多目标柔性作业车间调度技术研究

论文摘要

历经半个多世纪，经典作业车间调度问题的研究取得了丰富的理论成果，但是由于所建模型与生产实践的现状相差甚远，很难用于生产实践。多目标柔性作业车间调度问题是经典作业车间调度问题的重要扩展，它在体现生产柔性的同时，综合考虑企业各部门对调度决策的期望，能更好地适应现代制造系统的需求，其研究有着重要的理论意义和工程实践意义。本文对多目标柔性作业车间调度问题进行了深入系统的研究，主要内容和成果如下：1．提出了包括时间、成本、设备利用率和交货期在内的调度性能评价指标体系。特别是针对评价调度决策经济性能的成本指标进行了详细的探讨，建立了面向调度评估的成本计算模型。2．提出了求解多目标柔性作业车间调度问题的两阶段求解模型：优化阶段采用多目标优化技术求解出一组Pareto解、决策阶段采用多目标决策技术对Pareto解进行评估。3．针对一般模式下的多目标柔性作业车间调度问题，提出了基于多目标免疫遗传算法（MOIGA）的优化方法，算法采用基于扩展工序的编码方式，建立了柔性作业车间调度算法库。4．分析了MOIGA算法的时间复杂度及其影响因素，利用马尔可夫链理论证明算法能以概率1收敛到Pareto最优解集，讨论了算法采用的动态变异率机制和小生境技术能从本质上保证Pareto解集的多样性。5．提出了层次分析法和模糊综合评判相结合的AHP-FE方法，评估优化阶段得到的Pareto解。模糊评判技术弥补了层次分析法主观打分的不足，产生模糊判断矩阵和决策矩阵，使层次分析法的评判过程更具有客观性。6．为了使调度模型更接近实际，对因工件目标不同引起的目标横向差异模式下的多目标柔性作业车间调度进行了研究，提出了基于MOIGA-Ⅰ算法的优化方法和基于工件权重的AHP-FE决策方法。7．对优化目标可随时间变化的目标纵向差异模式下的多目标柔性作业车间动态调度问题，采用了集成事件驱动和周期驱动方式的动态调度策略，给出了基于MOIGA-Ⅱ算法的优化方法，针对生产中出现质量问题后的动态调度问题进行了仿真，证明提出的方法可以有效解决该类问题。8．综合以上研究成果，基于B／S软件架构，开发了调度原型系统，并给出了在西安航空发动机公司的实施效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 FJSP建模方法研究现状
• 1.2.2 多目标FJSP优化方法研究现状
• 1.2.3 问题分类
• 1.3 现有研究存在的问题
• 1.4 本文的研究内容和背景
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 章节安排
• 1.4.3 课题来源
• 第二章 FJSP性能评价指标体系
• 2.1 常用性能指标
• 2.1.1 基于完成时间的指标
• 2.1.2 基于交货期的指标
• 2.1.3 基于成本的指标
• 2.1.4 基于设备负荷的指标
• 2.2 性能指标计算方法
• 2.2.1 完成时间指标计算方法
• 2.2.2 交货期性能指标计算方法
• 2.2.3 成本指标计算方法
• 2.2.3.1 生产调度评估对成本计算模型的要求
• 2.2.3.2 改进的ABC成本计算模型
• 2.2.3.3 成本指标计算方法
• 2.2.4 设备负荷指标计算方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 一般模式下多目标FJSP问题研究
• 3.1 一般模式下多目标FJSP优化模型
• 3.1.1 问题定义
• 3.1.2 必要假设
• 3.1.3 优化模型
• 3.2 一般模式下多目标FJSP求解方法
• 3.2.1 两阶段求解模型
• 3.2.2 多目标FJSP优化方法
• 3.2.2.1 问题分析
• 3.2.2.2 基于MOIGA的多目标FJSP优化算法
• 3.2.2.3 MOIGA算法时间复杂度分析
• 3.2.2.4 MOIGA算法收敛性分析
• 3.2.2.5 MOIGA算法的"早熟"避免机制分析
• 3.2.3 基于AHP-FE的多目标FJSP决策方法
• 3.2.3.1 AHP-FE评价模型的特征
• 3.2.3.2 建立AHP的层次结构
• 3.2.3.3 确定各指标的权重
• 3.2.3.4 模糊综合评判
• 3.3 实例仿真
• 3.3.1 仿真环境构建
• 3.3.2 实例数据
• 3.3.3 生产部门期望的调度决策
• 3.3.4 销售部门期望的调度决策
• 3.3.5 高层领导期望的调度决策
• 3.3.6 兼顾全局的调度决策
• 3.4 本章小结
• 第四章 目标差异模式下的多目标FJSP优化研究
• 4.1 目标横向差异模式下的多目标FJSP问题
• 4.1.1 问题描述
• 4.1.2 基于MOIGA-Ⅰ算法的优化方法
• 4.1.3 基于工件权重的AHP-FE多指标决策方法
• 4.1.4 实例仿真与分析
• 4.2 目标纵向差异模式下的多目标FJSP动态调度研究
• 4.2.1 动态调度概述
• 4.2.1.1 几个定义
• 4.2.1.2 两种动态调度机制
• 4.2.1.3 动态调度的性能评价指标
• 4.2.2 目标纵向差异模式下的FJSP动态调度问题
• 4.2.2.1 问题描述
• 4.2.2.2 动态调度策略
• 4.2.2.3 基于MOIGA-Ⅱ算法的优化方法
• 4.2.2.4 基于AHP-FE的多指标决策方法
• 4.2.2.5 实例仿真与分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 多目标FJSP调度原型系统开发及应用
• 5.1 多目标FJSP调度原型系统开发
• 5.1.1 行业特征分析
• 5.1.2 开发环境与开发工具
• 5.1.3 系统体系结构
• 5.1.4 系统功能模块划分
• 5.1.5 系统信息模型
• 5.1.6 集成接口
• 5.2 企业应用效果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士期间科研、论文发表、获奖情况
• 致谢
• 英文缩写索引