西安工业大学数控车齿机床机械结构设计带机械图
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毕业设计(论文)开题报告题目： 混流装配线搬运小车AGV调度策略分析院（系） 机电工程学院 专 业 工业工程 班 级 090208 姓 名 陈 启 斌 学 号 090208101 导 师 曹 岩 2013年 3月 17日1毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1选题背景随着科技的进步和人民生活水平的日益提高，人们对物质产品的个性化需求日趋丰富，面向订单（Make to Order,MTO）的制造策略被越来越多的企业所采用。MTO企业是通过对客户订单的处理来组织生产的，随着客户订单由少品种大批量向多品种中小批量的历史性转变，对MTO企业的生产线柔性提出了更高的要求，混流装配线就是企业流水线柔性化的产物之一。柔性是指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力,也是指制造系统能够适应产品变化的能力,可分为瞬时、短期和长期柔性三种1。混流装配线（Mixed product Assembly Line,MPAL）是指在一定时期内，在一条生产线上连续地生产出多种不同型号的产品（同一产品族的不同变化）,产品的品种可以随顾客需求的变化而变化2。这也对企业加工子系统和物流子系统提出了更高的要求。准确、快速、灵活、自动、安全地配送物料，是混流装配线提高生产柔性，降低生产成本，缩短交货期的重要保障之一。 而AGV（Automated Guided Vehicle）的显著特点是无人驾驶,可以保障系统在不需要人工导航的情况下自动行驶,柔性好,自动化和智能化水平高3。AGV适用于4：物料搬运,在欧美和日本等人力成本很高的发达国家，AGV的使用较为普及，应用遍及各行各业；柔性装配线、加工线，如轿车总装线，发动机装配线、试车线， 机床加工线，家电生产线等；特殊场合用，一些不适宜人在其中生产或工作的特殊环境中。这就使得AGV在国内混流装配线中的研究和应用具有了很大的吸引力，加之随着我国人工成本的快速上涨，使得AGV的应用更具竞争力。但与此同时，产生了混流装配线搬运小车AGV的调度这样一个复杂的新问题。只有科学的调度才能使AGV的应用如虎添翼，为企业创造出更大的价值，提高企业的竞争力。1.2研究意义现代企业竞争日趋激烈，机遇与挑战并存。客户个性化需求愈加丰富，条件要求更加严格多样，使得企业生产越来越复杂。如何在现代竞争环境下，走内涵式发展道路，加强企业核心竞争力，使企业立于不败之地，是各个企业迫切需要考虑的问题，尤其是MTO企业。质量、成本、交货期、服务等无疑成了企业较量的核心力量，成了企业生死存亡的关键。企业除了加强供应链的管理与提高对外服务的质量之外，加强企业自身潜力的挖掘与培养无疑是重中之重，也是企业立足与长盛不衰之本。对于采用混流装配线的MTO企业来说，适时合理引进AGV，并优化科学调度，优化生产线的运行，降低成本，保证质量，缩短交货期，降低工人劳动强度无疑是大势所趋。同时，面对日趋复杂的生产系统，物流调度的复杂性也加大了AGV运用的难度，不科学合理的调度也必将影响AGV的运用效果，不利于企业的生产自动化建设。因此，混流装配线搬运小车AGV调度策略研究将会为企业引进和科学调度AGV提供借鉴，有利于企业加快自动化建设的步伐。1.3国内外研究情况随着企业生产系统的日趋复杂，信息化自动化建设的不断推进，企业对其物流子系统提出了更高的要求，AGV系统的优越性不断展现，吸引着国内外越来越多的研究人员的注目。尤其是其应用效果和潜力受调度困难的制约的矛盾更推动着更多的人对其展开研究。Saadettin Erhan Kesen等人研究了在AGV多回路车间JIT制造模式下的AGV系统仿真问题，采用按任务紧急程度，即最高优先级调度策略对AGV进行调度，并分析了小车数量、看板数量等对系统的影响5。