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中国机械工程 2017年第20期28卷 2483-2492页

作者：石飞赵诗奎济南大学机械工程学院济南250022

针对产品综合调度优化问题,提出一种基于工序约束链编码的遗传算法。该算法设计的编码方法,不但能准确体现产品工艺树中的工序约束关系,而且不会强加新的约束,保证了初始解空间的可行性和完备性;同时避免了分区编码方法存在强加约束和... 详细信息

针对产品综合调度优化问题,提出一种基于工序约束链编码的遗传算法。该算法设计的编码方法,不但能准确体现产品工艺树中的工序约束关系,而且不会强加新的约束,保证了初始解空间的可行性和完备性;同时避免了分区编码方法存在强加约束和遗漏解空间的问题。针对交叉、变异操作产生不可行解的问题,设计了一种基于邻接矩阵的修复方法。实验测试结果验证了所提算法的有效性。

关键词：工序约束链产品综合调度问题邻接矩阵遗传算法

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基于遗传算法的产品加工与装配综合调度方法研究

基于遗传算法的产品加工与装配综合调度方法研究

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作者：石飞济南大学

学位级别：硕士

生产调度是影响企业生产效率的关键因素,合理有序的调度可以有效缩短生产周期,提高设备利用率,减少在制品库存和资金占用,从而提升企业竞争力。生产调度种类繁多,方法多样,其中传统的作业车间调度(Job Shop Scheduling Problem,JSP)是... 详细信息

生产调度是影响企业生产效率的关键因素,合理有序的调度可以有效缩短生产周期,提高设备利用率,减少在制品库存和资金占用,从而提升企业竞争力。生产调度种类繁多,方法多样,其中传统的作业车间调度(Job Shop Scheduling Problem,JSP)是最基本、最著名的机器调度问题,同时也是典型的NP-hard问题,几十年来得到国内外学者的广泛研究,促进了大量算法的发展,如遗传算法、禁忌搜索算法、模拟退火算法、移动瓶颈算法、邻域搜索及相关混合算法等。传统的JSP问题只针对产品的加工阶段,不考虑其装配阶段,适用于相同产品的大批量生产。本文研究的产品加工与装配综合调度问题(简称为产品综合调度问题)将加工与装配过程一同考虑,适用于多品种小批量的生产过程,能快速响应社会对个性化产品需求日益增多的情况,其研究具有较强的实际意义。同时产品综合调度问题作为JSP问题的扩展,也是典型的NP-hard问题。JSP问题的研究已经积累了大量的高效求解方法,而产品综合调度问题的研究方法尚不成熟,原因在于产品综合调度问题比JSP问题多了更加复杂的装配约束关系,导致已有的各种编码技术和局部搜索保障技术均失效,因此研究产品综合调度问题的高效求解方法迫在眉睫。首先,本文综述了产品综合调度问题的研究现状,总结分析了现有研究方法的不足,进而提出本文的研究内容。通过分析传统JSP问题中常用的优化目标,并结合产品工艺树给出了产品综合调度问题的数学模型。分别阐述了基本遗传算法和移动瓶颈算法的基本流程与算法特点,为后续遗传算法和移动瓶颈算法的改进研究奠定基础。然后,针对文献中所提基于虚拟零部件级别分区编码方法存在的不足,设计了一种基于工序约束链的编码方法,以弥补其不足之处,并给出了具有工件加工装配顺序约束关系的主动解码方法;针对交叉、变异操作产生的不可行解,设计了一种基于邻接矩阵的修复方法;进而提出一种基于工序约束链编码的遗传算法,实验测试结果验证了所提算法的有效性。其次,为弥补单一算法的不足、进一步提高算法的求解性能,提出一种融合改进扩展移动瓶颈算法和遗传算法的混合求解方法。混合遗传算法采用基于工序约束链编码的遗传算法实现全局搜索,基于改进扩展移动瓶颈算法实现局部搜索。在扩展移动瓶颈算法的改进研究中,给出了产品综合调度问题对应的扩展析取图模型,研究了基于扩展析取图的工序头尾长度计算方法,以及关键工序的查找方法,采用带扰动的Schrage算法求解单机调度子问题,增加了瓶颈机器的选择标准,设计了一种贪婪式的瓶颈机器再优化过程。结合文献中给出的相关算例进行测试分析,验证了所提改进扩展移动瓶颈算法和混合遗传算法的有效性。最后,基于上述理论研究成果,结合实际案例开发了产品综合调度软件原型系统。介绍了原型系统的应用背景、系统开发环境和主要功能模块,通过测试实际案例,简介系统运行过程,验证了原型系统的有效性。

关键词：产品综合调度工序约束链邻接矩阵扩展析取图移动瓶颈算法混合遗传算法

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