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具有有限缓冲区的柔性流水车间排产优化问题(flexible flow-shop scheduling problem with limited buffer,FFSP-LB)是柔性流水车间排产优化问题(flexible flow-shop scheduling problem,FFSP)的一种扩展,其生产加工过程受到缓冲区容量的限制。柔性流水车间由于具有多工位多工序的特点,其广泛存在于钢铁生产、车辆制造、半导体封装等行业的生产企业中,柔性流水车间排产优化问题是一类NP-hard问题,理论研究中经常假设缓冲区为无限缓冲区,但实际制造企业由于受到车间资源的限制,缓冲区容量是有限的,当缓冲区中工件数达到容量限制时,完成的加工产品停留在工位上,等待缓冲区被释放,生产过程被阻塞,所以当柔性流水车间的生产过程受到缓冲区约束限制时,增加了排产优化问题的求解难度,探索具有有限缓冲区的柔性流水车间排产优化问题更有效的求解方法,能够降低生产阻塞,提高制造企业的设备利用率。目前,FFSP-LB问题已经引起越来越多的关注,客户对产品需求日趋多样化和个性化,导致生产线上产品类型增多,生产节拍的难以控制,增加生产过程的不确定性,生产任务需求产能与企业生产线提供产能匹配更加困难,从而增加生产管控的难度,缓冲区对生产加工过程的调节作用变得更加突出,同时,新类型的有限缓冲区不断出现,在整车制造等企业中存在一种复杂的路由缓冲区,其通过路由规则来控制工件在缓冲区的移动过程,路由缓冲区的存在进一步增加排产优化问题的复杂程度。所以,充分发挥缓冲区调节生产过程和调控生产任务分配的作用,克服有限缓冲区带来的生产阻塞,降低其导致生产管控的复杂度,对于提高企业资源利用率具有重要作用,因此研究具有有限缓冲区的柔性流水车间排产优化问题具有重要的工程应用价值。本文针对FFSP-LB排产优化问题,建立以最小化的最大完工时间为优化目标的具有有限缓冲区的柔性流水车间数学规划模型,将改进的ICA算法与基于优化目标的初始种群建立方法相结合的方法作为全局优化方法,用于更好的求解FFSP-LB问题,并进一步结合路由规则求解具有路由缓冲区的柔性流水车间排产优化问题(flexible flow-shop scheduling problem with routing buffer,FFSP-RB),并验证该方法的有效性和实用性。本文主要研究内容如下:(1)建立具有有限缓冲区的柔性流水车间排产优化问题数学规划模型在经典的柔性流水车间数学规划模型基础上加入有限缓冲区约束的模型元素,建立具有缓冲区约束的数学关系模型,研究基于最小化最大完工时间为优化目标的评价指标体系,并进一步对具有有限缓冲区的柔性流水车间排产过程进行分析。(2)基于帝国竞争算法(ICA)的全局优化方法研究本文采用ICA算法作为全局优化算法,它是一种简单的、易于使用的并且能够迅速地在搜索空间里收敛到最优解的优化算法。针对本文求解与实际工程密切相关的复杂的有限缓冲区柔性流水车间排产优化问题,ICA算法能够充分发挥其优势,可以快速求解该类复杂问题,因此本文采用ICA算法求解FFSP-LB问题,并验证其有效性和优异性。(3)ICA算法的改进方法研究ICA算法虽然收敛速度较快,但也容易陷入局部极值,因此,本文引入改革操作、精英个体保留策略以及汉明距离个体选择机制,提出改进帝国竞争算法(IICA),在迭代过程中,针对IICA算法的帝国内同化过程过于简单,导致算法易陷入局部极值的问题,结合模拟退火算法思想,提出基于模拟退火算法的IICA算法(IICA-SA),扩大了算法的搜索范围,增强个体跃出局部极值的能力,从而改善了算法寻优精度,增强了算法持续进化能力,最后通过仿真实例和对比分析来验证基于IICA-SA算法在FFSP-LB问题上的优化性能。(4)基于优化目标的初始种群建立方法研究ICA算法的初始种群是随机生成的,这种种群生成方式使初始个体(国家)均匀分布在可行域中,这样就会影响种群的生成质量。为了进一步提高ICA算法的搜索最优解效率,本文设计一种基于最小化最大完工时间的初始种群建立方法,并与IICA-SA算法结合,提出基于优化目标初始种群建立方法的IICA-SA算法,以提高初始种群中初始解的质量。最后通过多组规模的仿真实例进行测试,验证基于优化目标初始种群建立方法的IICA-SA算法对于求解FFSP-LB问题能获得更好的优化效果。(5)具有路由规则的有限缓冲区柔性流水车间排产优化问题研究具有路由规则的有限缓冲区是一种复杂的有限缓冲区,即路由缓冲区。工件可以在缓冲区序列之间移动,重新调整分配,并通过一定的路由规则引导其移动过程。采用全局优化算法(基于优化目标初始种群建立方法的IICA-SA算法)与局部的路由规则相结合的方法以解决FFSP-RB问题。针对路由缓冲区制定控制规则能够保证生产线持续稳定的运行。本文主要研究内容分为研究方法和研究问题。采用ICA算法以及其改进算法作为全局优化方法,并结合局部的路由规则对具有有限缓冲区柔性流水车间排产优化问题(FFSP-LB)和具有路由缓冲区的柔性流水车间排产优化问题(FFSP-RB)进行研究,通过各组规模的仿真实例,证明了基于优化目标初始种群建立方法的IICA-SA算法在解决FFSP-LB问题和FFSP-RB问题中能获得更好的优化效果。