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可重構(gòu)制造系統(tǒng)的可分級(jí)生產(chǎn)功能安排的研究
摘要：在今天的全球化經(jīng)濟(jì)中對(duì)所有制造系統(tǒng)而言在節(jié)省成本上對(duì)高速變化的市場(chǎng)作出快速反應(yīng)成為一個(gè)關(guān)鍵的成功因素。可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMSs）是指為能適應(yīng)市場(chǎng)的需求變化，按系統(tǒng)規(guī)劃的要求，對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行模塊化和可分級(jí)的設(shè)計(jì)，即在機(jī)器組件分級(jí)水平上的設(shè)計(jì)對(duì)激烈競(jìng)爭的市場(chǎng)迅速和有效地起反應(yīng)。 本文研究RMSs是如何以低成本的方式系統(tǒng)地處理它們的性能和可測(cè)量性。提議 能力塑造的一種方法是，不同于更早的方法，不簡單的假設(shè)可測(cè)量性功能是功能模塊的特定的增加的功能。 基于模型，一種利用基因算法的優(yōu)化技術(shù)的計(jì)算機(jī)工具正在發(fā)展。這種工具在幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在決定何時(shí)為了增減性能而重新構(gòu)造系統(tǒng)，并且用一個(gè)低成本的方式通過增減程度來滿足市場(chǎng)要求.成果顯示，根據(jù)成本,在RMS中的理想可測(cè)量性功能對(duì)彈性生產(chǎn)系統(tǒng)(FMSs)采取的無論確切的理想需求功能的可測(cè)量性方法還是供應(yīng)方法都需要的計(jì)劃初期所有必需的性能都要優(yōu)良.成果還顯示一個(gè)RMS通過減少這些新系統(tǒng)的重新配置的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)行.
關(guān)鍵詞：可重構(gòu)制造系統(tǒng) 可測(cè)量性 再生點(diǎn)和基因算法
引言
更短的生產(chǎn)周期、變化莫測(cè)的需求和定制化的產(chǎn)品強(qiáng)迫制造系統(tǒng)更加高效率地運(yùn)行以適應(yīng)改變的要求。 全球性競(jìng)爭導(dǎo)致了更加對(duì)用戶滿意注意，其中快速反應(yīng)和定制服務(wù)是關(guān)鍵。 傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)象專業(yè)化的生產(chǎn)線(DMLs)或蜂窩制造系統(tǒng)(CMSs)不可能應(yīng)付這些新市場(chǎng)特征。 柔性制造系統(tǒng)(FMSs)不可能以有效的方式應(yīng)付這些新的要求。 要接受這些現(xiàn)代挑戰(zhàn)，可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMSs)是個(gè)選擇。 RMSs瞄準(zhǔn)以結(jié)合DML的高生產(chǎn)量與FMS的靈活性，維護(hù)能力為目標(biāo)，以有效的方式應(yīng)付各種各樣的產(chǎn)品和功能。當(dāng)它需要時(shí)，通過在它的結(jié)構(gòu)上的迅速變化，即它的硬件和軟件元件的變化，以快速適應(yīng)確切的可分級(jí)性和功能的調(diào)整.
Shabaka和ElMaraghy [2]通過分類重組過程解釋制造系統(tǒng)的重組的維度介紹它的物理配置和邏輯配置。 物理配置的例子包括布局配置，增加或去除機(jī)器，增加或者去除機(jī)器的工具或組件和原材料處理系統(tǒng)的重組。邏輯配置的例子包括重編程序機(jī)器、再計(jì)劃，重新編排，改線和增長的或者減少的轉(zhuǎn)移或者工作者的數(shù)量。 RMSs的關(guān)鍵特征是模塊化，完整性，可變換性、定制和判斷力 [3]。
早期特征使RMSs有不固定的生產(chǎn)能力,功能，以及，系統(tǒng)元件的模塊結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)對(duì)物理可測(cè)量性因而，他們假設(shè)是可升級(jí)的系統(tǒng)。 而現(xiàn)代開放式體系結(jié)構(gòu)控制A. M. Deif。 W. ElMaraghy智能的制造系統(tǒng)(IMS)研究中心，工業(yè)&制造系統(tǒng)， Windsor大學(xué)， Windsor，加拿大大學(xué)的部門技術(shù)是為邏輯或軟件可測(cè)量性的主要工具。 本文焦點(diǎn)在RMS的塑造能力的可測(cè)量性。
