● 摘要
随着市场竞争的日益激烈和用户个性化需求的日趋迫切，我国制造企业生产模式正逐步转变为以客户为中心多品种小批量的定制化生产，在这种生产模式下产品制造呈现出单件、小批、个性化及产品结构随市场需求动态多变等特点。企业为了提高自身竞争能力，在满足用户需求的基础上，不断降低生产成本，提高快速反应制造能力。因此，论文将以多品种小批量、高定制化动态生产环境下的生产企业为背景，对动态单元制造与虚拟单元制造系统中生产计划与控制方法展开研究，目的是提高企业生产过程的柔性与敏捷性。 论文的主要研究内容与创新点如下:1. 在动态变化生产环境的多周期生产计划内，由于产品组合和需求经常不断变化，动态单元制造系统的应用可以有效地提高此类生产环境下的生产效率。为了有效地实施动态单元制造系统，需要同时考虑技术性问题（包括生产单元构建和设计、生产单元之间与生产单元内部的物料移动等）和人员问题（包括员工工资、员工雇佣和解雇等）。在各生产周期生产需求不同的多生产周期环境下，综合研究和分析了多功能生产机器和多操作技能员工的动态单元制造系统的生产单元构建、生产单元之间与生产单元内部物料移动、库存和延迟生产、员工调度（包括雇佣和解雇）和柔性生产路径，提出一个整合的混合整数规划模型。通过遗传算法对不同参数值进行数值试验，验证了新模型的可行性和有效性。2. 为提高多品种小批量制造企业功能式布局制造系统中构建虚拟制造单元的敏捷性，提出了以流程模块化为基础构建虚拟制造单元的方法，并利用零件聚类和工艺聚类两种聚类相结合的方法对零件加工流程进行模块化分解，从而形成制造系统的流程模块库，在此基础上构建虚拟制造单元。这种聚类方法的优势在于能够通过标准模块调用降低虚拟制造单元的控制难度，从而提高虚拟制造单元的构建速度，最终减少生产提前期，提高制造系统的敏捷性。3. 快速反应制造适应于多品种小批量、订单生产流程时间不同的动态需求生产环境，基于对偶单元授权卡的交叠循环(Paired-cell Overlapping Loops of Cards with Authorization, POLCA)是解决快速反应制造的一种有效的生产物料控制机制。对基于对偶单元授权卡的交叠循环运作制进行了深入研究，将生产周期时间进一步细分，改善利特尔定律中对生产时间、在制品数量等简单的“平均”划分方法，以生产成本与POLCA卡数量的权重组合成本最小为目标，构建一个全新的非线性数学规划模型，确定对偶单元授权卡的交叠循环(POLCA)生产系统中最重要的因素—POLCA卡数量，研究生产中POLCA卡的全局最优数量，实现整个系统的高效运作。最后数值实验表明该模型的合理与有效性，有助于管理者更精确、有效地控制整个生产系统，实现快速反应制造。4. 对虚拟单元制造中共享资源瓶颈问题进行概念界定，构建虚拟单元制造中共享资源瓶颈问题的数学模型，给出了虚拟单元制造中共享资源瓶颈问题的解决思路，并设计动态队列排序规则算法，解决瓶颈资源的生产安排。依据仿真软件特点，进行合理的案例设计与仿真实验研究，设计了多品种小批量生产的需求案例。对比了动态队列排序规则和先到先服务的排队规则，深入分析了动态队列排序规则的优势。最后研究了POLCA生产能力约束规则的有效性，对生产系统中采用和不采用生产能力约束器的情况进行了仿真比较。