柔性作业车间调度本科毕业论文

详谈改进的遗传算法求解柔性作业车间调度问题论文

0 引言

作业车间调度问题(Job-shop scheduling problem，JSP)是研究生产线调度问题最常用的模型之一，也是实现先进制造和提高生产效率的基础和关键. 柔性作业车间调度问题( Flexible jobshopscheduling problem，FJSP)是传统作业车间调度问题的扩展，在传统的作业车间调度问题中，每个工件的加工工序是确定的，每一道工序的加工机器和加工时间也是确定的，而在柔性作业车间调度问题中，每个工件的每一道工序可以在多个可选择的加工机器上进行加工，并且不同的加工机器所需要的加工时间是不同的，增加了调度的灵活性，比较符合生产的实际情况.

柔性作业车间调度问题已经被证明是更复杂的NP-Hard 问题，因而难以取得最优解. 目前，求解FJSP 的常用方法有禁忌搜索( TS)，模拟退火(SA)和遗传算法(GA)等. 其中遗传算法以其操作简单、鲁棒性强、搜索全局最优解速度快等特点，在生产调度领域得到了广泛的应用.

遗传算法是由美国J. Holland 教授于1975 年提出的，是一种模拟自然进化过程的一种优化算法. 由于传统的遗传算法存在着较大的缺陷，国内外学者已从不同角度对其进行了改进，本文对传统遗传算法的初始种群进行了改进，以提高初始解的质量.

1 柔性作业车间调度模型设有n 个待加工工件J(J1，J2，…，Jn)，在m台设备上加工M(M1，M2，…，Mm)，每个工件Ji有Pi(Pi1，Pi2，…，Pin) 道工序，每道工序可在一台或多台设备上加工，同一道工序在不同设备上加工的时间可能不等，工序Pik的可选机器集为Mik(Mik 罬)，每台设备的加工时间从0 开始，加工完所有工件的完成时间为ETMi . 本文以最小化最大完工时间为性能指标，其目标函数为:f(x) = min(max(ETMi))，1 ≤ i ≤ m模型需满足如下约束条件:(1)同一工件的工序加工顺序确定;(2)每道工序必须在它的上一道工序加工完成后才能开始加工;(3)每道工序只能选择一台设备进行操作;(4)每台设备在同一时间只能加工一个工件的一道工序;(5)每道工序在设备上操作时都不允许被中断;(6) 不同工件工序之间没有先后约束条件.一个包含3 个工件、5 台机器的FJSP 的问题.

2 算法的设计

(1) 基因编码

常用的遗传算法编码方案有二进制编码、格雷码编码、矩阵编码、自然数编码等，本文采用自然数编码，每条染色体表示一个可行解，同时采用双层编码，第一层编码为基于工件的工序编码，编码长度为所有工件工序之和，基因值代表工件号，基因值出现的次数代表该工件的工序总数，第二层编码为对应于第一层工件工序的机器编码，所以编码长度也为所有工件工序之和.染色体表示的工序顺序为(O31，O11，O12，O21，O22，O32，O13，O33)，染色体表示的机器序列为(M2，M4，M2，M1，M4，M5，M3，M4).

(2)产生初始种群

初始种群的优良对生物进化会产生很大的影响，本文对初始种群的机器选择进行了改进，首先随机生成初始种群的工序编码，工序编码生成后就要对应生成机器编码，每个工件工序在对应可选机器集中选择机器时，是以不同的概率的来选择不同的机器，机器加工时间短的以大概率被选择，相比之下，机器加工时间长的以小概率被选择，这样既保证了机器选择的随机性，也优化了初始种群.

(3)适应度函数的确定

本文以最小化最大完工时间为目标函数，故选择全部工件完工时间作为评价种群优劣的标准，设n 个待加工工件在m(M1，M2，…，Mm) 台设备上加工，所有加工工件工序在设备上的最后完工时间为ETMi(i = 1，2，…，m)，T = max(ETMi)，则适应度函数fi = 1 /T，T 越小，则适应度越大，即个体越优.

(4)选择

选择操作的目的是为了保留优良个体，使他们可以遗传到下一代. 本文采用精英保留策略和轮盘赌法相结合的方法，对父代个体和子代个体进行选择时直接将最优个体和次优个体遗传到下一代，然后对剩余的个体采用轮盘赌法进行选择，选择出p - 2 个个体到下一代进行遗传操作. 若种群规模为p，个体i 的适应度为fi，则个体i 被选择的概率pi为pi = fi /Σpk = 1fk即适应度越高的个体被选择的概率就越大.

(5)交叉

交叉操作是产生新个体的主要方法，提高全局搜索能力. 本文采用单点交叉方式，即随机产生一个交叉点，交换交叉点后的基因. 从种群中随机选择两个个体，交换两个个体工序编码的交叉点后面的基因，将交叉后工件多余的工序替换为其他工件缺失的工序;机器部分则按交叉前工件工序所选择的机器进行相应调整以保证其子代染色体的`合法性.

