关键词： 柔性作业车间调度   多目标优化   面向订单生产   模糊集   基于分解的多目标进化算法  

摘要： 面向订单生产是目前主要的一类生产模式,柔性的作业车间能很好地应对不同订单所产生的需求变化。对调度方案的期望是能够提升生产效率并节约成本,但柔性作业车间的调度问题是一个复杂的组合优化和NP-hard问题,并且会因实际生产情况产生不同的约束条件。因此,前人对该调度问题的研究,会因现实需求产生不同的研究侧重点:一是同时兼顾生产效率和准时交货等目标可能会相互冲突;二是由于加工过程各种因素的影响,需要考虑工序的时间不能精准确定的问题;三是由于工件所属的订单、利润、客户等不同,需要在调度过程中有所区别和侧重。本文研究将同时考虑柔性作业车间调度的这三个方面。首先研究如何高效地解决多目标柔性作业车间调度问题,再将工序时间视为不确定情况进行处理,然后在交货满意度上引入订单重要性,通过改进的算法对其进行求解。具体研究思路是使用基于分解的多目标进化算法将多目标问题分解成多个单目标问题进行处理,并且在算法求解时使用有效的编码与解码方式、设计解集初始化规则、引入变邻域搜索强化局部搜索能力。其次,以模糊数表示生产参数构建工序时间不定的多目标柔性作业车间调度模型,在基于分解的多目标进化算法的框架上提出初始化配对策略并优化种群进化机制,设计权重向量调节步骤以提升算法的求解性能;最后在调度目标中的交货期满意度中引入订单重要性作为权重、达到平衡生产效率和交货期的目的。选取常用的柔性作业车间调度算例作为实验数据,将优化算法和其他学者的结果进行对比,并对比相关算法的求解时间,以验证求解算法的高效性。针对模糊的调度问题集,使用超体积指标指标评价本文算法和其他常用算法的解集质量,以证明优化措施的有效性。选取企业现阶段采用的调度规则作为对比,对比得到的求解目标,表明本文设计的算法在处理实际调度问题中能取得较好的效果。最终本文构建了相应的问题模型,设计了性能良好的优化算法,所得结果能够为柔性作业车间实际调度和订单处理提供一定的决策支持。

关键词： 柔性作业车间调度   扰动事件   节能调度   GWO算法   NSGA-Ⅱ算法  

摘要： 制造业为国民经济发展之本,生产过程中普遍存在着能耗大,能量利用率低的问题。调度作为减少车间能耗的一种有效手段,已引起国内外学者的重视。但是在加工过程中,可能会出现突发的工件到达、机器故障等扰动,影响到计划的执行,从而导致原有的计划耗费更多的能源和更长的完成时间。考虑扰动事件的车间调度更符合实际情况,降低能耗空间很大。本文针对考虑新工件到达和机器故障两类扰动事件的柔性作业车间进行节能调度研究,主要研究内容如下: (1)针对生产车间存在的运输情况,对运输能耗优化,构建以车间总能耗、调度偏离度以及最大完工时间为目标的考虑新工件到达的柔性作业车间节能调度模型,设计一种改进的灰狼优化算法(IGWO)求解问题。为了加快算法的收敛速度,提出具有余弦规律的收敛因子,并引入动态权重策略更新灰狼位置。并通过仿真结果分析以及与其他算法的对比发现,IGWO算法具有更好的优越性。 (2)针对生产车间复杂制造环境,在新工件到达下,构建以车间总能耗、机器总负荷、机器最大负以及最大完工时间荷为目标的考虑机器故障的柔性作业车间节能调度模型。设计一种新颖的改进非支配排序遗传算法(1NSGA-Ⅱ)求解问题。对种群中的优势个体进行基于邻域结构及非支配关系的个体局部搜索策略以产生更优解,提高种群的进化效率。并通过仿真结果分析以及与其他算法的对比发现,INSGA-Ⅱ算法具有更好的优越性。 (3)以SL制造企业为实例,对构建的两种调度模型分别用IGWO和INSGA-Ⅱ算法进行求解,确定机床的作业分配、工序排序等,给出实际的调度方案,结果证明所提改进算法对柔性作业车间的有效性。 最后,考虑扰动事件的柔性作业车间节能调度问题,解决了柔性作业车间生产资源与实际过程约束的调度问题,证明了考虑实际过程约束更加符合企业实际生产。不仅减少完工时间,还达到节能减排的目的,所提算法也优于其他算法,可以有效的解决该问题。

