柔性作业车间静态与动态调度问题研究及管理系统构建

作     者：顾惠 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈国强;卢会会

授予年度：2024年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：柔性作业车间 灰狼优化算法 双近端策略优化算法 调度管理系统 

摘      要：近年来制造技术正在向智能化的方向不断发展,车间自动化的占比越来越高,其中车间生产过程中的调度是智能制造的重要研究对象。作为经典作业车间调度问题的一种延伸,柔性作业车间调度问题(Flexible Job-shop Scheduling Problem,简称FJSP)越来越受到重视。对于静态调度问题与动态调度问题,由于问题产生的时间不同,所以需要有不同的处理方法,而且随着时代的发展,尤其是互联网以及人工智能等计算机新技术的发展,工厂的管理不仅需要兼顾静态调度问题与动态调度问题,也需要更加智能化与系统化的调度管理系统,所以本文主要研究了以下几个方面: (1)针对以完工时间为目标的柔性作业车间静态调度问题,采用结构简单、参数少、收敛性能强的灰狼优化算法(Grey Wolf Optimization,简称GWO)进行求解,同时,由于灰狼优化算法一般是用来求解具有连续性解的优化函数,因此对其进行离散编码,并为了提高解的精度、克服局部最优等问题,首先,提出将混沌映射和对立学习一同应用于GLR的方法,提高种群的多样性,其次;为了防止算法早熟,设计非线性双收敛因子,并结合阈值更新策略与Levy飞行策略,平衡了算法的全局与局部搜索过程;最后,在算法后期引入变领域搜索算法,并结合四种领域结构,算法的局部搜索能力得到加强;同时,在标准算例上进行试验分析,印证了该静态调度方法具有高效性与稳定性的特点。 (2)针对实际生产环境中,存在突发事件干扰正常生产的动态调度问题,以紧急订单这一特殊动态扰动为研究目标,提出基于守护矩阵的重调度方法,用来守护之前已完成的调度任务与加工信息。确保当出现紧急订单扰动的时候,对已完成的调度任务不产生影响,并设计一种双近端策略优化深度强化学习算法,最后对所提出的方法与算法进行试验分析,验证了该调度优化策略的可行性与高效性,同时,验证所提出的双近端策略优化算法不仅可以提高对突发事件的协调与决策能力,而且可以保证生产的平稳进行。 (3)基于上述两种调度问题,对某橡胶密封圈加工车间的实际情况进行调研分析,结合理论研究成果,设计并开发了面向某橡胶密封圈加工车间的协同调度管理系统。针对传统调度原型系统需要频繁安装与升级的问题,此协同调度管理系统采用浏览器-服务器(B/S)架构结合前后端分离的模式开发。为了方便操作人员控制,此协同调度管理系统以调度管理为主,囊括了静态与动态两种调度求解功能,并将调度过程信息可视化。