考虑机器故障的作业车间调度问题仿真研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

作业车间调度问题 (job shop scheduling problem，jsp)的求解是典型的 np—hard问题。该问题的研究开始于20世纪60年代，这期间所研究的问题大都是较理想化的模型，比如产品在工作站上的处理时间不包括机器调试及材料准备时间等。随着现代化生产模式的发展，许多满足实际生产需求的因素增加进来，以便更符合现实生产状况的前期设计与优化。ali allahaverdi和 jatinder n.d.gupta等人对前人所涉及的机器调试及材料准备时间的相关研究进行了总结，这篇文献综述的出现，大大促进了后来学术界对jsp 问题的关注和研究；朱卫锋、费奇对复杂物流系统仿真现状进行了研究，并指出复杂物流系统仿真研究的三个问题:一是复杂物流系统的不确定性建模;二是复杂物流系统仿真模型的设计与实现，包括仿真策略选择、仿真模型构造及仿真程序设计与实现；三是复杂物流系统的控制。虞琚、樊留群和马玉敏首次提出了机床制造中的拉动式生产系统模型，讨论了针对物流的面向对象建模方法，并利用 em-plant建立了生产模型，分析了其仿真机理。事实上，对于此类问题的研究，每年都会有 4o余篇文献产生，进一步加深了对于该问题的思考，如juneyoungjung等人在供应链设计中，放弃使用传统的安全库存法，而采用仿真优化的方法来进行模拟现实状况；jay d schwartz等人对于供应链库存管理使用基于仿真的优化方法作为过程控制策略。我国也有一些学者对使用软件仿真进行初步探索和研究。近些年在作业车间调度问题的研究方法上，常常将传统的优化方法比如神经网络、模拟退火、遗传算法、禁忌搜索等，应用在调度问题的研究上，使得该问题的研究方法朝多元化方向发展。

基于机器故障的作业车间调度仿真研究旨在利用plant simulation仿真平台搭建仿真模型，利用仿真结果得出在机器故障情况下作业车间调度问题的优化建议。有关资料表明， 95%的时间消耗在非制造过程中，因此制造过程的调度技术直接影响着制造的成本和效益。确定性调度问题假设所有的问题参数都是已知并且是确定的,这种假设是对实际生产环境的一种理想化。然而,实际的生产环境具有复杂多变的动态特性,存在着各种各样的不确定因素, 如机器故障、原材料短缺、紧急工件插入等，这些不确定因素给生产调度带来的直接后果就是由确定性环境得到的调度方案的性能可能会受到影响, 甚至使得调度方案根本不再可行。不同的扰动事件对车间生产的影响不同，机器故障是企业生产加工中最常见、最普遍的故障之一。机器故障的产生会阻碍车间正常生产，增加企业生产成本，降低企业生产效率。机器故障在扰动类型中属于资源相关的扰动，它对生产的影响与其它资源相关扰动如原材料短缺、人员缺勤等具有相似的效果，所以对机器故障的研究具有很强的代表性和典型性。机器故障在不同的车间类型中有着不同的表现和特点,针对不同车间类型下的机器故障，选用不同的调度策略对其进行求解，最大程度保证生产效率和稳定性，为企业的实际生产提供理论指导，所以考虑机器故障特征的作业车间调度问题研究具有很强的理论和实践意义。

2. 研究的基本内容与方案

1.基本内容：定义和明确考虑机器故障的作业车间调度（job shop scheduling）问题，分析考虑机器故障的作业车间调度问题的国内外研究现状及趋势，并研究考虑机器故障的作业车间调度问题（job shop scheduling problem with machine breakdown）的特点和难点。应用plant simulation仿真平台对考虑机器故障的作业车间调度问题进行模拟，以总加工时间，交货期等为优化目标，比较不同的派工法则(dispatching rule）在各个优化目标下的表现。利用plant simulation仿真模型的运行结果结合当前车间调度问题研究现状得出考虑机器故障的车间调度优化建议。

2.目标：利用plant simulation仿真平台比较在不同的派工法则下加工时间，交货期等优化目标的变化。

3.技术方案：利用仿真软件plant simulation搭建仿真模型，结合《生产系统仿真---plant simulation应用教程》对车间调度问题进行仿真模拟。仿真过程分成仿真方案的设计和仿真结果的数据分析两部分，一方面方案设计依据企业实际运作流程建立仿真模型，并加入随机因素来拟合实际运作情形；另一方面，基于优化仿真软件 plant simulation 的强大仿真结果数据分析能力，来模拟系统运作中的瓶颈因素，比较在机器正常运转与机器故障时仿真模型的不同之处，计算不同派工法则下的产出率等优化指标。并分析得出改善的方案，提出优化的策略。

3. 研究计划与安排

第 1-3 周 明确任务书内容，查阅相关文献，撰写开题报告；

第 4-5 周 查阅文献，完成专业外文文献翻译；

第 6 周 明确论文思路，构思论文框架，撰写论文写作提纲；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]李伟.作业车间生产系统调度及仿真[d].大连理工大学,2013.

[2]宋炜瑾.基于em-plant干式变压器生产作业车间调度仿真与优化[d].苏州大学,2008.

[3]吴正佳,何海洋,黄灿超,张利平,孟荣华,蔡保健.带机器故障的柔性作业车间动态调度[j].机械设计与研究,2015,03:94-98.