基于改进蛙跳算法的混流装配线投产顺序研究

作     者：刘思言 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陶丽华;徐建强

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：发动机 混流装配线 改进混合蛙跳算法 多目标优化 投产顺序 

摘      要：在近几年汽车产业随着科学技术水平的提高和各级政府的大力扶持下得以快速发展,人们对汽车的消费观念有了巨大的转变,汽车作为大众化产品也已从耐用奢侈品开始向快消品转型。汽车制造业在满足客户多样化、个性化需求的同时,也要攻坚如何提高生产效率、提升设备利用率、降低库存成本等一系列“卡脖子难题,从而能够提高响应市场需求的能力,在庞大的市场中获得主导地位。混流生产已成为汽车制造业的主要生产方式,而合理的投产顺序能够提高产线的生产效率,充分利用现有资源并实现平稳生产。本文将针对H公司发动机厂混流装配线的实际需求建立多目标的数学优化模型,针对混流装配线的投产顺序优化问题设计了一种改进混合蛙跳算法,利用智能优化算法求解出针对H公司发动机厂混流装配线的最佳投产顺序,从而降低生产运营成本,最大限度地提高混流装配线的装配效率。首先,为了提高H公司发动机厂混流装配线的装配效率、降低生产成本,本论文针对H公司发动机厂混流装配线的实际需求,以最小生产循环周期、物料消耗平准化和最小化总调整变换时间为优化目标,分别建立了各优化目标的数学模型,最后运用层次分析法和加权平均法建立了基于多目标的混流装配线投产顺序优化的综合数学模型。其次,本文在混合蛙跳算法的基础上,提出了基于发动机混流装配线投产顺序优化问题的改进混合蛙跳算法。在改进混合蛙跳算法中,通过在初始化蛙群时引入贪婪思想,提高了混合蛙跳算法在生成初始蛙群时的质量,保证算法的寻优性能以及收敛性,使得蛙群能在较少的进化次数内找到更好的解;在局部搜索中运用基于交叉操作的更新方式,很好地解决了传统的混合蛙跳算法在解决混流装配线投产顺序优化实例问题的搜索过程中由于容易产生大量的不可行解而使该算法近似于随机搜索形式的问题,进而能够使更多的青蛙承接到最优个体的优秀信息片段;针对混合蛙跳算法只对最差青蛙个体更新的方式进行改进,将模拟退火算法引入到混合蛙跳算法的蛙群全局搜索当中,在全局最优青蛙个体附近进行搜索,以便找到比当前携带最优解的青蛙更优的青蛙个体,这样既扩大了搜索空间又能保证优秀青蛙个体不流失,也避免了算法出现早熟、陷入局部最优的情况。再次,通过发动机混流装配线的实例验证了改进混合蛙跳算法的有效性。以H公司发动机厂混流装配线为研究背景进行研究,分析了该公司发动机混流装配线的现状,并针对该公司混流装配线投产顺序优化问题,分别用改进混合蛙跳算法、混合蛙跳算法、模拟退火算法进行求解,并将所得的最优目标值、迭代曲线通过比较分析,得出改进后的混合蛙跳算法明显优于混合蛙跳算法和模拟退火算法,说明了改进混合蛙跳算法在求解该类问题上的优越性和有效性,并对改进后的混合蛙跳算法进行同为离散问题的TSP问题仿真实验,进一步的验证了改进后混合蛙跳算法的性能。最后,以H公司发动机厂总装配车间为背景,利用MATLAB(R2021b)软件的GUI可视化交互式设计工具开发了基于改进混合蛙跳算法的发动机混流装配线排产优化系统的友好人机界面,提高了设备的利用率和装配效率,减轻了生产计划员的工作负荷。