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动态环境下产品开发项目调度问题及其求解研究

陈卫明  
【摘要】:随着市场经济的发展和世界工业技术水平的不断提高,制造业面临着市场竞争愈演愈烈的局面。激烈的市场竞争导致产品的复杂程度以及开发的难度不断提高,促使企业更加重视产品开发过程过程,力求用最短的时间开发出更低成本和更高质量的新产品;同时也激发了人们对产品开发过程的研究热情并提出了许多产品开发过程管理方法。目前,在产品开发过程中,项目管理技术及项目调度问题在实际应用中日趋广泛。但项目调度往往存在着很多动态不确定因素而使其处于动态环境下,如何在项目调度中考虑这些不确定因素,已经成为解决实际问题的关键。 本文借鉴国内外研究成果,对动态环境下产品开发项目的优化调度问题进行建模和仿真,并对其智能求解方法进行了研究,为动态环境下产品开发项目调度问题提供了一种新的研究途径。 首先,本文通过对动态环境下产品开发项目调度问题的分析,构建了其形式化描述方法,从定性和定量的角度分析了动态环境下产品开发项目调度问题的耦合特性、参数不定特性和环境干扰特性并针对这三个特性提出了相应的建模及求解策略。对动态环境下产品开发项目调度问题上游关系和建模基础的任务耦合问题进行了阐述和分析,建立了耦合集混合迭代模型,并围绕此模型给出了仿真计算的实现步骤。 其次,本文围绕动态环境下产品开发项目调度问题的三个主要特性,即耦合特性、参数不定特性和环境干扰特性进行了深入的研究: (1)针对动态环境下产品开发项目调度问题的耦合特性,建立了多模式多项目调度问题的模型;对并行项目之间存在的共享资源竞争的问题,利用蚁群劳动分工自适应的特性,建立了基于劳动分工的项目优先级调度模型;对同一个项目内部任务之间存在的时序约束和资源竞争优先级问题,提出了基于任务执行模式和满足时序关系的任务列表的粒子编码方式。根据粒子编码方式的特点,提出了基于矢量交换的改进粒子群算法并结合蚁群劳动分工优先级模型对多模式多项目调度问题进行了求解。最后将该方法应用于一个数值实例并与其它基于优先级规则的启发式算法进行了比较。 (2)针对动态环境下产品开发项目调度问题的参数不定特性,根据其中典型的不确定参数,即不确定任务执行工期,建立了基于模糊集理论的模糊不定工期项目调度问题的模型,将求解一般项目调度问题的并行调度方案扩展到模糊不定工期项目调度中,定义了调度任务的模糊时间序列确定准则。针对模糊不定工期会使问题解空间产生大量的冗余解,提出一种具有多点局部搜索特性,能构造出较好解空间的两阶段混沌粒子群算法。最后将该方法应用于某产品开发项目调度实例,并与其它基于优先级规则的启发式算法和遗传算法进行了比较。 (3)针对动态环境下产品开发项目调度问题的环境干扰数特性,分析了项目调度执行过程中的干扰类型,提出了针对性的两种干扰恢复策略,即任务执行模式替代策略和资源替代策略。根据干扰策略建立了面向干扰管理的项目调度问题模型。通过此模型基于基准调度方案所采取干扰恢复的特点,提出了一种基于遗传算法和自适应meta-Lamarchian学习策略的多领域模拟退火搜索算法相混合的Memetic算法并对项目调度标准问题库PSPLIB中的多执行模式调度测试包J20和J30进行了分析和求解。 最后,在以上理论和研究方法的基础上,通过大型履带式旋挖钻机的产品开发项目调度实例说明了本文研究工作的可行性和有效性。


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