制造系統(tǒng)中的可測(cè)量性生產(chǎn)能力問題
可測(cè)量性生產(chǎn)能力僅僅是適應(yīng)變化的需求的能力。 一個(gè)典型制造系統(tǒng)的可測(cè)量性生產(chǎn)能力包括處理，何時(shí)，何地以及測(cè)量多少可測(cè)量性生產(chǎn)能力的問題。 在RMSs之前，范圍的這個(gè)問題限制了到生產(chǎn)能力的擴(kuò)展。關(guān)于RMSs，從另一方面講，可測(cè)量性生產(chǎn)能力除生產(chǎn)能力的減少以外還處理它的擴(kuò)展。 兩個(gè)趨向之間的另一個(gè)主要區(qū)別是使RMS通過它的模件和開放控制結(jié)構(gòu)不僅在系統(tǒng)級(jí),而且能在機(jī)器水平測(cè)量生產(chǎn)能力。生產(chǎn)能力擴(kuò)展的費(fèi)用傳統(tǒng)上由增加的生產(chǎn)能力的經(jīng)濟(jì)效益證明。 在RMS中，它假設(shè)可測(cè)量性生產(chǎn)能力通過減少短缺費(fèi)用來證明，因?yàn)楫?dāng)有需要時(shí)就提供生產(chǎn)能力并且減少未充分利用的生產(chǎn)能力的費(fèi)用,即具體的生產(chǎn)能力能在需要的地方使用。 后者給RMS的好處勝過FMSs。 可測(cè)量性生產(chǎn)能力的成本效益，與功能可測(cè)量性一起，在RMS中通過范圍經(jīng)濟(jì)的概念實(shí)現(xiàn)。
早期可測(cè)量性生產(chǎn)能力塑造方法回顧
大量的關(guān)于古典生產(chǎn)能力擴(kuò)展問題的文獻(xiàn)調(diào)查在Manne [4]， Freidenfelds [5]和Luss [6]被找到。 在FMSs中塑造生產(chǎn)能力的有些方法的例子由Leachman和Carnon [7]， Roundy [8]和Liberopoulos [9] 等提出。
關(guān)于RMSs，son和他的同事 [10] 建議相同的位置在一個(gè)時(shí)期內(nèi)以輸送管制造系統(tǒng)作為一種可能的稱生產(chǎn)能力方法，他提到作為一條同類的并行流線(HPFL)。 Asl和Ulsoy [11] 根據(jù)對(duì)反饋控制理論的用途對(duì)塑造在RMS中的可測(cè)量性生產(chǎn)能力處理可測(cè)量性生產(chǎn)能力問題提出了一種方法。 根據(jù)他們的方法，他們假設(shè)，在RMS上的生產(chǎn)能力變化是使量子化的相等的能力單元。 根據(jù)這個(gè)假設(shè)，他們以極少的費(fèi)用在RMS中開發(fā)了一個(gè)確定連續(xù)的時(shí)間可測(cè)量性生產(chǎn)能力模型產(chǎn)生生產(chǎn)能力方式。Asl和Ulsoy根據(jù)隨機(jī)的市場(chǎng)需求也提出 了RMS中生產(chǎn)能力管理的另一種方法 [12]，為根據(jù)Markov決策理論的可測(cè)量性生產(chǎn)能力管理提出了一個(gè)最佳方案。 他們也考慮了在生產(chǎn)能力被定購和它被提供的時(shí)間之間的延遲。他們的工作提出了作為代表優(yōu)選的生產(chǎn)能力擴(kuò)展和減少水平的優(yōu)選的界限的最優(yōu)策略。費(fèi)用和理想界限時(shí)間的延遲的變化的影響在生產(chǎn)能力管理上顯現(xiàn)出來。。 他們的工作被認(rèn)為是Rocklin和Kashper的方法的拓展[13]，因?yàn)樗麄兗闪怂麄兊脑缦葎?dòng)態(tài)模型可測(cè)量性生產(chǎn)能力的地方.
早先的方法是被考慮作為可適用對(duì)RMSs中生產(chǎn)能力可測(cè)量性塑造的主要方法。 早期模型的主要的缺點(diǎn)在是假設(shè)生產(chǎn)能力可測(cè)量性是確定能力單元的的增加的功能。 在實(shí)用的可重構(gòu)制造環(huán)境中，這不是實(shí)際情形，因?yàn)橄到y(tǒng)水平上有不同的生產(chǎn)能力模塊，在機(jī)器水平上也一樣，可以用于測(cè)量生產(chǎn)能力。 并且，當(dāng)具體地測(cè)量生產(chǎn)能力時(shí)其中一些方法沒有運(yùn)行，并且這是RMSs的其中一個(gè)主要特征。模型體現(xiàn)了這些缺點(diǎn).
