一種面向成本的混流雙邊裝配線平衡方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向成本的混流雙邊裝配線平衡方法，其采用混合殖民競爭算法，包括以下步驟：初始化帝國、帝國內(nèi)同化、帝國內(nèi)更新和殖民競爭、殖民地改革和帝國刪除；若理想狀態(tài)或者設(shè)定的迭代次數(shù)已達到，則輸出成本最小的國家，得到最低成本國家相應(yīng)的任務(wù)分配方式。相比于普通的殖民競爭算法和遺傳算法，本發(fā)明所獲得的成本值較低，可以有效地改進算法搜索性能，得到更優(yōu)的解。
【專利說明】一種面向成本的混流雙邊裝配線平衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動化生產(chǎn)線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種混流雙邊裝配線平衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混流雙邊裝配線平衡問題(Mixed-modelTwo-sided Assembly Line BalancingProblem, MTALBP)是汽車、工程機械等大型機器制造企業(yè)面臨的一個重要優(yōu)化問題?；炝麟p邊裝配線可以滿足客戶需求的多樣化以及降低單位產(chǎn)品加權(quán)總成本(WTcost)，可以對企業(yè)經(jīng)濟效益產(chǎn)生直接影響?；炝麟p邊裝配線主要用于在同一條雙邊裝配線上同時裝配同一種產(chǎn)品的不同品種，從而實現(xiàn)線產(chǎn)品種的多樣化，也能滿足現(xiàn)實生產(chǎn)的需求，而且不同品種之間有很多相似之處，將其置于同一條裝配線上生產(chǎn)，可以實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。MTALBP是比起普通的裝配線平衡問題(Assembly Line Balancing Problem, ALBP)更復雜的NP-hard組合優(yōu)化難題，解決此類問題的復雜度隨著任務(wù)數(shù)的增長呈指數(shù)級增長。解決這類問題常用的元啟發(fā)式算法包括遺傳算法、模擬退火算法、禁忌搜索算法和蟻群算法等，但遺傳算法和蟻群算法在實際應(yīng)用中容易出現(xiàn)局部搜索能力低和收斂性差等缺點，模擬退火算法和禁忌搜索算法缺點是對全局搜索空間的狀況了解不多，運算效率低下。因此，使用更加新穎的算法能在合理的時間內(nèi)求解大規(guī)模的問題至為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種面向成本的混流雙邊裝配線平衡方法，旨在實現(xiàn)成本最小化并提聞效率。
[0004]為實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種面向成本的混流雙邊裝配線平衡方法，包括以下步驟:
[0006](I)根據(jù)實際生產(chǎn)情況`讀入任務(wù)時間、任務(wù)工資率和任務(wù)之間的優(yōu)先順序矩陣；
[0007](2)隨機產(chǎn)生N個對應(yīng)于任務(wù)數(shù)的序列，即對任務(wù)序列進行編碼，運用二叉樹調(diào)整算法調(diào)整任務(wù)序列使其滿足優(yōu)先順序約束；
[0008](3)將任務(wù)序列進行解碼，形成各個初始國家，其中，考慮操作方位約束、優(yōu)先順序約束、位置約束、區(qū)域約束和同步約束分配任務(wù)，最后進行位置約束檢查，對于不滿足位置約束的個體進行懲罰，并且運用如下成本公式計算各個國家的成本值:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種面向成本的混流雙邊裝配線平衡方法，包括以下步驟: (1)根據(jù)實際生產(chǎn)情況讀入任務(wù)時間、任務(wù)工資率和任務(wù)之間的優(yōu)先順序矩陣； (2)隨機產(chǎn)生N個對應(yīng)于任務(wù)數(shù)的序列，即對任務(wù)序列進行編碼，運用二叉樹調(diào)整算法調(diào)整任務(wù)序列使其滿足優(yōu)先順序約束； (3)將任務(wù)序列進行解碼，形成各個初始國家，其中，考慮操作方位約束、優(yōu)先順序約束、位置約束、區(qū)域約束和同步約束分配任務(wù)，最后進行位置約束檢查，對于不滿足位置約束的個體進行懲罰，并且運用如下成本公式計算各個國家的成本值:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡方法，其中，所述種群合并方法具體為:首先將初始殖民地和經(jīng)過帝國內(nèi)同化得到的新殖民地并入到一個空集合R里，然后將R中每一個國家按照成本值從低到高排序，最后從集合R中選出前一半數(shù)目的國家作為新的殖民地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡方法，步驟(2)中，所述二叉樹調(diào)整算法具體為: 令Pu等于1，如果任務(wù)i必須在任務(wù)j之前裝配；否則為0，gh表示任務(wù)序列中位于位置h的相應(yīng)節(jié)點，r表示根節(jié)點，I表示左節(jié)點， (21)令位置h初始值為2； (22)令gl為根節(jié)點r； (23)令gh為左節(jié)點1，確定I和r的裝配次序: (23.1)如果Pu = 1，即工序r必須在工序I之前裝配:(23.1.1)如果r的左葉子節(jié)點非空，令r的左葉子節(jié)點為新的根節(jié)點，重復(23)； (23.1.2)如果r的左葉子節(jié)點為空，令r的左葉子節(jié)點為1，令h = h+Ι，執(zhí)行(24)； (23.2)如果Pu = O,即工序r與工序I無先后次序約束: (23.2.1)如果r的右葉子節(jié)點非空，令r的右葉子節(jié)點為新的根節(jié)點，重復(23)； (23.2.2)如果r的右葉子節(jié)點為空，令r的右葉子節(jié)點為1，令h = h+Ι，執(zhí)行(24)； (24)如果h= m (m為任務(wù)數(shù))，執(zhí)行(25)，否則，執(zhí)行(22)； (25)中序遍歷二叉樹，輸出調(diào)整后的任務(wù)序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡方法，步驟(3)中，所述解碼包括: (31)開始一個新的成對工位，更新任務(wù)候選集； (32)從任務(wù)候選集中選出一個任務(wù)，檢查任務(wù)在哪一個約束集內(nèi)，如果此任務(wù)在消極的區(qū)域約束集內(nèi)，執(zhí)行(33)，如果在積極的區(qū)域約束集內(nèi)，執(zhí)行(34)，如果在同步約束集內(nèi)，執(zhí)行(35)，如果不在這三種約束集內(nèi)，則執(zhí)行(37)； (33)檢查該任務(wù)對應(yīng)的另外一個任務(wù)是否已經(jīng)分配到該成對工位中，如果是，則從候選集中刪除該任務(wù)及其對應(yīng)的后序任務(wù)，執(zhí)行(38)，如果不是，則執(zhí)行(37)； (34)檢查其對應(yīng)的其他各個任務(wù)是否也在候選集中且滿足節(jié)拍時間約束，如果是，則根據(jù)這些任務(wù)的優(yōu)先操作方位將這些任務(wù)都分配到同一個工位上，如果不是，則從候選集中刪除這些任務(wù)及其對應(yīng)的后序任務(wù)，執(zhí)行(38)； (35)檢查其對應(yīng)的另外一個任務(wù)是否也在候選集中且滿足節(jié)拍時間約束，如果是，執(zhí)行(36)，如果不是，則從候選集中刪除這些任務(wù)及其對應(yīng)的后序任務(wù)，執(zhí)行(38)； (36)檢查該對應(yīng)的任務(wù)是否在消極的區(qū)域約束集中，如果是，則判斷其是否滿足消極的區(qū)域約束要求:如果不滿足，則從候選集中刪除這些任務(wù)及其對應(yīng)的后序任務(wù)，執(zhí)行(38)，如果滿足或者不在消極的區(qū)域約束集中，根據(jù)這兩個任務(wù)的優(yōu)先操作方位將其分配到相對的兩個工位上； (37)根據(jù)該任務(wù)優(yōu)先操作方位將其分配到相對應(yīng)的工位上； (38)判斷候選集是否為空，如果是，則執(zhí)行(39)，否則執(zhí)行(32)； (39)判斷任務(wù)序列中的任務(wù)是否已經(jīng)全部分配完，如果是，執(zhí)行(310)，否則執(zhí)行(31)； (310)判斷是否可以在不擾亂各個約束的情況下，將最后一個成對工位上面的任務(wù)分配到一個工位上，如果可以，則調(diào)整到滿足任務(wù)優(yōu)先操作方位的工位上；最后，進行位置約束檢查。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡方法，步驟(6)中，所述改進模擬退火算法具體為: (61)輸入各個參數(shù)，初始溫度Ttl、終止溫度Tmin、退溫系數(shù)δ、迭代次數(shù)IT、根據(jù)每一個溫度值的迭代次數(shù)而設(shè)定的用于保存先前解的列表表長1、初始迭代次數(shù)i=0，使得T = Ttl ; (62)將任一個國家作為算法的初始個體Stl； (63)列表中每一個位置上的值，即f(k)，被設(shè)定為初始個體Stl的成本值，其中k e [O, 1-1]，令當前成本值最低的個體Bs=Stl和當前個體Sc=Stl ； (64)使用交換變異算子作為領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，從當前個體S。的任務(wù)序列產(chǎn)生候選個體S*的任務(wù)序列，運用二叉樹調(diào)整算法調(diào)整序列使其滿足優(yōu)先順序關(guān)系； (65)運用解碼方法分配任務(wù)，計算候選個體S*的成本值；(66)設(shè)定e=i求余1，如果候選個體S*的成本值低于列表中第ε位置上的值，則Sc=S*,將列表中第ε位置上的值用候選個體S*的成本值取締；否則，進入(68)； (67)如果候選個體S*的成本值低于當前成本值最低的個體Bs的成本值，則Bs=S%進入(69)； (68)計算成本差值
【文檔編號】G06Q10/04GK103714395SQ201310697506
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】李大雙, 邵新宇, 張超勇, 唐秋華, 朱海平, 鄧明星, 喻道遠, 謝展鵬, 張三強, 林文文, 金亮亮 申請人:華中科技大學