Hamed Ghasemzadeh等人采用基于启发式算法的集成调度策略对网状结构路径的AGV系统无冲突调度进行了研究，这种调度策略的特点是：预测和防止冲突；遍历AGV以使物料配送从资源地到目的地路径最短；优先调度策略对结果有影响；AGV小车的数量在理论上不受限制6Che-Fu Hsueh提出了能够双向运动避免冲突和锁死的负载交换AGV系统，并对其进行了调度，通过最近车辆规则、最远车辆规则、最短路径规则、随机车辆规则、车辆循环规则五种规则的仿真对比，得出在此AGV系统中第一种规则较佳7。ParhamAzimi等则人采用仿真和模糊多属性决策相结合的方法研究柔性制造系统多负载AGV调度策略的优选8。 在国内，李岩等人研究了由几台加工中心(WS) 和一台( 多台) 自动导向小车( AGV) 组成的柔性制造系统( FMS) 的调度问题9。朱琳等人以AGV给柔性生产系统配料区补料搬运时间最短为目标建立数学模型，提出了一种改进的遗传算法进行AGV的任务分配和任务排序优化,对配料区物料运输多AGV的调度问题进行了研究10。王佳溶等人提出了一种基于改进后的两阶段控制策略和多目标的带约束遗传算法的控制策略, 并用通过速度调节的冲突解决模式, 实施对AGV系统的优化调度11。董义军等人则研究了带有时间约束的单AGV 和仅有公共缓冲区的柔性生产系统的调度问题,以最小化总加工时间为目标, 建立了带AGV 的柔性生产系统调度模型, 实现了工件调度和AGV 调度的集成12。雷定猷等从实际出发, 考虑了一般的多机多请求的情形, 提出了整体调度优化的数学模型, 并给出了一种混合遗传算法求解此数学模型, 算例分析验证了其提出过程的有效性13。白帅福等人提出了一种混合区域控制模型，在模型中采用基于任务等待时间最短原则调度策略对多AGV系统进行了调度分析14。肖海宁等人提出一种实时多属性任务调度方法，将加工子系统和搬运子系统分开考虑，在保证加工子系统效率的基础上提高搬运子系统的效率15。2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要研究内容本文主要以MTO企业混流装配线搬运小车AGV调度策略为研究对象，对一种调度策略进行离线仿真实现，分析调度效果和影响调度效果的因素，对此调度策略进行评价，并寻求改进。本文具体研究内容如下：（1)分析MTO企业混流装配线生产系统的特点。（2)掌握用eM-plant软件建模仿真的方法步骤。（3)利用eM-Plant建立混流装配线模型并运用调度策略进行仿真调度。（4)控制模型对象参数，以一批订单完工时间为指标分析影响调度策略调度效果的因素。（5)对调度策略的效用进行评价并寻求改进。2.2研究方案、方法或措施2.2.1 eM-plant仿真软件简介eM-Plant是本文研究需要用到的一款完全采用面向对象方法的仿真软件，该软件的前身是SIMPLE+，是由以色列Tecnomatix公司完善开发的，是用C+实现的关于生产、物流和工程的仿真软件，它是面向对象的、图形化的、集成的建模、仿真工具。可以对各种规模的工厂和生产线，包括大规模的跨国企业，建模、仿真和优化生产系统，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链等。同时，该软件具有如下特点16：可对高度复杂的生产系统和控制策略进行仿真分析；标准的和专用的应用目标库为典型的方案进行迅速而高效的建模；使用图形和图表分析产量、资源和瓶颈；综合分析工具，包括自动瓶颈分析器、Sankey图和Gantt图；三维可视化和动画；使用遗传算法(genetic algorithms)对系统参数进行自动优化；支持多界面和集成能力(ODBC、SQL、ORACLE、ERP、CADetc.)的开放系统结构。本文具体采用该软件2007年版即eM-Plant8.1，其建模仿真具体流程如下17：(1)新建仿真项目。 （2)规划项目的组织结构。(3)建立仿真模型。(4)运行验证仿真模型。(5)确认仿真模型。(6)实验设计和仿真模型分析。2.2.2 仿真问题定义简述在仿真研究前，本文将先参考生产系统仿真Plant Simulation 应用教程（周金平，电子工业出版社，2011）第二章，对问题研究的载体采用搬运小车AGV的一般MTO企业混流装配线问题简化做一整体描述。