【正文】 選擇哪些個體遺傳到下一代群體，一般采用賭輪算法，它是通過計算每個染色體的適應(yīng)度值占整個染色體適應(yīng)度值和的比值來選擇，優(yōu)秀的、適應(yīng)度值高的個體被選擇的幾率比較大，使得優(yōu)秀的個體的基因得意保存下來，保證算法的收斂性，當(dāng)然也可以采用錦標(biāo)賽算法來選擇，避免遺傳算法出現(xiàn)過早收斂和停滯現(xiàn)象。序號編碼下的基因突變的方式可以采用兩種：一種是互聯(lián)變異，即在要變異的個體中隨機(jī)選擇2個基因，交換這2個基因，從而形成一個新的子代個體。在eMPlant中，已經(jīng)內(nèi)置了相應(yīng)的交叉方式，只要進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置就即可。以6個加工任務(wù)為例，其可能的一條染色體為（6 5 2 1 3 4），則表示加工送料的工件順序為6→5→2→1→3→4。 仿真優(yōu)化模塊在eMPlant軟件中，有一類GA模塊，功能相當(dāng)強(qiáng)大，可以在仿真模型中加入遺傳算法，實(shí)現(xiàn)模型的優(yōu)化。Method對象是編輯對物流對象進(jìn)行控制的代碼的地方，它可以針對物流對象的特定需要建立專門的控制程序，并且需要調(diào)試仿真代碼。時鐘開關(guān)EventController，它是模型開始。（6）控制類系統(tǒng)中所有需對活動進(jìn)行的控制均是利用Method編程實(shí)現(xiàn)。通過雙擊Connector對象可以彈出Connector對象屬性設(shè)置對話框，用戶可在此對話框設(shè)置其顏色、寬度等屬性，或定義新的屬性。eMPlant可以模擬不同層面的物流系統(tǒng)，也得益于Source對象和Drain對象，前者用來產(chǎn)生流動的工件，后者則用來銷毀這些產(chǎn)生的工件。Source對象可按設(shè)定的時間間隔和順序產(chǎn)生不同類型的移動對象MU。Buffer對象屬性中主要規(guī)定緩沖區(qū)的容量（Capacity）和緩沖類型（Buffertype）。工作站是生產(chǎn)線上最基本的實(shí)體單元，其對象功能有其成員函數(shù)完成，如故障率（Failures）、出戰(zhàn)策略（Exit Strategy）、上下料控制（Controls）等等。一般的加工單元可以用SingleProc來建立模型。 仿真模型基本元素實(shí)現(xiàn)車間作業(yè)變批量調(diào)度仿真的第一步是建立系統(tǒng)的仿真模型，車間調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)一般包含下面幾類設(shè)備資源，在eMPlant中逐一進(jìn)行創(chuàng)建。4. 使用遺傳算法對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行自動優(yōu)化，本文主要利用此模塊進(jìn)行車間作業(yè)調(diào)度優(yōu)化。信息流單元有：表文件單元，可將統(tǒng)計的數(shù)據(jù)放入表單元中；觸發(fā)器單元，控制程序調(diào)用與否及調(diào)用條件，對于面向?qū)ο蠼５姆抡嬗绕湮呛犀F(xiàn)實(shí)；文件接口單元，可將仿真統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)與其他應(yīng)用程序進(jìn)行通信；文件連接單元，可將其他應(yīng)用程序生成的文件為eMPlant使用；程序單元，控制仿真的運(yùn)行條件。eMPlant軟件具有豐富的建模單元，能夠模擬和模仿生產(chǎn)和運(yùn)輸系統(tǒng)。這里，對一些eMPlant的功能作綜合介紹：1. 用戶界面面向?qū)ο蟮膱D形用戶環(huán)境，具有窗口、菜單和鼠標(biāo)功能；圖形化表示模型信息；面向應(yīng)用的對話窗口的數(shù)據(jù)輸入；用戶定義對話窗口；屏幕的布局控制；集成的工作環(huán)境；漸進(jìn)式的建模方式；非程序化的操作；在線幫助。許多世界級的制造商和物流系統(tǒng)開發(fā)商都在使用eMPlant做全局規(guī)劃，用它來評估不同的方案以做出科學(xué)的生產(chǎn)、經(jīng)營決策。8. 對結(jié)果進(jìn)行分析，評價算法的有效性。7. 進(jìn)行仿真。5．實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制函數(shù)：根據(jù)算法中所設(shè)計的功能，在仿真模型中實(shí)現(xiàn)各種控制函數(shù)。4. 