混合流水生产系统的多目标协同优化研究

发布时间：2020-08-20 13:48

【摘要】： 本文主要研究混合流水生产系统设计中的多目标协同优化问题，基于协同设计的思想，综合了混合流水生产系统中平衡设计与排产设计两个方面的协同和交互效应，进行面向排产的平衡设计和面向平衡的排产设计。在混合流水生产系统优化设计中引入协同进化算法，建立了一种新的混合流水生产系统的优化体系与算法框架。在算法框架中，协同优化算法结合了小生境技术、面向排序的选择模型以及Pareto过滤器，使系统设计目标从局部最优进化到全局最优，同时把混合流水生产系统的优化从单一目标最优解扩展到多目标的Pareto最优解。在多目标优化的基础上，研究了混合流水生产系统的多目标决策问题，针对多目标协同优化得到的Pareto前端，依据决策方案的辅助信息、对指标有偏好的信息以及对决策方案有偏好的信息等，采用测度函数、0-1规划方法以及相对熵的方法，结合主客观因素进行多目标个体决策和群体决策，把多目标优化与多目标决策联系起来。在多目标协同优化体系和算法框架的基础上，本文分别建立了混合流水生产系统的基于制造周期、负荷、物流和U型布局等多目标协同优化模型，并给出了优化实例。在基于制造周期(makespan)的多目标协同优化中，研究了各种平衡指标与系统目标之间的关系，将协同优化的结果与串行优化的结果进行了比较分析，给出了混合流水线协同优化与多目标协同优化的具体算法，并且在多目标协同优化得到的决策方案集的基础上，进行了多目标决策；在基于物流的多目标协同优化模型中，将零部件使用速率的均匀化模型推广到流水线上各个层次物料供应(物流)的平准化问题，首次在makespan的基础上将物流平准化目标与混合流水线的平衡设计有机结合起来，根据顶层物料和低层物料的不同特征，分别建立了顶层物流的平准化模型和低层物流的平准化模型，进一步地研究了带资源供应约束型的物流平准化模型。在基于负荷的多目标协同优化模型中，通过实例分析了平衡设计与排产设计对系统目标的交互影响，综合了流水线的平衡设计和排产设计与工作站长度、产品投放速率等系统参数对系统的影响来优化混合流水生产系统设计，建立了在2种工作站类型与2种假设情形构成的4种组合下的优化模型，给出了一个优化实例。在基于U型布局的混合流水生产系统的多目标协同优化模型中，针对U型流水线的特点，建立了针对负荷均衡的混合U型流水线的协同优化模型，给出了具体的算法，并且提出工作站分解的方法，将U型流水系统的优化转化为直线型流水系统的优化，把混合U型流水生产线的优化与混合直线型流水生产线的优化统一起来。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：F406.2
【图文】：

序列,最优解,工作站

关(X)之关(X’)，i=l，2，…，m且严格不等号至少对一个序号i成立。显见，在连续的情况下，所有非劣解构成的集合实际上是个曲(线)面，经常称为尸aret。前沿(图2一19)。行解域图2一19尸aret口最优解与尸areto前沿2.6.2基于makespan的多目标协同优化模型与算法与一般的多目标优化不同，这里考虑的是两个种群—平衡种群和排产种群协同的多目标优化问题，优化的目标是最小化混合流水系统的makespan与系统的等待时间，其中等待时间包括产品的排队等待加工时间和工作站的闲置等待时间。在混合流水生产线的每个工作站中，如果本工作站的工件加工已经结束，但其上游工作站内的工件尚未加工结束，则该工作站在闲置等待;如果其上游工作站的工件已经加工结束，但本工作站内的工件正在加工，则上游工作站内加工结束的工件在排队等待。这两种情况均称为等待。根据我们的混合流水线的运行机制，这里采用的是可变投放率，因此排产序列中任意一个产品m。在第一个工作站的等待时间总为o，即wait一

负荷分布,负荷分布,工作站,产品

将会引起工作站中出现严重的产品未完工现象。因此，在平衡之后的投产顺序是一项重要的决策问题。如果按照AoA分B兮B分C的投产顺序，产品A，B，C(字母后面的数字代表排列顺序号)在4个工作站中加工的过程见图4一6。在一次循环中，有三次未完工现象，共计3个单位时间的未完工量，有14个单位时间的闲置等待量。表4一l混合型流水线的一个平衡设计方案(表中数据为各产品的在相应工作站中的加工时间)工作站产品规格合计4245图4一5产品A，B，c的在4个工作站内的负荷分布假定在混合流水线上，工作站之间用输送带连接，各种规格的产品以一定的速率被投放到流水线上，产品以一个恒定的速度通过各个工作站。流水线上工作站是封闭的

【引证文献】