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船体分段组立工程计划智能排产建模与优化方法研究

批准号:
52101369
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王冲
依托单位:
学科分类:
船舶工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王冲

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
为解决船厂在分段组立计划排产环节存在智能化程度低、排产方案不合理导致资源浪费,无法实现精益排产的难题。针对分段组立工程准时排产问题,基于极大代数法理论,提出一种多资源约束的“拉式——准时”调度新模型。构建以所有组立总空闲时间最小化为目标的组立生产“连续性”评价函数;针对分段组立工程多资源均衡问题,以对其涉及核心资源的均衡利用为“均衡性”排产准则,采用最大熵原理及数据挖掘方法,建立组立工程各生产线的资源熵数学模型;最后,构建“连续——均衡”分段组立模式的多目标函数,以严格满足交货期为约束,设计基于混沌与差分进化的NSGA-II算法对该问题求帕累托解集,引入基于信噪比的机制,求解满足决策者偏好的最稳健计划,以实现智能排产。项目成果可为智能船厂的排产问题提供有力的理论基础,具有重要的理论意义与工程应用价值。
英文摘要
Lean shipbuilding is the cornerstone of ship intelligent manufacturing. Workshop-level lean scheduling is one of the important research areas of smart shipyard. In order to solve the problem that a low degree of intelligence and an unreasonable scheduling of ship block assembly lead to waste of resources in the shipyard, it is difficult to achieve lean shipbuilding. Aiming at the problem of on-time production scheduling for ship block assembly process, a new resource-constrained model named "pull and on-time" scheduling is proposed based on max-plus algebraic method, and an function is estimated to evaluate continuous production with the goal of minimizing the total idle time of all blocks/sub-blocks/pre-subblocks. In view of the multi-resource equilibrium problem of ship block assembly process, taking the balanced utilization of core resources as the "equilibrium" scheduling criterion, the principle of maximum entropy and data mining methods are used to establish a resource entropy mathematical model for each production line. Finally, the multi-objective function of the "continuous-equilibrium" mode for ship block assembly is constructed, with strict compliance with the delivery deadline as the constraint, and the NSGA-II algorithm based on chaos and differential evolution is designed to find the Pareto solution set for this problem. And the most robust plan that meets the preferences of decision makers is solved based on the signal-to-noise ratio mechanism to achieve intelligent scheduling. This project achievement will provide a strong theoretical basis for the scheduling problem of smart shipyards, and it has important theoretical significance and engineering application value.
智能化制定科学有效的准时生产计划成为造船界,共同关注的科学问题。针对在船厂顶层计划高效实施中起到承上启下关键性作用的船体分段组立工程计划的制定存在计划粗放,智能化程度较低,导致排产不准确、作业方案可控性差、效率低等问题。重点解决“拉式--准时”排产模型、资源均衡利用模型以及多目标优化与决策问题等关键瓶颈技术。(1)针对船体分段组立工程存在着跨生产线关联制约(如组立分段交货期与船台搭载工期间的同步性制约),分段组立工程瓶颈资源约束(平面分段流水线拼板平台区域,曲面分段虚拟流水线胎位资源,分段堆场等)的复杂问题,采用极大代数法用于推式(Push)排产系统建模,将复杂的非线性对象问题转换成在极大代数理论上的线性系统(伪线性方法),建立确定性模型,实现分段组立工程“拉式——准时”排产的量化建模。建立了同时满足瓶颈资源约束和同步性约束的“拉式——准时”排产模型。(2)针对船体分段组立生产涉及资源较为复杂,场地资源和人力资源而非加工设备是其瓶颈资源,而且不同资源间存在着关联性。采用了采用数据挖掘的方法进行不同资源间的关联性分析,利用灰色关联聚类将使用情况相似的资源进行约减和聚类,对多资源均衡模型进行预处理,从而简化船体分段组立工程多资源均衡模型,并基于资源熵理论建立了无量纲化数学模型。(3)针对“连续——均衡”分段组立排产多目标优化问题,采用了结合混沌初始化方法与差分进化的思想,对NSGA-II算法进行改进,使得其更加满足本研究“连续——均衡”的多目标优化问题的求解。设计基于混沌与差分进化的 NSGA-II 算法,根据本问题及模型的特征,对算法初始种群的生成方式、交叉算子及变异算子进行改进。最后,引入信噪比的方法在Pareto解集中帮助决策者智能选取最稳健的计划作为最终的计划方案。.依托本项目完成论文4篇,参加学术会议交流2次。获得软件著作权2项,并获得成果转化2项,相关成果在企业试用中。本项目运用了数据挖掘、多目标智能优化算法与决策方法,建立系统的船体组立工程计划的智能排产模型方案,以帮助造船企业形成自主知识产权的智能排产系统,具有重要的理论意义与工程应用价值。
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