论文摘要
混合流水车间调度问题（Hybrid Flowshop Scheduling Problem,HFSP）的研究具有重要的学术价值和工程意义。为满足带批处理的多品种小批量生产模式,本文致力于将批量流（Lot Streaming,LS）引入HFSP中。考虑静态和动态的车间环境,基于两种分批策略（等量一致分批和不等量一致分批）,本文分别构建了静态调度和重调度模型,研究了问题特征知识和调度规则,并以候鸟迁徙算法（Migrating Birds Optimization,MBO）为主要技术手段,提出了与问题特征相结合的调度算法。最后,通过实际工程案例的应用和分析,验证了所提模型和算法的有效性和优越性。主要研究工作如下:针对等量一致分批的批量流混合流水车间静态调度问题（Equal Lot Streaming Hybrid Flowshop Static Scheduling Problem,ELSHFSP）,建立了以总流经时间为目标的混合整数规划模型（Mixed Integer Linear Programming,MILP）,并提出了基于MBO的求解算法EMBO（Effective MBO）。在算法中,结合分批特征与目标特点,基于批次序列,提出了“子批优先”、最短等待时间及右移与插入等启发式规则决定各批次的调度顺序。结合MBO算法独有的V形种群结构,提出了联合邻域搜索以及种群竞争机制,增强算法的协同搜索能力;结合MBO算法独有的分享和受益机制,提出一种动态解接受准则来保证种群的多样性;提出一种基于Glover和局部搜索算法的探索机制,帮助算法跳出局部最优。最后,通过与CPLEX和其它算法的对比实验,验证了所提算法的有效性和优越性。针对等量一致分批的批量流混合流水车间重调度问题（Equal Lot Streaming Hybrid Flowshop Rescheduling Problem,ELSHFRP）,考虑机器故障这一随机扰动,基于ELSHFSP原调度方案,以总流经时间和子批开工时间偏差为目标,建立了多目标优化模型。基于EMBO和问题的多目标特性,通过引入多属性决策方法-TOPSIS,评估解的适应度值,提出了MMBO算法（Multi-objective MBO）。在算法中,基于ELSHFSP的解码策略,提出了针对机器故障扰动的动态解码方案,并提出一种改进机制缩短子批开工时间偏差;基于Glover操作进行种群初始化以利用ELSHFSP原始解含有的信息;在竞争机制中,引入种群重排和快速非支配排序技术来调整V形种群结构,并利用种群繁殖策略进一步提高种群质量;在探索机制中,基于Pareto特性,提出一种局部搜索算法来提升替代解的质量。最后,通过与其它多目标算法的对比实验,验证了所提算法的有效性和优越性。针对不等量一致分批的批量流混合流水车间静态调度问题（Inequal Lot Streaming Hybrid Flowshop Static Scheduling Problem,ILSHFSP）,以总流经时间为目标,建立了MILP模型。为了同时解决批次序列及批量分割的集成优化问题,设计了两层编码机制,并提出了相应的初始化方法。基于EMBO和两层编码机制,改进了变邻域下降搜索（Variable Neighborhood Descent,VND）以保证解空间的充分搜索,提出了VMBO算法（VND-based MBO）。在算法中,针对批量分割,验证了“批次优先”比“子批优先”更加有效,并调整了SWT规则;在竞争机制和探索机制分别设计了批量选取操作以及基于块交换的扰动操作。最后,通过与CPLEX和其它算法的对比实验,验证了所提算法的有效性和优越性。针对不等量一致分批的批量流混合流水车间重调度问题（Inequal Lot Streaming Hybrid Flowshop Rescheduling Problem,ILSHFRP）,考虑机器故障这一随机扰动,基于ILSHFSP原调度方案,以总流经时间、子批开工时间偏差以及平均子批批量调整量为目标,建立了多目标优化模型。基于问题的三目标特性及VND搜索特性,通过引入分解策略,提出了MMBO/D算法（MMBO Based on Decomposition）。在算法中,基于ILSHFSP编码及ELSHFRP解码和改进机制,考虑批量分割,分别给出了动态解码方案及改进机制;基于分解策略,提出一种全新的分享和受益机制,保证了过程的高效性,并提出一种变权重策略和全局更新机制执行解的更新;在竞争机制中,应用一种基于相似子问解的协同搜索进一步提升种群质量;在探索机制中,基于变权重策略,引入一种新的判断解是否陷入局部最优的判定准则。最后,通过与其它多目标算法的对比实验,验证了所提算法的有效性和优越性。针对国内某汽车生产公司机械加工车间的实际工程案例,将本文提出的理论和方法应用到该车间的实际生产调度中。根据该车间批量转运的实际情况,将问题归结为ELSHFSP和ILSHFSP模型,并分别利用CPLEX和本文所提算法进行求解,验证了模型和算法的有效性;针对机器故障这一随机扰动事件,将问题归结为ELSHFRP和ILSHFRP模型,并利用本文所提算法进行求解,验证了模型及算法的有效性。最后,对全文的成果以及创新之处进行了总结,并展望了未来的研究方向。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 张彪
导师: 高亮,潘全科,李新宇
关键词: 混合流水车间调度,批量流调度,重调度,多目标优化,候鸟迁徙算法
来源: 华中科技大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 数学,自动化技术
单位: 华中科技大学
基金: 国家杰出青年科学基金项目“车间调度的理论和方法”,项目编号:51825502,国家自然科学基金项目“紧凑热带生产系统的智能优化组批方法”,项目编号:51575212,国家自然科学基金项目“数据-模型混合驱动的车间动态调度理论与方法”,项目编号:51775216,国家自然科学基金青年科学基金项目“炼钢-精炼-连铸生产过程的重调度理论与方法研究”,项目编号:51705177
分类号: TP18;O224
DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000117
总页数: 166
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标签：混合流水车间调度论文; 批量流调度论文; 重调度论文; 多目标优化论文; 候鸟迁徙算法论文;