工件紧约束的柔性装配作业车间调度问题与算法研究

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随着经济与技术的快速发展,客户对产品的要求更加趋于个性化,生产模式正向大规模定制化生产方式转变,此时,如何在满足每个订单严格的质量要求与交货期要求的前提下合理配置可利用资源以达到生产效益最大化是制造型企业亟待解决的问题。生产调度技术作为制造系统中的核心技术之一,在企业资源配置过程中扮演着重要作用。在定制化生产模式下,同时考虑加工与装配过程进行调度是非常必要的,然而当前关于装配调度的研究大多将加工与装配过程进行严格地区分,这种方法将无法很好地适用于装配关系复杂的大规模定制化生产模式下生产调度方案的制定。此外,在日趋严峻的环境问题与资源成本高昂的情况下,如何在生产过程中减少能源损耗与环境污染亦是制造型企业亟需解决的问题。因此,综合考虑加工与装配过程并研究资源与环境的影响研究调度问题与算法具有重要的理论意义与应用价值。本文的研究内容如下:(1)综合考虑加工与装配过程进行调度,构建工件紧约束的柔性装配作业车间调度模型,以适应大规模定制化生产。针对工件紧约束的柔性装配作业车间调度问题特性,提出了一种具有新颖遗传算子的算法(JCGA)。在JCGA中,设计了能够同时满足工序约束与工件约束的二维实数编码方法、保证解空间完整性的编译规则、减少约束判断的解码方法及合理的变异与交叉算子。在与其他文章算例对比的基础上,为了更进一步验证算法的有效性,构建了10个FAJSP-JC算例。实验结果证明JCGA得到的解质量更优越。(2)在工件间具有约束关系的柔性装配作业车间调度模型的基础上考虑能源效率的影响,研究如何减少工件加工过程中机器空载运行而带来的额外能耗。以最晚完工时间、机器加工总能耗与机器关机/开机次数最小化为目标,构建考虑能源效率影响的柔性装配作业车间调度模型。针对考虑能源效率影响的柔性装配作业车间调度问题的特性,提出了3条启发式规则,并予以详细证明,在此基础上,结合启发式规则与多目标遗传算法NSGA-II,设计两阶段优化算法寻优框架,提出了求解该问题的多目标算法NSJCGA-H。通过实验验证表明,NSJCGA-H能够有效求解所提的问题,且所提启发式规则在减少机器额外能耗与机器关机/开机次数方面具有显著效果。
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