基于扩展Petri网与遗传算法的分段车间虚拟流水线调度研究

论文摘要

船舶工业是关系到国防安全及国民经济发展的战略性产业,是一个国家技术能力和经济实力最有利的体现。船舶建造是典型的大型装备制造业,具有劳动、资金、技术密集型的特点。目前,我国船舶建造业还处于传统造船模式向现代造船模式的转变过程中,船舶制造业的整体技术水平与日韩等传统造船大国差距还很大。要想由造船大国转变为造船强国,提高生产效率是我国造船企业改革的必由之路。由于分段调度的可行性和及时性差是提高船舶建造效率的主要制约因素,因此研究船舶企业分段车间的调度问题具有重要的意义。根据曲面分段加工的生产特点,本文借鉴固定工位生产与流水线作业模式结合起来的虚拟流水线生产作业模式,即在固定工位生产过程中采用流水线作业的组织形式,以提高曲面分段的生产效率。首先阐述了虚拟流水线提出的背景、基本原理以及实现虚拟流水线作业的关键技术:作业班组的构建、生产节拍确定、工期同期化。其次在研究传统Petri网的基本理论及在进行作业车间建模时的不足,提出了一种基于时间Petri网和着色Petri网的扩展Petri网,并且建立了扩展Petri网在进行车间建模时的基本模型。然后构建作业班组,在作业班组构建的基础了建立了虚拟流水线调度问题的数学模型,并提出一种基于激发序列的改进遗传算法对模型进行求解。最后研究了基于现代造船模式的虚拟流水线生产系统,使用UML对系统开发过程进行可视化建模。虚拟流水线生产模式可以有效的提高船舶分段建造车间的生产效率,缩短生产生产周期,降低成本,便于过程控制,因此研究虚拟流水线作业模式下分段车间的调度问题具有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.1.1 论文的研究背景
• 1.1.2 论文的目的和意义
• 1.2 车间调度问题国内外研究现状
• 1.2.1 车间调度问题的国内外研究现状
• 1.2.2 车间调度研究存在的问题及发展趋势
• 1.3 论文的研究内容、方法及创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 创新点
• 第2章 论文的研究理论及方法
• 2.1 虚拟流水线的提出及基本原理
• 2.1.1 船舶曲面分段生产模式分析
• 2.1.2 虚拟流水线基本原理
• 2.2 遗传算法及其主要特点
• 2.2.1 遗传算法的基本原理
• 2.2.2 遗传算法的优点和不足
• 2.2.3 遗传算法的操作流程
• 2.2.4 遗传算法参数选择与操作设计
• 2.3 UML、RUP 与体系结构建模
• 2.3.1 面向对象业务建模方法
• 2.3.2 UML、RUP
• 2.4 本章小结
• 第3章 扩展Petri 网及作业车间建模
• 3.1 Petri 网理论基础
• 3.1.1 Petri 网基本理论
• 3.1.2 Petri 网过程建模特点
• 3.1.3 高级Petri 网理论
• 3.2 扩展Petri 网
• 3.3 基本模型的建立
• 3.3.1 缓冲区模型
• 3.3.2 FCFS 工作队列模型
• 3.3.3 制造系统中的竞争并行与同步模型
• 3.4 基于扩展Petri 车间作业调度建模实例
• 3.4.1 基于Petri 网的作业车间建模思想
• 3.4.2 基于扩展Petri 网的作业车间建模步骤
• 3.4.3 基于扩展Petri 网的作业车间建模实例
• 3.5 本章小结
• 第4章 虚拟流水线调度系统的数学建模
• 4.1 作业班组的构建
• 4.2 虚拟流水线生产系统的数学模型
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 数学描述
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于扩展Petri 网结合遗传算法的虚拟流水线调度系统
• 5.1 Petri 网与遗传算法结合的思想
• 5.2 虚拟流水线生产系统调度系统的GA 算法设计
• 5.2.1 染色体的编码
• 5.2.2 染色体解码及其算法
• 5.2.3 种群初始化
• 5.2.4 适应度函数设计与计算
• 5.2.5 选择操作
• 5.2.6 交叉操作
• 5.2.7 变异操作
• 5.3 算例
• 5.4 本章小结
• 第6章 虚拟流水线调度系统分析与设计
• 6.1 曲面分段建造的工艺流程分析
• 6.2 虚拟流水线调度系统业务建模
• 6.2.1 系统业务模型
• 6.2.2 系统静态模型
• 6.2.3 系统动态模型
• 6.3 虚拟流水线调度系统总体设计
• 6.3.1 系统的需求分析
• 6.3.2 系统的功能模块设计
• 6.3.3 系统数据库设计
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 本文总结
• 未来展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要