基于知识的自组织优化算法在多品种小批量离散制造中的应用

【摘要】棒材、板材等不同类型钢材的混合制造属于典型的多品种小批量离散制造。不同品种钢材的混合制造过程需要频繁切换工艺路线,导致制造系统的物流和信息流复杂,各生产环节的耦合度高。对于生产过程中最为典型的可变交叉生产线上的订单分配方案设计问题,由于传统的控制算法难以达到满意效果,目前仍需专家依靠长期经验来制订,而人工方式不可避免地存在备选方案少、关键性能指标难以准确量化等问题。因此,研究如何制订钢铁企业的一体化集成生产计划,对于降低能源消耗、提升经济效益等生产目标的实现具有重要意义。针对上述问题,本文提出了基于邻域知识的自组织优化算法,以规则的形式将专家知识引入到模型推演与候选解搜索过程中,利用自组织优化算法有效解决钢材制造与订单分配问题。具体来说,本文通过分析炼钢、连铸和轧制三个生产阶段的特点,建立了从炼钢到轧制的生产过程模型,实现了对生产过程中任一订单相关的物料流动情况的仿真推演。物流模型中各设备间的耦合关系和订单冲突形成的约束导致可行解空间划分和适应度函数设计难以进行,也难以映射为标准的组合优化问题,为此引入自组织优化算法,利用自组织临界状态找出当前解中对耦合与冲突贡献最大的变量作为改进对象,并通过邻域搜索方法改进该变量的值,从而提升了当前解的全局适应度。为提升邻域搜索的效率,针对钢铁生产过程的业务特点引入人工专家经验,通过制定规则对邻域构建方向进行限制,保证了搜索过程中违反的约束条件个数单调递减。仿真实验结果表明,对于难以将约束作为惩罚项量化并加入适应度函数的应用场景,遗传算法等传统算法的变异策略无法区分可行解与非可行解,而基于知识的自组织优化算法能够利用专家知识构造邻域,找到可行解并进行优化。针对钢铁企业的生产计划制订问题,结合已有的专家知识和自组织优化算法,可以提供满足关键性能指标的多个备选方案,从而为此类难以映射到标准组合优化问题的模型求解提供了新的解决思路。
【作者】胡鹏；
【导师】胡协和；吕勇哉；
【作者基本信息】浙江大学，检测技术与自动化装置，2014，硕士
【关键词】多品种小批量；生产计划；自组织优化算法；邻域搜索；专家知识；局部适应度；

【参考文献】
[1]喻琨皓.预应力锚索桩板墙与岩土体相互作用分析[D].西南交通大学,岩土工程,2014,硕士.
[2]金艳蕾.分子标记技术在头花蓼种质资源评价、人字果系统分类研究中的应用[D].贵阳中医学院,中药学,2012,硕士.
[3]罗奎.基于Worklight开发百安居移动应用[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[4]赵红雨.历史文化资源与济宁城市文化发展研究[D].青岛大学,专门史,2013,硕士.
[5]王天田.DB教育管理集团发展战略研究[D].河北工业大学,工商管理,2013,硕士.
[6]刘皞.动态收缩的隐式重新开始块Lanczos方法[D].南京航空航天大学,计算数学,2004,硕士.
[7]赵月.基于智能优化算法的可重入生产系统调度问题的研究[D].天津大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[8]闫晓雯.辽宁省孤儿学校教学改进研究[D].沈阳师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[9]罗婷.早期G2/M检测点在人肺腺癌A549细胞低剂量辐射超敏中作用的研究[D].华中科技大学,肿瘤学,2013,硕士.
[10]游凤涛.长江江豚及蝙蝠B淋巴细胞刺激因子（BAFF）的克隆、表达、及生物学功能研究[D].南京师范大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[11].《浙江大学学报(农业与生命科学版)》稿约[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2014,05:591.
[12]叶　鹏,田汝冰,滕　云.基于双馈风机变桨与变速协调的频率控制[J].沈阳工业大学学报.
[13]穆亮雷.当代俄罗斯国家决策机制及其启示[D].山东大学,思想政治教育,2013,硕士.
[14]曾要争.市政单索面悬索桥涡激振动控制措施研究[D].西南交通大学,防灾减灾工程及防护工程,2014,硕士.
[15]殷国鹏.基于Web服务的供应链集成研究[D].辽宁工程技术大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[16]党文峰.基于绿色物流的木塑托盘应用研究[D].中南林业科技大学,森林工程,2014,硕士.
