多设备系统的生产批量、质量控制与预知维护联合优化

针对由多台设备通过串、并混联构成的多阶段生产系统,对其生产批量、质量控制以及预知维护进行了联合建模与优化.系统中的各台设备随时间逐渐发生劣化,可靠性及产品加工质量随之降低.在每个生产批量结束时,对各设备进行状态检测并评估其在下个生产期内的可靠性.预知维护同时以设备的可靠性、结构重要度以及产能比为决策依据,以合理分配维护资源.在每个阶段设置质检台以实时检测各设备加工产品的质量,并根据质量反馈信息,对次品率超过控制阈值的设备进行预防性更换以改善性能提高产品质量.以批量生产周期、质量控制阈值以及预知维护参数为三维联合决策变量,建立了有限时域内的平均费用率模型.基于蒙特卡罗仿真和响应曲面法设计了优化算法,实现了对模型的快速近似求解.最后通过一个实例演示了本模型,并对结果作了相关统计学分析.     

基于强化学习的多成品率衰变设备预防维修策略

在生产制造过程中, 设备状态的衰变会影响产品质量, 导致成品率水平的逐渐下降. 本文研究此类具有多成品率水平的衰变设备预防维修问题. 建立隐马氏决策过程模型, 在成品率水平不可直接获知的情况下, 用产品质检信息作为系统观测状态进行维修决策. 模型考虑两类质检误差及收益和成本参数, 通过强化学习算法, 学习各观测状态下的最优维修行动. 针对不同的设备衰变模式和质检误差水平, 进行算例分析, 结果显示基于强化学习的预防维修策略与传统的固定周期的维修策略相比, 能够很大程度上提高系统的平均收益.     

基于Moran过程的制造商生产策略演化动态

考虑生产同质产品的Ⅳ个制造商生产策略的演化性态,每个制造商可选择利润最大化或者收入最大化两种生产策略.基于Moran过程的固定点概率,计算出在有限个制造商中,利润最大化生产策略和收入最大化生产策略成功入侵的概率,计算只有一个个体选择利润最大化或收入最大化生产策略时,单个制造商分别选择两种策略之一所得的期望收益,认为选择行为支持收益较大的策略入侵.在选择行为支持策略入侵与取代的意义下,分别得到利润最大化生产策略和收入最大化生产策略占优的条件.研究发现,制造商生产策略的选择取决于制造商的总体数量和其生产成本因子.若生产成本因子很小,则收入最大化策略是更合适的生存策略;若生产成本因子较小,在制造商数量少时,收入最大化生产策略占优;若生产成本因子较大,则制造商数量多时,利润最大化策略占优,制造商数量少时,收入最大化策略是占优策略.进一步通过数值例子发现,若制造商数量一定,在生产成本因子比较小时,收入最大化生产策略是占优策略,当生产成本因子比较大时,利润最大化生产策略是占优策略;若生产成本因子很大,则利润最大化策略是更合适的生存策略.     

Condition-based maintenance policy for gamma deteriorating systems

A condition-based maintenance model for gamma deteriorating system under continuous inspection is studied. This methodology uses a gamma distribution to model the material degradation, and the impact of imperfect maintenance actions on the system reliability is investigated. The state of a degrading system immediately after the imperfect maintenance action is assumed as a random variable and the maintenance time follows a geometric process. Furthermore, the explicit expressions for the long-run average cost...     

两阶段串联可修系统的统计过程控制与视情维修整合研究

针对两阶段串联可修系统,考虑随机偏移的情况,研究统计过程控制（SPC）与视情维修整合的问题. 首先,应用均值-残差联合控制图监控系统的质量状态,根据质量状态采取相应的维修策略,在此基础上,分析SPC与视情维修策略整合的可能场景,并根据全概率公式给出了每个场景发生的概率;其次,考虑人力成本、生产率以及停时损失,根据更新理论构建了SPC与视情维修整合的数学模型;然后,针对具体实例,将构建的模型与单独的维修策略模型和采用经验法则选取控制图的设计参数模型进行了比较分析,结果表明构建的模型在节约成本方面有着明显的优势;最后,运用部分析因设计对过程参数、时间参数和成本参数进行了敏感性分析.     

