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基于DES-GEP的柔性流水车间组批调度方法研究

基于DES-GEP的柔性流水车间组批调度方法研究

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作者：和莉大连理工大学

学位级别：硕士

随着社会经济水平的提高,市场需求越来越趋向于产品多样化和个性化定制,现代制造模式从原来的大批量生产不断向灵活机动的多品种小批量生产模式演进。柔性流水生产能够灵活适应市场变化,实现多种产品混线作业,是离散型制造企业应对多品... 详细信息

随着社会经济水平的提高,市场需求越来越趋向于产品多样化和个性化定制,现代制造模式从原来的大批量生产不断向灵活机动的多品种小批量生产模式演进。柔性流水生产能够灵活适应市场变化,实现多种产品混线作业,是离散型制造企业应对多品种小批量生产的主流方式。考虑批处理的柔性流水生产作为其一类典型的应用场景广泛应用于半导体封装等多个领域,该场景下的调度过程不仅要实现设备选择与作业排序,还要对工件进行组批,生产运营管理复杂度更高;同时实际生产过程中常出现工件随机到达、工时波动等动态事件,调度决策只能依据实时信息进行。如何针对柔性流水车间组批调度问题提出有效的基于实时生产数据的调度方法,在提高生产效率的同时及时响应生产过程的动态因素是企业亟待解决的问题。本文引入在动态调度领域应用广泛的调度规则方法,并针对该方法求解本文问题的局限性,从基于组合调度规则的模型构建及算法设计、调度规则性能评价以及调度规则自动生成三个方面展开研究,具体工作如下:（1）基于组合调度规则的柔性流水车间组批调度模型构建及算法设计。在柔性流水车间调度问题基础之上考虑不兼容工件族的批处理作业阶段,同时考虑多个产品类型混线生产,基于此问题特征构建多目标数学模型。针对调度规则考虑维度单一难以直接求解的不足,提出了基于子问题的组合调度规则构造方法,并综合考虑组合调度规则的性能评价以及组合调度规则的自动生成两部分,提出了基于DES-GEP的调度框架。（2）基于DES的FFSP-BPM组合调度规则性能评价。针对调度规则评价需要基于实时工况数据,评价模型难以构建的问题,采用离散事件仿真方法进行参数化建模,构建可复用的调度仿真模型;对嵌入时间窗策略的HFSP-BPM调度决策过程进行分析;最后通过不同规模的算例验证所提时间窗策略的有效性,得出调度规则之间具有强耦合性的结论,同时对算例参数进行显著性分析验证了所提算例设置方法的有效性。（3）基于改进GEP的组合调度规则自动生成。针对同一调度规则不能适用于任何场景的不足,提出基于改进GEP的组合调度规则自动生成算法。将经典调度规则作为端点集元素;提出基于有效长度的遗传操作;针对多目标优化问题引入NSGA-Ⅱ非支配排序方法;针对算法过早收敛,容易陷入局部最优,容易出现重复个体的不足,提出重复个体剔除算法、变邻域搜索算法以及自适应遗传算子改进策略;最后通过算例分析验证了所提改进GEP算法的有效性。

关键词：柔性流水车间组批调度多目标优化组合调度规则离散事件仿真基因表达式编程

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