比例?？紤]到工人工資與技能水平相關(guān)，以小化工人雇用成本和化系統(tǒng)服務(wù)水平為目標(biāo)，建立了多目標(biāo)隨機(jī)優(yōu)化模型，以構(gòu)建單元的數(shù)量、工人的數(shù)量、分配方案和技能水平。此外，還證明了模型的解空間性質(zhì)，開發(fā)了基于NSGA-Ⅱ的啟發(fā)式算法結(jié)合場(chǎng)景聚合法求解模型，設(shè)計(jì)了大量數(shù)值實(shí)驗(yàn)以表明模型的應(yīng)用方法，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①系統(tǒng)的服務(wù)水平隨用工成本投入的增加而提升，但在用工成本投入增加到一定程度后，系統(tǒng)服務(wù)水平的提升速度會(huì)有所減緩；②為達(dá)到服務(wù)水平提高的目的，系統(tǒng)內(nèi)將提升高技能水平工人的占比，提升工人整體技能水平；③當(dāng)基于技能水平的成本增加時(shí)，為達(dá)到相同的服務(wù)水平，單元裝配系統(tǒng)的成本和低技能水平工人的比重都有所增加；④當(dāng)系統(tǒng)維持相同服務(wù)水平時(shí)，系統(tǒng)的用工成本會(huì)隨著批次容量均值的增加而增加；⑤當(dāng)產(chǎn)品類型的數(shù)量和產(chǎn)品批次大小發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的用工成本和服務(wù)水平并不發(fā)生改變。

暫缺《非確定需求下的單元裝配系統(tǒng)構(gòu)建問題研究》作者簡(jiǎn)介