关键词： 高职   机械设计基础课程   机械类专业群  

摘要： 通过对机械设计基础课程的实施现状、存在的问题进行分析，提出相应的解决建议。将课程内容优化为以实践的行动内容为主、理论的学科内容为辅的职业教育课程结构，更好地体现“做中学”和发挥其在专业群课程体系中的作用。

关键词： 柔性作业车间   生产调度   回溯搜索算法   多目标优化  

摘要： 作业车间调度问题(Job Shop Scheduling Problem,JSP)因为其复杂性和实际应用性能,在调度领域成为了最重要的问题之一。在过去的几十年中,柔性作业车间调度问题的目标通常是为了最大限度地缩短完成所有工件所需的时间。相对现实世界中的许多调度问题,对多目标柔性作业车间调度问题(Multi-Objective Flexible Job-shop Scheduling Problem,MO-FJSP)的研究通常涉及多个在一定程度上冲突的目标的同时优化。因此,MO-FJSP可能更接近实际的生产环境,应该得到足够的重视,并不断进行深入研究。随着绿色制造的到来,在调度问题中考虑能源消耗相关的目标变得至关重要,这已经成为了当下热点研究领域。因此,本文建立以最小化最大完工时间、机器总负荷和总能量消耗为目标的柔性作业车间调度数学模型并进行求解。回溯搜索算法(Backtracking Search Algorithm,BSA)是一种利用旧种群引导新种群进化的双种群算法。传统回溯搜索算法存在着求解离散化问题较弱、易过早收敛、局部搜索能力有限的缺点。针对上述问题,本文将回溯搜索算法应用于MO-FJSP,提出了一种结合Pareto排序的改进回溯搜索算法(Improved Backtracking Search Algorithm,IBSA),首先采用多规则初始化种群,提高种群质量。然后通过结合改变个体搜索幅度因子对变异操作进行动态控制,拓宽搜索方向,防止种群迭代过程中陷入局部最优。由于回溯搜索算法利用旧种群为搜索过程提供方向,导致其后期寻优能力减弱,局部搜索能力受限,针对这一问题,通过结合个体引导与随机数扰乱提出一种新的交叉算子,提高后期寻优能力,防止了算法过早收敛。最后,提出一种接收准则,进一步增强算法的收敛能力。为了对该算法的求解性进行验证,本文采用Kacem、Brandimarte系列基准算例对所提算法进行仿真,并与文献中其他算法的仿真结果从求解精度、求解多样性、求解最优值等方面进行对比,结果表明该改进算法具有优越的求解性能。