(6)变异

变异操作的目的是改变算法的局部搜索能力，有助于维持进化群体的多样性，防止过早陷入局部最优. 本文采用互换方式，即随机产生两个变异点，交换两点的基因值. 从种群中随机选择一个个体，对该个体的工序编码部分随机产生两个变异点，交换两点的基因值，同时将交换的基因位所对应的机器号也进行交换.

3 仿真实例分析

6 × 6(6 个工件，6 台机器) FJSP的加工工序，机器选择和加工时间矩阵表. 分别用标准遗传算法和本文提出的改进遗传算法对工件最小化最大完工时间进行优化计算，并分析优化计算结果.

遗传算法采用以下参数:种群规模为100，进化代数为100，交叉概率Pc = 0. 8，变异概率Pm =0. 1. 算法运行10 次，标准遗传算法的最大完工时间为20，收敛代数为75 代左右;改进遗传算法的最大完工时间为16，收敛代数为35 代左右. 改进遗传算法既缩短了工件完工时间，也加快了收敛代数. 从而验证了改进遗传算法的可行性

4 结论

传统遗传算法在进行种群初始化时采用的大多是随机选择方式，而本文提出了一种新的种群初始化方法，提高了种群初始解的质量. 最后对改进遗传算法进行了仿真实验，并将结果与标准遗传算法进行比较，结果表明了本算法的优越性和可行性.

随着我国机械制造技术的发展,机械制造自动化逐渐成为机械制造业的重点应用技术。下面是我为大家整理的生机械专业毕业论文，供大家参考。

生机械专业毕业论文范文一：机械自动化机械制造论文

1机械自动化在机械制造中的应用

1.1智慧化应用

智慧化应用是指通过各种现代先进技术，例如计算机网路技术、智慧技术、程式设计技术等实现的具有高度智慧化的应用，它是科学发展的必然。智慧化应用于现代经济，要求抛弃原有的落后制造技术和理念，在市场经济条件下，充分考虑商品和人为因素，通过人性化的加工商品来理解和制造更加符合人们要求的加工方案。智慧化在机械制造领域应用主要是指为全面提高机械效能，将自动化技术与人工智慧技术完美结合，相互渗透融合而形成的综合制造技术。智慧化制造技术不仅可以实现高度人性化的人工智慧，还能够在制造加工过程中对专家和相关技术人员的思维活动和技能进行模仿，取代专家的思维方式。

1.2整合化应用

机械制造中的重要技术之一就是整合化技术，该技术主要通过资讯科技实现机械制造的优化整合。在机械制造过程中，需要综合运用计算机网路技术、微电子技术、通讯技术等，各种技术之间相互关联、相互影响，在融合过程中，不可避免地将产生各种高新技术，例如现代社会常用的柔性制造技术等。为最大限度的促进高新技术的生产，必须要将各种现有各项技术进行整合，各种现有装置系统也要实现一定程度的整合，这有助于产生新的管理应用技术。机械自动化技术中的整合制造可以有效实现现代意义上的柔性生产变革，将人放在中心位置，保证产品生产质量和服务质量。

1.3虚拟化应用

现代机械制造技术将CAD、CAPP等制造工艺与计算机制图技术有机融合，这些技术极大的完善了传统人工制图技术，一方面降低了劳动力成本，另一方面也提供了制图质量和水平，在精准度和速度方面有质的提升。CAD技术不仅在作图速度方面有较大优势，并且在出现错误时可以及时修改。虚拟自动化可以利用计算机模拟技术对机械制造活动进行模拟，不仅缩短了生产周期，丰富了产品种类，并且有更高的能力应对日益复杂多变的市场需求。

1.4柔性自动化应用

柔性自动化技术在现代企业已经广为运用，该技术并没有完全依赖自动化，而是在柔性生产的前提下对资讯系统进行完善，以实现利用计算机管理企业的目标，它在应对市场变化方面有较大优势。柔性自动化有效解决了大批量和小批量生产之间的问题，在保证生产效率和产品质量的前提下，能够根据市场灵活调整生产，保证供给和需求的有效平衡。柔性自动化在企业中的应用已经不断趋于成熟，也显示出了其应有的实用价值。

2机械自动化在机械制造中的应用前景

我国机械自动化起步较晚，发展和应用时间较为短暂，某些方面的技术水平还不成熟。与西方发达国家相比，仍有很大差距。同时这也表明我国机械自动化在机械制造行业中的应用仍有很大空间。科技就是生产力，人才是将科学技术转变为先进生产力的关键因素，因此，为更好的促进机械自动化发展，首先要加大培养机械自动化人才的力度，为该行业培养优秀的技术人才，在未来不断创新科技，开发出具有自主智慧财产权的产品，只有这样才能提高企业的核心竞争力，这同时也是我国机械自动化在机械制造中应用的主要方向。机械自动化技术将成为未来企业不可缺少的技术，是企业发展的必然，是引领企业走向科学、可持续发展道路的重要手段。该行业在新时期是最具发展潜力的朝阳行业，随着科学技术的不断进步，机械自动化也会迎来新的发展机遇。

