配料企業(yè)下料與調(diào)度協(xié)調(diào)優(yōu)化模型研究.pdf

1、傳統(tǒng)下料問題研究給定母材情況下，確定下料模式及下料模式切割次數(shù)以滿足子材需求。多數(shù)研究下料問題的文獻(xiàn)，其研究目標(biāo)主要為成本最小化，成本最小化主要有廢料最小化、生產(chǎn)成本最小化、最小化下料模式數(shù)、母材總長度最小化以及最小化剩余產(chǎn)品等。也有一些文獻(xiàn)的研究目標(biāo)為盈利最大化。下料問題不僅在工業(yè)生產(chǎn)過程有著廣泛地應(yīng)用，而且也是運(yùn)籌學(xué)、工業(yè)工程等學(xué)科研究的熱點(diǎn)問題之一。實(shí)際下料過程中，下料活動(dòng)只是企業(yè)經(jīng)營過程的環(huán)節(jié)之一，企業(yè)不僅要考慮母材與子材邏輯結(jié)

2、構(gòu)關(guān)系，還要考慮生產(chǎn)過程其它方面的約束，如下料設(shè)備刀具約束、子材存放料箱約束、子材到期時(shí)間等。企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營優(yōu)化要從全局角度出發(fā)，不僅注重企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程的優(yōu)化，同時(shí)也要分析外部環(huán)境對企業(yè)影響與制約。特別是供應(yīng)鏈環(huán)境下，及時(shí)提供客戶滿意的產(chǎn)品與服務(wù)，對提高企業(yè)的核心競爭力更為重要。
　　 本文較為詳細(xì)地研究能力受限多周期標(biāo)準(zhǔn)一維下料問題?；诙嘀芷跇?biāo)準(zhǔn)一維下料問題，研究供應(yīng)鏈環(huán)境下母材采購與下料協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，下料與子材運(yùn)輸協(xié)調(diào)優(yōu)

3、化問題。對于下料與調(diào)度協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，重點(diǎn)研究料箱數(shù)受限的下料與調(diào)度協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，有公共交貨期的下料與調(diào)度協(xié)調(diào)優(yōu)化問題。
　　 本文主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)在多周期標(biāo)準(zhǔn)一維下料優(yōu)化模型研究方面:加工子材的品種和數(shù)量越多，母材利用率就越高，降低母材使用成本，但下料模式的作業(yè)準(zhǔn)備費(fèi)用和時(shí)間消耗以及子材的庫存費(fèi)用卻也隨之增加。為此，本文考慮下料能力有限制、母材下料時(shí)間及下料模式作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間等因素，研究母材下料、

4、下料作業(yè)準(zhǔn)備、子材庫存三者之間協(xié)調(diào)優(yōu)化問題。建立多目標(biāo)非線性整數(shù)規(guī)劃模型，目標(biāo)是母材使用費(fèi)用、下料作業(yè)準(zhǔn)備費(fèi)用和子材庫存費(fèi)用綜合指標(biāo)最小。采用拉格朗日松弛技術(shù)將模型轉(zhuǎn)化為無能力約束的多周期標(biāo)準(zhǔn)一維下料模型;然后綜合使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃和列生成法求解無能力約束的多周期一維下料問題;基于次梯度方法求解能力受限的離散多周期一維下料問題:最后利用啟發(fā)式算法處理與下料能力約束有沖突的解。
　　 (2)在采購與下料協(xié)調(diào)優(yōu)化模型研究方面:首先，研究考

5、慮母材訂購成本的單周期母材采購與下料協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，多規(guī)格母材組合下料，增加母材平均長度與子材平均長度的比率，提高母材的利用率降低廢料?？紤]有許多供應(yīng)商供應(yīng)不同規(guī)格的母材，每家供應(yīng)商的采購價(jià)格和母材購買價(jià)格不同。建立多產(chǎn)品多供應(yīng)商采購與多母材一維下料協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，目標(biāo)函數(shù)最小化母材使用費(fèi)用、母材采購費(fèi)用及作業(yè)準(zhǔn)備費(fèi)用總和。模型不僅研究基于母材分類的下料問題，而且研究多產(chǎn)品多供應(yīng)商選擇問題，模型彌補(bǔ)母材分類問題的研究缺陷。用拉格朗日松弛技術(shù)