关键词： 交货期窗口   交货期上界   柔性作业车间   可外包   遗传算法  

摘要： 本文基于柔性作业车间,面向一类不能提前\延期交货的订单,进行了可外包工件的调度研究。该类订单中,若制造商延期交货,客户可取消订单。由于制造商之间的优惠协助行为,制造商与客户均不想延期交货,双方可接受的实际交货期具有上界限。为避免延期交货,制造商可能要外包部分任务。而如何确定内部调度计划与外包明细,使整体效益更好,是制造商面临的问题。目前基于柔性作业车间进行可外包工件的调度研究较少,还没有面向具有交货期上界的订单,进行可外包工件的柔性作业车间调度研究。进行该项研究,有助于提升制造商接收该类订单的信心、降低生产成本以及丰富目标客户群。基于柔性作业车间,本文面向具有交货期上界的订单,在考虑保管成本与加工成本的基础上增加了外包费用,并以最小化总成本为目标,进行了可外包工件调度理论模型及算法研究。实现从整体确定内部加工计划与外包计划。其中,内部加工计划要确定各工件的各道工序在哪台设备上加工以及其在该设备上的加工顺位,外包计划要确定外包哪些工件。具体研究工作如下:首先实地调研相关背景制造企业,参考相关文献,进行了面向交货期上界的可外包工件FJSP基础研究。包括柔性作业车间调度问题、交货期窗口描述、交货期上界定义以及可外包工件的车间调度问题描述。再结合问题特点及复杂度,构建以保管成本、加工成本及外包成本之和最小为目标的FJSP调度模型。选择遗传算法对模型进行求解,并进行针对性设计。采用基于工序设备的双重编码、轮盘赌选择、POX工序交叉以及MPX设备交叉等遗传操作,以保证算法求解的正确性及有效性。最后分析D公司业务背景及叶片车间调度流程,结果表明其符合本文研究应用范围,并采用加工实例对本文研究进行应用。对比分析了两方案的五个指标。结果显示,本文面向具有交货期上界的订单,能在避免延期交货前提下,充分发挥柔性加工优势,从整体确定内部调度方案与外包明细,使各工件完工时间向交货期窗口内靠近。优化后方案相比实际执行方案,节省了7.32%的总成本,实现了利润扩大。表明本文调度研究有较好应用效果,较强应用价值。

关键词： 柔性作业车间调度   NSGA-Ⅱ算法   多目标算法   多约束问题   节能调度  

摘要： 车间调度问题是现今制造业提高生产力面临的重要问题,柔性作业车间调度问题是其中重要的分支,也是在多品种小批量生产模式下的主要问题。实际生产中的调度优化问题常面临多个优化目标,例如完工时间、机器设备利用率和设备均衡指数等,近几年在节能减排大环境下,生产耗能也成为了车间调度优化目标之一。不同的生产车间还面临着不同的约束问题,约束问题是生产计划安排和制约生产的一大原因,例如生产准备时间约束、生产批量约束和加工设备约束等。制造业急需在实际车间调度问题领域进行更广泛和深入的研究,以改善生产环境,提高生产效率。本文在此背景下,结合车间实际问题,对多约束柔性作业车间的多目标调度问题进行研究,以下是主要研究内容:本文首先对多目标柔性作业车间调度问题进行研究,将NSGA-Ⅱ算法与改进精确空间邻域移动算法进行混合,提出了基于混合算法求解多目标工序加工柔性作业车间问题。在结合邻域移动算法过程中,针对柔性作业车间调度问题特点,以TOC理论为支撑,将邻域搜索的逐步随机移动方式转变为持续精确移动方式,持续稳定优化目标函数值。对改进精确空间邻域移动算法中工序最早开始时间、工序浮动时间、机器初始加工时段和机器工序调整后的空闲时段进行了数学上的描述,对关键工序卸载位置建立数学模型。提出了三种编码调整策略以解决关键工序卸载后产生非法解问题。运用混合NSGA-Ⅱ和改进精确空间邻域移动算法求解经典算例并与其他算法进行比较,验证了算法的有效性。针对实际车间中面临的多加工约束的特点和节能生产目标,对多约束柔性作业车间的节能调度问题进行研究。首先对生产准备时间问题、批量约束问题和炉资源约束问题进行研究并对其进行数学描述。建立某多约束柔性作业车间的调度模型,对两种生产准备时间问题,订单和工序批量约束问题和炉资源约束问题分别设计调度策略。在上述混合算法的基础上,将双层编码策略改为四层编码策略,新增机器索引层和工件加工类别层,并在卸载位置选择环节设计了启发式节能调度方法。通过对随机生成算例进行测试,并与其他算法进行比较,验证了算法的有效性。最后在上述算法研究的基础上,开发设计了作业车间调度系统,系统功能进行展示。该系统针对车间、订单和工艺类型制定相应的车间调度计划,将完成的调度计划,通过用户更易理解的甘特图方式直观呈现,如订单甘特图和资源甘特图,可以在系统内完成订单、日历、资源和工艺的维护,极大提高了计划人员的工作效率。

