基于改进的蚁群算法求解装配线平衡问题

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装配线是现代制造业将产品的零件进行组装的重要生产方式,而装配线平衡问题是指将具有优先关系操作分配到各个工位,使得装配线某些目标达到最优的混合数字整数规划问题。研究装配线平衡问题有利于提高企业的生产速度,从而使得企业盈利能力大幅提升。由于装配线平衡问题跟实际生产紧密联系,所以其种类极为丰富。装配线的布局方式有直线型、双边、U型;而实际生产的目标又有第一类平衡目标(最小化工作站)、第二类平衡目标(最小化节拍)、第三类平衡目标(最小化平衡指数)。很长时间以来,装配线平衡问题都没有得到很好的解决;直到元启发算法的兴起,才使得装配线问题得到比较统一、有效的解决。本文的研究对象是布局方式为直线、平衡目标为最小化节拍的装配线。在蚁群算法优化思想基础上,提出一种适用于装配线平衡问题的改进蚁群算法。改进算法主要包括:(1)将操作的基本属性(操作时间)、优先关系属性(后继操作数、可释放操作数)作为搜索可行解的启发式信息。(2)提出一种新的信息素,这种信息素更新策略简单而且实用性很强,有利于减少装配线解的负载均衡度。(3)给出操作选择算子和操作分配算子两种算子,可以对逐个工位逐个位置进行操作分配,操作选择算子能够根据信息素和启发式值进行全局搜索候选操作,操作分配算子根据理论工位时间决定分配哪个候选操作。实例数据结果表明该改进算法能够有效求解装配线第二类平衡问题。最后对改进的蚁群算法进行一些统计分析实验:(1)与其他智能算法进行对比试验,分析这些算法能得到最好节拍从而分析算法的优劣;(2)在操作和操作之间信息素和操作与工位信息素的对比实验中,重点比较两种信息素各自得到的最好解的平衡率和负载均衡度;(3)以平均节拍为比较参数,来分析各类启发式信息对求解装配线的初始可行解的影响大小,验证启发式信息有效性。
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