本文關(guān)鍵詞：混合流水車間負(fù)荷平衡排產(chǎn)優(yōu)化問題研究

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【摘要】：混合流水車間(Hybrid flow shop,HFS)是并行機(jī)工序與經(jīng)典Flow-shop的結(jié)合與延伸,廣泛存在于車輛制造、半導(dǎo)體生產(chǎn)以及大型裝備制造等重要國民經(jīng)濟(jì)鄰域�；旌狭魉囬g的典型特征為多任務(wù)、多工序、多并行機(jī),在加工過程中,不同類型工件在同一工序加工工時(shí)不同,相同類型工件在同一工序不同并行工位加工工時(shí)亦不相同即并行工位之間存在作業(yè)能力差異�；旌狭魉囬g排產(chǎn)是集工位分配和工件排序?yàn)橐惑w的問題,相較flow shop問題復(fù)雜很多,是典型的NP-hard問題。車間負(fù)荷平衡旨在在車間生產(chǎn)過程中,使每個(gè)可用工位被分配到的需要加工的工件數(shù)相對均衡,以此避免工位過載或空閑情況發(fā)生,從而提高生產(chǎn)效率;伴隨著多品種、小批量的車間生產(chǎn)模式的普及,在混合流水車間生產(chǎn)過程中,工件類型繁多,其排產(chǎn)過程負(fù)荷數(shù)據(jù)信息量較大,統(tǒng)計(jì)困難,從而難以控制工位上負(fù)荷的分配,再加上現(xiàn)今排產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)對負(fù)荷平衡問題尚未有一個(gè)完整的評價(jià)指標(biāo)體系,所以研究混合流水車間負(fù)荷平衡排產(chǎn)優(yōu)化問題(Hybrid flow shop-load balancing scheduling problem,HFS-LBSP)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文針對混合流水車間負(fù)荷平衡排產(chǎn)優(yōu)化問題,分析其車間生產(chǎn)動(dòng)態(tài)規(guī)律結(jié)合離散系統(tǒng)建模理論,建立混合流水車間數(shù)學(xué)規(guī)劃模型,然后從混合流水車間負(fù)荷平衡問題的優(yōu)化方法、評價(jià)指標(biāo)、可重入約束限制三個(gè)方面進(jìn)行深入研究。在優(yōu)化方法方面,隨著群體智能算法優(yōu)越性的日益突出,應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,本文選擇具有參數(shù)少,操作簡單,優(yōu)化效果較好的差分進(jìn)化算法(Differential evolution algorithm,DE)及其改進(jìn)算法作為混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題的全局優(yōu)化算法。在優(yōu)化目標(biāo)方面,首先,選擇能直接反映車間生產(chǎn)效率的經(jīng)典makespan問題,以驗(yàn)證DE算法及其改進(jìn)算法對混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題的求解能力;其次,考慮到在混合流水車間負(fù)荷平衡優(yōu)化問題中,既要均衡并行工位負(fù)載,同時(shí)也要保證車間生產(chǎn)效率;因此在評價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí),將并行工位加工時(shí)間負(fù)荷平衡代價(jià)與總工位等待時(shí)間加權(quán)求和之值作為負(fù)荷平衡評價(jià)指標(biāo)。最后,考慮到在混合流水車間生產(chǎn)過程中,往往存在可重入工序,即某些加工任務(wù)可能會(huì)在某些工位多次加工,這將進(jìn)一步增大在混合流水車間均衡并行工位負(fù)荷的難度,因此,本文也將帶可重入工序約束的負(fù)荷平衡問題納入研究內(nèi)容。主要研究內(nèi)容方面:首先,建立混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型。該模型涵蓋混合流水車間中的工序、并行工位、流程等對象以及這些對象間的約束關(guān)系。其次,研究群體智能算法,包括經(jīng)典GA算法、新型算法布谷鳥搜索算法(Cuckoo search algorithm,CS)、與DE算法,通過實(shí)際車間仿真數(shù)據(jù)對混合流水車間makespan問題進(jìn)行優(yōu)化驗(yàn)證DE算法的優(yōu)越性;然后,對DE算法進(jìn)行改進(jìn)分析,提出雙種群自適應(yīng)差分進(jìn)化算法(Double population self-adaptive differential evolution algorithm,DPSADE)與動(dòng)態(tài)自適應(yīng)差分進(jìn)化算法(Dynamic self-adaptive differential evolution algorithm,DSADE),并以驗(yàn)證它們的優(yōu)化性能。其次,針對混合流水車間負(fù)荷平衡排產(chǎn)優(yōu)化問題,分析負(fù)荷平衡影響因素,構(gòu)建混合流水車間負(fù)荷平衡排產(chǎn)優(yōu)化問題的評價(jià)指標(biāo)體系,將工位加工時(shí)間負(fù)荷平衡代價(jià)和總工位等待時(shí)間加權(quán)求和后作為負(fù)荷平衡綜合評價(jià)指標(biāo),采用DPSADE算法作為全局優(yōu)化算法對其進(jìn)行優(yōu)化求解,并基于發(fā)動(dòng)機(jī)車間的實(shí)例數(shù)據(jù)與GA、DE、SADE算法進(jìn)行仿真比較,負(fù)荷平衡評價(jià)指標(biāo)降低幅度在30%左右。其次,考慮到若混合流水車間排產(chǎn)過程中存在可重入工序的約束,其生產(chǎn)過程中工件、工位的實(shí)時(shí)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)難度加大,車間不確定因素增多,其工位的負(fù)荷平衡控制更加困難,因此,對可重入混合流水車間負(fù)荷平衡問題展開深入研究,設(shè)計(jì)了基于工件加工流程的編碼方法并結(jié)合時(shí)間窗約束與最大剩余時(shí)間規(guī)則進(jìn)行解碼,采用DSADE算法進(jìn)行全局優(yōu)化,并基于客車制造中涂裝車間多遍彩條工序段的實(shí)例數(shù)據(jù)與已有GA、DE、SADE算法進(jìn)行仿真比較,負(fù)荷平衡評價(jià)指標(biāo)平均降低幅度超過20%。