半导体设备预防性维护建模与优化方法研究

半导体生产线造价昂贵,制造工艺复杂.其维护具有维护费用高、维护难度大等特点.为了降低生产系统的整体维护成本,保证整个生产系统的稳定运行,本文通过伽马过程描述设备退化规律,对设备的衰退情况进行分类维护.针对随机退化的生产线提出考虑机会维护的预防性维护建模方法.以总维护费用最小化为目标,建立了维修费用模型,结合更新定理给出了模型求解的方法,对检测周期等参数进行优化分析.并分析了检测成本、间隔时间相互影响关系.仿真结果表明建立的预防性维护模型可行且有效.     

设备多状态、多类顾客制造系统的生产速率和库存分配联合决策

在生产制造系统中, 设备状态严重制约系统产能, 并增加生产过程的不确定性. 为应对不确定性对系统的影响, 对顾客进行细分, 实施差异化服务. 在顾客泊松达到、 缺货不补的假设下, 研究了设备多状态、多类顾客制造系统的生产和库存分配联合决策问题. 利用马尔科夫决策理论, 建立了系统在无限期期望折扣总成本准则和平均成本准则下的最优方程, 并证明了最优策略具有相似的结构性质. 最优生产速率策略是生产阈值水平随设备状态非增的阈值策略, 即当库存水平降至该阈值水平之下时, 以允许的最大生产速率生产, 否则不生产. 最优库存分配策略是分配阈值水平随设备状态非增的阈值策略. 另外, 缺货成本大的顾客具有较低的分配阈值.     

网络外部性条件下厂商产品创新与过程创新动态最优控制

讨论了一个生产单一产品的垄断企业在连续时间内进行产品创新(提高产品质量)与过程创新(降低边际生产成本)的最优控制问题，并建立了网络外部性条件下的动态控制模型，探讨系统的稳定均衡以及相关的投资策略问题。研究结论表明：系统存在唯一的鞍点均衡。当产品创新和过程创新投资变化率的符号相同(相反)时，两种投资具有互补性(替代性)。当网络外部性的固定强度减小时，企业的稳态产品创新与过程创新投资随着产品质量提升而增加，随着产品边际生产成本的降低而增加，且产品质量和边际生产成本在稳态状态附近变动时，产品创新和过程创新投资具有互补性。此外，社会福利最大化条件下的企业产品创新和过程创新投资均高于企业利润最大化条件下的相应投资；尽管社会福利最大化条件下的产品价格由企业决定，该情形下的产品价格依然高于企业利润最大化条件下的产品价格。     

基于随机系数增长模型的状态维修与EPQ联合优化

针对生产和维修计划共享生产设备的问题,建立了经济生产批量和设备状态监测维修的联合优化模型.运用随机系数增长模型描述设备的退化状态,每完成一个生产批量就对设备进行状态监测.监测到的设备状态由设备的实际状态和监测误差构成,当监测状态达到或超过预防性维修阈值时,需要对设备进行预防性维修并更新,当实际状态达到故障阈值时,设备故障停机,需对设备进行故障维修并更新.基于两种更新情况,建立了更新周期内的费用和周期长度模型,并进一步运用更新回报定理建立了单位时间期望费用模型,通过对模型进行优化,可得到预防性更新状态阈值和每个批量的生产时间两个决策变量的最优取值.最后,通过国内某钢厂轧钢设备的数据资料对模型进行了数值分析,分析结果和实际情况相符合.     

