基于群体生存理论的菌群优化方法及在生产调度中的应用研究

The unconventional control and scheduling methods with the characteristic of complexity, dynamic, uncertainty and randomness has been the problems that the complex manufacturing systems want to solve urgently. An effective way to solve this problem is to use bacterial chemotaxis and the quorum sensing mechanism, establish the complex bacterial patterns of behavior and the cognitive structure of complex manufacturing system. Therefore, this project is going to research on the bacterial biological behavior dynamics defy and drive by the complex manufacturing system and the evolution law. Specific content includes: Flora structure model; bacterial chemotaxis behavior and the quorum sensing mechanism; bacteria flora optimization algorithm based on the bacterial life behavior; bacteria flora optimization algorithm performance test; the validation of new model and method on the object of Flow-shop engineering optimization problems in the shop scheduling. This project has important theory significance and application value for revealing the complex manufacturing and control behavior patterns under the bacteria flora environment, Improving the manufacturing system and the performance of control process, exploring of bacterial biological behavior in the application model of complex manufacturing system.

具有复杂性、动态性、不确定性和随机性的非常规控制和调度方法是当今复杂制造系统一直亟待解决的问题，而通过借鉴细菌生物趋化现象及群体感应机制，建立复杂细菌行为模式与复杂制造系统间的认知结构，探索群体生存理论和动物觅食理论在制造系统与控制优化中的新方法是解决这一问题的有效途径。为此，本项目对复杂制造系统限定和驱动的细菌生物行为动力学与演化规律进行基础科学研究，具体内容包括：菌群环境结构模型；细菌生物趋化行为与群体感应机制；基于细菌生命行为的菌群优化算法；菌群优化算法性能测试；并以车间作业调度中Flow-shop工程优化问题为对象，进行新型模型与方法的验证工作。本项目在揭示菌群环境下的复杂制造与控制行为模式规律，提高制造系统和控制过程的效能，探索细菌生物行为在复杂制造系统的应用模式等方面具有重要的理论意义和工程应用价值。

细菌属于最简单的单细胞生物，存在于地球上至少具有35亿年历史，见证并参与了 漫长的生物进化过程，其行为模式和演变过程充满了复杂性、动态性和混沌性，其行为 模式的研究对复杂系统的建模与优化具有重要的借鉴作用。具有复杂性、动态性、不确定性和随机性的非常规控制和调度方法是当今复杂制造系统一直亟待解决的问题，而通过借鉴细菌生物趋化现象及群体感应机制，建立复杂细菌行为模式与复杂制造系统间的认知结构，探索群体生存理论和动物觅食理论在制造系统与控制优化中的新方法是解决这一问题的有效途径。.在本项目研究中,首先提出了基于生物趋化现象和群体感应机制的菌群优化模型与算法，其次进行了基于细菌行为模式与生物多样性的算法性能测试研究，最后完成了高精度铜板带配料熔炼过程多目标求解测试工作。验证了本项目提出的基于细菌行为模式及生物多样性的新型优化算法的有效性。本项目研究成果为复杂工程领域的问题求解提供新的模型与方法，并把复杂系统的研究推向与微生态系统相结合的智能领域，为工程科学与生物科学的交叉与融合提供了新的研究视角。