服务型制造车间关键任务调度的Stackelberg博弈研究

针对服务型制造车间关键任务调度问题,提出了两层次嵌套的Stackelberg博弈调度模型。该博弈模型由Stackelberg子博弈与非合作静态子博弈构成。其中Stackelberg子博弈模型用于解决关键任务与非关键任务的之间的调度决策问题,非合作静态子博弈模型则用于实现非关键任务之间的调度决策。在该博弈调度模型中,将关键任务映射为领导者,将其余非关键任务映射为追随者,将与各任务包含的工序集所对应的可选加工设备映射为可行方案集,将各任务的综合成本指标映射为收益函数。为实现对模型的Stackelberg均衡点的有效求解,设计了基于爬山搜索的混合自适应遗传算法。算例仿真结果验证了所提出的模型与解算方法的正确性。     

多目标柔性作业车间调度决策精选机制研究

针对多目标柔性作业车间调度优化无法找到唯一最优解的问题，提出多目标遗传算法和层次分析法模糊综合评判的分阶段优化策略。提出优化阶段和精选阶段的优化任务，优化阶段选出一组Pareto解集，精选阶段从Pareto解集中选出最优解；在精选阶段运用层次分析法和模糊评判集成的策略精选调度决策。决策算例证明提出的方法是可行的，可很好地帮助决策者选择出一个最满意的解。     

基于模型集的面向绿色制造工艺规划策略研究

分析了制造过程的输入，输出，揭示了面向绿色制造工艺规划的内涵，建立了面向绿色制造的工艺规划多目标优化决策总体模型，通过对该模型的分解，构造出面向绿色制造的工艺规划模型集，基于研究建立了一种基于模型集的面向绿色制造工艺规划策略，并开发了相应的面向绿色制造工艺规划的应用支持原型系统。     

基于两阶段求解的可重构虚拟制造单元构建方法

针对多品种、变批量需求的可重构制造问题,综合考虑工艺路线与生产批量约束,以设备负荷均衡、跨单元加工次数最少为目标,提出了两阶段求解的虚拟制造单元构建方法。第一阶段,采用图聚类法对工艺路线的相似性和零件的生产批量进行预处理,生成基于订单的多工艺路线最大支撑树,确定基本可行制造单元集;第二阶段,以设备负荷均衡、跨单元加工次数最少的综合目标函数设计为基础,采用基于类电磁机制寻优原理的求解算法,确定最优制造单元解。某泵阀制造企业生产数据的实例应用验证了算法的可行性与有效性。     

基于虚拟制造单元的制造资源组织模型

为了使航天制造企业能够根据市场订单需求快速调整组织制造资源,简化生产调度过程,提高生产调度质量,提出了基于虚拟制造单元的制造资源组织模型,探讨了该模型的理论思想,给出了虚拟制造单元的两步构建方法,并提出了利用合作型多目标优化协同进化算法解决资源选择问题,构建了以多条加工路线相似系数之和最大(倒数最小)、运输成本最小和设备生产负荷均衡的多目标优化问题.将这一多目标优化问题分解为多个子问题,分别用多个子种群进行进化,并采用一种新型的子种群间合作方式,最终产生一个Pareto最优解集.该方法提高了候选解的多样性,为生产调度提供了多样性选择.     

激光增材制造过程低碳建模与工艺参数优化

激光增材制造是基于高能激光束快速熔覆金属粉末成形的工艺,其工艺过程时间长、能耗大会导致产生大量碳排放,基于此,系统分析激光增材制造过程的碳排放特性,建立激光增材制造过程碳排放模型;在此基础上,以碳排放、粉末利用率及熔覆质量为优化目标,建立激光增材制造过程工艺参数多目标优化模型,提出一种结合改进非支配排序与人工鱼步长人工鱼群求解算法,解决模型求解后期寻找参数解集盲目性大、目标函数解集均匀性差问题,通过熵权-灰色关联分析综合Pareto最优解集法获取最优工艺参数组合。最后,以LDM4030激光增材制造装备为试验平台进行激光熔覆试验,试验结果表明：该模型及算法可有效降低激光增材制造过程碳排放,提高粉末利用率,保证熔覆质量,为我国激光增材制造装备产业实现碳达峰、碳中和提供一条有效途径。     

