考虑时空约束的吊机优化调度模型与启发式算法

发布时间：2020-06-05 09:23

【摘要】：随着科学技术的发展,通过提高劳动生产率来提高企业的利润变得越来越困难。在追求最大利润的驱动下,提高企业的物流运输水平成为增加企业竞争力的有效手段。实际生产中,由于运输工具数量和能力的限制,各个工序之间的物流运输受到制约,导致即使是最优生产计划也难以有效执行。因此,对物流运输优化调度问题进行研究,有助于提高运输工具的利用率,减小资源和能源的消耗,从而有效地降低生产和运输的物流总费用。本文首先以制造业中的钢铁企业为研究背景,研究了炼钢-连铸-热轧制造物流运输过程中天车调度的若干优化问题;其次以集装箱物流业中的港口物流为研究背景,研究了港口物流运输过程中岸桥调度的若干优化问题。研究成果及主要内容有以下四个方面:(1)研究了炼钢-精炼-连铸生产过程中天车调度问题。天车调度对于生产过程中物流衔接以及生产节奏的调控具有重要意义,同时受到时间、空间约束以及生产计划等限制,是一类NP-Hard问题。针对炼钢-精炼-连铸生产过程中天车调度问题,建立了一类考虑时间和空间约束的天车调度模型,设计了任务分配规则和冲突处理规则的Memetic算法。通过对某钢厂炼钢-精炼-连铸生产过程天车调度过程进行仿真测试,结果表明:该算法具有很好的收敛性和稳定性。(2)研究了连铸-热轧板坯库天车调度问题。考虑时间和空间以及热轧计划等限制,建立了一类板坯出库天车调度模型。针对问题特点,设计了基于离散事件动态仿真的解码规则、自适应交叉算子、变异算子以及在交叉和变异后进行模拟退火局域搜索的Memetic算法。通过仿真案例对模型和算法进行仿真测试,结果表明:该算法具有很好的收敛性和稳定性。(3)研究了集装箱港口卸船作业过程中的岸桥调度问题。考虑岸桥的时间窗约束,建立了岸桥卸船作业的仿真优化模型,设计了一类基于双链分子结构的化学反应算法。该算法的编码包含两部分,分别为任务的优先关系和为任务分配的岸桥序列,采用离散事件动态仿真方法进行解码。针对问题的特点,设计了四种分子碰撞算子。通过仿真算例对模型和算法进行了测试,结果表明:与商业优化软件CPLEX和遗传算法相比,该算法可在很短的时间内求得稳定的满意解,验证了模型和算法的有效性。(4)研究了低碳型集装箱港口连续泊位-岸桥分配问题。考虑到港时间不确定性和集卡运输能力受限等约束,建立了以最小化船舶碳排放和平均延迟时间为目标的多目标非线性混合整数规划模型,采用高效非支配排序遗传算法(Efficient Non-dominateSortGeneticAlgorithmⅡ,ENSGA-Ⅱ)对模型进行求解。针对问题的特点,设计了编码和基于离散事件动态仿真的解码规则、优先关系保持交叉算子(Precedence Preserving Crossover,PPX)、多约束下变异算子和不可行解修复算子。通过仿真案例对算法进行测试,结果表明:与Non-dominate Sort Genetic Algorithm Ⅱ(NSGA-Ⅱ)和 Modified Non-dominate Sort Genetic Algorithm Ⅱ(MNSGA-Ⅱ)相比,ENSGA-Ⅱ能快速求得满意解。同时,优化后的方案不但减小船舶的碳排放量,而且缩短船舶的在港时间。总之,针对制造及服务业物流运输过程中吊机调度问题,建立了多类问题的数学模型。根据数学模型的特点,从求解算法的角度进行了研究,设计了不同的现代优化算法对问题进行求解。通过大量的实验分析验证了模型和算法的有效性,为有效解决此类问题提供了重要的参考。
【图文】：

而保证连铸过程的不间断以完成浇铸计划。逡逑（２）板坯库天车调度逡逑根据乳制计划的要求以及现有库存分布的情况，，为来自连铸工序的板坯指逡逑定合理的垛位／从板坯库中选出合适的板坯出库。在保证跨内相邻天车间安全距逡逑离的基础上，合理安排天车吊运入／出库板坯的路线和时间，以减小板坯倒垛次逡逑数并方便板坯入／出库运输，保证乳制生产的顺利进行。逡逑２．３港口物流过程中吊机调度问题简介逡逑集装箱港口物流运输过程是指集装箱从到达港口到离开港口过程中形成的逡逑物流过程。集装箱船舶到港后，分为进港集装箱作业和出港集装箱作业。进港集逡逑装箱作业包括：进入泊位、岸桥卸载、集卡运输、堆场堆存、港口内部运输和其逡逑他运输方式离港。出港集装箱作业包括：其他运输方式进港、港口内部运输、堆逡逑场堆存、集卡运输、岸桥装载和离港。进港集装箱作业和出港集装箱作业形成孓逡逑一个港口物流运输循环系统，其内部物流运输流程如图２．２所示１８＞。逡逑

３．２．２数学模型逡逑引入符号如下：逡逑ｃ：天车标号，ｃ邋＝１，２：逡逑ｉＶ：任务集合；逡逑ｉＶＱ：邋Ａ／Ｕ｛０｝，其中０为虚拟结束任务；逡逑ｉ：任务标号，ｉｅＡ／；逡逑工位集合，Ｓ邋＝邋0４，Ｓ，Ｃ，Ｚ）｝；逡逑ｓｄｉ：任务ｉ的开始工位，ｓｃ＾ｅＳ，／ｅ／Ｖ；逡逑任务ｉ的结束工位，ｅｃ＾ｅＳ，ｉｅ／Ｖ；逡逑ｅｔｊ：任务ｉ的最早开始时间；逡逑／ｔｉ：任务Ｚ的最晚结束时间；逡逑ｐｉ：任务ｉ的处理时间（包括天车吊起、运行和放下钢包的时间）；逡逑ｖ：天车空载速度；逡逑Ｌｄ：天车相对于作业跨上的工位ｄ的位置，ｄｅＳ；逡逑５：天车之间需要保持的安全距离；逡逑
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP18;F252

【参考文献】

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本文编号：2697834