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基于启发式算法的坞位配置系统研究与应用

邬文尧  
【摘要】: 随着国内外船舶需求的不断增大和造船行业竞争的日益加剧,造船业的制造方式已经从靠廉价劳动力获得成本优势的粗放型制造逐渐转向以船坞为核心的总装化精益制造模式。在这一过程中,船坞作为造船厂生产调度的核心资源和设备,对其合理的利用和调度就显得格外重要。本文根据船坞调度问题的特点,在对该问题深入分析的基础上建立数学模型,然后采用针对该问题设计的遗传算法进行问题空间的映射,进而通过遗传进化过程全局搜索最优的调度解,最后通过实例的应用验证了该系统的可行性与有效性,满足了造船行业的需求。 首先,本文概述了造船行业的现状及趋势,指出了该问题对于造船业的重要性。阐述了坞位配置问题的基本研究现状和目前存在的问题,以及将要用到的启发式算法的概念、种类、方法和优劣等基本理论,指明了启发式算法在坞位配置问题中的优势和可行性,为本文的论述奠定了一定的理论基础。 然后,在列举了一个船坞调度问题实例的基础上,对该问题涉及到的因变量、目标函数、各类约束做了深入的分析。针对分析中提到的各类因素映射为数学描述,并建立对应的数学模型。接着,在阐述和分析了一种模拟优化算法的原理和优劣之后,提出启发式算法中的组合遗传算法,并阐明了遗传算法中的编解码、种群初始化、选择、交叉、变异等关键步骤在坞位调度问题中的具体实现原理,完成从坞位调度问题到遗传算法的解空间映射问题。这样坞位调度问题就转变成了遗传算法中种群不断进化搜索最优解的过程。之后,在模型和算法的基础上,先从系统需求的角度分析了系统的功能、非功能需求以及合适的体系架构,再分别描述了系统的数据访问、订单管理、船坞管理和坞位调度等模块的设计与实现。 最后,在某造船基地为未来5年制定船坞计划的实例中,应用该系统生成调度结果。将应用的结果与手工生成的进行比较分析,在最大出坞时间、船坞负载率等方面得到了较好的效果,验证了该系统是可行有效的。


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