《可重構流水線動態調度和構形選擇集成最佳化問題研究》是依託東南大學，由竇建平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：可重構流水線動態調度和構形選擇集成最佳化問題研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：竇建平
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著模組化和可移動設備的發展和套用，柔性流水線逐漸發展成為具有可變構形的可重構流水線。對可重構流水線運行控制而言，生產調度和構形選擇集成最佳化是提高系統運行效益的關鍵技術，然而目前尚缺乏有效方法。針對可重構流水線動態調度和構形選擇集成最佳化問題，融合生產負荷控制中的作業釋放控制思想和預測－反應式動態調度方法，首先建立由作業釋放控制、靜態調度和構形選擇集成最佳化和重調度與構形調整三大單元組成的集成最佳化框架；在研究作業釋放控制方法基礎上，建立針對釋放作業周期性滾動進行的靜態調度和構形選擇集成最佳化模型並提出基於整體編碼方案的並行多目標粒子群最佳化算法；最後研究處理諸如設備故障、作業變更等緊急事件的重調度和構形調整策略和方法。本項目研究有望為可重構流水線動態調度和構形選擇集成最佳化問題提供系統化解決方法，也可為構形固定的柔性流水線動態調度問題求解提供新途徑。
結題摘要
隨著模組化、輕量化和可移動設備的發展和使用，在生產中得到廣泛套用的柔性流水線可成為具有可重構能力的可重構流水線。面對內外部環境改變導致的生產功能和產能的變化，可重構流水線可同時進行構形調整（構形選擇）和重調度以精確的提供所需的功能和產能。鑒於構形選擇和調度的緊密耦合關係，對如何有效的通過構形選擇以及重排調度來提供所需的功能和產能尚缺乏系統化的解決方法。本項目則給出了可重構流水線生產調度和構形選擇集成最佳化問題的一種解決方法。融合作業釋放控制和預測－反應式動態調度策略，首先建立了由作業釋放控制、滾動預調度和構形選擇集成最佳化以及重調度與構形調整三大單元組成的集成最佳化框架，並通過仿真驗證了框架的有效性。隨後，構建了周期性執行的作業釋放機制，給出了釋放作業選擇的啟發式方法。重點開展了針對釋放作業周期性滾動進行的靜態調度和構形選擇集成最佳化模型的建立和多目標最佳化方法的研究。以最小化總成本和加權拖期懲罰為目標, 建立了集成最佳化問題的多目標混合整數規劃模型，並通過LINGO進行案例計算驗證了模型的有效性。提出了一種表徵調度和構形方案的整體編碼方法，設計了可保持粒子編碼可行性的解碼方法和粒子更新機制。借鑑外部Pareto檔案構建和擁擠距離計算技術，發展了一種有效的多目標粒子群算法，通過和NSGA-II就案例對比驗證了算法的有效性和優勢。為提高集成最佳化算法效率，基於MPI和PC集群實現了混合式（主從＋粗粒度）並行多目標粒子群算法。最後給出了處理設備故障、作業變更等緊急事件的重調度和構形調整策略和方法。 本項目在生產線最佳化設計建模、可重構流水線集成最佳化建模、監督控制重構建模方面研究成果達到了國際領先水平。在生產線設計/平衡領域的粒子群算法編碼方面，針對可行工序序列的編碼提出了新型的直接編碼方法和粒子更新機制，該研究也達到了國際先進水平。以上有關成果已被Automatica和International Journal of Advanced Manufacturing Technology 等國際期刊所發表。綜上，本項目達到了預期研究目標，豐富了可重構流水線構形設計和調度研究成果，為可重構流水線動態調度和構形選擇集成最佳化問題提供了一種系統化解決方法。
