基於離散差分進化的自動化製造單元調度干擾管理研究

《基於離散差分進化的自動化製造單元調度干擾管理研究》是依託電子科技大學,由晏鵬宇擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於離散差分進化的自動化製造單元調度干擾管理研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：晏鵬宇

項目摘要

隨著先進制造技術的快速發展，自動化製造單元（Robotic cell）已經廣泛套用於半導體、印刷電路板和醫藥食品等製造行業。自動化製造單元的運作具有不確定性和複雜性，但尚缺乏關於其動態調度理論與方法的深入研究。本項目基於干擾管理理論，以同時最佳化系統生產效率和減少系統擾動為目標，首先研究自動化製造單元內外部干擾事件的識別分類和對應的重調度策略；在此基礎上，研究重調度模型，包括雙目標函式和基於系統狀態的約束條件構建；其次研究基於離散差分進化的重調度算法，包括離散編碼、變異交叉運算元、雙目標Pareto排序的子代選擇、雙種群搜尋機制和鄰域搜尋技術等；最後以集束型半導體製造系統和印刷電路板自動化電鍍生產線為例，對提出的理論和方法進行仿真實驗、驗證和套用。本項目研究將為動態環境下自動化製造單元調度干擾管理提供系統有效的解決方法，在半導體和印刷電路板等自動化製造行業中具有重要套用前景。

結題摘要

自動化製造單元的運作要求有比較穩定和持續的生產計畫和調度方案，但實際製造環境中各類干擾事件的發生給系統帶來劇烈擾動甚至導致整個系統崩潰。因此在最佳化自動化製造單元生產效率的同時，如何減少各類干擾事件對系統帶來的擾動是目前工業界和學術界亟待解決的問題。項目對不確定環境下自動化製造單元調度的干擾事件識別分類、重調度策略、重調度模型和算法進行了深入研究，提出了兩種干擾管理方法。首先，將干擾事件對系統的擾動轉化為給定上限的約束條件，構建了自動化製造單元重調度干擾管理數學規劃模型，並根據模型特徵開發了高效的分支定界算法和啟發式算法。其次，研究了同時最小化系統擾動和最大化系統生產效率的雙目標重調度問題，建立了基於機器人搬運作業排序的重調度模型，根據模型特徵將解空間劃分為多個子空間，並提出基於離散差分進化算法的混合啟發式算法求解問題的近似Pareto最優解集。此外，項目還研究了具有更高運作穩定性的自動化製造單元周期調度問題，分別為單度周期調度問題和多度周期調度問題提出了智慧型禁忌搜尋算法和混合整數規劃方法。項目對自動化製造單元調度相關研究文獻進行了系統梳理和評述。項目上述研究成果，將對自動化製造單元的高效穩定運作提供理論支持。 項目緊密圍繞研究主題，圓滿完成了項目計畫書中的研究內容，達到預期目標。項目共完成學術論文11篇，發表和錄用論文9篇，其中國際主流SCI期刊論文4篇，EI檢索論文7篇。項目積極開展國際合作交流，邀請2名國外知名學者來校交流合作，資助課題組成員2人次赴海外高校短期學術訪問，3人次赴海外參加高水平國際學術會議並宣讀論文。項目圍繞研究主題共培養在站博士後1人，在讀碩士研究生3人。