假设对于不同类型产品的装配序列已经确定的情况下的物料配送，即混流装配线为保证已有装配任务的及时完成，如何在正确的条件下，将正确的物料按正确的数量在正确的时刻从物料中转区运送到混装线的各个备料暂存区。定义一条装配线有m个装配工站M1Mm，一个装配工站需要一种或几种零部件，统一用一种零件表示，但是可以多件。在每个装配工站旁均设立一个物料暂存区，设置有最大库存和最小库存。在装配某订单的过程中，对于物料需求是采用看板方式进行的。由暂存区或者虚拟工站读取生产计划时产生的新订单物料配送请求，均会集中到配送中心的搬运小车AGV，当AGV接收配送请求后会调用相应的配送调度策略，从而决定配送过程的执行。AGV接受配送请求后，如果AGV空闲就会先到达物料预投中转区的对应配送请求物料暂存区 ，取出需求的数量到AGV小车上，在配送到相应的目的地。对于不同零部件运送交替时不够一车装载量的按一车处理。物料预投中转区某物料存放区比线边暂存区的容量高出较多，但是也是按照看板的方式进行设置的。不同类型零部件分别在中转区设立存放区。当AGV在某个存放区取走一部分物料后，如果已经接近或者低于其最小库存，此时简化采用即时补货策略，物料预投中转区内某种零部件会立即填满。只考虑工厂车间自身物料配送问题，将其他线边的直供物料及子装配线物料及悬挂供应等方式均作省略处理。2.2.3 利用eM-Plant进行仿真调度确定装配线总站数、产品种类、每种产品型号、零部件种类数，生成生产计划表、BOM表、设备生产准备时间及暂存区参数表，自动生成装配线并且连接起来。然后自动生成搬运小车AGV的运行路线，生成车间物料预投区，并设立简单的调度策略。设计AGV上料调度策略和卸料策略，建立配送规则。然后调用如下调度策略2： （1)如果某线边暂存区为空，即装配线出现物料断点，搬运小车按装配工站先后顺序优先为该线边暂存区配送一个装载量的零部件。 （2)如果某线边暂存区的实际库存低于最小库存，则根据配送请求方法的取货看板优先为其配送一个装载量的零部件。 （3)如果某线边暂存区的实际库存介于最小库存与最大库存之间，并且小车对某线边暂存区的搬运次数小于正加工订单对该物料的需求量除以小车最大装载量即需求次数，或者搬运次数等于需求次数但是有小于一车的装载量需求，则继续对该暂存区配送。 （4)如果某线边暂存区有在途库存，则其余小车不为其进行物料配送，或者实际库存量大于最大库存减去装载量，即如果继续为该暂存区配送导致暂存区实际库存超出最大库存，停止配送。 （5)如果上述策略均不执行，小车停止工作于虚拟工站道路的传感器位置，直到某线边暂存区发出取货看板。 仿真开始运行后，分析调度仿真运行效果，并整理分析调度结果数据。2.2.4 分析影响调度策略调度效果的因素保持生产任务不变（即订单和任务排序不变），装配线和AGV运行路线不变，控制暂存区最大和最小库存、AGV小车数量、AGV小车装载量、AGV运行速度，根据生产实际合理选取各因素水平，采用实验设计DOE（Design of Experimental）的正交试验方法设计实验，并用拟定调度策略进行仿真实验。然后以生产任务完工时间为指标，用极差分析法对仿真实验结果进行分析，并排出影响调度策略调度效果的因素的主次顺序。以优化的参数重置系统，保持原有订单不变，分以下三种情况再次采用拟定调度策略进行仿真实验：采用原订单顺序；随机生成订单序列1；随机生成订单序列2。记录仿真效果。然后，改变生产任务（订单数量和排序，但不改变产品种类），采用已确定下来的因素水平表，重复以上步骤。对比不同任务下，所得出的影响调度策略调度效果的因数水平取值及其主次顺序的一致性，分析影响该调度策略调度效果因素的稳定性，以及该调度策略对生产任务和系统参数的响应性。对比总任务不变的情况下，调度策略对任务改变（订单排序改变）的响应性。2.2.5 分析调度策略效用并寻求改进 根据2.2.4分析结果，结合企业生产实际，分析影响调度策略的影响因素水平的改变对企业的难易程度或生产效率、生产成本等的冲击程度。如若只是需要改变AGV小车的速度，而这个需求速度又在其变速范围内，则比较容易实现。如若需要改变暂存区最大最小库存量，在能够保证作业所需最小范围的情况下，也比较容易办到。但如若需要增加AGV的数量，可能就会对企业生产成本产生冲击。