关键词： 柔性作业车间调度问题   Jaya算法   双资源约束   关键路径   局部搜索   多目标优化  

摘要： 在工业互联的大背景下,我国制造业正在经历智能化生产转型,制造企业自适应调整生产系统使得自身工业制造水平得到全方位提升。但在人口老龄化、用工成本不断攀升的趋势下,我国制造企业还面临着生产能力不足、生产成本上升、客户个性化需求增加等系列问题,因此迫切需要进行整体优化,提高企业生产能力和资源配置能力。柔性作业车间调度是解决这一系列问题的重要技术,通过将人、机、物和系统进行全面连接来重构企业生产制造模式和组织方式,从而实现制造资源的合理配置。论文围绕柔性作业车间调度问题(Flexible Job-shop Scheduling Problem,FJSP)及其拓展问题展开研究,考虑在双资源约束的情况下利用群集智能算法和基于关键路径的局部搜索策略进行求解,并给出合理的调度方案用于指导企业进行生产加工。论文首先对调度问题进行分类和概述,然后在总结和分析国内外研究现状的基础上,建立了柔性作业车间调度问题和双资源约束柔性作业车间调度问题(Dual Resource Constrained Flexible Job-shop Scheduling Problem,DRCFJSP)的混合整数规划模型,最后基于改进的Jaya算法分别对单目标FJSP问题、单目标DRCFJSP问题和多目标DRCFJSP问题进行求解。论文主要从以下三个方面展开研究:(1)针对单目标FJSP问题,论文以最大完工时间为优化决策目标构建了数学模型,利用改进的Jaya算法和基于关键路径的局部搜索策略进行求解。算法基于工序和设备的二维向量进行编码,采用全解码方式进行解码,减少设备空闲时段并提升解的质量。基于设备负载进行种群初始化,并对标准Jaya算法进行离散化处理,设计两种迭代候选解集方法保证种群多样性。避免算法因过早收敛从而陷入局部最优,引入基于关键路径信息的局部邻域搜索策略提升算法性能。通过标准算例测算,并与其他算法和调度规则进行比较分析,验证了改进离散化Jaya算法在求解FJSP问题上的鲁棒性和优越性。(2)针对单目标DRCFJSP问题,论文考虑工人操作熟练度对车间生产的影响,根据问题的特性对Jaya算法进行改进。设计三级实数编码方法,结合工人、设备和工件集成特征信息进行初始化,基于研究问题的三级实数编码方法设计算法的更新方式,并引入局部邻域搜索策略和设置了接受准则。利用扩展的算例进行测算并和现有的优化算法进行比较,计算结果验证了改进Jaya算法的有效性和合理性。(3)针对多目标DRCFJSP问题,以最小化完工时间外、瓶颈设备负载和设备总负载为优化目标,在双资源约束条件下设计改进的Jaya算法进行求解。引入Pareto快速非支配排序和拥挤度距离计算机制保证解的质量,并基于动态调整的交叉和变异概率进行交叉变异操作,增加种群的多样性。通过扩展的算例求解,验证了改进的Jaya算法求解多目标优化问题的有效性。论文针对工人资源约束下柔性作业车间调度问题搭建了启发式求解框架。该研究紧密围绕生产资源要素和企业生产目标,为资源约束下的多目标柔性作业车间调度问题提供了求解思路。同时,该框架的研究可以帮助现代制造企业实现智能化的生产调度模式,为智能制造系统的构建提供理论基础。

关键词： 机械臂   压力表   检定   全自动  

摘要： 为了实现针对各种规格的指针式压力表实现全自动检定，设计了一种基于六轴协作机械臂的压力表全自动检定装置，该装置在前期基于机器视觉压力表数值读取的半自动化检定基础上，增加了自动抓取、自动安装、自动校正等结构，从而实现压力表检定过程的上料、拧紧、加压、读数、卸料和数据处理等全程自动化操作，大大提升了压力表检定效率。文章对实现全自动检定指针式压力表具有一定的实际意义。

ISBN: (纸本)9787568077859