因此。本文描寫一種新的塑造RMS的生產(chǎn)能力可測(cè)量性方法。 焦點(diǎn)在系統(tǒng)的具體可測(cè)量性的生產(chǎn)能力而不是考慮他們的生產(chǎn)能力邏輯結(jié)構(gòu)。 塑造的宗旨是根據(jù)市場(chǎng)需求變化包括何時(shí)測(cè)量系統(tǒng)生產(chǎn)能力和測(cè)量多少生產(chǎn)能力開發(fā)優(yōu)選的生產(chǎn)能力計(jì)劃，。 這些計(jì)劃是由一個(gè)根據(jù)基因算法優(yōu)化技術(shù)的計(jì)算機(jī)工具產(chǎn)生的。
生產(chǎn)能力可測(cè)量性模型的提出
推薦模型是根據(jù)需求方法的任意增長的時(shí)間路徑的優(yōu)選的設(shè)備規(guī)模，如Manne和Veinott提出的模型[14]，修改模型以適應(yīng)論及在RMSs中生產(chǎn)能力可測(cè)量性的問題。 模型的一個(gè)基本的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是其中一凹面或凹面設(shè)置特征情況：
如果C (。) 是一個(gè)在閉合的一定凹面集合V有有限地許多極值點(diǎn)的凹函數(shù)，然后C (。)達(dá)到它的極小值在增值范圍的一個(gè)極值點(diǎn)V。
4．1模型的假定條件
下面是模型假定的條件:
時(shí)間(或生產(chǎn)能力規(guī)劃范圍)被理想化為不連續(xù)的階段1， 2，…， T。
需求在階段t (要求之間的區(qū)別在期間t和t?1)被認(rèn)作為Dt， Dt≥0且：
(1)
生產(chǎn)能力可測(cè)量性決定是一套可變物Vt， t=1,2…… T。
Zt表示超額能力的期間的結(jié)尾。 在RMSs中， Zt傾向于零:
(t=1,2……T) (2)
一個(gè)可行的生產(chǎn)能力可測(cè)量性計(jì)劃或計(jì)劃是在這里：
(3)
且 (4)
讓V表示集合RMS的可行的生產(chǎn)能力計(jì)劃。 從Eqs。 2， 3和4，因?yàn)榧蠈?duì)線性平等和不平等一個(gè)有限系統(tǒng)的解答是一個(gè)凸面集合并且有有限地許多極值點(diǎn)，它可能說V是封閉的，一定凹面集合
4.2費(fèi)用系統(tǒng)
作用C (v)代表生產(chǎn)能力第v.級(jí)的費(fèi)用。 它隨時(shí)間變化并且根據(jù)費(fèi)用的當(dāng)前價(jià)值如時(shí)間1表達(dá)。 這種價(jià)值函數(shù)由二個(gè)組分組成，一個(gè)反映系統(tǒng)計(jì)算的物理功能單位的費(fèi)用，而第二個(gè)代表與系統(tǒng)的這些物理結(jié)構(gòu)聯(lián)系或系統(tǒng)重組的相關(guān)費(fèi)用。 因此，毎個(gè)階段t的費(fèi)用主要是有可以被測(cè)量（上升或下降)的生產(chǎn)能力第v級(jí)期間的費(fèi)用。 例如，這結(jié)構(gòu)可以做到增加或去除一臺(tái)機(jī)器的另一個(gè)紡錘，增加或者去除機(jī)器，甚至增加達(dá)到去除一個(gè)小組機(jī)器。 因此，價(jià)值函數(shù)的第一個(gè)期限是這個(gè)能力單位數(shù)的物理費(fèi)用的表示。
另一方面，期間CR代表同這些結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起重組的其他費(fèi)用且基本上包括其他相關(guān)費(fèi)用參量，例如停工期的費(fèi)用重新調(diào)節(jié)系統(tǒng)或?qū)ο咸菪碌呐渲靡孕碌纳a(chǎn)能力、人工成本介入的和為那重組或結(jié)構(gòu)需要的嘗試。要重點(diǎn)注意到的是，期間CR的變化基于重組水平的要求。 在本文，簡而言之，這個(gè)期限表達(dá)為在生產(chǎn)能力水平上的一個(gè)可靠的線性函數(shù)。本文第6頁將在學(xué)術(shù)上討論這個(gè)假定。 價(jià)值函數(shù)可以被寫如下：
(5)
那里n是生產(chǎn)能力可測(cè)量性的數(shù)字指向且n
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