求解具有时空约束的天车调度问题Memetic算法

天车调度是一个NP难的多机多任务调度问题.针对炼钢-精炼-连铸生产过程中的天车调度问题,考虑时间和空间约束,建立了以钢水等待时间最少为目标的天车调度模型.提出了改进的Memetic算法,设计了采用任务分配规则和冲突处理规则的个体解码方式、PPX交叉算子和局域搜索算子;用该算法对模型进行求解,并与遗传算法进行比较.对某钢厂炼钢-精炼-连铸生产过程的天车调度问题的测试表明:与遗传算法相比,用该算法求解的等待时间最多减少16.67%,并具有很高的稳定性.     

面向炼钢厂多机多任务天车调度的仿真方法

天车调度对于炼钢厂车间中各生产工位间物流的衔接、顺行以及整个企业生产节奏的调控具有重要意义,且同时受到时间、空间约束以及生产计划等的限制,是典型的多机多任务约束问题。为此,建立了一种时空约束下基于规则演化的仿真模型,以优先保证炼钢-连铸生产作业任务的完成为目标,合理安排多任务在车间作业跨中多台天车上的分配,并考虑多任务之间的时间约束和多台天车之间的空间约束问题,设计基于任务分配规则、冲突处理规则、任务结束规则的仿真模型运行规则用于控制天车执行任务的运行过程。该方法可避免对调度问题进行理论求解的困难,通过对某炼钢厂炼钢-连铸生产作业计划的离线模拟测试表明:能够避免天车运行过程中的时间空间冲突,以获得合理的天车运行调度方案,为生产调度提供指导。     

连铸机故障时融合炉次重分配的炼钢-连铸生产重调度

在炼钢-连铸生产过程中,连铸机故障会导致当前生产计划不可行,需要为故障机上未完成炉次重新分配连铸机和浇铸顺序。现行人工重分配策略无法及时响应以保证稳定和高效的生产,因此本文提出一种基于等待时间最小化的启发式炉次重分配规则,然后在此基础上建立重调度模型,并设计改进遗传算法求解该问题。采集某炼钢厂的实际生产数据进行算法验证,结果表明本文方法在连铸机出现故障时能快速给出较优的重调度方案。     

应用改进遗传算法求解炼钢连铸生产调度问题

炼钢连铸制造流程是一个复杂的多阶段、多产品生产过程,其生产调度问题可建模为车间调度问题. 提出一个改进遗传算法求解炼钢连铸生产调度问题. 改进包括三个方面:基于排序的适应度分配、基于排序的工件过滤交叉算子和基于指数关系的变异率曲线. 经24个benchmark的比较测试表明,改进遗传算法比传统遗传算法的寻优能力更强. 通过16个生产计划和6个处理工序的炼钢连铸生产调度实例计算结果表明,改进遗传算法是有效的.     

基于“炉机对应”原则的炼钢—连铸调度模型

针对某特殊钢厂炼钢—连铸生产调度问题,首先,构建以炉机匹配度、连浇炉数以及过程等待时间等为主要评价指标的多目标优化调度数学模型.进而,对工艺流程结构以及炼钢、精炼和连铸三个工序的运行时间进行解析,分析合理的产品结构范围及不同产品结构下的生产组织模式.根据炼钢厂运行的"炉机对应"原则,运用柔性工序缓冲调节策略,协调优化炼钢、连铸工序间的生产节奏,求解不同生产模式下的调度方案.最后,通过仿真计算与实际生产状况的综合分析,验证了调度模型和求解策略的有效性和优越性.     

基于混合遗传算法的两流薄板坯连铸连轧流程生产调度系统

首先建立了两流薄板坯连铸连轧流程生产调度规则库.然后根据该生产流程的特点,提出了遗传算法新的编码、交叉、变异操作及改良的概念,并在遗传算法的初始种群建立和改良过程中引入调度规则.在此基础上,利用调度规则和遗传算法相结合的混合遗传算法建立了两流薄板坯连铸连轧流程生产调度系统.该调度系统可以较好地解决两流薄板坯连铸连轧流程的动态调度问题,进一步优化生产组织.     

基于“炉-机匹配”的炼钢-连铸过程多工序运行仿真

为探究"炉-机匹配"模式对炼钢-连铸过程多工序运行的影响,以国内某无精炼跨中型炼钢厂为研究对象,首先,采用Plant Simulation软件构建考虑天车运行约束的炼钢-连铸过程多工序运行仿真模型,并阐述天车作业冲突的消解策略;其次,针对不同连铸机停机的"四炉对三机"生产组织模式,归纳4类"炉-机匹配"模式,并应用基于"炉-机匹配"模式(改进的和未改进的)启发式算法求解不同连铸机停机的4个实际生产计划的调度方案;最后,运用仿真模型对所得调度方案进行仿真,得到天车运行约束下的调度方案,并与实际人工调度方案进行对比。选取生产计划总作业时间、钢包总周转数量、工序间传搁时间以及浇次开浇时间最大偏离量作为调度方案的评价指标,并提出评价指标优劣的综合判定方法。研究结果表明:相比于未优化的调度方案和实际调度方案,基于"炉-机匹配"模式优化的调度方案中生产计划加权总作业时间分别减少13.6 min和4.5 min,炉次从转炉工序到LF精炼工序的加权平均传搁时间分别减少1.3 min和1.2 min,炉次从LF精炼工序到连铸工序的加权平均传搁时间分别减少1.5 min和0.4 min,所有炉次的工序间传搁时间处于合理范围内,此外,4个生产计划的开浇时间最大偏离量也处于可接受范围内,某一生产计划的钢包总周转数减少1个。     