易逝品随机生产库存模型动态定价、服务水平和生产控制策略

本文研究需求受价格和服务水平双重影响下的易逝品随机生产库存模型,探讨考虑外部随机扰动对库存变动影响下易逝品企业的最优联合动态定价、服务和生产策略,并基于随机最优控制理论,运用Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程对最优策略进行了求解.研究表明:最优动态价格、服务水平和生产速率是库存水平的线性反馈形式;外部随机扰动的大小对易逝品生产企业所获得的折现利润总期望会产生不同影响,在整个经营周期内外界不确定因素越大,易逝品生产企业所获得的折现利润总期望越小;价格敏感系数和服务敏感系数会影响易逝品企业生产、服务、价格策略.     

Cost and Service-Level-Based Model for a Seru Production System Formation Problem with Uncertain Demand

With increasing demand diversification and short product lifecycles, industries now encounter challenges of demand uncertainty. The Japanese seru production system has received increased attention owing to its high efficiency and flexibility. In this paper, the problem of seru production system formation under uncertain demand is researched. A multi-objective optimization model for a seru production system formation problem is developed to minimize the cost and maximize the service level of the system. The purpose of this paper is to formulate a robust production system that can respond efficiently to the stochastic demand. Sample average approximation (SAA) is used to approximate the expected objective of the stochastic programming. The non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II) is improved to solve the multi-objective optimization model. Numerical experiments are conducted to test the tradeoff between cost and service level, and how the performance of the seru production system varies with the number of product types, mean and deviation of product volume, and skill-level-based cost.     

Optimal maintenance decisions for gamma deteriorating systems

An optimal replacement model for gamma deteriorating systems is studied.This methodology uses a gamma distribution to model the material degradation,and the impact of imperfect maintenance actions on the system reliability is investigated.The state of a degrading system immediately after the imperfect maintenance action is assumed as a random variable and the maintenance time follows a geometric process.A maintenance policy(N) is applied by which the system will be repaired whenever it experiences Nth preventive maintenance(PM),and an optimal policy(N) could be determined numerically or analytically for minimizing the long-run average cost per unit time.Finally,a numerical example is presented to demonstrate the use of this policy.     

企业内部供应链产量联合优化决策研究

首先分析了在具有原材料供应和最终产品加工两个部门的加工制造类企业中,产品在生产中的成本构成,在成本分析中,考虑了最终产品的随机需求所导致的计划变更而引起民的边示生产成本的变化,之后,在此基础上研究了内具有物流供南非关系的供应锭上各部门在合作条件下以企业总利润最在化为目标的产量联合优化决策模型。     

定制延迟模式的供应链协调

定制延迟模式综合发挥了延迟战略的低风险与传统模式的低成本的优势,所以在产品多样化趋势下是一种适宜的生产模式,对实施定制延迟模式的供应链进行建模分析,证明系统的利润是决策矢量的凹函数,从而确保了定制延迟模式较单一生产模式的最优性.为了在分散决策的系统中充分发挥出这种定制延迟模式的价值,文章以一个生产商和一个零售商组成的供应链为例,为其设计了有价格差异的双向风险补偿机制,经过对这种机制下生产商和零售商决策行为的讨论,得到了使分散系统实现协调的参数条件.进一步的分析还表明,这种有价格差异的双向风险补偿机制还可以灵活分配系统的利润,而且利润分配结果符合"风险越大,利润越高"的市场法则,所以生产商和零售商将在这种机制下实现双赢,发挥出组合策略的最大价值.     

不可修复产品的组合维修和备件供应策略

为了保证产品的技术状态,避免发生失效,部分不可修复产品会采取定期维护与视情更换的组合维修策略,其中备件供应直接影响产品的维修能力。针对该类产品,重点对其组合维修策略和备件供应策略进行了联合优化研究。首先,分析了定期维护条件下产品的性能变化特点,结合累积失效理论,利用复合泊松过程建立了该条件下产品的性能退化模型;其次,给出了组合维修与备件供应策略要求,并构建了产品维修和备件供应概率模型;再次,建立了以产品长期运行条件下费用率最低为目标的优化模型,对维护周期、预防性更换阈值、备件供应时刻等策略值进行了优化确定;最后,利用算例分析了费用率与策略值之间的关系,并说明了该策略的优点。     