建立仿真模型：根據(jù)所收集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在仿真平臺上建立相應(yīng)的仿真模型。2. 采集相關(guān)數(shù)據(jù)：對車間進(jìn)行調(diào)研，收集系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)包括設(shè)備情況、任務(wù)情況以及有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。利用eMPlant中的SimTalk語言對各個對象及活動進(jìn)行編程控制，使得整個系統(tǒng)模型的邏輯層次更加清晰，以選擇出較優(yōu)的調(diào)度策略，合理的較優(yōu)的作業(yè)計劃，很好地描述了基于車間作業(yè)生產(chǎn)的特性模型。因此，根據(jù)我們建立的調(diào)度模型可知采用FIFO的規(guī)則來決定工件的加工順序?qū)τ讷@取優(yōu)化的調(diào)度方案是有利的，所以本文采用FIFO的規(guī)則。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，常用的啟發(fā)式規(guī)則如表31所示。鑒于批量調(diào)度問題的復(fù)雜性，本文采用基于規(guī)則的啟發(fā)式方法來解決此問題。對于此問題總的來說有兩類解決方案，一類是采用各種智能算法進(jìn)行優(yōu)化計算；另一類是采用基于規(guī)則的啟發(fā)式方法。然后將最優(yōu)方案計算所得的目標(biāo)函數(shù)值返回到外層遺傳算法，作為對應(yīng)該個體的適應(yīng)度值。因此在本文中，對于零件批次投產(chǎn)順序的優(yōu)化利用仿真平臺的序列優(yōu)化功能進(jìn)行處理，優(yōu)化目標(biāo)與目標(biāo)函數(shù)相同。同時，它還內(nèi)置了幾種常見的優(yōu)化任務(wù)：序列優(yōu)化、數(shù)值范圍優(yōu)化、選擇優(yōu)化等，用戶通過簡單設(shè)置即可非常方便的利用這些功能。因此調(diào)度過程中，各個批次進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)的順序即投產(chǎn)順序，是調(diào)度過程中需要進(jìn)行優(yōu)化的一個問題。 零件投產(chǎn)順序在生產(chǎn)作業(yè)計劃安排中，其中一個最基本的工作就是確定零件的投產(chǎn)順序，即排序問題。仿真方法的主要劣勢在于它是一種實(shí)驗性質(zhì)的方法，在大多數(shù)情況下都是用于對某個可行方案進(jìn)行評價，而無法直接進(jìn)行方案的自動優(yōu)化；其優(yōu)勢主要在于可以通過成熟的仿真軟件迅速對實(shí)際生產(chǎn)車間進(jìn)行建模反映車間的運(yùn)行邏輯，并且模型修改十分方便，靈活性高。因此，通過幾個算法的結(jié)合，可以使其相互取長補(bǔ)短，達(dá)到一個比較理想的效果。對于像車間調(diào)度這類大規(guī)模的問題上，如果單獨(dú)使用仿真的方法進(jìn)行優(yōu)化則人工參與的工作量過大，難以尋找到最優(yōu)解。因此仿真調(diào)度方法實(shí)際上是一種實(shí)驗性和試探性的方法，雖具有較強(qiáng)的適應(yīng)性但不是一種系統(tǒng)優(yōu)化法，不能求系統(tǒng)的最優(yōu)解，只能讓人們依據(jù)對系統(tǒng)模型動態(tài)運(yùn)行的效果，進(jìn)行反復(fù)仿真，實(shí)現(xiàn)間接的優(yōu)化。隨著基于仿真的調(diào)度方法研究的不斷深入，我們發(fā)現(xiàn)在單獨(dú)使用仿真方法處理調(diào)度問題時存在著諸多局限性。四川大學(xué)的唐茂和劉勝青教授對敏捷化車間調(diào)度作業(yè)流程進(jìn)行了深入分析，提出了適用于并行多機(jī)和作業(yè)車間生產(chǎn)類型的智能調(diào)度算法，并利用仿真的方法進(jìn)行了驗證。 仿真方法的應(yīng)用分析仿真技術(shù)作為解決車間調(diào)度問題的一種主要支持工具，早已被人們廣泛接受，而且一直是熱門的研究領(lǐng)域。第三，運(yùn)用遺傳算法求解車間調(diào)度問題時，即使是車間的生產(chǎn)線局部發(fā)生改變，也會導(dǎo)致需要修改算法程序。但正是由于這個原因，我們在運(yùn)用遺傳算法時，需要通過大量的編程才能實(shí)現(xiàn)算法的流程，對研究人員的編程能力要求較高。