高频换产下手机半自动装配线重构优化方法

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近年来,3C电子装配产业已经成为了我国支柱产业之一。该产业的发展势如破竹,行业竞争极为激烈,这些发展特征在手机装配产业中表现得尤为突出。为随时响应市场需求,手机装配产业迫切需要一种新型的装配系统,从而使其在激烈的市场竞争中脱颖而出。在此需求背景下,手机半自动可重构装配线被研发出来,使手机整线装配实现了模块化、智能化、柔性化,有效解决目前企业面临的高频换产和交期紧迫等难题。作为满足多品种、小批量定制化的市场需求的主要手段之一,可重构装配系统近年来受到大量国内外研究学者的关注。在工信部发布《中国制造2025》这一政策来刺激制造业转型升级的背景下,关于手机半自动可重构装配线如何设计构造等问题的研究已经实现了一定的突破,但有关如何实现其在一个生产周期下多个手机装配订单频繁换产的重构配置优化的研究,尚处于萌芽阶段。针对目前原始代工(Original Equipment Manufacturer,OEM)企业频繁换产换线难题的现状,本文提出了一种在高频换产下手机半自动装配线的最小重构成本优化方法。该方法结合目标级联分析法(Analytical target cascading,ATC)和改进遗传算法(Genetic Algorithm,GA)构建了最小重构成本算法,解决了在一个生产周期下多个手机装配订单的频繁换产重构问题。此方法实现了整线在频繁换产时平滑的切换,并且能使整个生产周期的重构成本尽可能减小。本文主要工作内容如下:(1)针对一个生产周期下多手机装配线频繁换产重构这一问题引入耦合理论进行分析,对比了多种常用的耦合优化方法并且剖析了使用目标级联法对解决复杂耦合问题的独特优势。其次,通过对复杂耦合问题的研究分析,发现其实质是订单调度、装配线平衡以及缓冲区配置三者耦合的问题。最后,根据OEM企业追求制造成本尽可能减少的这一现状,将其耦合问题等价为在一个生产周期下的最小重构成本问题。(2)提出了一种基于极大代数(Max-plus Algebra)的装配线完期时间评估方法,并推导出结合交期约束的生产成本以及装配资源变更的换产重构成本的计算方法。接着采用ATC的模块化、层次迭代分析的耦合优化思想,建立了一种基于ATC的多手机装配订单最小重构成本(Minimum Reconfiguration Cost,MRC)调度模型。(3)针对多手机装配订单的MRC调度模型,构建了一种基于ATC和改进GA的最小重构成本优化算法。根据MRC调度模型的特征,把问题模型拆解为两个层次:订单调度层和产线重构层,并分别针对这两层做改进遗传算法策略的优化以及设计了整个调度优化算法流程。此外,还通过实际案例来证明该算法的有效性。(4)开发了最小重构成本系统。通过Matlab软件将最小重构成本算法编译成jar包从而集成到开发的系统模块中,并在系统上验证了算法的有效性,从而进一步验证本研究的实用性。本论文的研究成果能有效地解决在一个生产周期下的多个手机装配线频繁换产重构的难题,能在一定的范围内降低企业的制造成本,提高企业产品的核心竞争力,促进手机半自动可重构装配线的智能化以及柔性化的发展。
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