一种面向机械车间柔性工艺路线的加工任务节能调度方法*

大量研究表明机械车间消耗了大量能量,因此降低机械车间的能耗是实现可持续制造的策略之一。现有机械车间节能调度研究主要针对给定的或者具有部分柔性的工艺路线,缺乏对机械车间任务工艺路线多柔性的节能调度研究。针对机械车间任务柔性工艺路线对机械车间调度能耗的影响特性,提出一种面向机械车间柔性工艺路线的节能调度方法。首先,分析了面向机械车间柔性工艺路线的加工任务调度的能耗特性;基于此,构建了节能调度模型,该模型是以任务加工总能耗、加工完成时间、机床负载为目标。进一步提出了一种改进的Q学习算法对该模型进行求解获得其Pareto解。最后通过案例验证了提出模型的节能效果及算法的可行性。     

网络化制造环境下任务调度的非合作博弈模型及实现

传统的任务调度主要定位在单个制造车间或单元层面，难以满足网络化制造环境下的客户竞争和加工设备的跨车间甚至企业的分布式特性的调度需求。针对该问题，采用博弈论理论，构建一种网络化制造环境下任务调度的非合作博弈模型，将对任务调度的优化求解转化为对寻求非合作博弈模型的Nash均衡解。同时，采用遗传算法实现了对非合作博弈模型模型的具体解算，系统的运行实例表明了该任务调度模型和实现方法的可行性。     

绿色制造的一种工艺路线决策模型及其求解算法

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,工艺路线的确定是绿色制造过程中的关键问题之一。基于现有解决工艺路线决策问题的研究成果,建立了一种面向绿色制造的工艺路线决策模型,旨在优化产品制造工艺过程、节约制造过程中的物料和能源的消耗和减少废弃物的排放和污染;并对工艺路线决策的现有算法进行了探讨。针对现有算法的不足,将遗传算法与模拟退火算法相结合对该模型进行求解,并用案例来验证模型的实用性和算法的可行性。     

面向低碳的工艺规划与车间调度集成优化

为更好地减少制造过程中的碳排放,弥补将工艺规划与车间调度分开碳排放优化时忽略了工艺规划方案中加工方法和工艺路线对调度阶段各工序加工机床分配方案、搬运距离以及工件加工顺序的影响,提出一个集成优化工件各特征加工方法、工艺路线、工件加工顺序以及各工序的机床分配,以实现制造过程碳排放和最大完工时间最小的多目标集成优化模型;针对集成优化模型中优化参数较多且相互影响的特性,提出一种前后相关联的四段式编码方法,采用NSGA-II算法求解,通过将所得的集成优化结果与先进行面向低碳的单目标工艺规划优化,再进行面向低碳的多目标车间调度分开优化结果进行对比,说明提出的集成优化模型可以得到更低的制造过程碳排放和完工时间,从而验证了集成优化模型的有效性。     

客户竞争驱动的任务调度非合作博弈

从客户竞争需求的角度出发,在分析其提交制造任务的各自利润最大化(重点考虑任务的完成时间)调度目标的基础上,针对传统的任务调度策略、方法和模型的不足,采用博弈论,提出并构建了一种具备完全信息的非合作博弈的任务调度模型。在该任务调度模型中,来源于不同客户的制造任务被映射为博弈模型中的局中人,与各制造任务所包含的工序集对应的可选加工设备被映射为各制造任务的可行方案集,各制造任务加工完成时间的倒数被映射为其收益函数。据此,对上述任务调度目标的求解就等价为寻求该任务调度模型的Nash均衡点,对Nash均衡点的具体求解,采用遗传算法实现。最后给出具体的实例来验证其可行性。     

A game-theory approach for job scheduling in networked manufacturing

This paper presents a new kind of scheduling solution for jobs in networked manufacturing environments. The main contributions of this study can be focused on three points: The first is to distinguish the concepts and requirements of job scheduling in the networked manufacturing environment form those in the traditional manufacturing environment. The second is to construct a game-theory mathematical model to deal with this new job scheduling problem. In this presented mathematical model, this new job scheduling problem is formulated as an N-person non-cooperative game with complete information. The players correspond to the jobs submitted, respectively, by related customers and the payoff of each job is defined as its makespan. Each player has a set of strategies which correspond to the feasible geographical distributive machines. Therefore, obtaining the optimal scheduling results is determined by the Nash equilibrium (NE) point of this game. In order to find the NE point, the last point is to design and develop a genetic algorithm (GA)-based solution algorithm to effectively solve this mathematical model. Finally, a numerical example is presented to demonstrate the feasibility of the approach.     

