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可重構(gòu)制造系統(tǒng)的可分級生產(chǎn)功能安排的研究
摘要：在今天的全球化經(jīng)濟中對所有制造系統(tǒng)而言在節(jié)省成本上對高速變化的市場作出快速反應(yīng)成為一個關(guān)鍵的成功因素?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)（RMSs）是指為能適應(yīng)市場的需求變化，按系統(tǒng)規(guī)劃的要求，對制造系統(tǒng)進行模塊化和可分級的設(shè)計，即在機器組件分級水平上的設(shè)計對激烈競爭的市場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)的計算機工具正在發(fā)展。這種工具在幫助系統(tǒng)設(shè)計師在決定何時為了增減性能而重新構(gòu)造系統(tǒng)，并且用一個低成本的方式通過增減程度來滿足市場要求.成果顯示，根據(jù)成本,在RMS中的理想可測量性功能對彈性生產(chǎn)系統(tǒng)(FMSs)采取的無論確切的理想需求功能的可測量性方法還是供應(yīng)方法都需要的計劃初期所有必需的性能都要優(yōu)良.成果還顯示一個RMS通過減少這些新系統(tǒng)的重新配置的費用實現(xiàn)低成本運行.
關(guān)鍵詞：可重構(gòu)制造系統(tǒng) 可測量性 再生點和基因算法
引言
更短的生產(chǎn)周期、變化莫測的需求和定制化的產(chǎn)品強迫制造系統(tǒng)更加高效率地運行以適應(yīng)改變的要求。 全球性競爭導(dǎo)致了更加對用戶滿意注意，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)是個選擇。 RMSs瞄準以結(jié)合DML的高生產(chǎn)量與FMS的靈活性，維護能力為目標，以有效的方式應(yīng)付各種各樣的產(chǎn)品和功能。當它需要時，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，增加或去除機器，增加或者去除機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器、再計劃，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)負責對物理可測量性因而，他們假設(shè)是可升級的系統(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量性的主要工具。 本文焦點在RMS的塑造能力的可測量性。
制造系統(tǒng)中的可測量性生產(chǎn)能力問題
可測量性生產(chǎn)能力僅僅是適應(yīng)變化的需求的能力。 一個典型制造系統(tǒng)的可測量性生產(chǎn)能力包括處理，何時，何地以及測量多少可測量性生產(chǎn)能力的問題。 在RMSs之前，范圍的這個問題限制了到生產(chǎn)能力的擴展。關(guān)于RMSs，從另一方面講，可測量性生產(chǎn)能力除生產(chǎn)能力的減少以外還處理它的擴展。 兩個趨向之間的另一個主要區(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,而且能在機器水平測量生產(chǎn)能力。生產(chǎn)能力擴展的費用傳統(tǒng)上由增加的生產(chǎn)能力的經(jīng)濟效益證明。 在RMS中，它假設(shè)可測量性生產(chǎn)能力通過減少短缺費用來證明，因為當有需要時就提供生產(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。 可測量性生產(chǎn)能力的成本效益，與功能可測量性一起，在RMS中通過范圍經(jīng)濟的概念實現(xiàn)。
早期可測量性生產(chǎn)能力塑造方法回顧
大量的關(guān)于古典生產(chǎn)能力擴展問題的文獻調(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時期內(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)對反饋控制理論的用途對塑造在RMS中的可測量性生產(chǎn)能力處理可測量性生產(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)這個假設(shè)，他們以極少的費用在RMS中開發(fā)了一個確定連續(xù)的時間可測量性生產(chǎn)能力模型產(chǎn)生生產(chǎn)能力方式。Asl和Ulsoy根據(jù)隨機的市場需求也提出 了RMS中生產(chǎn)能力管理的另一種方法 [12]，為根據(jù)Markov決策理論的可測量性生產(chǎn)能力管理提出了一個最佳方案。 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)能力擴展和減少水平的優(yōu)選的界限的最優(yōu)策略。費用和理想界限時間的延遲的變化的影響在生產(chǎn)能力管理上顯現(xiàn)出來。。 他們的工作被認為是Rocklin和Kashper的方法的拓展[13]，因為他們集成了它他們的早先動態(tài)模型可測量性生產(chǎn)能力的地方.
早先的方法是被考慮作為可適用對RMSs中生產(chǎn)能力可測量性塑造的主要方法。 早期模型的主要的缺點在是假設(shè)生產(chǎn)能力可測量性是確定能力單元的的增加的功能。 在實用的可重構(gòu)制造環(huán)境中，這不是實際情形，因為系統(tǒng)水平上有不同的生產(chǎn)能力模塊，在機器水平上也一樣，可以用于測量生產(chǎn)能力。 并且，當具體地測量生產(chǎn)能力時其中一些方法沒有運行，并且這是RMSs的其中一個主要特征。模型體現(xiàn)了這些缺點.
因此。本文描寫一種新的塑造RMS的生產(chǎn)能力可測量性方法。 焦點在系統(tǒng)的具體可測量性的生產(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)市場需求變化包括何時測量系統(tǒng)生產(chǎn)能力和測量多少生產(chǎn)能力開發(fā)優(yōu)選的生產(chǎn)能力計劃，。 這些計劃是由一個根據(jù)基因算法優(yōu)化技術(shù)的計算機工具產(chǎn)生的。
生產(chǎn)能力可測量性模型的提出
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)能力可測量性的問題。 模型的一個基本的數(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 (。) 是一個在閉合的一定凹面集合V有有限地許多極值點的凹函數(shù)，然后C (。)達到它的極小值在增值范圍的一個極值點V。
4．1模型的假定條件
下面是模型假定的條件:
時間(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)被認作為Dt， Dt≥0且：
(1)
生產(chǎn)能力可測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)
一個可行的生產(chǎn)能力可測量性計劃或計劃是在這里：
(3)
且 (4)
讓V表示集合RMS的可行的生產(chǎn)能力計劃。 從Eqs。 2， 3和4，因為集合對線性平等和不平等一個有限系統(tǒng)的解答是一個凸面集合并且有有限地許多極值點，它可能說V是封閉的，一定凹面集合
4.2費用系統(tǒng)
作用C (v)代表生產(chǎn)能力第v.級的費用。 它隨時間變化并且根據(jù)費用的當前價值如時間1表達。 這種價值函數(shù)由二個組分組成，一個反映系統(tǒng)計算的物理功能單位的費用，而第二個代表與系統(tǒng)的這些物理結(jié)構(gòu)聯(lián)系或系統(tǒng)重組的相關(guān)費用。 因此，毎個階段t的費用主要是有可以被測量（上升或下降)的生產(chǎn)能力第v級期間的費用。 例如，這結(jié)構(gòu)可以做到增加或去除一臺機器的另一個紡錘，增加或者去除機器，甚至增加達到去除一個小組機器。 因此，價值函數(shù)的第一個期限是這個能力單位數(shù)的物理費用的表示。
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用且基本上包括其他相關(guān)費用參量，例如停工期的費用重新調(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，這個期限表達為在生產(chǎn)能力水平上的一個可靠的線性函數(shù)。本文第6頁將在學(xué)術(shù)上討論這個假定。 價值函數(shù)可以被寫如下：
(5)
那里n是生產(chǎn)能力可測量性的數(shù)字指向且n
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