基于排队网的定制装备制造系统资源优化配置

Considering the characteristics of the industry of order-driven equipment manufacturing, this project deals with the resource allocation of flow-shop with multiple cells series- or parallell-interconnected in the stochastic environment,i.e. minimizing the total amount of investment under the condition of constraint satisfaction of both average throughput and make-span of products. Creativities of this project lie in the following, an open queueing network model with finite buffers in a two-layer structure is first used to describe beheavior of the flow-shop with multiple cells; a decomposition-coordination solution scheme is then employed to solve the optimization problem of the resource allocation for the flow-shop; A problem-features based branch-and-bound algorithm is put forward by means of decomposing the continuous relaxationed complicated problem into two interconnected sub-problems, one is a Capacity Configuration Problem (CCP) and the other a Buffer Allocation Problem (BAP), an iterative framework is presented between them to improve the bounding techniques in branch-and-bound search scheme, thus enhancing the efficiency of searching the optimal solution for the resource allocation problem in a manufacturing cell. The output of this project can provide the equipment manufacturers with scientific methodology for the resource allocation, which require to take capacity expansion or to build up a new factory.

针对定制型装备制造企业的生产特点，本项目研究随机环境下由多个单元组成的Flow Shop的资源优化配置方法，即在同时满足平均产能约束和产品的平均生产周期约束条件下，最小化制造系统的总投资成本。本项目特色与创新之处在于：提出了一种利用具有有限缓冲区的开排队网分层描述由多个制造单元组成的Flow Shop的方法；提出了一种分解- - 协调的策略求解车间资源优化配置问题；提出了一种考虑问题特征的分支定界算法求解单元问题，将问题特征结合到分支原则中，并将连续性松弛后的非线性规划问题分解为多个相互关联的凸子问题进行反复迭代求解以改善定界技术，提高了单元资源优化配置问题的求解效率。本项目的研究将深化随机非线性整数规划问题的求解方法，并拓广排队网在制造系统建模优化中的应用范围。可为定制型装备制造企业，以及具有类似生产特点的制造企业扩大生产能力、建立新工厂或车间时，运用科学的方法有效减少投资成本提供理论支持。

针对定制型装备制造企业的生产特点，本项目研究了随机环境下多个单元组成的Flow Shop的资源优化配置方法，即在同时满足平均产能约束和产品的平均生产周期约束条件下，最小化制造系统的总投资成本。本项目特色与创新之处在于：提出了一种利用具有有限缓冲区的开排队网分层描述由多个制造单元组成的Flow Shop的方法；提出了一种分解——协调的策略求解车间资源优化配置问题；提出了一种考虑问题特征的分支定界算法求解单元问题，将问题特征结合到分支原则中，并将连续性松弛后的非线性规划问题分解为多个相互关联的凸子问题进行反复迭代求解以改善定界技术，提高了单元资源优化配置问题的求解效率。本项目的研究深化了随机非线性整数规划问题的求解方法，并拓广了排队网在制造系统建模优化中的应用范围。可为定制型装备制造企业，以及具有类似生产特点的制造企业扩大产能、建立新工厂或车间时，运用科学的方法有效减少投资成本提供了理论支持。