【關(guān)鍵詞】：混合流水車間 差分進(jìn)化算法 雙種群自適應(yīng)差分進(jìn)化算法 動(dòng)態(tài)自適應(yīng)差分進(jìn)化算法 makespan 負(fù)荷平衡 可重入工序
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB49
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 課題來源及研究背景12-13
• 1.2 課題研究目的與意義13
• 1.3 混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 論文內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)15-16
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)16-18
• 第二章 混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型建立18-24
• 2.1 混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題描述18
• 2.2 混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題數(shù)學(xué)規(guī)劃模型18-20
• 2.3 混合流水車間排產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)分析20-23
• 2.4 小結(jié)23-24
• 第三章 混合流水車間群體智能優(yōu)化算法應(yīng)用研究24-40
• 3.1 群體智能優(yōu)化算法簡述24
• 3.2 面向混合流水車間的DE算法研究24-29
• 3.2.1 DE算法描述25-26
• 3.2.2 DE算法求解混合流水車間makespan問題26-29
• 3.3 面向混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題的DSADE算法29-34
• 3.3.1 參數(shù)隨進(jìn)化停止代數(shù)自適應(yīng)調(diào)整策略29-30
• 3.3.2 基于漢明距離的種群動(dòng)態(tài)更新機(jī)制30-33
• 3.3.3 DSADE算法求解混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題性能測試33-34
• 3.4 面向混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題的DPSADE算法34-39
• 3.4.1 雙種群自適應(yīng)差分進(jìn)化算法描述35
• 3.4.2 DPSADE算法參數(shù)35-36
• 3.4.3 DPSADE算法流程描述36-38
• 3.4.4 DPSADE算法求解混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題性能測試38-39
• 3.5 小結(jié)39-40
• 第四章 DPSADE算法求解混合流水車間負(fù)荷平衡問題40-48
• 4.1 混合流水車間負(fù)荷平衡問題闡述40-41
• 4.2 混合流水車間負(fù)荷平衡排產(chǎn)優(yōu)化問題數(shù)學(xué)評價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)41-43
• 4.2.1 基于工位加工時(shí)間的混合流水車間負(fù)荷平衡代價(jià)41
• 4.2.2 總工位加工等待時(shí)間41-42
• 4.2.3 混合流水車間負(fù)荷平衡綜合代價(jià)42
• 4.2.4 混合流水車間負(fù)荷平衡輔助評價(jià)指標(biāo)42-43
• 4.3 仿真設(shè)計(jì)與結(jié)果分析43-47
• 4.4 小結(jié)47-48
• 第五章 DSADE算法求解可重入混合流水車間負(fù)荷平衡問題48-60
• 5.1 可重入混合流水車間負(fù)荷平衡問題闡述48-49
• 5.2 可重入混合流水車間排產(chǎn)優(yōu)化問題數(shù)學(xué)規(guī)劃模型49-52
• 5.2.1 模型參數(shù)49-50
• 5.2.2 假設(shè)變量和基本約束關(guān)系50-51
• 5.2.3 時(shí)間窗約束模型51-52
• 5.3 DSADE算法設(shè)計(jì)52-53
• 5.4 仿真設(shè)計(jì)與結(jié)果分析53-58
• 5.4.1 排產(chǎn)數(shù)據(jù)53-55
• 5.4.2 設(shè)置進(jìn)化參數(shù)55-56
• 5.4.3 仿真結(jié)果與分析56-58
• 5.5 小結(jié)58-60
• 第六章 結(jié)論60-62
• 6.1 結(jié)論60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 作者簡介66
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-68
• 致謝68-69

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