鑒于車間調(diào)度問題的復(fù)雜性要建立起考慮車間各種因素的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)困難，因此學(xué)者們在進(jìn)行研究時只能考慮最基本的約束（也即古典車間調(diào)度問題），這就造成了研究結(jié)果與應(yīng)用實(shí)踐的脫節(jié)，往往結(jié)果只有理論上的意義不能直接用于生產(chǎn)實(shí)踐。目前在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，調(diào)度員往往主要靠經(jīng)驗來進(jìn)行調(diào)度，效率低，調(diào)度的有效性也無法保證。 eMPlant仿真方法分析 遺傳算法的應(yīng)用分析遺傳算法在車間作業(yè)調(diào)度上的應(yīng)用，是近年來才發(fā)展起來的研究方向。實(shí)際處理過程中，可能存在不能嚴(yán)格按基準(zhǔn)批量的倍數(shù)進(jìn)行等量分批的情況，在這種情況下可以將多余零件并入最后一個批次。在組織生產(chǎn)時，應(yīng)該按照基準(zhǔn)批量值的整數(shù)倍進(jìn)行分批、投產(chǎn)。取同一批次的零件進(jìn)行裝配，不僅易于裝配，而且也有利于提高整體性能。目前，實(shí)際生產(chǎn)使用較多的質(zhì)量管理SPC、SPD等方法，都對零件的加工批量有一定的限制。在某些情況下，為提高生產(chǎn)效率，很多夾具都設(shè)計成同時裝配多個零件的形式。同時，對于同一種棒料，不同個體的性能也會存在區(qū)別，一般要求會要求同原料的零件一起加工以保證產(chǎn)品質(zhì)量。原材料限制：機(jī)加工生產(chǎn)中，很多零件的原材料都是棒料或者型材等形式。在已有的批量調(diào)度研究過程中，不管是等量分批還是非等量分批，大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為生產(chǎn)批量可以為任意整數(shù)值，他們在此假設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化計算。對于方式1和方式3而言，它們與不分批沒有本質(zhì)的區(qū)別，有學(xué)者對方式2和方式4進(jìn)行了研究，結(jié)果表明等量分批方式的性能要優(yōu)于非等量分批方式，而且非等量分批將增大車間現(xiàn)場管理的難度。適當(dāng)?shù)呐糠指罘椒ú坏苡行p少機(jī)床的空閑等待時間，提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，而且可以盡可能減少所分得的子批數(shù)量?？傆媱澚恳欢?，當(dāng)工件加工批量過大時，較大批量工件占有當(dāng)前正在加工的機(jī)床，會使后續(xù)機(jī)床長時間處于閑置等待狀態(tài)，從而降低工作效率，另外，這樣也會造成個別機(jī)床生產(chǎn)負(fù)荷過重，這樣不僅導(dǎo)致工作效率下降、設(shè)備負(fù)荷不均、資源利用不平衡，而且會使生產(chǎn)周期增大。而且隨著子批數(shù)量的增大，問題的搜索空間也會相應(yīng)增大，造成算法的搜索效率下降，所求調(diào)度解的質(zhì)量也會相應(yīng)下降，那么生產(chǎn)周期也會變長。圖33 加工批量與生產(chǎn)周期的U型關(guān)系示意圖（1）加工批量過小。在一次迭代過程中，當(dāng)分批方案確定后，批數(shù)、每個子批包含的工件數(shù)都已經(jīng)確定，可以視為確定性作業(yè)車間調(diào)度問題，唯一不同的是，同臺機(jī)器上同類工件的不同子批連續(xù)加工時，不需要工序準(zhǔn)備時間。算出某種批數(shù)情況下的最大完成時間，與前一種批數(shù)的最大完成時間比較，若前者大，則算法停止，否則繼續(xù)增加分批數(shù)?；谧畲笸瓿蓵r間的分批算法基本思路是：首先確定分批數(shù)；然后計算每個子批包含的工件數(shù)，計算每道工序的加工時間，并加上工序的準(zhǔn)備時間。基于機(jī)器負(fù)荷分批算法的基本思想為：零件會長時間占有機(jī)床，從而使其它種類的零件處于等待狀態(tài)而不能被及時加工，而有些機(jī)床會由于得不到零件而處于空閑狀態(tài)。區(qū)分批次準(zhǔn)備時間和工序加工時間的調(diào)度結(jié)果如圖31，生產(chǎn)周期縮短為55。下面就舉個簡單的例子來說明此問題：假設(shè)有批量大小為5的一種工件，包含兩道工序，第一道工序在機(jī)床1上加工，加工時間為4，批次準(zhǔn)備時間為5，第二道工序在機(jī)床2上加工，加工時間為6，批次準(zhǔn)備時間為5。第三章 車間作業(yè)變批量調(diào)度算法研究 區(qū)分批次準(zhǔn)備時間和工件加工時間傳統(tǒng)的調(diào)度方法往往把批次準(zhǔn)備時間、工件裝卸時間都包含在工件加工時間內(nèi)。