分布式装配置换流水车间调度问题研究综述

近几十年来,现代制造业发展迅速,一种趋势是在分布式生产工厂进行工件的加工,待完成后到装配工厂集中装配成最终产品。该模式在带来诸多好处的同时,对资源调度提出了新的挑战。针对分布式装配置换流水车间调度问题(distributed assembly permutation flowshop scheduling problem,DAPFSP),介绍了DAPFSP的背景和存在的主要困难,进而对以最小化最大完工时间为优化目标的DAPFSP,从数学模型、编解码策略、全局和局部搜索算法角度进行探讨,分别综述了以最小化总流程时间等为优化目标,具有零等待等约束,以及考虑准备时间等因素的DAPFSP研究成果。最后,对有待进一步开展的研究工作进行展望。

改进鲸鱼算法求解分布式装配柔性作业车间生产与配送联合调度问题

针对一类先加工后装配的离散生产模式,研究分布式制造环境下的装配柔性作业车间生产与配送两阶段联合调度问题。结合实际的生产情况,考虑供应链下生产与配送过程所产生的库存成本,以最小化生产和配送的总成本为联合调度优化目标,提出一种改进鲸鱼算法。针对联合调度的多阶段调度过程,设计了一种基于工序、产品、工厂、机器和车辆的五层编码策略;根据各阶段的特点提出了相应的混合种群初始化策略,以提高解的质量;以加强种群中领头鲸鱼个体与普通鲸鱼个体的联系为导向,改进了鲸鱼觅食的搜索操作并提出四种邻域结构,以增强算法的全局探索和局部搜索能力。最后,通过仿真实验,对比相关研究领域的多种算法来验证所提算法在收敛速度和求解质量等方面的优势,并且将联合调度与分阶段调度进行实验对比,验证了联合调度的优越性。

超启发式交叉熵算法求解分布式装配柔性作业车间调度问题

本文针对一类新型两阶段分布式装配柔性作业车间调度问题(DAFJSP),建立问题模型,以最小化最大完工时间为优化目标并提出一种超启发式交叉熵算法(HHCEA)进行求解.首先,设计基于工序序列、工厂分配和产品序列的三维向量编码规则和结合贪婪策略的解码规则,同时提出4种启发式方法以提高初始解的质量.然后,设计高低分层结构的HHCEA,高层为提高对搜索方向的引导性,采用交叉熵算法(CEA)学习和积累优质排列的信息,其中各排列由结合问题特点设计的11种启发式操作(即11种有效的邻域操作)构成;低层为增加在解空间中的搜索深度,将高层确定的每个排列中的启发式操作依次重复执行指定次数并在执行过程中加入基于模拟退火的扰动机制,以此作为一种新的启发式方法执行搜索.最后,通过仿真实验与算法对比验证HHCEA可有效求解DAFJSP.

混合交叉熵算法求解模糊分布式装配流水线低碳调度问题

本文针对实际生产过程中普遍存在的不确定性,采用模糊数表示工件的加工时间与产品的装配时间,以同时最小化模糊最大完工时间和模糊总能耗为优化目标,建立模糊分布式装配流水线低碳调度问题(FDAPFLSP)的模型,进而提出一种混合交叉熵算法(HCEA)进行求解.首先,通过分析现有三角模糊数排序准则特点,并考虑生产调度问题的基本约束,设计一种实用的三角模糊数排序修正准则.其次,为增强算法性能,设计一种自适应变邻域局部搜索以实现对解空间不同区域的有效搜索.最后,仿真实验与算法对比验证HCEA可有效求解FDAPFLSP.

混合三维分布估计算法求解分布式加工装配和车辆配送集成调度问题

本文针对一类广泛存在的分布式加工装配和车辆配送集成调度问题(Integrated Scheduling Problem of Distributed Production Assembly and Vehicle Delivery,ISP_DPAVD),以最小化运输和延迟惩罚总成本为优化目标,提出一种混合三维分布估计算法(Hybrid three-Dimensional Estimation of Distribution Algorithm,H3DEDA)进行求解.ISP_DPAVD包含两个耦合的子问题,即加工装配阶段子问题(子问题1)和车辆配送阶段子问题(子问题2).由于每个子问题1的解(部分解1)均会确定1个具体的子问题2,故ISP_DPAVD的解空间非常庞大.根据这一特点,在H3DEDA中,先设计结合邻域变换的启发式规则来快速获取子问题2的优良解,以实现子问题间的部分解耦并明显缩减搜索空间,再设计三维EDA引导的全局搜索和变邻域驱动的局部搜索来获取ISP_DPAVD的高质量解.通过在不同规模测试问题上的仿真实验和算法比较,验证了H3DEDA求解ISP_DPAVD的有效性.

分布式多柔性装配作业车间调度问题研究

针对分布式柔性装配作业车间环境,综合考虑了调度过程中的机器选择柔性、工人安排柔性和工序顺序柔性,构建了以最小化最大完工时间和最小化总能耗为优化目标的分布式多柔性装配作业车间调度问题(DMFAJSP)的数学模型。为求解DMFAJSP模型,提出了一种以分布估计算法为全局搜索组件、以邻域搜索算子为局部搜索组件的多维模因算法(MDMA)。最后,将所提出的算法与其他算法进行了对比试验,结果表明MDMA算法在求解DMFAJSP模型方面具有显著优势。

分布式装配阻塞流水车间调度算法研究

针对以装配完成时间为优化目标的分布式装配阻塞流水车间调度问题(DABFSP),提出一种协同帝王蝶优化(CMBO)算法.在算法的初始化阶段,CMBO有效利用分布式装配阻塞流水车间调度问题的特征,采用构造式的方法产生可行调度序列,并作为算法的初始解;在迭代过程中,CMBO利用两种协同的离散化算子更新种群;在局部搜索阶段,CMBO利用最优解的邻域信息进一步提升解的精度与质量.在以不同工件数、机器数、工厂数和产品数为组合的900个问题实例中,测试和比较了CMBO算法及其他先进对比算法的性能.实验结果及统计学分析表明:CMBO算法在求解分布式装配阻塞流水车间调度问题时优于其他两种对比算法.