3结语

机械自动化为机械制造行业的良性发展提供了契机，为该行业的发展作出了重大贡献。一方面，借助机械自动化技术，机械制造大大提高了工作和生产效率，降低了人工成本和生产成本，另一方面也大大提高了产品质量。这是现代科技应用于经济生产的典型例证，满足了工业现代化的要求。机械制造业只有不断革新技术，紧紧追随科技现代化的脚步，才能抓住历史发展机遇，以积极的姿态迎接挑战，实现行业的可持续发展。

生机械专业毕业论文范文二：浅议机械自动化的应用与进展

1机械自动化技术的具体应用

1.1机械自动化技术在检测上的应用

我们传统的工业产品的检测工作都是由人工来完成的，而随着社会的高速发展，企业的竞争越来越大，提高企业的核心竞争力成为了众多工业企业的共同问题，而机械自动化技术在检测上的应用就可以大大地提高工业企业的核心竞争力，因为机械自动化技术在检测上的应用可以提高整个的工业产品的质量，我们只有提高了整个的工业产品的质量，我们的工业企业的核心竞争力才会大大地提高。除去机械自动化技术在检测上的应用可以提高整个的工业产品的质量这一重大作用，机械自动化技术在检测上的应用也可以节省公司的人力成本，对于这一点来说，机械自动化技术在整个的工业产品生产过程中都是很重要的，我们要充分地认识到这一点。只有充分地认识到这一点，我们才能更好地去把机械自动化技术应用到工业生产中去。

1.2机械自动化技术在装配上的应用

众所周知，工业产品的零部件在生产出来之后，我们要对它进行装配，而这些零部件的装配需要一定的专业人才来完成，对于一个工业企业来说，招聘和培养一个专业人才需要耗费很大的人力和财力，而机械自动化技术在装配上的应用就大大地减少了这一方面的开支。机械自动化技术在装配上的应用不仅减少了公司的开支，而且提高了零部件装配的效率。

2机械自动化技术的未来发展

2.1机械自动化技术会变得更环保

随着我国工业经济的高速发展，我国的环境问题也越来越严重，对于这个问题，我们在工业生产的过程中要高度重视起来。而对于我们未来的工业发展，主要就是以自动化为主，在未来的自动化的工业生产中，我们要高度重视环保问题。因为未来的发展就是以“绿色发展”为主，我们只有在环保的前提下才能够去发展我们的自动化的工业，这不仅涉及到我们的居住环境，而且还影响我们的人类健康，我们要高度重视这个问题，使机械自动化技术的应用符合我们的可持续发展的要求。

2.2机械自动化技术会实现智慧化

随着资讯时代的到来，我们的社会将变成智慧的社会，这从很多方面可以体现出来。虽然就目前来说我们的社会还不是一个智慧化的社会，但是通过我们的科学家们的努力，这个梦想终会实现。而作为比较先进的机械自动化技术，它也会在这一社会潮流下变得越来越智慧，这既是我国机械自动化技术应用的目标，也是我们的机械自动化技术应用的发展要求，因为就目前而言，即便是机械自动化技术在工业生产中得到了普遍的应用，我们的工业生产还有很多缺点，比如说有一些危险的环节还需要我们的人工操作，而智慧化的机械自动化技术在工业中的应用会改变这一现状，智慧化的机械自动化技术在工业中的应用会实现工业操作的智慧化，可以尽可能地减少人工操作的危险性。机械自动化技术实现智慧化既是我们的一个未来目标，也是机械自动化技术应用的要求，我们要充分地认识到这一点。

2.3机械自动化技术会更加实用

在最近几年的机械自动化技术的应用例项中我们可以看出，很多的工业企业利用机械自动化技术去提高企业生产的效率，而大部分企业在追求效率的时候忽视了很多实际性的问题，他们忽略了机械自动化技术应用的实用性。他们只是一味的追求经济利益，在追求经济利益的时候没有充分地把机械自动化技术与具体的实际情况结合起来。我们的工业企业归根结底还是为人类服务，所以我们的机械自动化技术在工业中的应用就必须符合我们的实际情况。

3结语

随着社会的发展，工业的发展已经成为了人们的关注点，工业的发展对于一个国家来说意义也很重大，它不仅在一定程度上体现了一个国家的科学技术的发展现状，而且在一定程度上也体现了一个国家的经济发展水平，而机械自动化技术的应用使工业的发展更加的迅速，我们在具体的应用中应该注意很多问题，我们不应该只注重眼前的利益，应该从长远做出规划，提高机械自动化技术应用的质量和技术，使我们的机械自动化技术的应用更加的智慧化、环保化和实用化。

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