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1、在零等待流水車間調(diào)度問(wèn)題中,生產(chǎn)過(guò)程的各級(jí)工序之間沒(méi)有任何緩沖空間,且工件加工完畢后不能停留在加工機(jī)器上,工件在上一級(jí)工序的加工結(jié)束時(shí)間必須與下一級(jí)工序的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間相同并且工件在車間的流向是單向的。進(jìn)一步,如果至少有一級(jí)工序上存在多臺(tái)功能相同的加工機(jī)器時(shí)稱為零等待混合流水車間調(diào)度問(wèn)題。這類制造環(huán)境在諸如冶金和化工等工業(yè)過(guò)程中普遍存在。例如在鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的煉鋼-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中,零等待調(diào)度的實(shí)現(xiàn),可以減少鋼水在空氣中的溫降,對(duì)實(shí)現(xiàn)熱送熱裝
2、的生產(chǎn)方式起著重要的作用。 在混合流水車間加工環(huán)境中往往存在瓶頸環(huán)節(jié),而整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率又常常是由瓶頸環(huán)節(jié)決定的。盡管并行機(jī)調(diào)度問(wèn)題可以看作是混合流水車間的一個(gè)特例,但是,基于解決瓶頸環(huán)節(jié)的重要性,有必要單獨(dú)對(duì)并行機(jī)問(wèn)題進(jìn)行深入的研究。煉鋼-連鑄過(guò)程中鋼水的澆鑄通常是在幾臺(tái)功能相同的并排連鑄機(jī)完成的。鋼水在連鑄機(jī)上的澆鑄具有很多約束條件,是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的瓶頸環(huán)節(jié),對(duì)并行機(jī)上的成組調(diào)度問(wèn)題的研究,為連鑄與軋制環(huán)節(jié)的工序匹配和能
3、源節(jié)約提供了保障。 本文以煉鋼-連鑄過(guò)程為背景,對(duì)零等待流水車間和并行機(jī)調(diào)度中的若干問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。由于這些問(wèn)題都是NP-難問(wèn)題,無(wú)法找到可以精確求得最優(yōu)解的多項(xiàng)式時(shí)間算法,因此發(fā)展快速求得近似解的有效算法是本文的研究重點(diǎn)。本文的主要貢獻(xiàn)如下: 1.研究?jī)?yōu)化目標(biāo)為總流程時(shí)間最小化的兩機(jī)和三機(jī)零等待流水車間調(diào)度問(wèn)題。在兩機(jī)問(wèn)題中將工件在每臺(tái)機(jī)器上的處理過(guò)程分為調(diào)整、加工和移除三個(gè)相互分離的部分;在三機(jī)問(wèn)題中將工件在每
4、臺(tái)機(jī)器上的處理過(guò)程分為調(diào)整和加工兩個(gè)相互分離的部分。而經(jīng)典的流水車間調(diào)度算法為了簡(jiǎn)化問(wèn)題的求解難度,不考慮工件在機(jī)器上所需的調(diào)整時(shí)間和移除時(shí)間,或者簡(jiǎn)單的把調(diào)整和移除時(shí)間并入加工時(shí)間。顯然本文的處理方法更符合生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況。討論了最優(yōu)解中工件排列應(yīng)滿足的條件,并結(jié)合貪婪式的搜索機(jī)制提出了能夠快速求得近優(yōu)解的啟發(fā)式算法。 2.對(duì)于機(jī)器數(shù)目大于三的零等待流水車間調(diào)度問(wèn)題,簡(jiǎn)單的啟發(fā)式算法所求得的調(diào)度結(jié)果往往并不理想。遺傳算法、禁
5、忌搜索等具有全局搜索能力的智能優(yōu)化算法已被證明可以很好的近似求解大規(guī)模的NP-難優(yōu)化問(wèn)題,但往往由于收斂速度慢、對(duì)算法參數(shù)敏感以致于很難在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用。將遺傳算法和所求問(wèn)題的結(jié)構(gòu)信息與已有的啟發(fā)式算法結(jié)合,提出了混合遺傳算法。在算法的求解質(zhì)量和求解速度兩個(gè)方面獲得了滿意的折衷,為智能優(yōu)化算法在實(shí)際工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。仿真計(jì)算表明,所提出的混合遺傳算法優(yōu)于目前已有的算法。 3.研究?jī)?yōu)化目標(biāo)為最大完工時(shí)間最小化的零等待混合
6、流水車間問(wèn)題。首先研究了一類特殊的兩級(jí)問(wèn)題并給出了基于Johnson規(guī)則的啟發(fā)式算法,在該類問(wèn)題中第一級(jí)只有一臺(tái)可以利用的機(jī)器,第二級(jí)具有多臺(tái)相同的并行機(jī)器,并且考慮與工件作業(yè)時(shí)間分離的設(shè)備調(diào)整時(shí)間和移除時(shí)間。對(duì)于多級(jí)零等待混合流水車間調(diào)度問(wèn)題提出了構(gòu)造完整調(diào)度方案的方法,改進(jìn)了一種用于求解一類無(wú)中間緩沖區(qū)但非零等待的混合流水車間問(wèn)題的近似求解算法,計(jì)算結(jié)果表明了算法的有效性。 4.研究?jī)?yōu)化目標(biāo)為總提前/拖后完工時(shí)間最小化的并行
7、機(jī)成組調(diào)度問(wèn)題,提出了三階段的啟發(fā)式算法。首先把并行機(jī)問(wèn)題看成單機(jī)問(wèn)題,以最小化總拖后時(shí)間為目標(biāo)排列工件的加工次序;然后將已排序的工件分配給并行的各機(jī)器,并適當(dāng)調(diào)整工件的次序以減小調(diào)整時(shí)間從而減小各機(jī)器上后面工件的完成時(shí)間,達(dá)到減小工件總拖后時(shí)間的目的;最后采用GTW算法對(duì)各機(jī)器上的工件調(diào)度插入適當(dāng)?shù)目臻e時(shí)間以求獲得最小的總提前/拖后完工時(shí)間。為進(jìn)一步提高算法的求解質(zhì)量在所提出的啟發(fā)式算法的第一階段引入遺傳搜索過(guò)程,提出了能夠在合理的計(jì)
8、算時(shí)間內(nèi)求得高質(zhì)量近優(yōu)解的混合遺傳算法。 5.將零等待流水車間調(diào)度算法、并行機(jī)成組調(diào)度算法,應(yīng)用于煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度仿真系統(tǒng),并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的軟件。該調(diào)度仿真系統(tǒng)接受日計(jì)劃下達(dá)的生產(chǎn)指令,以熱軋階段預(yù)排序得到的連鑄坯的要料期作為計(jì)劃的交貨期,合理的安排在各工序上的加工設(shè)備和加工順序計(jì)劃。與計(jì)劃層和熱裝工序的緊密配合實(shí)現(xiàn)了煉鋼-連鑄-熱軋生產(chǎn)過(guò)程的一體化管理。與傳統(tǒng)的連鑄坯裝爐加熱軋制工藝比較,具有節(jié)能,提高產(chǎn)品質(zhì)量和成材率,簡(jiǎn)化工
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