高度个性化定制需求下,定制化生产的组织方式正由面向工艺的机群式,逐步向由多个含机器人的柔性制造单元所组成的生产车间演变。同时,因以自动导向小车(Automatic Guided Vehicle,AGV)所组成的物料储运系统具有柔性高、可扩展性和机动性强的特点。具有AGV储运系统的生产车间成为离散型定制化智能车间的典型结构之一。因此,在随机到达的定制需求下,如何将这种单元流水式生产组织方式与AGV物料储运系统有效结合,极大限度地降低车间物流强度在时间和空间上的不均衡分布,提高车间的物料运输和生产效率,是当前生产车间布局规划所面临的难题。本研究针对采用这类布局方式的生产车间,以保证AGV的有效运输效率为目的,研究具有柔性的一般结构导向路径网络的设计方法;在此基础上,考虑AGV导向路径网络是车间布局面积的重要组成部分,研究导向路径网络设计与车间布局的集成规划方法;以柔性制造单元系统性能指标为目标,研究柔性制造单元的设备布局方法。本课题拓宽了排队网建模与分析理论、有向图连通性增广理论的适用范围。为随机需求波动较大的生产车间布局提供可行的理论,为定制型离散制造企业的智能化升级改造提供科学的决策方法和分析依据。(1)针对具有一般结构的AGV导向路径网络,为保证AGV的有效运输效率,提出一种k弧导向路径网络设计方法。依据k弧强连通性和导向路径网络路径长度约束,建立该导向路径网络的混合整数规划模型。改进Frank弧强连通性增广算法,确定该类网络的最小长度。在此基础上,基于图定向和图的连通性保持等性质,设计初始解和邻域动作等,提出改进的变邻域搜索算法,求解最优的k路(弧)强导向路径网络设计方案。通过已有的基准案例验证改进变邻域算法的有效性;并以k=2为例,求解基准案例的2路强导向路径设计方案。为进一步分析2弧路导向路径网络的特点,从导向路径网络的运输距离、导向路径负荷强度分布、导向路径最大负荷强度、以及网络的拓扑结构指标等几个方面,对比分析案例的2弧强和强连通导向路径网络的优劣性。为一般结构的AGV导向路径网络提供一种新的设计思路。(2)针对含有一般结构导向路径网络的AGV储运系统车间的集成布局规划问题,考虑导向路网络布局面积对车间布局的影响,提出一种导向路径网络和车间设施的集成规划方法。在车间布局未定的情况下,给出一种AGV导向路径网络的设计规则,据此建立集成规划问题的混合整数规划模型。设计一种可传递约束图以描述单元间的相对位置关系,通过图的矩形对偶理论,构建相应的布局结构图;在此基础上设计满足连通性需求的导向路径网络,构建单元与单元、单元和导向路径之间互不重叠约束,得到一个可行的集成布局方案。提出一种基于可传递约束图的启发式求解方法,以求解最优集成设计方案。最后,通过已有的基准案例验证可传递约束图的有效性;分析了物流通道面积对车间布局的影响;并针对基准案例求解最优集成布局方案,对比不同类型导向路径网络对应的车间布局面积的影响。为布局阶段预估车间布局面积提供理论依据。(3)针对柔性制造单元的布局问题,以最优化单元的系统性能指标为目标,考虑随机不确定性和有限缓存区容量及搬运机器人的有限运输能力对系统性能指标的影响,提出一种基于有限缓存开排队网的柔性单元布局方法。由于单元的系统性能指标无法采用设备位置信息决策变量的封闭形式表达;所以建立柔性制造单元的有限开排队网模型。考虑有限缓存区容量使得排队网不具有乘积形式解,所以基于广义扩展法近似求解系统性能指标。采用自适应大邻域搜索算法,降低搜索过程陷入局部最优的概率,求解最优的单元布局方案。设计三种规模案例,分别以产出率和生产周期为目标,求解不同类型搬运路径网络结构和生产工艺路线网络结构下的最优布局;对比分析柔性制造单元中不同搬运路径网络结构的优劣性。