生產調度干擾管理模型和算法研究.pdf

1、生產調度問題作為經典組合優(yōu)化問題，具有高度的計算復雜性和廣闊的應用前景。經典生產調度問題假設加工環(huán)境穩(wěn)定，初始最優(yōu)加工時間表制定后可以順利執(zhí)行。然而現(xiàn)實生產過程中充滿不確定性，機器維護、機器故障、工件優(yōu)先級變化和新工件到達等事件單獨或者組合發(fā)生，使得初始計劃無法按計劃執(zhí)行。這些事件統(tǒng)稱為干擾事件，在干擾事件發(fā)生后，如何以盡量小的代價恢復加工系統(tǒng)正常運行是干擾管理(Disruption Management)致力于解決的問題。對應于加工系

2、統(tǒng)基本構成要素，干擾事件可以大致分為資源相關和任務相關，對初始計劃造成不同的影響。針對不同類型干擾事件，準確量化干擾事件的擾動，基于此構建同時考慮初始優(yōu)化目標和擾動目標的模型，并設計高效算法求得問題有效解集供決策者選擇，是生產調度干擾管理問題的核心和難點問題。本論文的主要研究內容包括:
　　(1)資源相關擾動的干擾管理研究。選擇資源相關擾動中最具代表性的機器維護作為研究對象:在單機環(huán)境中針對機器維護，研究初始最優(yōu)加工時間表是基于加

3、權折扣最短加工時間優(yōu)先規(guī)則的問題，使用相對于初始計劃工件完工時間的延遲來度量擾動，建立同時考慮原目標和與擾動目標的模型，結合量子算法和非支配排序遺傳算法優(yōu)勢設計混合算法進行模型的求解。在并行機環(huán)境中面對干擾事件為改變加工效率的機器維護，使用機器-工件重新分配來度量擾動，構建干擾管理模型。設計求解問題有效前沿的窮舉算法，以及在此基礎上更高效率地優(yōu)化某特定指標函數(shù)的分支定界算法。
　　(2)任務相關擾動的干擾管理研究。選擇工件相關干擾

4、事件中最具代表性的工件優(yōu)先級變化和新工件到達作為研究對象:針對單機環(huán)境下存在安裝時間的最優(yōu)化工作流時間問題，研究工件優(yōu)先級突發(fā)提高的應對，設計最近鄰域和插入混合算法為非支配排序遺傳算法提供較優(yōu)初始解，最終求得高質量有效前沿。針對單機環(huán)境下工件加工時間可通過非線性資源消耗進行壓縮的問題，研究單個新工件到達和處理依概率發(fā)生時的應對，基于工件吸收干擾影響的能力制定初始加工時間表，使得干擾發(fā)生后新時間表能盡快和初始計劃完全匹配。針對單機環(huán)境下計

5、劃外多個新工件抵達，研究通過外包手段為加工服務承接商制定生產配送的集成優(yōu)化方案，在運營成本和服務水平之間進行有效權衡。
　　(3)資源相關擾動和任務相關擾動并發(fā)的干擾管理研究。以上述內容為基礎，研究了機器維護和新工件達到同時發(fā)生時的干擾管理問題。將客戶對于完工時間延遲的非對稱感知考慮在擾動度量中，從而使新的解決方案更具現(xiàn)實意義。提出一種基于有效解的元啟發(fā)式算法，其中部分初始種群是通過動態(tài)規(guī)劃方式求得。為了檢驗該方法的性能，設計了計

6、算機仿真實驗，比較了重調度干擾策略和局部修復策略，分析了不同啟發(fā)式算法和分派規(guī)則的性能。通過對數(shù)值仿真結果進行統(tǒng)計分析，并根據(jù)現(xiàn)有度量有效前沿質量指標進行計算，驗證了重調度策略和設計方法的有效性。
　　本研究屬于排序理論、運籌學優(yōu)化理論和智能優(yōu)化算法的交叉滲透，對生產調度干擾管理這一難題進行了有益探索。為加工制造企業(yè)面對突發(fā)干擾事件在生產成本和系統(tǒng)擾動之間權衡決策提供理論支持，對企業(yè)提高服務質量具有重要現(xiàn)實意義，對豐富拓展生產排序