物联制造系统中考虑云资源的“生产-物流”两级联动控制方法

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现代市场经济的发展,使得客户与制造企业的供需关系变得更加动态和短暂。物联制造系统作为智能制造过程的重要支撑系统之一,制造企业对其管控生产过程客户动态需求的能力提出更高的要求。生产物流作为生产过程不可缺少的一部分,占据着生产过程95%的时间,学术界、政府和企业界对它的关注日益提升。高效的“生产-物流”联动(Production Logistics Synchronization, PLS)运作是物联制造系统响应客户动态需求的关键。纵观现有的关于生产及生产物流的研究发现,大多数研究只考虑动态生产环境下单独的生产或生产物流决策与控制问题,但现实客户动态需求会同时影响生产和生产物流(即“生产-物流”)的相关环节,不仅生产环节的决策要考虑生产物流相关环节的决策,而且也要考虑客户动态需求引发局部资源短缺对生产物流的影响。鉴于此,本文针对客户动态需求对生产物流运作的影响,在物联制造系统中引入云资源的作用,研究客户动态需求下考虑云资源的“生产-物流”两级联动控制方法。首先,以生产环节和生产物流的仓储环节作为研究对象,阐述了客户动态需求给生产和仓储运作带来的问题,分析了客户动态需求下实现“生产-物流”联动的难点;其次,针对客户动态需求引发的资源局部短缺问题,建立了云资源支撑下的生产物流系统信息架构,在此基础之上将云资源引入“生产-物流”联动控制过程中,定性的提出了考虑云资源的两级“生产-物流”联动控制机制,定量的给出了基于协同优化(Collaborative Optimization, CO)的“生产-物流”联动优化方法;然后,在仓储借助云资源平台可扩充货道资源的条件下,针对“生产-物流”联动涉及生产规划问题和仓储规划问题,利用CO方法建立了系统级模型、生产子系统规划模型和仓储子系统规划模型,并提出了一种改进遗传算法用于求解生产规划模型和一种启发式算法用于求解仓储规划模型;接着,为了验证本文所提的“生产-物流”两级联动方法的有效性,本文以所合作的大型涂料企业作为实例,采用Matlab R2013a软件进行编程仿真,针对不同时刻发生不同强度的客户动态需求,对比分析了联动和未联动的效果,结果表明“生产-物流”联动方法的优越性;最后,根据本文提出的云物联生产物流系统信息架构,开发了一种基于物联网的“生产-物流”联动信息管理系统,并展现了该系统的功能和操作流程。研究表明,引入云资源可以降低客户动态需求导致生产物流运作的成本,通过“生产-物流”两级联动控制方法,能够有效的控制生产物流运作多环节之间的决策不协调问题,以及多阶段的决策与执行不匹配问题。
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