船臺(tái)吊裝過(guò)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(guò)程是船舶制造中的重要環(huán)節(jié)，它不同于作業(yè)車(chē)間和流水車(chē)間的制造過(guò)程，具有設(shè)計(jì)制造并行、小批量、高度依賴(lài)船臺(tái)資源、制造過(guò)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(kù)存的生產(chǎn)模式。在這種形勢(shì)下，大型船舶裝配過(guò)程處于復(fù)雜而又具有變化的環(huán)境中，其調(diào)度控制過(guò)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(mǎn)足其調(diào)度控制要求。本文

2、的研究針對(duì)這一問(wèn)題，從建模、調(diào)度技術(shù)和仿真等方面，對(duì)大型船舶船體吊裝過(guò)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(duì)船臺(tái)吊裝過(guò)程的規(guī)范化描述、準(zhǔn)確表示吊裝過(guò)程，提出了基于共享合成著色時(shí)間Petri網(wǎng)(ColoredTimedPetriNet，CTPN)的船臺(tái)吊裝過(guò)程建模方法。在建立吊裝過(guò)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(guò)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(shí)間等信息

3、，支持對(duì)船舶吊裝過(guò)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(guò)程的便于計(jì)算機(jī)表示和操作的數(shù)學(xué)描述形式。 針對(duì)所建船舶吊裝過(guò)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(shí)間的算法。對(duì)所建模型的性能分析方法進(jìn)行了說(shuō)明，討論了結(jié)合簡(jiǎn)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(chǎng)地等資源條件約束下，尋找可能的最短船臺(tái)周期并且盡量提前某些重要時(shí)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(guò)程調(diào)度問(wèn)題的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，給出了一種適合這類(lèi)問(wèn)題的交叉算子，通過(guò)避免不可行子個(gè)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(guò)程調(diào)度優(yōu)化實(shí)例說(shuō)明這種遺傳算法對(duì)于解決時(shí)間安排、設(shè)備使用分配等吊裝過(guò)程調(diào)度問(wèn)題是有效的。為了探討這類(lèi)整數(shù)編碼遺傳算法的機(jī)理，獲得改進(jìn)和分析此類(lèi)遺傳算法的理論基礎(chǔ)，采用Markov鏈對(duì)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(shuō)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(guò)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(guò)程調(diào)度問(wèn)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(shí)占用多臺(tái)機(jī)器情況的平行機(jī)排序問(wèn)題。采用拉格朗日算法對(duì)船體裝配過(guò)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(duì)偶問(wèn)題，再通過(guò)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(jì)算結(jié)果表明，這種方法能夠滿(mǎn)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(guò)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(shí)間，根據(jù)干擾的影響及時(shí)進(jìn)行有效的重調(diào)度。在對(duì)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(shí)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(shí)間的方法。提出了船舶吊裝過(guò)程重

7、調(diào)度策略選擇評(píng)價(jià)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(duì)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(tái)，對(duì)其邏輯結(jié)構(gòu)、功能模塊劃分、數(shù)據(jù)以及時(shí)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(tái)的各功能模塊。建立了大型船舶裝配過(guò)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(guò)程三維動(dòng)態(tài)仿真模塊中，提出了