面向变批量生产的并行工艺路线评价方法

变批量生产是一种先进生产模式.为实现变批量生产,需要同时使用多条工艺路线,评价对象为一组路线.分析了设备冲突与路线冲突之间的关系,将求解独立路径最大集合转化为求图的极大独立集问题.基于图论知识,利用命题逻辑运算规则,给出求解极大独立集的方法和步骤,寻找整体最优的工艺路线集合,并以算例说明了该法的可行性.     

网络化协作环境下机械产品加工任务粒度分析

面向网络化协作制造环境，分析了产品任务规划与制造资源配置的关系，建立了机械产品加工任务粒度模型。针对机械产品网络化协作制造成本、产品功能组件和工艺方法、任务制造周期等3方面的影响因素，从宏观角度定性、定量地分析了产品制造任务粒度的规划问题，建立了它们与制造任务粒度之间的数学关系式，得出了在相应条件下任务粒度的最佳值。从这些数量化的结果与关系中，得出一些在网络化制造环境中对机械产品制造任务设计有意义的结论，为进一步的制造资源优化配置打下了理论基础。     

基于敏捷制造单元的车间动态重构

为适应现代车间的敏捷化需求,提出了一种基于敏捷制造单元的车间动态重构方法.车间的动态重构是一个优化制造资源,进而构造面向产品的敏捷制造单元,形成虚拟车间的过程,采用数学规划和模糊理论相结合的方法,优化制造资源.同时,提出了一种基于不完全知识和进化博弈理论的动态单元重构模型,它能够面向不确定的需求目标,采用自下而上和自上而下相结合的方法,快速生成稳定优化的可重构制造单元,从而实现敏捷车间的组织再设计.该模型求解采用协同进化算法,并通过实例,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于过程集成的闭环动态工艺规划系统

描述了一个在过程上实现工艺规划与车间规划集成的闭环动态工艺规划系统,建立了实用化CAPP系统的新模型,丰富了动态CAPP的概念。它能根据车间环境的状态,充分利用制造工艺和车间环境的柔性产生优化的工艺方案。系统在车间环境约束下采用专家系统技术进行非线性工艺规划,产生可选工艺路线和工序可选设备。在一个由工艺路线选择、设备动态优化选择和车间优化规划构成的闭环系统中,以高生产效率为目标,根据推广的关键路线分析的结果和一系列启发式知识动态地选择工艺路线和设备,最后获得有较高实践意义的结果。     

面向网络化制造的工艺分工系统

在网络化制造环境下,CAPP将面临多个变化的制造资源环境。为了处理面向网络化制造的工艺分工,本文引入物理制造单元、逻辑制造单元和逻辑加工路线等概念,介绍了系统的框架和工作流程,并对系统的关键技术,零件信息建模和基于知识的逻辑加工路线进行了分析。     

面向生产制造过程企业伙伴协作研究

如何从盟主企业的主生产计划出发来有效控制合作企业的生产过程,是企业实施动态联盟的关键技术之一。研究面向生产制造过程企业合作伙伴的有效控制问题,基于任务分解与协作层次模型,建立了面向制造过程的多任务多级协作的图论模型,解析了任务节点的划分与控制,通过计算路径长度,确定协作网络中的关键路径,并对协作过程进行评价和决策。     

可重构制造系统工艺路线与系统布局设计研究

为使可重构制造系统的重构过程更加快速有效,提出了一种工艺路线和系统布局设计的方法.首先,基于图论构建了可重构制造系统工艺路线的有向网络模型,并采用Dijkstra算法和双向扫视算法,进行最优工艺路线和备选工艺路线的选择;然后,以工艺路线为基础,依据排队论中的相关理论,对制造系统的布局进行优化设计,以获得可重构制造系统布局方案.实例表明,该设计能够适应可重构制造系统快速多变的特征,提高对制造系统已有资源的利用率.