基于性能退化的产品组合维修策略优化分析

为准确掌握产品性能退化规律,合理安排维护与视情修理组合的维修活动,根据维护条件下产品的性能退化过程,利用累积失效理论,分析产品的性能退化特点.建立基于复合泊松过程的产品性能退化模型,并对水泵转子的失效规律进行了拟合,验证了模型的有效性.建立了定期维护与视情修理组合的维修活动概率模型,给出了失效风险的解析表达式.以长期运行条件下产品费用率为目标,失效风险为约束,确定了组合维修策略优化模型.通过对平台惯性导航系统进行数值分析,优化结果能够有效地延长工作时间,实时控制失效概率,使产品具备较高的安全等级,避免失效带来的不利影响,降低了维修费用.     

利润最大化成本分摊方法研究

首先研究了企业利润与其产品的成本、间接固定成本及价格的关系．在此基础上建立了企业在采用成本定价法时，以获得最大利润为目标的间接固定成本分摊的优化模型，证明了成本分摊的利润性能函数是一个凹函数，由此给出了一种利润最大化的间接固定成本的优化分配方法     

随机需求下双产品混合生产的Markov决策过程研究

基于按订单生产(make to order,MTO)和按库存生产(make to stock,MTS)两种生产模式的产品,考虑可以忽略生产方式转变带来的安装费用及其它固定费用的情况,建立混合MTO/MTS模式下有限期的Markov决策过程(finite Markov decision process,FMDP)模型.比较研究随机需求下同一生产系统混合生产MTO和MTS产品时,MTO优先模式、MTS优先模式与基于FMDP模型的混合MTO/MTS模式(FMDP混合模式)的效率问题.结果表明,MTO订单量、MTS库存量和产品需求强度是影响FMDP混合模式决策的关键因素,而剩余决策期数、单位MTO订单延迟交货罚金和MTS处理成本则只会在短期内对生产决策产生影响;同时,当企业MTO订单量减少或者MTS产品需求强度降低时,FMDP混合模式比MTS优先模式更优;当MTS产品库存量降低或者MTO产品需求强度降低时,FMDP混合模式同样优于MTO优先模式.     

面向订单基于Agent的启发式产品组合生产计划研究

由于需求的不确定,很多企业在综合生产决策中渐渐采取面向定单的生产计划方式.当订单需求大于企业最大生产能力时,需要进行产品组合决策,以确定使利润最大的多产品混合生产的产量.本文针对一个面向订单生产的半离散制造型企业,结合Agent,建立了一个不依赖于特定成本和利润函数形式的基于作业流程和BOM结构的分布式生产决策模型,并给出了基于粒子群优化算法的启发式求解方法.该算法通过一维搜索调整粒子群"飞翔"的速度系数以解决寻优过程中粒子"飞出"可行域的问题,通过算例验证了求解算法的有效性.为将算法融合到所研究企业的ERP系统中,开发了试验性原型系统,并进行了模拟决策,结果表明所提出的模型和算法是可行的.     

基于数量柔性契约与Markov链的应急物资采购模型

突发灾害是以一定概率发生的随机事件,其状态总是不断发生转移,使政府已采购的应急物资在状态好转时易造成浪费,在状态持续恶化时难以满足突发需求,因此考虑突发灾害状态转移的应急物资采购策略对提升政府应急物资保障能力至关重要.本文将突发灾害状态转移过程视为一个有限次的齐次Markov链,构建了基于数量柔性契约的应急物资采购模型,分析了政企达成合作的条件与双方最优决策策略.采用数值计算与敏感性分析验证该模型的有效性,讨论了若干外生变量对政企最优决策策略与双方成本收益的影响,提出了重要的管理启示.结果表明,突发灾害状态转移情形下的应急物资采购模型既能提高政府应急物资保障能力,又可以保障企业合理收益与控制政府成本.