混流掺配车间时间容差牵制平衡调度理论研究

Hybrid flow shop with blending, such as: Chinese medicine production workshop, food production workshop, chemical products production workshop, is a characteristic workshop with unique features. Hybrid flow shop with blending has two characters of "time sensitive" and "cross flow". The interaction of the two characteristics forms complex correlation relationships among processes. These unique features significantly increase the difficulty of scheduling optimization. Consequently, so far the relevant research is very little. In this study, a new bionic optimization method is proposed to solve hybrid flow shop with blending, which is a typical "relationship advantage" problem, by simulating the ecological balance mechanism. The specific contents include: Constructing the model of checked optimization by simulating the ecological balance model, through mapping process time to population scale and process time tolerance to variable tolerance range of population; Exploring the new optimization mechanism of checked balance to solve the optimization model above, through drawing on the ecological balance mechanism; Based on these theoretical results above, developing a set of time tolerance-based software tools for checked scheduling. At present, the problem of low efficiency of scheduling in hybrid flow shop with blending is a serious obstacle to the large-scale production of special products. The expected results of this study in theory will effectively expand the bionic optimization method, and in practice, will provide new ways and tools for solving the scheduling problem of hybrid flow shop with blending to be solved.

混流掺配车间是一类特征独特的车间，如：中成药生产车间、食品生产车间、化学产品生产车间等等。这类车间具有“时间高敏”和“流程交叉”两大特征，这两大特征相互作用，又形成了工艺间的复杂关联特征。这些独特特征大幅度增加了调度优化的难度，目前，相关的研究还非常少。本研究拟通过模拟生态平衡机制，构造新的仿生优化方法，以解决混流掺配车间调度这一典型的“关系优势”问题。具体内容包括：以工艺时间映射种群规模、工艺时间容差映射种群数量可变范围，通过模拟生态平衡模型来构造牵制优化模型；借鉴生态平衡机制，研究牵制平衡优化机制，以求解牵制优化模型；基于这些理论成果，研发基于时间容差的牵制调度软件工具集。目前，混流掺配车间普遍存在调度效率低的问题，严重阻碍了特种产品的规模化生产。本研究的预期成果在理论上将有效地扩展仿生优化方法，在实践上，将为解决混流掺配车间这一大类虔待解决的车间调度问题提供新途径和新工具。

混流掺配车间具有时间高敏特性和流程交叉特征，这两个独特特征相互作用，就形成了工艺间的复杂关联特征，即：任何一道工艺的时间状态，都影响整个生产过程，调度的有效性，不取决于某一个时间特征，而取决于时间之间的相互关系，这就是典型的“关系优势”问题，即：要求所有特征时间的相互关系“刚刚好”，这也正是混流掺配调度的难点所在。.生物界虽然纷繁复杂，但数以千万计的生物之间，能奇妙的达到生态平衡，从数学复杂度来讲，这几乎是一个无法求解的问题。而生物界以一个简单的机制，实现了这种精妙的平衡-生物种群数量之间的牵制机制。本研究以时间特征对应生物界的种群规模，以各时间参数的容差对应生物界的种群数量容差，建立相应的数学模型，以容差牵制机制为优化驱动力，实现对生态平衡的模拟，从而解决混流掺配车间生产调度优化问题。其科学意义主要体现在：.(1)关系优势是一个新提出的概念，同时，它也是普遍存在的一类优化问题，目前，尚没有出现系统的研究成果。本研究针对该问题进行了系统深入的研究，在优化领域提出了原始问题和原创方法。.(2)本研究通过模拟生物界的生态平衡机制，构造一种新的仿生优化方法—牵制优化方法—以求解关系优势问题。该方法是一种新的仿生算法，是对现有的优化方法的有效扩充，为求解更复杂和普遍的优化难题，提供新思路和新方法。.(3)本研究提出了解决具有时间高敏、流程交叉特征的问题的求解方法，为解决现实中这一类有共性特征的难点问题，提供了新工具。.本研究所取得的成果超出了研究计划的预期： .(1)形成一套完整的容差牵制平衡调度理论，撰写双语版专著 1 部，发表论文 22 篇，其中，SCI-JCR-1区期刊论文3篇，影响因子分别为5.13, 7.18, 8.26，SCI-JCR-2区期刊论文2篇，EI 检索17篇,A区中文期刊论文4篇。.(2)研发一套完整的基于时间容差的牵制平衡调度软件工具集，获批软件著作权 3 项。 .(3)培养了博士研究生2名，硕士研究生8名。 .(4)将研究成果在五个具有混流掺配车间的生产企业开展应用，应用效果良好。