改进的DNA免疫遗传算法在车间调度模型库系统中的应用

论文摘要

生产调度问题属于组合优化问题。如何解决生产中的动态生产调度问题,以便重新快速、高效地安排生产作业计划、进行生产作业调度是调度研究的首要问题,一直是国内外企业界和学术界研究的热点。随着市场经济的发展,市场竞争日趋激烈,多工序、小批量的生产任务成了生产厂家抢占市场的重点,这样以来,就要求厂家能够合理安排工序,合理利用资源,减少工期,降低生产成本。将优化方法的理论研究引入到车间生产调度领域中,改进算法性能、拓宽算法应用领域、完善算法体系,是一个同时具有理论意义和应用价值的课题,具有重要的意义。人工免疫系统是基于生物免疫系统特性而发展的新兴智能系统。本文根据生命科学中免疫系统的信息处理机制,在一般遗传算法的基础上,将免疫算法和DNA遗传算法相结合,提出了一种用于车间调度的新DNA免疫遗传算法。引入一个遗传密码表,用于DNA碱基链的解码;算法中子群体之间的信息交换采用孤岛模型;用一个聚类平均算法来初始种群,保持种群的多样性;引入一个疫苗库,通过接种疫苗提高抗体的适应度,通过免疫选择防止种群的退化。这些改进措施对降低算法的复杂程度、提高算法的收敛速度和全局搜索能力有重要意义。应用标准测试集中的测试用例和实际调度中的问题对改进后的算法进行了测试,仿真程序表明,该算法能以较快速度完成给定范围的搜索和全局优化任务。本文系统地研究了调度的理论及其发展状况,针对某制造企业车间生产控制中存在的问题提出了一种具有完善的理论和可靠的实践基础、可行性较高的解决方案,设计并实现了一个车间调度模型库系统平台。深入研究了调度理论的优化算法模型,并应用改进的算法模型对实际问题进行求解,得到的结果是可行且有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 一、课题研究学术背景及意义
• 二、课题研究的主要内容及工作
• 第一章 调度问题与模型库研究
• 1.1 调度理论的研究与发展
• 1.2 调度问题的描述
• 1.2.1 单双机调度问题
• 1.2.2 调度问题的分类
• 1.2.3 调度问题的目标
• 1.3 模型问题的描述
• 1.3.1 模型的概念
• 1.3.2 模型的分类
• 1.4 模型库管理系统
• 1.4.1 模型库概念
• 1.4.2 模型库管理系统的发展阶段
• 1.4.3 模型库管理系统的功能
• 本章小结
• 第二章 遗传算法研究
• 2.1 遗传算法概述
• 2.2 遗传算法基本实现技术
• 2.2.1 编码方法
• 2.2.2 适应度函数
• 2.2.3 基本操作
• 2.2.4 运行参数
• 2.3 调度问题中的遗传算法
• 2.3.1 表达方法
• 2.3.2 混合式遗传算法
• 本章小结
• 第三章 DNA 计算和人工免疫系统研究
• 3.1 DNA 计算概述
• 3.2 DNA 计算与遗传算法
• 3.2.1 DNA 遗传算法的基本术语
• 3.2.2 DNA 遗传算法的流程
• 3.3 人工免疫系统概述
• 3.4 免疫算法与遗传算法
• 3.4.1 免疫算法概述
• 3.4.2 免疫算法的流程
• 3.4.3 免疫遗传算法的流程
• 本章小结
• 第四章 改进的DNA 免疫遗传算法
• 4.1 引言
• 4.2 改进算法的关键技术
• 4.2.1 遗传密码表的建立
• 4.2.2 单处理器并行机制的开展
• 4.2.3 亲和力调整算法的应用
• 4.2.4 疫苗库的引入
• 4.2.5 聚类算法平均化种群
• 4.3 改进算法的流程
• 4.3.1 编码和解码
• 4.3.2 适应度计算
• 4.3.3 初始种群的建立
• 4.3.4 算法相关参数
• 4.3.5 改进的精英选择策略
• 4.3.6 交叉和变异
• 4.3.7 倒位操作
• 4.3.8 算法步骤
• 4.4 改进算法性能验证
• 4.4.1 MT10 标准问题
• 4.4.2 实际生产问题
• 本章小结
• 第五章 车间调度模型库系统的设计与应用
• 5.1 引言
• 5.2 系统总体设计思想
• 5.2.1 模型库系统初步设计
• 5.2.2 模型库系统的详细设计
• 5.2.3 编程实现
• 5.2.4 接口设计
• 5.3 系统功能模块设计
• 5.3.1 基础信息管理模块
• 5.3.2 算法模型管理模块
• 5.3.3 算法模型分析模块
• 5.3.4 算法模型运行模块
• 5.4 系统平台实例运行
• 5.4.1 算法模型管理平台
• 5.4.2 算法模型分析平台
• 5.5 改进算法在模型运行平台的应用
• 5.6 数据库表清单
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