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江苏科技大学

硕士学位论文

基于约束理论的生产作业计划与控制仿真研究

姓名：刘欣

申请学位级别：硕士

专业：管理科学与工程

指导教师：韩文民

20080301
大摘要

基于约束理论的生产作业计划与控制仿真研究
大摘要

企业的生产活动通常是依据生产计划进行的，而生产作业计划是企业生产计划的
继续和具体化，是贯彻实施生产计划，为组织企业日常生产活动而编制的执行性计划。
建立符合我国企业实际情况的生产作业计划与控制系统是我国企业现代化改革过程中
的主要任务之一。针对目前我国中小型企业较多、主流生产方式表现为多品种及中小
批量生产的现状，建立能够适应这种现状的生产作业计划与控制系统无疑能够促进我
国企业加快发展，在激烈的市场竞争中得以生存和发展。约束理论(theoryofconstraints,
TOC)为生产作业计划与控制提供了一种较好的解决思路。但由于TOC是专利软件产
品，其具体的运作过程是保密的，因此人们难以对其进行全面的了解并运用到企业的
生产实践中去。本文将约束理论应用于制造企业生产过程，针对企业在制定生产作业
计划及生产控制过程中的核心问题，从生产线中瓶颈机器的识别、生产线中缓冲位置
及大小的确定、生产线中加工批量和转移批量的确定、瓶颈条件下的生产控制技术等
四个主要方面提出了新的解决方法。在建模与仿真的基础上提出了基于约束理论的生
产计划与控制仿真方法，以使其能适用我国广大制造企业发展的需要。
本文第1章主要包括以下几个方面的内容：对国内外生产作业计划与控制方法的
研究方向和研究动态作了全面的介绍；对仿真技术的发展现状进行了回顾和总结；引
用已有的研究成果来说明约束理论和仿真方法更适合于解决当前环境下的生产和库存
控制问题；论述了本文研究的背景，指出了本文的研究目的及意义；对本文的研究内
容进行了总结，并列出了论文的框架结构。
本文第2章讨论了约束理论及其在生产作业计划与控制中的应用原理，主要包括：
论述了现有的生产作业计划与控制方法，在对它们进行分析的基础上，根据它们所存
在的不足探讨了基于约束理论生产作业计划与控制的原理以及实施步骤。
本文第3章讨论了基于约束理论的生产作业计划与控制的关键问题，内容可分为四
个方面：首先分析了现有的确定瓶颈资源的方法；对零部件加工和装配生产安排的基
本问题进行了描述，在此基础上研究了根据产品结构、零部件加工路线、工时定额等
信息得到计划期内工作中心的负荷率的算法，并据此识别制造系统瓶颈；另外根据构
建生产网络识别瓶颈的方法，对现有方法进行了改善。其次分析了现有的确定缓冲大
小的方法，提出了新的缓冲设定和控制方法。随后利用启发式算法禁忌搜索的方法
（TabuSearch）结合约束理论的DBR（DrumBufferRope）的生产作业计划与控制方
法，针对企业的瓶颈资源Drum进行生产作业计划的排程，生成了一个优化的生产排程
计划。最后改进了一种瓶颈资源的加工批量模型，并给出了改进批量模型的求解方法。
本文第4章讨论了基于约束理论的生产作业计划与控制仿真方法：在研究约束理

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大摘要

论、建模与仿真的基础上，提出了基于离散事件系统建模与仿真的改进的DBR生产作
业计划与控制方法。该方法首先收集生产系统的数据，如任务数据、流程数据和能力
数据；然后用离散事件系统建模与仿真Witness软件来建立系统模型；随后通过仿真
运行来确定系统的瓶颈资源；在确定了系统瓶颈的基础上通过仿真来确定和优化DBR
的参数；最后根据得到的参数实施DBR生产作业计划与控制。
本文第5章则讨论了基于约束理论的生产作业计划与控制仿真方法在某装配企业
中应用：在研究了基于约束理论的生产作业计划与控制仿真方法的基础上，介绍了某
柴油机制造厂的企业基本情况，并分析了该企业生产作业计划与控制的现状和存在的
问题，通过收集生产系统的数据，如任务数据、流程数据和能力数据，采用本文提出
的基于约束理论的生产作业计划与控制仿真方法，用Witness软件来建立系统模型，
然后仿真运行来确定系统的瓶颈；在确定了系统瓶颈的基础上通过仿真来确定和优化
DBR的参数；最后根据得到的参数实施DBR生产作业计划与控制，结果显示改方法能
有效地克服了原有方法的缺点，提高了系统的产出、降低在制品库存，从而证明了该
方法的可行性。
本文第6章对本文的研究工作进行了总结，得出了相关的结论，并对以后的研究

做了进一步的展望。

关键词：生产作业计划与控制，约束理论，瓶颈，缓冲，仿真，Witness

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摘要

摘要

制造资源的合理配置一直是研究的热点。快速变化的市场环境对于生产的效率、
准时性和柔性要求日益提高。高德拉特博士提出的约束理论是重要的现代生产管理和
方法之一。但是在多品种小批量混流生