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1、 分类号 学号 D200977121 学校代码 10487 密级 博士学位论文面向数字化工厂的工程机械装配车间物料供给系统规划与应用学位申请人： 王创剑学科专业 ： 工业工程指导教师 ： 管在林 教授答辩日期 ： 2014年 5月 16日 A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Engineering Research on Digital Factory-oriented Shop-floor Logistics
2、Planning for the Assembly Workshop Material Supply System of Engineering Machinery Ph.D.Candidate: Wang ChuangjianMajor: Industrial Engineering: Prof. Guan ZailinSupervisorHuazhong University of Science & Technology Wuhan 430074 ，P.R.China May ， 2014 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除
3、文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在_年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签
4、名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日 华中科技大学博士学位论文摘要制造企业在规划新生产线或对现有生产线进行调整升级时，往往面临着系统复杂庞大、细节繁琐而难以准确建模，规划方案反复变更导致大量重复工作等问题，采用对复杂系统进行简化处理的方式所得到的规划结果往往与实际情况存在较大的差异，难以真正适应生产实际。数字化工厂技术通过对整个生产过程进行仿真、评估和优化，能够实现工厂、车间和生产线以及产品设计到制造生产的转化过程，使生产制造过程在虚拟空间中得以检验，缩短从规划到生产的时间。物料供给系统是装配车间物流系统的重要组成部分，是其有效运作的关键。其规划作为数字化工厂技术应用的重要内容之一，涵盖
5、物料出入库、分拣、配送和线边库存等诸多环节复杂的建模分析内容。本文以工程机械制造企业的装配车间物料供给过程为研究对象，探讨了面向数字化工厂的物流系统仿真规划技术方法。论文对国内外数字化工厂技术和物流系统规划的研究和应用现状进行了综述，阐述了数字化工厂的概念、实施过程和关键技术，重点分析数字化工厂物流仿真在进行装配车间物料供给过程分析中的特点和困难；并提出了集成物料供给系统，并围绕集成物料供给系统综合建模仿真分析中的研究要点深入研究，具体包括：（1）针对装配车间的物料配送过程进行研究，通过充分考虑物料配送系统的关键要素，包括物料容器、线边物料库存等，建立了配送过程的仿真模型；针对有交通约束的车间
6、环境，提出了车辆动态联合调度方法，通过仿真优化试验和常用的调度策略对比，该动态调度方法更能适应复杂环境下车辆调度的需求；在仿真试验基础上，给出了物料配送系统的系统规划方案，和一般的规划方法试验对比表明，这种基于仿真的配送系统规划方法更适合实际规划需求。（2）提出集成物料供给系统综合运作控制框架，并针对装配车间的物料出库分拣和配送过程进行综合规划研究。通过对分拣环节多作业情况下路径优化问题，和对不确定物料需求情况下的物料配送问题建立综合仿真模型，给出了集成这两个环节的物流仿真规划方法。并在不同的综合控制模式下对该综合仿真模型进行试验分析，结果表明这种对集成物料供给系统进行的综合仿真规划方法，能够
7、更好的提升系统整体效率。（3）针对集成物料供给系统多个系统环节综合建模的特点以及仿真试验过程的需求，提出了多层次建模和多尺度仿真优化方法。这种方法为物流系统的模型描述和实际分析过程提供了可行的解决思路，并且能够大幅度减少物流系统模型仿真I 华中科技大学博士学位论文优化试验带来的计算量，使得系统仿真速度得到较大提升。对集成物料供给系统综合模型的仿真试验时长的对比表明，该方法能够提高基于仿真的物流系统规划的效率。作为研究结果的应用验证,针对某工程机械装配车间物流系统规划需求,论文最后对上述规划方法进行了应用,初步实现了提升企业规划水平的目标。并针对物料供给系统规划结果设计了相应的物流执行系统，进一
8、步提高了其物流系统自动化水平和运行效率。关键词：数字化工厂物料供给系统多尺度仿真物流仿真规划II 华中科技大学博士学位论文AbstractDesigning of new production lines or upgrade of the existing lines is a challengingproblem for the production enterprises due to complexity involved in the development ofaccurate modeling for new or existing systems. Furthermore, t
9、he results obtained from thesimplified models of these industries are not suitable to give accurate solutions of theirproblems. Recently, a new technology, called, digital factory technology is quite useful inindustry. It can integrate the designing processes of factory layout, workshop, productionl
10、ines and products using simulation, evaluation and optimization methods in it. Due to thisnew technology, the manufacturing process in the virtual space can be tested and it hasreduced lot of the time of planning and designing for the production systems.Materials supply system is one of the key func
11、tional systems of an assembly line. Thedesign of materials supply system in assembly lines includes materials storage, sorting ofmaterials according to its requirement, distribution of materials to desired assembly station,and many other aspects. It is a complex system and it is hard to model and an
12、alyze thewhole process analytically. However, materials supply system is an important part of thedigital factory technology and analysis of this system is significant. Literature indicatesdifferent characteristics and difficulties of analytical modeling of the engineeringmachinery plants and the mat
13、erials supply process in different industries. Furthermore,some research describes advantages of the simulation techniques and the application ofdigital factory, its implementation for analyzing materials supply process in the industries.Therefore, a logistics system design using a simulation method
14、 for the materials supplyprocess of a well reputed engineering machinery assembly plant is discussed in this paper.In the current research, an integrated control framework based on theory of constrain for acomprehensive simulation of materials supply system in an assembly shopfloor isproposed. Some of the significant features of the proposed comprehensive modeling andsimulation method for the studied materials supply system are illustrated below:(1) A simulation model for materials distribution system of an assembly shopfloor ispresented in the current research. The proposed model inc