在研究的過程中，他將1，2兩個問題分別求解無法說明其為全局最優(yōu)解。Felix將批量調(diào)度問題分解成兩個獨(dú)立的問題來解決：確定分批的方案（包括子批次數(shù)以及各子批次的批量）分批的方案確定后，如何進(jìn)行調(diào)度。Candido和Khatorlnl經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)把一批工件分多次運(yùn)輸能縮短生產(chǎn)周期。Jeong采用啟發(fā)式方法研究了單工藝路線生產(chǎn)車間動態(tài)批量分批調(diào)度，區(qū)分了生產(chǎn)輔助時間與加工時間，先把一批工件作為整體調(diào)度，然后按照分批原則進(jìn)行調(diào)整，在一定程度上改進(jìn)了調(diào)度性能。本文采用不同的目標(biāo)函數(shù)來進(jìn)行研究，在滿足以上約束條件的情況下，建立以下兩個數(shù)學(xué)模型：1. 用最小化提前完工懲罰費(fèi)用、拖期懲罰費(fèi)用以及生產(chǎn)線運(yùn)行費(fèi)用三者之和作為目標(biāo)函數(shù): （21）. （22） （23） （24） （25） （26）式中符號定義為： 的完工時間 訂單的總生產(chǎn)周期 的提前完工時間 單位提前完工時間的懲罰費(fèi)用 的拖期完工時間 單位拖期完工時間的懲罰費(fèi)用 生產(chǎn)線單位時間的運(yùn)行費(fèi)用表示第k種零件表示的第L個的需求數(shù)量為的交貨期為2. 用最小化總生產(chǎn)周期作為目標(biāo)函數(shù): （27） 訂單的總生產(chǎn)周期 變批量調(diào)度研究現(xiàn)狀JobShop批量調(diào)度問題在實(shí)際生產(chǎn)中已得到廣泛的應(yīng)用，然而國內(nèi)外對這方面的研究卻不多。，且在加工過程中批量不再發(fā)生變化。，單個工件的裝卸時間計算在加工時間內(nèi)。，加工過程中不能插入其它批次的工件。，且不同工件的工序之間沒有任何約束關(guān)系。制造期結(jié)合車間單位時間的運(yùn)行費(fèi)用，可以得出車間在制造期內(nèi)的總體運(yùn)行費(fèi)用。因此，以準(zhǔn)時生產(chǎn)為目標(biāo)的提前/拖期問題逐漸成為一個越來越受重視的研究領(lǐng)域。在這種前提下，車間生產(chǎn)計劃要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)主要就是制定準(zhǔn)時化的生產(chǎn)計劃，也就是JIT 的思想。在實(shí)際生產(chǎn)中，一個調(diào)度方案不可能同時滿足所有的優(yōu)化目標(biāo)，只能以其中某個或者某幾個目標(biāo)作為優(yōu)化方向。6. 拖期懲罰費(fèi)用。5. 提前懲罰費(fèi)用。4. 滯后工作數(shù)量。3. 加權(quán)完成時間和。2. 最大延遲。 變批量調(diào)度模型建立在Jobshop調(diào)度研究中，常見的目標(biāo)函數(shù)有：1. 制造期。從圖中也可以看出，采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行調(diào)度比采用變批量調(diào)度所需工作進(jìn)程中的庫存要大，采用變批量調(diào)度提高了機(jī)器的利用率，因而總成本降低。 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度比較圖21圖21是傳統(tǒng)調(diào)度與變批量調(diào)度的對比圖。，允許機(jī)器在產(chǎn)品未到達(dá)時閑置。，而且相繼機(jī)器空閑，這個子批量無須等待其余子批量在此機(jī)器上的加工完成，就可以直接轉(zhuǎn)運(yùn)到下臺機(jī)器土進(jìn)行加工。、機(jī)器數(shù)、每種產(chǎn)品每個零件在各臺機(jī)器上的加工時間及產(chǎn)品加工的工藝約束加工路線是已知的。滿足以上假設(shè)條件的調(diào)度問題成為傳統(tǒng)調(diào)度問題。，允許機(jī)器在工件未到達(dá)時閑置。即當(dāng)上一道工序完成時，立即送下道工序加工。，一臺機(jī)器同一時間僅能加工一個工件。所以一個調(diào)度就是在一定時間內(nèi)任務(wù)在機(jī)器上的一個分派，調(diào)度問題就是尋找一個任務(wù)在機(jī)器之間的傳遞序列，它要求滿足2個要求：，即調(diào)度是可行的；。 變批量調(diào)度與傳統(tǒng)調(diào)度的比較 傳統(tǒng)調(diào)度問題描述n個任務(wù){(diào)J1，J2，…，Jn}要被加工，m個機(jī)