船臺吊裝過程調(diào)度優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、大型船舶船體裝配過程是船舶制造中的重要環(huán)節(jié)，它不同于作業(yè)車間和流水車間的制造過程，具有設(shè)計制造并行、小批量、高度依賴船臺資源、制造過程受多種外界干擾等不同于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的特殊性和復(fù)雜性，并且船舶的生產(chǎn)完全是面向訂單的生產(chǎn)模式而不同于面向庫存的生產(chǎn)模式。在這種形勢下，大型船舶裝配過程處于復(fù)雜而又具有變化的環(huán)境中，其調(diào)度控制過程也變得復(fù)雜和特殊，建立在傳統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)作管理理論與運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)上的生產(chǎn)調(diào)度與控制方法，已經(jīng)不能滿足其調(diào)度控制要求。本文

2、的研究針對這一問題，從建模、調(diào)度技術(shù)和仿真等方面，對大型船舶船體吊裝過程的調(diào)度控制進(jìn)行研究。主要包括下述主要工作： (1)為了實(shí)現(xiàn)對船臺吊裝過程的規(guī)范化描述、準(zhǔn)確表示吊裝過程，提出了基于共享合成著色時間Petri網(wǎng)(ColoredTimedPetriNet，CTPN)的船臺吊裝過程建模方法。在建立吊裝過程典型操作組件模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)共享合成原理構(gòu)建出吊裝過程的模型，所建CTPN模型能夠包含吊裝中的技術(shù)約束、資源約束和時間等信息

3、，支持對船舶吊裝過程調(diào)度和控制策略的仿真分析。該建模方法給出了吊裝過程的便于計算機(jī)表示和操作的數(shù)學(xué)描述形式。 針對所建船舶吊裝過程CTPN模型，給出了一種利用極大加法代數(shù)求解模型中分段吊裝時間的算法。對所建模型的性能分析方法進(jìn)行了說明，討論了結(jié)合簡化規(guī)則和可達(dá)圖方法的定性分析策略。 (2)為了在既有的吊裝設(shè)備、場地等資源條件約束下，尋找可能的最短船臺周期并且盡量提前某些重要時間節(jié)點(diǎn)，提出了一種基于改進(jìn)遺傳算法的調(diào)度算法。

4、根據(jù)吊裝過程調(diào)度問題的特點(diǎn)，對傳統(tǒng)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，給出了一種適合這類問題的交叉算子，通過避免不可行子個體的產(chǎn)生從而大大提高了搜索的效率和解的質(zhì)量。某74，500DWT散貨船吊裝過程調(diào)度優(yōu)化實(shí)例說明這種遺傳算法對于解決時間安排、設(shè)備使用分配等吊裝過程調(diào)度問題是有效的。為了探討這類整數(shù)編碼遺傳算法的機(jī)理，獲得改進(jìn)和分析此類遺傳算法的理論基礎(chǔ)，采用Markov鏈對基于整數(shù)編碼的遺傳算法進(jìn)行了收斂性分析。提出了一種整數(shù)編碼遺傳算法種群多樣性量

5、化定義方法，求解出了特定“基因?qū)Α表樞蜃儞Q概率的公式表示，說明了遺傳算法收斂性與遺傳算法參數(shù)間的關(guān)系。 (3)降低分段堆放成本是船舶企業(yè)的重要課題，從吊裝過程調(diào)度安排的角度出發(fā)提出了一種以分段堆放成本最小為目標(biāo)的拉格朗日松弛算法。將吊裝過程調(diào)度問題歸結(jié)為一種新的包含任務(wù)先序約束、機(jī)器能力約束以及某些任務(wù)同時占用多臺機(jī)器情況的平行機(jī)排序問題。采用拉格朗日算法對船體裝配過程中的先序約束、起重設(shè)備能力約束進(jìn)行松弛，然后采用次梯度法求解

6、拉格朗日對偶問題，再通過一定的啟發(fā)式規(guī)則獲得可行解。實(shí)際集裝箱船例子和仿真數(shù)據(jù)的計算結(jié)果表明，這種方法能夠滿足實(shí)際工程生產(chǎn)的求解速度需要和精度要求。 (4)吊裝過程受多種因素影響，為了提高吊裝生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性，必須更加準(zhǔn)確地確定吊裝時間，根據(jù)干擾的影響及時進(jìn)行有效的重調(diào)度。在對分段大小、重量、船型、分段所在區(qū)域以及建造季節(jié)等吊裝時間影響因素分析的基礎(chǔ)上，提出了利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FNN)確定吊裝所需時間的方法。提出了船舶吊裝過程重

7、調(diào)度策略選擇評價指標(biāo)，給出了基于分支定界思想的重調(diào)度優(yōu)化算法，并結(jié)合船舶吊裝生產(chǎn)實(shí)例，對以上重調(diào)度控制技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。 (5)在仿真和工程實(shí)例方面，提出了基于高層體系架構(gòu)(HLA)的協(xié)同仿真平臺，對其邏輯結(jié)構(gòu)、功能模塊劃分、數(shù)據(jù)以及時間管理等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和定義；初步建立了協(xié)同仿真平臺的各功能模塊。建立了大型船舶裝配過程仿真模型和調(diào)度控制策略之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)了仿真環(huán)境下的調(diào)度策略性能分析。在吊裝過程三維動態(tài)仿真模塊中，提出了