[17]吴华芳.政府公共安全职能建设研究[D].江西财经大学,行政管理,2013,硕士.
[18]倪欣荣,马宏忠,王东海,王春宁,张利民,徐树峰,黎腊红.电缆护层电压补偿与护层电流抑制技术[J].电力系统自动化,2007,05:65-69.
[19]王滢滢.基于Struts框架的绍兴市治安管理信息系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[20]王卫东.黑龙江省农民工培训问题研究[D].吉林大学,农业推广,2012,硕士.
[21]龚莉.油菜转基因雄性不育系15A综合特性的研究[D].湖南农业大学,作物遗传育种,2004,硕士.
[22]乔珩.GSM-R无线网络测试系统的设计与实现[D].华中科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[23]王盼盼.基于信道增益不确定性的认知无线电网络鲁棒功率控制算法[D].燕山大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[24]赵清清.中学生自谦的量表编制及其特点分析[D].西南大学,基础心理学,2014,硕士.
[25]严洁.两层间的退让接触平面问题[D].宁夏大学,应用数学,2014,硕士.
[26]吕荣莉.王维山水田园诗盛唐风采一探[D].辽宁师范大学,中国古代文学,2003,硕士.
[27]许为勇.基于三维CT诊断分析系统的股骨头坏死分型及坏死塌陷预测的前瞻性研究[D].浙江中医药大学,中医骨伤科学,2013,硕士.
[28]许彤.明代中晚期“京口三山”的视觉表达及其文化内涵[D].中央美术学院,美术学,2013,硕士.
[29]雷风.湖北省咸丰县乡镇小学课余武术训练现状研究[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[30]王华昕,汤广福,蓝元良,王华锋,栾宏洲,于海玉.限流器晶闸管阀过电流试验等效机理及方法[J].电力系统自动化,2011,12:80-84+94.
[31]郭瑞.Web服务临时属性的运行时监控研究[D].山东大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[32]胡北稳.应用于伺服系统的12位、40MHz Pipelined ADC设计[D].华中科技大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[33]孙立梅.虚拟驾驶模拟系统交互技术研究[D].北方工业大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[34]王鹏.东西方文化交流当中的青花瓷[D].中央美术学院,美术学,2013,硕士.
[35]张倩,林正芳,张章堂.利用含钛石墨烯复合材料应用于二氧化碳还原为燃料之研究[A].中国化学会.2014年第12届全国水处理化学大会暨学术研讨会论文摘要集[C].中国化学会:,2014:1.
[36]陈焰.基于期望收益的预分策略调整[D].北京交通大学,2014.
[37]展宁.传播学哥伦比亚学派考论[D].浙江大学,传播学,2014,博士.
[38]金碚.资源与环境约束下的中国工业发展[J].中国工业经济,2005,04:5-14.
[39]陈昶,唐慧斌,宋丽军.慢饱和吸收效应对锁模光纤激光器中脉冲传输特性的影响[J].量子光学学报,2014,03:253-256.
[40]杨玲,吴燕.走进建筑走出建筑——解读一位建筑师的两项建筑设计作品[J].华中建筑.2006(01)
[41]韩爽.沈抚交通廊道沿线土地开发与利用研究[D].东北师范大学,城市规划与设计,2012,硕士.
[42]赵颖佳.微创玻璃体切割术治疗玻璃体视网膜疾病的临床分析[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[43]阿比旦木·艾尼瓦儿.“库车赛乃姆”调查与研究[D].新疆师范大学,音乐学,2013,硕士.
[44]刘东.水源热泵的经济性分析及应用[D].天津大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2004,硕士.
[45]樊博,孟庆国.面向高校招生管理的决策分析系统框架[J].教育信息化,2005,15:37-39.
[46]郑伟龙.N-乙酰氨基葡萄糖转移酶Ⅲ和整合素α3β1及α5β1对人结肠癌细胞HT29迁移与侵袭能力影响的初步研究[D].大连医科大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[47]翟慧敏.城市户外广告的空间形态设计研究[D].湖南工业大学,设计艺术学,2012,硕士.
[48]杨青青.转化生长因子β1与2型糖尿病周围神经病变的关系研究[D].苏州大学,内分泌与代谢病,2013,硕士.
[49]单鸣良.纳米比亚EPL4305矿权区成矿地质条件与找矿潜力研究[D].南京大学,矿物学岩石学矿床学,2013,硕士.
[50]许尨.大米蛋白降解改性及起泡性能的研究[D].湖北工业大学,食品工程（专业学位）,2013,硕士.