基于改进元胞机的多品种多工艺多单元制造鲁棒调度研究

论文摘要

随着全球化市场竞争激烈,企业在生产过程中需要对市场进行快速响应,根据客户需求研发和制造个性化产品,因此多品种多工艺多单元制造模式逐渐成为中小企业的主要生产模式。此类生产模式产品为多品种、小批量,生产组织方式趋于单元化布局,是一种完全离散的复杂系统。随着不确定性对调度影响的凸显,考虑鲁棒调度是现阶段的研究方向。但目前已有的研究都不能求的一个满意解。多品种多工艺多单元制造鲁棒调度问题是典型的NP难题,解决复杂问题的建模工具元胞自动机和遗传算法针对此类离散系统的建模有其结构性能上的优势,因此采用改进的元胞自动机方法对此类车间鲁棒调度问题进行建模、仿真、分析和优化,具有良好的研究意义和可行性。本文根据元胞自动机和遗传算法的特点,提出将两者结合应用于多品种多工艺多单元制造鲁棒调度问题上,主要内容如下：1.对多品种多工艺多单元制造系统的原型特征进行研究,归纳其特点,并对作业车间鲁棒调度进行了模型抽象；2.构建多品种多工艺多单元制造作业车间鲁棒调度元胞机框架,结合元胞机自身的结构特点,描述多品种多工艺多单元生产系统二维网格空间,以工位表示元胞个体、工件代表移动粒子、工件到达系统的节拍表示初始和入口边界条件、调度规则作为演化规则,设计出元胞机模型架构。3.利用遗传算法对元胞机演化规则进行优化,构建改进元胞机的多品种多工艺多单元制造作业车间鲁棒调度的模型,寻求最优调度方案；4.基于Microsoft Visual C++与Oracle数据库混合编程,建立多品种多工艺多单元制造鲁棒调度仿真框架和模型,以算例验证调度算法的正确性及可行性；5.以企业实例进行仿真研究,将仿真结果与实际调度结果进行对比,验证建模与方法的可行性和优越性。6.对今后研究工作提出设想,模型中考虑更多不确定因素和事件驱动再调度方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景、目的和意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究目的和意义
• 1.2 研究综述
• 1.2.1 制造企业车间调度概述
• 1.2.2 一般制造企业车间调度研究现状
• 1.2.3 多品种多工艺多单元生产作业车间鲁棒调度研究现状
• 1.2.4 多品种多工艺多单元生产作业车间鲁棒调度存在问题与发展趋势
• 1.3 主要研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 课题相关理论研究
• 2.1 鲁棒调度
• 2.2 元胞自动机
• 2.2.1 元胞自动机的原理
• 2.2.2 元胞自动机的构成
• 2.3 遗传算法
• 2.3.1 遗传算法的概述
• 2.3.2 遗传算法的一般步骤
• 2.3.3 遗传算法的优势
• 2.4 小结
• 第3章 基于改进元胞机的多品种多工艺多单元制造鲁棒调度建模
• 3.1 多品种多工艺多单元生产系统概述
• 3.1.1 多品种多工艺多单元生产系统描述
• 3.1.2 多品种多工艺多单元生产系统特点
• 3.2 多品种多工艺多单元生产系统的元胞自动机抽象
• 3.3 多品种多工艺多单元生产系统车间调度CA模型建立
• 3.3.1 网格结构的建立
• 3.3.2 元胞状态的描述
• 3.3.3 初始条件和边界条件设定
• 3.3.4 模型自组织演化规则
• 3.3.5 整体模型建立
• 3.4 多品种多工艺多单元制造作业车间鲁棒调度模型多目标函数
• 3.5 遗传算法优化元胞自动机模型
• 3.5.1 染色体编码与解码
• 3.5.2 初始种群生成
• 3.5.3 适应度函数
• 3.5.4 选择
• 3.5.5 交叉
• 3.5.6 变异
• 3.5.7 遗传算法总进化过程
• 3.6 小结
• 第4章 多品种多工艺多单元制造鲁棒调度元胞机模型仿真实现
• 4.1 仿真软件介绍
• 4.2 数据库设计
• 4.3 界面设计
• 4.3.1 Oracle界面设计
• 4.3.2 VC界面设计
• 4.4 程序设计
• 4.4.1 工位染色体生成程序设计
• 4.4.2 工序染色体生成程序设计
• 4.4.3 初始种群执行程序设计
• 4.4.4 遗传算法优化演化规则程序设计
• 4.5 VC与Oracle对接实现
• 4.6 小结
• 第5章 多品种多工艺多单元制造企业车间鲁棒调度系统实例研究
• 5.1 企业基本情况介绍
• 5.2 产品基本情况及数据分析
• 5.2.1 产品基本情况介绍
• 5.2.2 产品基本数据分析
• 5.3 仿真实例过程分析
• 5.4 模型仿真运行结果与分析
• 5.4.1 实际车间调度结果
• 5.4.2 仿真调度结果
• 5.4.3 结果比较与评价
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果