6、對模型進(jìn)行分解，基于分支定界和列生成法構(gòu)造啟發(fā)式算法用于求解問題。給出具體求解步驟。數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明多規(guī)格母材下料優(yōu)于單規(guī)格母材下料。其次，研究多周期母材采購與下料聯(lián)合優(yōu)化模型研究，建立多目標(biāo)非線性整數(shù)規(guī)劃模型，模型同時(shí)考慮母材使用費(fèi)用、子材庫存費(fèi)用、母材運(yùn)輸費(fèi)用、母材訂購費(fèi)用及母材庫存費(fèi)用。用拉格朗日松弛技術(shù)將原問題分解為多周期多母材一維下料及多周期采購與供應(yīng)商選擇兩個(gè)子問題。對于多周期多母材一維下料問題，限制母材最大規(guī)格數(shù)，考慮更換母材

7、產(chǎn)生的作業(yè)準(zhǔn)備費(fèi)用，忽略同一規(guī)格母材下料模式作業(yè)準(zhǔn)備費(fèi)用，每個(gè)生產(chǎn)周期下料能力沒有限制。對于多周期多產(chǎn)品采購與供應(yīng)商選擇問題，目標(biāo)最小化母材訂購費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用和庫存費(fèi)用。基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃和分支定界設(shè)計(jì)啟發(fā)式算法求解該問題。最后，用次梯度算法計(jì)算出原問題最優(yōu)解，給出具體求解步驟。
　　 (3)在下料與調(diào)度協(xié)調(diào)優(yōu)化模型研究方面:首先，研究給定料箱數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)一維下料與下料模式排序聯(lián)合優(yōu)化問題。基于下料模式中子材品種數(shù)受限，任一下料模式中的子

8、材品種數(shù)不大于料箱數(shù)，研究下料模式的生成問題。建立新型下料與模式排序協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，目標(biāo)函數(shù)最小化母材使用費(fèi)用及子材下料流程。其次，研究子材有公共交貨期的一維下料與調(diào)度聯(lián)合優(yōu)化問題，基于子材延期交貨懲罰權(quán)重，構(gòu)造下料模式，建立非線性混合整數(shù)規(guī)劃模型，目標(biāo)函數(shù)最小化母材使用費(fèi)用、子材拖后懲罰費(fèi)用和。不同于傳統(tǒng)下料模式生成方式，上述二個(gè)問題強(qiáng)調(diào)下料模式中的不同子材組合有著特殊的要求，應(yīng)結(jié)合具體問題構(gòu)造下料模式，采用兩階段算法求解模型，給出計(jì)算

9、步驟。
　　 (4)在下料與運(yùn)輸協(xié)調(diào)優(yōu)化模型研究方面:首先，研究單周期標(biāo)準(zhǔn)一維下料與運(yùn)輸聯(lián)合優(yōu)化問題。在標(biāo)準(zhǔn)一維下料問題基礎(chǔ)上，依據(jù)下料模式數(shù)動(dòng)態(tài)將子材運(yùn)輸分為多個(gè)階段，研究了母材下料、子材庫存與運(yùn)輸聯(lián)合優(yōu)化問題。不僅考慮母材使用費(fèi)用及下料模式排序問題，而且考慮子材庫存與運(yùn)輸問題。建立多目標(biāo)非線性整數(shù)規(guī)劃模型，最小化母材使用費(fèi)用、子材庫存費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用總和。其次，研究多周期多母材一維下料與運(yùn)輸聯(lián)合優(yōu)化問題。建立多目標(biāo)非線性整數(shù)規(guī)

10、劃模型，目標(biāo)函數(shù)由6部分組成，即母材使用費(fèi)用、作業(yè)準(zhǔn)備費(fèi)用、子材庫存費(fèi)用、車輛運(yùn)輸費(fèi)用、固定運(yùn)輸費(fèi)用、客戶端產(chǎn)品庫存費(fèi)用，優(yōu)化目標(biāo)是最小化各項(xiàng)費(fèi)用總和。采用拉格朗日松弛技術(shù)將原問題分解為多周期多母材一維下料及庫存與運(yùn)輸兩個(gè)子問題。對于多周期多母材一維下料問題，考慮了R個(gè)不同規(guī)格母材下料產(chǎn)生的作業(yè)準(zhǔn)備費(fèi)用，忽略同一規(guī)格母材，不同下料模式產(chǎn)生的作業(yè)準(zhǔn)備費(fèi)用，將多周期多母材一維下料問題分解為R個(gè)多周期標(biāo)準(zhǔn)一維下料問題?；趧?dòng)態(tài)規(guī)劃和列生成法構(gòu)