基于JIT的炼钢-连铸生产调度模型研究

在连铸工艺、设备资源等约束条件下,为提高炼钢-连铸生产效率,避免人工调度,炼钢-连铸作业的精准调度已成为钢铁行业迫切的需求.通过对某炼钢厂现场调研,整合流程信息和时间数据,基于JIT提炼出炼钢-连铸生产调度的核心问题--炉机节奏匹配;进一步构建起基于柔性 Jobshop的炼钢-连铸调度系统模型和数学模型以及基于最小松弛时间的调度规则;最后用Lekin仿真调度实例,并将仿真结果与实际生产调度数据进行了分析和比对.实验数据表明了模型的正确性.     

基于多目标优化的炼钢-连铸生产智能调度模型与算法

针对现有数学规划模型和算法对设备冲突欠缺直接、有效的处理方法问题,应用多目标优化的基本思想,建立了新的炼钢-连铸生产智能调度模型,将炼钢-连铸生产调度问题转化为具有两个目标的多目标优化问题,其中,第1个目标为最小化全厂完工时间与所有炉次等待时间,第2个目标由不能消解的设备冲突时间转换得到,这样利用多目标优化方法的先天优势来克服传统方法的不足,并设计了基于多目标进化算法NSGA-Ⅱ的求解算法;此外,针对设备冲突困境,还提出了一种基于等待时间松弛的冲突消解方法,通过迭代松弛调整炉次的等待时间长度完全消解设备冲突。在国内某大型转炉炼钢厂的应用实践表明了所提模型和算法的有效性。     

炼钢-连铸区段生产调度与计算机仿真

炼钢-连铸区段的生产调度包括炉次计划、浇次计划的生成和时间、设备的分配,以及针对各种扰动的动态调整. 根据钢种和规格的限制,提出了最优炉次计划模型,并采用禁忌搜索算法进行求解;根据炉次计划和连铸机连浇限制,生成浇次计划;根据炉机匹配和等待时间最小原则,生成静态调度甘特图,并对仿真过程中出现的出钢延迟提出了动态调度的策略和算法. 仿真结果表明,基于模型的动态调度策略能够有效地解决出钢延迟问题.     

一种改进的遗传算法在云计算中的应用

针对传统的遗传算法在云环境中迭代次数多、耗时长的缺陷,提出了一种改进的遗传算法,主要从执行时间及执行任务所需的费用两个方面来优化任务调度.通过建立任务调度模型,设计出相应的适应度函数、界限函数.仿真结果表明,在任务调度中运用改进的遗传算法,所需的平均等待时间要短,调度所需的费用也比传统的遗传算法要低.     

基于遗传禁忌搜索的单车场多目标区域调度优化

区域调度是公交营运调度的发展方向,但区域调度相对于传统的线路调度,其影响因素多,模型构建难度大,求解也较为复杂。以单车场区域调度为对象,选择公交车辆空驶时间、等待时间、跨线次数以及运力规模最小等主要目标,构建了多目标区域调度优化模型。考虑到多目标函数优化问题的复杂性,将禁忌搜索融入遗传算子,设计遗传禁忌搜索求解算法,最后将已建模型和设计算法运用到算例中。计算结果表明,遗传禁忌算法较一般遗传算法更能高效地解决公交车辆的单车场多目标区域调度问题。     

基于蚁群算法和遗传规划的跨单元调度方法

针对运输能力受限的跨单元调度问题,提出了一种基于蚁群算法与遗传规划的超启发式算法.通过蚁群算法搜索合适的启发式规则,并且利用遗传规划生成可以适用于问题模型的启发式规则,用以扩充规则集;同时引入时间窗的概念,用来决策每个小车运输时的等待时间.实验表明,提出的算法可以搜索出优质规则,并且通过遗传规划很大程度上改善了候选规则集,提升算法性能.同时时间窗策略的采用可以提高小车的利用率以及最小化总加权延迟时间.      

