复杂装焊制造系统的优化控制与动态调度研究

Comparing with the common mixed-model assembly manufacturing systems, the assembly and welding system owns some particular production characteristics, such as the variety of assembly routes, the fabrication-assembly with hybrid configurations, the multi-level mixed model production and many uncertainties. The traditional analytical modeling, reconfigurable controlling and dynamic scheduling methods of the manufacturing process are difficult to adapt to the needs of the practical problems.. As an important application of complexity science in the manufacturing field, manufacturing complexity has been recognized as a brand new method for production controlling problems. One objective of this task is to establish complexity model of assembly and welding system based on complexity science, through analyzing the influence factors on production controlling. The other is to utilize these models to find the corresponding theory and method of solving the different actual problems within the system operation, including balancing controlling problems, production sequencing problems and dynamic scheduling problems. . The main research contents of the task are as follows: . (1)Analyzing and modeling of the complexity charcteristic on assembly and welding manufactruing system;.(2)Balancing controlling based on configuration complexity of reconfiguration assembly systems; .(3)Production sequencing based on production process complexity of multi-level hybrid configurations;.(4)Reactive scheduling based on dynamic controlling complexity under uncertainty..The research is a new application of complexity science in manufacturing, which will provide the theory foundation and technology reference for operation and control of complex assembly and welding system.

装焊制造系统与一般的多品种小批量机电产品装配系统相比，具有工艺柔性、多并行机混联加工-装配、多装配级混流生产、高度不确定性等突出特点。传统的解析建模、制造过程控制和动态调度方法很难满足实际问题的需要。课题引入复杂性科学理论，综合考虑各种制约系统运作控制的影响因素，建立装焊系统制造复杂性评价模型，并将模型应用于系统的平衡控制、优化排序和动态调度等运行优化问题中，研究解决相应问题的技术途径和理论方法。主要研究内容为：(1)装焊制造系统复杂性分析及建模方法研究；(2)基于可重构装焊系统配置复杂性的平衡优化控制方法研究；(3)基于混合关联生产过程复杂性的综合优化排序研究；(4)基于装焊过程动态控制复杂性的反应式重调度研究。本项目旨在为进一步将制造系统复杂性理论向具体工程问题转化提供理论依据和参考。

装焊制造系统与一般的多品种小批量机电产品装配系统相比，具有工艺柔性、多并行机混联加工-装配、多装配级混流生产、高度不确定性等突出特点。传统的解析建模、制造过程控制和动态调度方法很难满足实际问题的需要。本项目引入复杂性科学理论，综合考虑各种制约系统运作控制的影响因素，建立了装焊系统制造复杂性评价模型，并将模型应用于系统的平衡控制、优化排序和动态调度等运行优化问题中，研究了解决相应问题的技术途径和理论方法。主要研究成果包括：.①装焊制造系统复杂性分析及建模方法研究.通过装焊制造生产过程的分析，提出了装焊制造级动态分解方法和柔性工艺路线的决策方法，从系统性能分析的角度，将装焊制造系统的复杂性分为结构复杂性和动态演化复杂性，分别利用Petri网和有向图理论建立了系统模型，提出了基于信息熵理论的系统复杂性度量方法。.②基于可重构装焊系统配置复杂性的平衡优化控制方法研究.从数量维度、关系维度和状态维度等不同的角度对复杂性进行度量，提出了影响系统平衡控制的多工位关联复杂性和多车间关联复杂性目标函数。在控制策略上，采用分层优化方法，结合遗传算法实现了装焊系统配置复杂性的平衡优化。针对装焊线布局进行重构再平衡问题，提出了改进的蚁群优化算法。.③基于混合关联生产过程复杂性的综合优化排序研究.定义了面向投产排序的单线混流生产过程准备时间复杂性和工作站的闲置与超载复杂性；考虑了多车间排产计划，定义了多车间关联排序的多目标函数；提出了基于资源熵的系统多资源均衡优化的目标函数。针对不同的优化目标，设计了相应的粒子群优化算法。.④基于装焊过程动态控制复杂性的反应式重调度研究.提出了考虑车间调度效率和调度稳定性下的装焊系统动态调度问题的优化方法。针对实际加工中可能出现的不确定性扰动问题，结合鲁棒-反应式调度策略，提出了多目标免疫科隆优化算法。针对焊接过程操作时间的不确定性问题，提出了基于模糊数的优化模型和遗传退火优化算法。