考虑机器故障的可重入混合流水车间调度研究

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在全球经济一体化的背景下,随着“中国制造2025”的提出,制造企业把提高生产效率放在了至关重要的位置,而随着需求的多样化以及对制造产品质量精度的要求,可重入混合流水车间(Re-entrant Hybrid Flow-Shop)这种新型制造车间引起了广泛的关注。最为典型的可重入混合流水车间为半导体制造车间,它的特点是工件需重复经过各加工阶段进行加工。本质上看,可重入混合流水车间是混合流水车间的扩展,其复杂程度与混合流水车间相比成倍增加,是最复杂的组合优化问题之一,其建模、优化及求解方法引发了国内外学者的广泛研究。本文研究可重入混合流水车间动态调度问题,考虑机器故障的随机干扰因素,并设计相应的改进离散人工蜂群算法对问题进行求解。本文总结了国内外学者对可重入混合流水车间调度问题的研究,并考虑现实生产中可能存在的随机干扰因素,以完工时间为调度目标,建立考虑机器故障的可重入混合流水车间调度优化模型,在此基础上,研究采取不同重调度策略的有效性。由于该问题复杂程度高,求解较为困难,设计高效的求解优化算法至关重要。人工蜂群算法是一种现代启发式智能算法,主要用于处理连续函数最优化问题。本文首次将人工蜂群算法应用于可重入混合流水车间调度问题,针对可重入混合流水车间调度问题离散性的特点,对人工蜂群算法进行改进,提出改进离散人工蜂群算法。在改进的算法中,提出一种新型矩阵编码方式,使用基于加工时间最短和机器空闲原则相结合的方法,采用随机规则和累计加工时间最短规则生成初始种群,以保证种群质量及其多样性。通过采用两点交叉算子和均匀交叉算子增强算法的局部搜索能力,同时引入禁忌搜索中禁忌表的思想,以避免陷入局部最优,保证解的质量,加快算法收敛速度。本文将可重入混合流水车间中的并行机分为相同并行机和不相关并行机两类,设置了多组仿真实验,通过将本文所提出的算法与其他算法进行比较,验证所提算法在解决可重入混合流水车间调度问题的可行性,同时验证了算法在应对随机干扰因素时的有效性。实验结果表明,本文所提的算法能够有效求解考虑机器故障的可重入混合流水车间调度优化问题,能够为半导体、钢铁、客车等制造企业提供可参考的调度方案,并能为企业在面对机器故障干扰时提供有效的重调度策略选择方案。
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