基于排队网的PCB钻孔车间性能分析与资源配置优化
随着自动化设备、人力资源等成本不断上涨，在定制型制造系统中应该如何配置这些制造资源，才能以最低的成本保证预期产能，是规划设计此类制造系统需要解决的重要问题。本文以某印制电路板（PrintedCircuitBoaeds，PCB）钻孔车间为研究对象，研究定制型制造系统的资源配置优化问题。 该PCB钻孔车间的生产过程具有随机性，例如工件任务到达时间、加工时间、物料运输时间、操作工作业时间等都是不确定的，无法通过传统确定性数学规划模型解决此类生产车间的资源配置优化问题。在各种随机因素的影响下，合理的资源配置结果依赖于精确估算的系统性能指标，因此需要首先建立随机模型描述系统的运行过程，分析系统性能。本文针对具有多资源（自动导引小车（AutomatedGuidedVehicle,AGV）、机床、操作工）约束的PCB钻孔车间，提出一种快速近似计算其性能指标的方法，并进一步地对钻孔车间进行资源配置优化。 首先，对PCB钻孔车间的布局进行抽象简化，考虑制造系统具有多资源约束的特点，建立有限缓冲区开排队网模型描述该制造系统的随机过程。 其次，利用状态空间分解法对生产系统进行节点划分。建立各个节点的状态空间，对节点的状态空间进行分析，并描述了节点各个状态之间的转移过程，据此建立各节点的状态转移平衡方程。给出求解状态转移平衡方程的迭代算法流程，通过Matlab求解出系统稳态时处于各个状态的概率，以此获得生产系统的性能指标。 接着，在仿真平台上建立系统仿真模型，通过设计一系列算例，将排队网模型的计算结果与实验的结果对比分析，验证了利用状态空间分解法求解钻孔车间排队网模型性能指标的精确性和有效性。根据算例的结果，研究不同因素对钻孔车间性能指标的影响规律，并分析其原因。 最后，针对该PCB钻孔车间的资源配置问题建立其数学模型，目标是在满足平均生产周期、平均产出率等约束下，优化AGV速率、钻孔机床数量和操作工数量，使得总投资费用最小。针对PCB钻孔车间的问题特征，利用嵌入排队网模型的模拟退火算法进行资源配置优化，并通过仿真验证算法的可行性。 基于排队网理论，本文对具有多资源约束的PCB钻孔车间的进行排队网模型，提出状态空间分解法求解其性能指标，并对钻孔车间进行资源配置优化。本文扩展了排队网建模分析的应用范围，为该类定制型制造系统的资源配置提供了理论的支持。
多资源约束;排队网;状态空间分解法;系统性能;资源配置优化
广东工业大学
硕士
机械工程
陈庆新
2021
中文
TH166
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）