同时如若该调度策略对生产任务的响应比较差，则会相应增加生产准备时间。此外，因仿真是在简化模型下进行的，在将该调度策略应用于生产实际其适用性可能还要大打折扣。这就有必要将模型和生产实际对比，分析两者差异对调度策略发挥效应的影响。如对不同物料分别设置AGV装载量，仿真分析调度效果。分析估计问题简化对调度策略发挥作用的影响程度。尝试逐渐还原生产实际，寻求改进优化调度策略，以期达到提高调度策略效用的目标。 3预期成果形式课题研究的预期成果形式如下：(1)完成毕业设计论文一篇（18000字左右）。(2)翻译与课题相关英文文献一篇（3000字左右）。4本课题研究的重点及难点，前期已开展工作4.1重点及难点 （1)分析引进AGV的MTO企业混流装配线系统。 （2)应用eM-plant软件实现课题建模与仿真调度。 （3)分析影响调度策略调度效果的因素。 (4)分析调度策略效用并寻求改进。4.2前期展开工作(1)了解本课题的研究背景和意义以及当前国内外的研究现状，拟定本次设计的目标任务及主要研究方法方案。(2)学习文献关于MTO企业混装线AGV小车的调度和建模仿真思路。(3)初步学习eM-Plant软件的使用。(4)撰写开题报告，准备开题答辩。5完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第1周：查阅相关资料，分析该课题的研究背景及意义以及国内外研究现状。第2周：拟定本次研究的目标任务及初步研究方法方案。第3周：确定研究方案，并完成开题报告。第4周：进一步完善开题报告，并准备开题答辩。第5周：学习eM-Plant教程第3-5章。第6周：学习eM-Plant教程第6-7章。第7周：学习eM-Plant教程第8-9章。第8周：分析引进AGV的MTO企业混流装配线系统。第9周：建立文献生产系统仿真Plant Simulation 应用教程（周金平.电子工业出版社，2011）第二章仿真模型并调度测试。第10周：改变任务排序，仿真实验。第11周：改变生产总任务，仿真实验。第12周：分析影响调度策略调度效果的因素。第13周：对比模型与企业实际情况，分析调度策略效用。第14周：初步确定改进方向方案。第15周：完成策略改进。第16周：撰写论文。第17周：完善论文。第18周：检查论文，准备答辩。 参考文献1 孙杰.浅议柔性生产线的产生与应用.科技资讯，2010，（35）:332 周金平.生产系统仿真Plant Simulation 应用教程.北京：电子工业出版社，2011.2465 3 张辰贝西,黄志球.自动导航车(AGV) 发展综述.中国制造业信息化，2010,39（1）：53584 王勇.AGV适用性综述.物流科技,2008,(11):19235 Saadettin Erhan Kesen ，omer Faruk Baykoc. Simulation of automated guided vehicle (AGV) systems based on just-in-time (JIT) philosophy in a job-shop environment. Simulation Modelling Practice and Theory ,2007,(15): 2722846 Hamed Ghasemzadeh, Ehsan Behrangi,MohammadAbdollahiAzgomi.Conflict-free scheduling and routing of automated guided vehicles in mesh topologies.Robotics and Autonomous Systems ，2009 （57）：7387487 Che-Fu Hsueh. A simulation study of a bi-directional load-exchangeable automated guided vehicle system. Computers & Industrial Engineering ，2010，（58）：
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