基于遗传算法的航空装备备件送修调度优化

针对航空部队备件配送效率低的实际,构建了带时间窗的双向多目标备件送修调度优化模型。该模型放松了对时间窗的约束,通过优化车辆路径方案,在一定行车总时间和单车车载容量的条件下,能以最少的车辆投入满足各作战部队的需求,有效降低了部队的运输服务成本。为解决模型求解中车辆数量的不确定性和行车路径的多选择性等问题,改进了遗传算法的染色体编码和进化算子,提高了算法的效率。理论分析和仿真试验表明,该算法能有效解决多目标规划情形下航空作战部队备件送修任务。     

侧向跑道机场滑行路径优化

为了缓解机场场面交通拥挤状况,提高侧向跑道机场场面运行效率,构建了侧向跑道机场航空器滑行路径优化模型.该模型以航空器加权滑行时间和延误等待时间最小为目标,提出了动态优化航班的优先级的优化方案.将航空器的运行规则转化为相应的数学约束条件,根据侧向跑道机场的滑行道调度问题进行算法设计,运用改进的遗传算法对模型进行求解,以航空器的优先级滑行序列和航空器滑行路径为染色体,基于MATLAB对双链染色体进行编码,并对4种滑行冲突与解脱进行分析.以成都天府国际机场为例进行算例分析,与先到先服务序列进行对比,采用优化方案的序列可以节省42 s,并与蚁群算法进行比对,验证了改进的遗传算法的有效性,可以为繁忙机场的滑行调度提供决策支持.     

基于滚动时域的遗传-免疫算法优化航班着陆调度

航班调度问题一直是空中交通管制(ATC)中的一个复杂而具有重要意义的任务,而航班着陆问题(ALS)是其中的核心问题.航班着陆调度是NP-hard问题,具有规模大、约束条件多的特点.因此,为了有效合理地解决航班着陆问题,本文提出了基于滚动时域的遗传-免疫算法(RHC HGIA)的航班着陆调度算法.RHC HGIA主要从两个方面解决航班着陆问题,一方面根据设定的滚动时域长度与大小选择需要进行优化的待降落航班;另一方面对选择的待降落航班使用遗传-免疫算法进行优化并确定其实际着陆时间.经过优化后的航班组成新的航班降落序列,从该序列中选择实际着陆时间在给定时域范围内的航班进行着陆.重新设置滚动时域长度,选择待降落航班进行优化,直到所有待着陆航班都已着陆为止.本文仿真实验以某机场一天内的20架待着陆航班数据为基础,并在机场管制仿真系统中进行模拟仿真.仿真实验表明,与传统航班着陆调度算法(FCFS)相比,经过RHC_HGIA算法优化后的待着陆航班的额外成本有明显的降低.     

激光切割路径优化的双重编码改进遗传算法

针对激光切割路径优化的特点,将其归纳为旅行商问题,并利用改进遗传算法进行求解。为使优化更具实际意义,建立了考虑时间距离和热效应的多目标优化数学模型。改进的遗传算法采用双重编码对轮廓扫描顺序和各轮廓的起始点同时进行优化。在编码设计时,被切割件除考虑多边形情况外还考虑到圆及椭圆的情况,通过构建的适应函数将多目标函数转化为单目标优化问题,同时为提高算法的优化性能,适应函数采用动态控制,并改进了交叉与变异操作。仿真结果表明,该算法能有效地对激光切割路径进行优化。     

一种改进的遗传算法在测试用例中的应用研究

测试用例的自动生成是软件测试的重要环节,其关键问题是路径搜索问题,遗传算法作为一种高效的搜索寻优算法被广泛应用到测试用倒中。该文提出一种改进的遗传算法,对选择算子和交叉算子进行改进,把传统遗传算法和最优保存策略相结合,提高遗传算法的局部搜索能力。研究表明,该算法比传统遗传算法在生成测试用例的效率方面更具优势。     

基于能量惩罚的多机器人任务分配优化方法

针对多机器人任务分配中存在的能量消耗不均衡问题,提出了基于能量惩罚策略的遗传算法完成任务分配与任务序列的优化过程.首先,建立多机器人任务分配的数学模型,每项任务设定不同的难度系数,以机器人完成任务所消耗的总能量为优化目标,并确定安全能量的约束条件;然后在每次迭代中通过计算每个机器人相对平均能耗的超额进行能量惩罚以寻求能...     

基于改进DPSO非退出故障下多无人机任务规划

针对非退出故障下多无人机协同任务规划问题，提出了一种基于混合策略改进的离散粒子群算法。该方法首先采用Sobol序列进行种群初始化，提高解空间的覆盖率；然后，提出非线性时变策略，加快算法的收敛速度；并引入柯西算子,增强离散粒子群算法的搜索空间；同时，还提出自适应交叉学习策略，丰富种群多样性，进而提升算法的全局寻优能力。综合改进的离散粒子群算法不仅加快了收敛速度，并且解的最优性也得到了提高。此外，运用三次样条插值算法进行无人机航迹规划，最后，将改进算法在三维空间中进行无人机故障前后的对比仿真实验，结果表明所设计的算法具有显著的寻优有效性，为部分无人机发生轻微故障后，多机协同执行任务规划的问题提供了理论依据。