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基于Petri网建模的作业车间调度智能算法研究

作　者: 张蕾
导　师: 黄波
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机技术
关键词: 作业车间系统 Petri网建模调度遗传算法人工免疫算法
分类号: TP18
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 77次
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内容摘要

作业车间系统是工业生产领域很重要的组成部分,随着工业技术的不断发展,作业车间系统的实现过程已变得相当复杂。随着工业生产竞争压力的不断加剧,如何降低生产成本,提高产品质量,缩短生产周期,从而获得更好的经济效益成为重要的研究方向。而作业车间系统调度问题(JSP)已经被证明是NP完全问题,寻找一个既满足系统设计的所有约束条件,又可以实现调度最优的算法成为当务之急。Petri网模型是用来描述系统运行过程的数学建模工具,它包含严格的数学逻辑,可以对系统进行严格而完整的描述,通常用于离散系统的形式化分析和设计建模。本文利用Petri网模型在处理冲突、互斥、死锁等方面的优势,根据作业车间问题的特征信息,建立合理的Petri网模型,简化系统分析模块,若生产需求发生改变,使用Petri网模型可以简单快速的实现修改,为作业车间系统调度算法的实现奠定良好的基础。随着人工智能等研究领域的不断发展,人们已经提出一些作业系统智能调度算法,比如禁忌搜索算法、模拟退火算法、遗传算法等,但是由于作业系统的复杂度越来越高,单纯使用一种算法已经无法获得较好的调度结果,所以将几种算法进行结合已经成为作业车间系统建模与分析的主流方向之一。在此基础上,本文使用Petri网模型对作业车间系统进行建模,分析作业车间系统的特点,编程实现了一个作业车间系统的建模与调度平台；在系统的Petri网模型上将人工免疫算法同遗传算法相结合,并根据作业系统批量生产的特点,对系统的调度优化算法进行改进,提出改进的免疫遗传算法；针对具体的JSP调度实例,使用免疫遗传算法对其进行仿真实验,通过实验验证了本文算法的正确性和有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 引言  7
  1.2 选题背景及意义  7-8
  1.3 国内外研究现状  8-10
    1.3.1 Petri网研究现状  8-9
    1.3.2 遗传算法研究现状  9-10
  1.4 课题来源  10-11
  1.5 本文研究内容及论文组织  11-13
    1.5.1 主要研究内容  11
    1.5.2 主要章节安排  11-13
2 作业车间调度和Petri网基础知识  13-20
  2.1 作业车间调度问题  13-16
    2.1.1 作业车间调度问题概述  13-14
    2.1.2 作业车间调度的研究方法  14-16
  2.2 Petri网基础知识  16-19
    2.2.1 Petri网介绍及定义  16-17
    2.2.2 Petri网运行规则  17-19
  2.3 本章小结  19-20
3 遗传算法和人工免疫算法研究  20-25
  3.1 遗传算法的基本概念  20-21
  3.2 遗传算法的不足  21
  3.3 人工免疫算法概述  21-23
  3.4 人工免疫遗传算法的基本流程  23-24
  3.5 本章小结  24-25
4 基于Petri网与改进的免疫遗传算法的作业车间调度  25-46
  4.1 基于Petri网的作业车间调度模型  25-30
    4.1.1 Petri网建模  25-28
    4.1.2 Petri网模型的输入文件格式  28-30
  4.2 基于Petri网建模的遗传算法调度实现  30-38
    4.2.1 编码格式  30-31
    4.2.2 生成初始种群  31-32
    4.2.3 计算个体适应度  32-35
    4.2.4 选择操作  35-36
    4.2.5 交叉操作  36-37
    4.2.6 变异操作  37-38
  4.3 免疫算子的算法设计与实现  38-43
    4.3.1 亲和力计算  39-40
    4.3.2 建立抗体种群  40
    4.3.3 抗体的抑制和促进  40
    4.3.4 抗体克隆选择操作  40-41
    4.3.5 种群免疫选择操作  41
    4.3.6 种群过早收敛判定  41-42
    4.3.7 人工免疫算子的算法流程  42-43
  4.4 多工件(Multiple lot size)生产问题的算法改进  43-45
  4.5 本章小结  45-46
5 仿真实验与分析  46-53
  5.1 单工件(Single Lot Size)作业调度仿真实验  46-49
    5.1.1 基于调度时间的作业调度实验  46-47
    5.1.2 基于交货期的作业调度实验  47-48
    5.1.3 复杂作业系统的调度实验  48-49
  5.2 多工件(Multiple Lot Size)作业调度仿真实验  49-52
    5.2.1 柔性制造系统的作业调度实验  49-51
    5.2.2 集成电路制造系统的作业调度实验  51-52
  5.3 本章小结  52-53
6 总结与展望  53-55
  6.1 全文总结  53
  6.2 研究展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-60

基于Petri网建模的作业车间调度智能算法研究

内容摘要

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