作业系统随机特征及优化方法研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文现制造活动的智能化，使制造系统也具有类似于人类的分析、推理、判断能力u1。由于作业系统自身具有的复杂特性，传统数学分析方法很难适应作业系统的复杂特性，所以也就很难得到令人满意的优化结果。随着先进制造技术，高性能计算机技术和相关软件理论的发展，使得面向复杂作业系统的研究工作可以尝试一些新的方法和思路。自上世纪90年代中期开始，优化功能被纳入各种商业仿真软件，目前已渐渐成为仿真软件重要的一部分。仿真优化技术就是非枚举地从可能值中筛选出优化值，使得仿真优化的目标决策值为最优或近似最优解。

2、仿真优化方法具有优于传统数学建模求解的特性，它更好的结合了信息技术，更贴近于实际运用。此外，传统的数学建模对作业系统的随机特性建模困难，仿真技术能有效地模拟作业系统的随机特性。所以，仿真优化技术研究对解决具有随机特征的作业系统调度问题具有重大的意义。1．2．2本课题研究的目的和意义(1)课题研究目的本课题希望所选取的作业系统对象能更贴近作业车间的实际情形，得出的优化手段和优化结果不仅具有理论上的指导作用，同时还应具有实际参考意义。正是基于这种理念，所以本课题选取了具有随机特征的作业系统作为研究对象。针对传

3、统的数学建模难以模拟复杂的系统特征，本课题希望能借助计算机技术，通过计算机仿真来模拟具有随机特征的作业系统，再融合优化算法来筛选出最优或近似最优的调度方案。总而言之，本课题研究的目的就是为了探索通过计算机手段来模拟复杂的作业系统，同时，结合改进现有的优化算法，提高搜索优化解的效率。(2)课题研究意义a、对于企业界目前，在我国大多数企业里，生产的组织和调度工作基本上都是依靠于车间管理人员的经验。随着经济技术的发展，市场越来越强调企业能够快速地响应需求。这就要求企业能够充分有效地利用现有资源，提高生产组织和调

4、度的科学性，而不是仅仅依靠经验。虽然，在技术装备较完善的企业里，一般都拥有MRPII或者ERP软件，但是这些软件在面向车间作业级别的调度问题时，显得功能薄弱，能实际运用的2武汉理工大学硕士学位论文作业系统调度方法，对企业提升竞争水平起到关键作用。b、对于学术界在学术界，作业系统调度问题的研究虽然已经经历了几十年的发展，但由于作业系统自身的复杂性，很多研究或者停留在简化作业系统的基础上，忽略了实际系统的诸多随机不确定性因素；或者只针对作业系统某方面的性能指标进行研究。总而言之，目前还没有形成一套完整、系统的

5、理论。此外，现有的理论研究与实际运用之间还有不小的差距。仿真优化技术一方面为系统仿真提供了智能决策，同时，它也解决了传统的数学优化方法难以建模的问题【21。成熟并贴近生产实际的调度优化技术无疑将会搭建起理论研究与实际运用之间的桥梁，并将会大大的提高企业的生产效率。总而言之，好的调度方法和理论，无论是在企业界，还是对学术界，都具有很大的现实意义和价值。1．3文献综述1．3．1作业系统调度国内外研究现状作业系统调度问题的实质就是探讨如何合理地分配系统的资源、时间和任务这三个要素，其目标是在作业系统有限资源的约

6、束条件下，确定被加工工件的D口-r-机器，工件在对应加工机器上的先后加工顺序和工件被安排加工的起止时刻，以实现最优或近似最优所选定的决策目标【3J。作业系统调度领域的大部分问题都具有NP．Hard特性，早在1954年，Johnson对两台加工设备的Flow．Shop型调度问题进行研究后，便开始了对调度i'口-J题的广泛研科41。研究的分类主要集中三个方面：(1)作业系统的研究对象的选取根据其复杂度的不同，作业系统的研究对象大致可分为单机、多台并行机、FlowShop和JobShop等几种基本类型15j。根

7、据性能指标，可将调度问题分为直接成本和间接成本两大方向。刘晓霞等人在考虑在多种生产费用因素的基础上，提出了考虑机床和工人这两种限制资源作业车间调度优化方法【6J。根据作业系统的环境特点，可分为随机性和非随机性调度。赵千川等人【7J对系统的相关加工参数服从一般分布的随机串行生产线进行了分析和研究，并武汉理工大学硕士学位论文给出了该生产线的稳定周期的存在性条件和关键性能指标。双兵等人研究分析了作业系统需求不确定条件下的生产调度问题，并建立起了对应的模糊调度数学模型[8]。根据系统要素及调度实施的特点，可将作业

8、系统调度问题分为静态调度和动态调度。(2)作业系统的模型建立方式作业系统的模型大致可以分为四种类型：基于图与网络建模：基于控制论建模；数学解析式模型；计算机仿真建模。何霆等人[9】针对作业系统提出了面向对象的Petri网(OOPN)和对象Petri网(OPN)的研究，徐学军等人【10】考虑并提出了一种改进的随机综合生产计划模型，同时，还探讨了通过采用数学分析和蒙特卡罗模拟相结合的模型求解方法。张岩等人【1Ij针对多品种、多加工