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首页两阶段时间延迟下多产品生产系统联合优化策略
本文主要探讨了多产品生产部件串联生产系统的生产和维修问题,并提出了一种创新的解决方案——基于二阶段时间延迟的联合优化模型。在研究中,作者首先依据生产周期分段理论,将生产周期划分为多个相等的时间段,使得生产活动和维修活动共享这些时间段。在每个时间段结束之后,进行一次预防性维修,以确保系统的稳定运行。 该模型充分考虑了生产过程中的实际因素,如生产时间、可用生产时间以及维修所需时间。生产计划部分,除了常规的生产成本外,还涵盖了库存成本、因延期交付导致的额外成本以及维修停机后的设备启动成本,这些成本对整体效率和利润有着重要影响。而维修计划则着重于缺陷和故障的维修费用、维修检查费用,以及在设备非正常运行状态下可能导致的不合格产品损失,这些都是衡量维修策略有效性的关键指标。 在模型建立过程中,作者运用数学方法,构建了生产计划与维修计划之间的综合成本模型,旨在寻找在约束条件下,达到最小总成本的最优决策。通过具体的算例分析,作者计算了最适宜的预防维修周期以及各时间段内各产品的理想产量,以此验证模型的有效性和实用性。 研究背景上,该工作得到了国家自然科学基金和上海市自然科学基金的共同资助,体现了学术界对多产品生产系统维护优化问题的关注。作者团队包括四位研究人员,他们分别在维护调度、人工智能和生产调度等领域有深厚的研究基础和实践经验。 本文的主要贡献在于提供了一种实用的策略,帮助管理者在多产品生产部件串联系统中平衡生产和维修,通过二阶段时间延迟优化模型来降低成本、提高效率,对于制造业的实际运营具有重要的指导意义。同时,这也是对生产与维修管理理论的拓展和完善,为未来相关领域的研究提供了新的研究视角和方法。
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收稿日期:20191126;修回日期:20200117 基金项目:国家自然科学基金资助项目(71632008,71840003):上海市自然科学基金资
助项目(19ZR1435600)
作者简介:刘勤明(1984),男(通信作者),山东日照人,副教授,博士,主要研究方向为维护调度、人工智能等(lqm0531@163.com);位晶晶
(1994),女,河南永城人,硕士研究生,主要研究方向为设备维护;刘文溢(1997),男,四川巴中人,硕士研究生,主要研究方向为维护调度;叶春明
(1964),男,安徽宣城人,教授,博导,博士,主要研究方向为生产调度.
基于二阶段时间延迟的多产品生产
系统生产与维修联合优化研究
刘勤明
,位晶晶,刘文溢,叶春明
(上海理工大学 管理学院,上海 200093)
摘 要:针对多产品生产部件串联系统的生产和维修问题进行了研究,提出了基于二阶段时间延迟的联合优化
模型。首先,基于生产周期分段理论,将整个周期等分成若干单位时间段,生产与维修共用每段时间,且若干时
间段后采取一次预防维修。其次,考虑生产系统的实际生产时间、可用生产时间和维修耗费时间,建立了生产计
划与维修计划总成本模型。其中,维修计划考虑缺陷和故障维修费用、维修检查费用,以及非正常状态下设备运
行可能产生的不合格产品损失费用;生产计划考虑生产成本、库存成本、延期未交货成本和维修停机后恢复生产的
设备启动成本。最后,通过算例分析,计算最优预防维修周期和各单位时间段各产品产量,验证了模型的有效性。
关键词:维修计划;生产计划;二阶段时间延迟模型;多产品;生产部件串联生产系统
中图分类号:TB472;F273.4 文献标志码:A 文章编号:10013695(2021)01037018406
doi:10.19734/j.issn.10013695.2019.11.0635
Jointoptimizationonproductionandpreventivemaintenanceplanningfor
multiproductproductionsystembasedontwostagetimedelaymodel
LiuQinming
,WeiJingjing,LiuWenyi,YeChunming
(BusinessSchool,UniversityofShanghaiforScience&Technology,Shanghai200093,China)
Abstract:Thispaperdevelopedajointoptimizationmodelbasedontwostagetimedelaymodeltosolvetheproductionand
maintenanceproblemsofmultiproductproductioncomponentsseriesproductionsystem.First,byusingtheproductioncycle
segmentationtheory,thewholecycledividedintoseveralunittimeperiods.Productionactivitiesandmaintenanceactivities
sharedeachperiod
,andtheproductionsystemcarriedoutpreventivemaintenanceafteranumberoftimeperiods.Second,based
ontheconstraintsbetweenactualproductiontimeandavailableproductiontime,thispaperestablishedtheminimumtotalcost
model.Themaintenanceconsideredthecostofdefectandfailuremaintenance,costofmaintenanceandinspection,andthecost
oflossofunqualifiedproductsthatmightarisefromtheoperationofequipmentunderabnormalconditions.Productiontookinto
accountproductioncosts,inventorycosts,delayednondeliverycostsandequipmentstartupcoststorestoreproductionafter
maintenanceshutdown.Finally,byanexample,itcalculatedtheoptimalpreventivemaintenancecycleandtheoutputofeach
productineachunittimeperiodtoverifythevalidityoftheproposedmodel.
Keywords:maintenanceplanning; productionplanning; twostagetimedelaymodel; multiproduct; seriesproduction
systemofproductionparts
企业实际生产过程中,生产计划和维修计划虽然是企业运
营管理中彼此分开的两个领域,但是由于它们都共用企业设备
资源,所以它们是相互影响、相互制约的两个问题。生产必然
带来设备的消耗,当生产投入越多时,设备受到的损耗就越大,
设备出现故障的次数会更频繁,导致企业在维修活动上投入的
成本增加;而维修必然导致设备一定程度的停工,影响下游生
产线的正常运作,造成停机损失。
从
20世纪 80年代开始,人们最早考虑到需要将维修计划
加入到企业生产计划中。学者们普遍意识到传统的经济生产
批量模型太过于片面,仅考虑了库存驱动的生产模式下需要补
充多少产品以达到满足安全库存的要求。Porteus
[1]
于 1986年
率先探索了这一研究领域,他认为在传统的经济生产批量问题
中,没有考虑到设备自身状态的转变,而是一直假设设备处于
完美状态。之后,
Lee等人
[2]
利用 Porteus的研究思路,加入不
合格产品返工费用和已售不合格品的保修费用,得出新的模
型。Berg等人
[3]
在随后的研究中给出假设:产品的需求不是
一成不变的,而是离散型分布的随机过程。
Dolgui等人
[4]
加入
了对不合格产品带来的损失这一因素,同时建立时间模型和费
用模型进行决策。文献[
5,6]也考虑维修中断的情况,进行了
相似研究。文献[
7,8]将生产周期内各产品产量和预防维修
检查周期作为双目标参数,使用整数线性规划法,建立了两者
的函数关系
[7,8]
。Assid等人
[9]
将基于状态监测的维修策略整
合到生产计划中,考虑设备的健康状态和剩余寿命,无论设备
健康与否,均采取停机维修的措施。
考虑到现实生活中并非所有预防维修活动都是周期性活
动,
Bouslah等人
[10]
研究了考虑产品质量的单一串联生产系统
的整合优化问题。Alimian等人
[11]
又将理论应用于串并联混
合设备的生产系统中。文献[12,13]提出非周期性预防维修
策略。文献[14~17]也进行了这一领域的相关研究。例如,
郝虹斐等人
[14]
提出了非完美维修情境下复杂装备的预防性维
第 38卷第 1期
2021年 1月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol38No1
Jan.2021
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