等待时间有限的串行生产系统的缓冲区优化
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第 33卷 第 2期 控 制 与 决 策 Vol.33 No.2
2018年 2月 Control and Decision Feb. 2018
文章编号: 1001-0920(2018)02-0345-06 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2016.1489
等待时间有限的串行生产系统的缓冲区优化
李 蕊
1
, 赵 宁
2†
, 刘文奇
3
(昆明理工大学 理学院，昆明 650500)
摘 要: 对于等待时间有限的串行生产系统, 由于上下游设备会发生随机故障, 若两个连续设备之间的缓冲区过
大, 则会产生较大的返工成本, 缓冲区过小则会产生较大的产能损失成本. 在保证产品质量的前提下, 为了有效地
降低系统运作成本, 提出等待时间有限的串行生产系统的缓冲区优化模型. 基于工件排队等待时间有限制这一生
产线特点, 分别分析预防性维护成本、返工成本和产能损失成本, 以单位时间总成本最小为优化目标, 建立一个成
本函数的分析模型, 得到最优缓冲区阈值. 最后通过数值计算结果表明, 利用成本函数的分析模型能够确定最优
缓冲区阈值,从而有效降低运行成本.
关键词: 串行生产系统；等待时间限制；缓冲区
中图分类号: O226 文献标志码: A
Optimization of buffer for series production systems with waiting time
constraints
LI Rui
1
, ZHAO Ning
2†
, LIU Wen-qi
3
(College of Science，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500, China)
Abstract: For the series production system with waiting time constraints, breakdowns occur stochastically at the upward
and downward stations. The big buffer size can cause high rework cost, and the small buffer size can cause high shortage
cost. To ensure the quality of products and to reduce the operation cost effectively, an optimization model is proposed.
Firstly, based on the characteristic of waiting time constraints, the preventive maintenance cost, rework cost and shortage
cost are analyzed. Then, a model is established with an objective to minimize the total cost per unit time. The optimal
buffer size is derived. Finally, the result of neumerical computation shows that, the optimal buffer size can be determined
by using the proposed model, which can reduce the operating cost effectively.
Keywords: series production system；waiting time constraint；buffer
0 引
在现代制造业中, 生产系统一般为串行生产系
统, 为了保障设备连续运行, 两个连续的设备之间通
常设有缓冲区. 一般地, 工件在缓冲区有一个等待时
间的限制, 如果工件在缓冲区的等待时间超过此限
制, 则会失效, 需返回到第 1 个设备重新进行加工, 这
将造成返工成本. 为减少此成本, 工件在缓冲区的等
待时间应尽量小于等待时间的限制. 另外, 设备在生
产产品的过程中可能发生故障,为了提高设备的可靠
性,需要对设备进行相应的维护和维修. 多年来,许多
学者针对串行生产系统进行了深入而广泛的研究.
在串行生产系统的预防性维护方面, Dimitrakos
等
[1]
研究 了具 有有 限 缓 冲 区 的 串 行 生产 系统, 在
上游设 备进行预 防性维 护 的情况 下, 利 用马尔 科
夫决策过程, 找到最优维护策略. Pavitsons 等
[2]
针对
下游设备进行预防性维护, 得到了最优维护策略.
Karamatsoukis 等
[3]
研究了上、下游设备均进行预防
性维护的最优策略. Dehayem等
[4]
运用动态规划方法
得到了退化生产系统关于维修和预防性维护的最优
联合策略. 甘婕等
[5]
针对设备状态可检测的系统建
立了单机调度与维护决策集成模型, 得到了最优维护
策略. 周炳海等
[6]
以维护时刻点作为随机变量, 建立
了期望成本模型, 得到最优维护时刻. Cheng 等
[7]
研
究了上游设备进行预防性维护的情况, 建立了设备
维护与缓冲区阈值的联合优化模型, 得到了最优策
略. Gan 等
[8]
研究了生产系统的预防性维护、维修和
收稿日期: 2016-11-23；修回日期: 2017-06-07.
基金项目: 国家自然科学基金项目(71501086).
作者简介: 李蕊 (1993−), 女, 硕士, 从事排队论与网络优化的研究；刘文奇 (1965−), 男, 教授, 从事数据质量控制、
决策分析等研究.
†
通讯作者. E-mail: zhaoning@kmust.edu.cn
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