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多品种可变批量柔性车间调度算法设计

作　者: 刘旭东
导　师: 黄荷姣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 可变批量车间调度 机器预处理 MPGA 分批 BSA
分类号: TP301.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着社会的发展,生产力的提高,对企业的生产效率要求越来越高,并且大规模的车间生产已经逐渐成为制造业的主流。研究批量车间调度的优化方法,对于制造业的现代化建设以及指导企业实际生产具有重要的理论价值和实际意义。本文介绍了生产调度问题的基本概念和研究方法、批量调度领域的相关研究成果,简介了遗传算法的基本理论和流程以及遗传算法在生产调度问题研究中的应用。在基于智能搜索算法(遗传算法,模拟退火算法)的基础上,提出了解决多品种可变批量的柔性作业车间调度问题的算法。分析了机器在处理工件的工序时所需要的处理时间的划分问题,将处理时间分为可提前做出准备的预处理时间和实际处理时间,并分析了该划分对降低生产周期的作用;基于机器的预处理时间,采取相同工件的同道工序在某台机器上连续处理时节省预处理时间的思想,利用遗传算法(MPGA)求解多品种可变批量的车间调度问题。为了更好的控制遗传搜索的收敛同时防止过随机化过程的出现,对染色体种群的迭代加入了刺激措施。在大规模批量的环境下,分析了将大批量进行分批的有效性,并讨论了不同分批策略对调度结果的影响。为寻找最优的分批策略,受Boltzmann选择过程的启发,提出了Boltzmann模拟退火算法(BSA)。MPGA依据BSA搜索得到的分批策略进行调度,MPGA得到的生产周期是指导BSA搜索的目标值。两个智能搜索算法结合使用,当BSA搜索结束时,得到最优的分批策略,此时MPGA得到依据此分批策略可以找到的最优调度方案和生产周期,BSA与MPGA同时收敛。实验结果表明,本文所提出的基于机器预处理时间的遗传算法(MPGA)和在大批量情况下采用的分批策略搜索算法BSA是有效的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 课题背景及研究目的  8-9
  1.2 生产调度问题的发展和研究现状  9
  1.3 生产调度问题的分类  9-12
    1.3.1 根据设备环境分类  10-11
    1.3.2 根据加工系统分类  11
    1.3.3 根据调度目标分类  11
    1.3.4 根据作业特点分类  11-12
  1.4 生产调度问题的一般解决方法  12-16
    1.4.1 数学规划方法  12-13
    1.4.2 规则调度方法  13
    1.4.3 基于仿真方法  13-14
    1.4.4 局部搜索方法  14-16
  1.5 本文的组织和内容  16-17
第2章 批量的生产调度  17-22
  2.1 引言  17
  2.2 批处理过程(BATCH PROCESSING)  17-18
  2.3 循环调度(CYCLIC SCHEDULING)  18-19
  2.4 批量车间调度  19-21
    2.4.1 流水车间批量调度  19-20
    2.4.2 作业车间批量调度  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章 遗传算法及其在生产调度中的应用  22-31
  3.1 遗传算法的背景和发展  22-23
  3.2 遗传算法的基本流程  23-29
    3.2.1 遗传算法求解调度问题的编码  24-25
    3.2.2 适应度函数  25-26
    3.2.3 遗传算子  26-28
    3.2.4 种群设定  28
    3.2.5 参数选择  28-29
    3.2.6 终止条件  29
  3.3 遗传算法的特点及优缺点  29-30
  3.4 本章小结  30-31
第4章 基于机器预处理时间的遗传算法  31-47
  4.1 引言  31
  4.2 机器预处理时间  31-32
  4.3 问题描述  32-35
    4.3.1 问题约束条件  33-34
    4.3.2 数学规划描述  34-35
  4.4 基于机器预处理时间的遗传算法(MPGA)设计  35-42
    4.4.1 编码设计与初始种群  35-37
    4.4.2 遗传算子设定  37-39
    4.4.3 MPGA 解决小批量作业车间调度实验结果分析  39-42
  4.5 收敛条件的分析与改进  42-45
  4.6 本章小结  45-47
第5章 基于分批的大批量柔性作业车间调度  47-54
  5.1 引言  47
  5.2 大批量柔性作业车间调度算法设计  47-53
    5.2.1 关于大批量分批的分析  47-50
    5.2.2 分批策略的选择——Boltzmann 退火(BSA)  50-52
    5.2.3 基于分批的批量调度算法设计  52-53
  5.3 本章小结  53-54
第6章 可变批量柔性作业车间调度系统设计与分析  54-59
  6.1 引言  54
  6.2 系统目标与功能  54-57
  6.3 本文的算法总结与分析  57-58
  6.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果  64-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 理论、方法 > 算法理论
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