基于约束理论的PC构件生产调度优化研究

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随着粗放式发展伴生的环境问题日益凸显,“绿色可持续”成为主旋律,许多行业由此转型升级。建筑工业化成为传统建筑行业实现转型升级的重要途径。其中,PC构件作为装配式建筑的基本构成,极大地影响着建筑质量、工期、建造成本等,但由于我国装配式建筑起步较晚,目前PC构件的生产调度过程依然存在许多问题,如生产计划不合理、订单利润少、效率低、标准化程度低且对不确定性事件的抗风险能力不足等,极大地影响了PC构件供给水平、阻碍着建筑工业化的进程。由此,本文对PC构件生产调度的优化展开研究,通过文献梳理发现目前对于PC构件生产调度的研究集中于工艺技术、复杂问题求解、算法优化等方面,优化目标多为生产时间、生产成本等,而生产中不确定性事件的预控方式以及利润目标优化研究相对较少。因此,本文引入在制造业中应用成熟、以盈利性、预控性、可持续性优化为特色的约束理论进行PC构件生产调度优化的研究。从PC构件生产的订单情况、工艺流程、资源约束出发,建立利润最大化、及时交付、降低不确定性事件危害、节省工时的优化目标。首先,基于约束理论、计划制定逻辑顺序和不同调度阶段优化目标不同的现状,对PC构件的生产调度问题进行分阶段设计并建立分阶段调度算法模型。前期,以瓶颈分析为基础,引入产销数据根实际订单需求从静态的系统资源约束角度建立整数规划方程,并介绍分支定界法和灵敏度分析思想简化运算难度,通过LINGO18.0求解以识别约束环节并获得相应的生产计划;中期,以约束理论DBR法为基础对约束缓冲与物料投放建立拉式生产机制,对不确定性事件进行定义和估计后,计算并设置缓冲区以降低其风险、保障瓶颈资源充分利用,并且通过对工时优先级和重要性优先级计算确定产品生产的优先顺序以控制物料投放顺序,尊重约束环节生产意愿且提高订单完成效率;后期,以约束理论关键链视角和三点估计法重新核算工时后,再以启发式B-T调度规则减少缓冲区等待时间,提升生产效率。对生产调度问题的拆分、建立、求解更符合生产实际且易于操作,具有较强有效性、可行性、适用性。接着,本文以某PC构件生产企业为例实证分析,在调研基础上对订单情况、工艺流程、资源约束进行细致梳理。通过3项标准层订单获得生产数据,并带入分阶段生产调度模型算法中。优化后,在原3项标准层订单177.372m3产量的情况下将额外为企业带来5708.76元利润(6.8%)、12.064m3产量(6.8%)并确定设置1模台(对应1.17min的时间缓冲)的库存缓冲以防止约束环节的前置环节出现不确定性事件导致整个PC成型线生产停滞,且在出现初凝时间误差较大情况下通过B-T调度规则为每模台的生产节省30min等待工时,最后以五步骤法向生产管理者反馈当前的系统约束,提供解除当前约束以及可持续改善PC构件生产线的方向。整体而言,提升了生产效率、利润、缩短了工时并且设置的缓冲将极大降低不确定性事件风险。本文研究成果能够为PC构件生产企业的管理者提供一项基于订单的分阶段生产调度优化思路,以及一套可持续提高系统生产能力的管理方式。管理者通过对系统约束的识别和充分利用,能够最大化系统生产效率和有效产出。同时,本文使用的约束理论及其研究方法也能够为后续PC构件生产调度研究提供一定的理论借鉴。
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