混合分布估计算法求解模糊分布式装配柔性车间调度问题

针对分布式环境下作业时间的不确定性,本文以三角模糊数描述工件加工时间及产品装配时间,建立了以生产成本、拖期时间为目标的分布式装配柔性模糊车间调度模型(distributed assembly flexible job shop scheduling problem with fuzzy processing time,DAFJSPF),并提出了一种混合差分搜索及变邻域搜索的分布估计算法(HEDA-DEV)进行求解.首先,根据问题的特点,设计了一种新的多维编码方案;其次,提出基于概率模型的相似系数和两种变异算子,实现变异策略的动态选择;为提高算法的寻优能力,设计了5种变邻域结构,并按特定的搜索策略协同处理.最后,通过不同规模、不同柔性的实例仿真对比实验,验证了该算法在求解DAFJSPF具有较强的优势.

基于分布式虚拟环境的装配约束语义模型

装配约束是用来支持分布式虚拟环境中装配交互操作的关键信息.装配约束信息的抽象性关系到对装配单元行为的支持力度,装配约束信息的组织机制决定了分布式虚拟装配计算机实现的效率.针对目前装配约束的抽象和使用方面存在的问题,首先研究装配约束的语义抽象与表达,从产品装配应用域中捕获知识,提取共性,归纳装配约束基本语义并形式化表达;然后提出一种扩展对象语义建模方法,通过该方法对装配约束语义进行组织,赋予其功能行为特性,构建装配约束语义模型.通过VEADAM系统实例,装配约束语义模型能够有效地支持分布式虚拟装配的实现,并能很好地适应应用的变化和扩展.

分布式虚拟装配环境中碰撞检测方法研究

碰撞检测速度、网络延时和网络带宽对碰撞检测的限制是分布式虚拟装配系统中碰撞检测面临的主要问题。针对上述问题,提出了一种分布式碰撞检测解决方法,并对该方法中的同步方式、碰撞模型生成和几何元素间的相交检测进行了详细论述。应用结果表明该方法的有效性与实时性能够满足分布式虚拟装配的要求。

竖向荷载下分布式连接全装配RC楼盖横板向受力性能试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)横板向受力性能,进行了6个足尺DCPCD试件和2个现浇试件在竖向均布荷载下的静载试验,分析了试件的破坏模式、挠曲变形和应变发展规律.结果表明,DCPCD板缝连接件传力性能良好,试件弯曲刚度小于现浇试件,没有明显的塑性工作阶段,且较早进入弹塑性.DCPCD横板向挠曲变形以板缝变形和预制板转动为主,横板向变形曲线由多段直线在板缝位置处连接而成.DCPCD的板缝构造对楼盖横板向传力效果和弯曲刚度有较大影响,建议采用宽板预制方案和奇数板楼盖布置方法.然后,基于共轭法理论,提出了DCPCD弹性阶段横板向弯曲刚度计算方法,理论计算值与试验结果吻合良好,说明该方法可为四边支承条件下DCPCD的竖向承载力与变形计算提供依据.

全装配RC楼盖结构振动台试验与平面内刚度分析

为研究采用分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)结构抗震性能,依据一致相似律设计制作了缩尺比例为1/4的单跨两开间四层全装配RC楼盖框架-剪力墙结构振动台试验模型。建立了考虑DCPCD平面内弹性变形的等效梁、连接件模型和现浇结构对比模型,分析了三种模型的动力特性与地震响应。进行了模型结构在水平地震激励下的振动台试验。结果表明:欠人工质量模型是合理可行的,模型重力效应可达到应有重力效应的63%以上,减小了重力失真效应对试验结果的不利影响;等效梁模型与连接件模型两种分析方法能较好地模拟DCPCD结构的地震响应;水平地震作用下DCPCD发生了较大的平面内变形,使地震响应与现浇结构存在较大差异;DCPCD不满足国内外规范对刚性楼盖的规定,建议抗震设计时考虑楼盖的平面内变形对地震作用计算和抗震分析的影响。

踮脚和跳跃荷载下四边简支全装配式RC楼盖振动特性试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(简称全装配楼盖)竖向动力特性与人致激励响应规律,进行了2个全装配楼盖和1个现浇楼盖在四边简支条件下的动力试验,并施加了多种人致振动激励,分析了楼盖在踮脚和跳跃荷载下的振动特性。结果表明:全装配楼盖的自振频率小于现浇楼盖的,而阻尼比相对于现浇楼盖的有较大提高,前3阶的振动模态中只有第1阶与现浇楼盖的相同;板缝连接件可有效传递全装配楼盖横板向振动,大幅提高其振动频率、减小楼盖振动响应;连接件数量和位置对全装配楼盖竖向振动响应有较大影响,跨中连接件的影响最显著;随着荷载频率和行人的增加,全装配楼盖的峰值加速度逐渐增大,荷载越靠近楼盖中心则峰值加速度越大,单人激励下全装配楼盖与现浇楼盖的峰值加速度差值大于多人激励下的;全装配楼盖的振动频率满足舒适度要求,但峰值加速度响应不满足舒适度性能指标,设计中可根据要求选择连接件规格和数量,以达到自振频率和峰值加速度双控条件下的舒适度评价标准;基于正交各向异性双向板振动理论提出用于预测全装配楼盖自振频率和峰值加速度的计算方法,所得理论值与试验值吻合良好。