一种面向成本的混流双边装配线平衡方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向成本的混流双边装配线平衡方法，其采用混合殖民竞争算法，包括以下步骤：初始化帝国、帝国内同化、帝国内更新和殖民竞争、殖民地改革和帝国删除；若理想状态或者设定的迭代次数已达到，则输出成本最小的国家，得到最低成本国家相应的任务分配方式。相比于普通的殖民竞争算法和遗传算法，本发明所获得的成本值较低，可以有效地改进算法搜索性能，得到更优的解。
【专利说明】一种面向成本的混流双边装配线平衡方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动化生产线【技术领域】，具体涉及一种混流双边装配线平衡方法。
【背景技术】
[0002]混流双边装配线平衡问题(Mixed-modelTwo-sided Assembly Line BalancingProblem, MTALBP)是汽车、工程机械等大型机器制造企业面临的一个重要优化问题。混流双边装配线可以满足客户需求的多样化以及降低单位产品加权总成本(WTcost)，可以对企业经济效益产生直接影响。混流双边装配线主要用于在同一条双边装配线上同时装配同一种产品的不同品种，从而实现线产品种的多样化，也能满足现实生产的需求，而且不同品种之间有很多相似之处，将其置于同一条装配线上生产，可以实现经济效益的最大化。MTALBP是比起普通的装配线平衡问题(Assembly Line Balancing Problem, ALBP)更复杂的NP-hard组合优化难题，解决此类问题的复杂度随着任务数的增长呈指数级增长。解决这类问题常用的元启发式算法包括遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法和蚁群算法等，但遗传算法和蚁群算法在实际应用中容易出现局部搜索能力低和收敛性差等缺点，模拟退火算法和禁忌搜索算法缺点是对全局搜索空间的状况了解不多，运算效率低下。因此，使用更加新颖的算法能在合理的时间内求解大规模的问题至为重要。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种面向成本的混流双边装配线平衡方法，旨在实现成本最小化并提闻效率。
[0004]为实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]一种面向成本的混流双边装配线平衡方法，包括以下步骤:
[0006](I)根据实际生产情况`读入任务时间、任务工资率和任务之间的优先顺序矩阵；
[0007](2)随机产生N个对应于任务数的序列，即对任务序列进行编码，运用二叉树调整算法调整任务序列使其满足优先顺序约束；
[0008](3)将任务序列进行解码，形成各个初始国家，其中，考虑操作方位约束、优先顺序约束、位置约束、区域约束和同步约束分配任务，最后进行位置约束检查，对于不满足位置约束的个体进行惩罚，并且运用如下成本公式计算各个国家的成本值:
[0009]
【权利要求】
1.一种面向成本的混流双边装配线平衡方法，包括以下步骤: (1)根据实际生产情况读入任务时间、任务工资率和任务之间的优先顺序矩阵； (2)随机产生N个对应于任务数的序列，即对任务序列进行编码，运用二叉树调整算法调整任务序列使其满足优先顺序约束； (3)将任务序列进行解码，形成各个初始国家，其中，考虑操作方位约束、优先顺序约束、位置约束、区域约束和同步约束分配任务，最后进行位置约束检查，对于不满足位置约束的个体进行惩罚，并且运用如下成本公式计算各个国家的成本值:
2.根据权利要求1所述的平衡方法，其中，所述种群合并方法具体为:首先将初始殖民地和经过帝国内同化得到的新殖民地并入到一个空集合R里，然后将R中每一个国家按照成本值从低到高排序，最后从集合R中选出前一半数目的国家作为新的殖民地。
3.根据权利要求1所述的平衡方法，步骤(2)中，所述二叉树调整算法具体为: 令Pu等于1，如果任务i必须在任务j之前装配；否则为0，gh表示任务序列中位于位置h的相应节点，r表示根节点，I表示左节点， (21)令位置h初始值为2； (22)令gl为根节点r； (23)令gh为左节点1，确定I和r的装配次序: (23.1)如果Pu = 1，即工序r必须在工序I之前装配:(23.1.1)如果r的左叶子节点非空，令r的左叶子节点为新的根节点，重复(23)； (23.1.2)如果r的左叶子节点为空，令r的左叶子节点为1，令h = h+Ι，执行(24)； (23.2)如果Pu = O,即工序r与工序I无先后次序约束: (23.2.1)如果r的右叶子节点非空，令r的右叶子节点为新的根节点，重复(23)； (23.2.2)如果r的右叶子节点为空，令r的右叶子节点为1，令h = h+Ι，执行(24)； (24)如果h= m (m为任务数)，执行(25)，否则，执行(22)； (25)中序遍历二叉树，输出调整后的任务序列。
4.根据权利要求1所述的平衡方法，步骤(3)中，所述解码包括: (31)开始一个新的成对工位，更新任务候选集； (32)从任务候选集中选出一个任务，检查任务在哪一个约束集内，如果此任务在消极的区域约束集内，执行(33)，如果在积极的区域约束集内，执行(34)，如果在同步约束集内，执行(35)，如果不在这三种约束集内，则执行(37)； (33)检查该任务对应的另外一个任务是否已经分配到该成对工位中，如果是，则从候选集中删除该任务及其对应的后序任务，执行(38)，如果不是，则执行(37)； (34)检查其对应的其他各个任务是否也在候选集中且满足节拍时间约束，如果是，则根据这些任务的优先操作方位将这些任务都分配到同一个工位上，如果不是，则从候选集中删除这些任务及其对应的后序任务，执行(38)； (35)检查其对应的另外一个任务是否也在候选集中且满足节拍时间约束，如果是，执行(36)，如果不是，则从候选集中删除这些任务及其对应的后序任务，执行(38)； (36)检查该对应的任务是否在消极的区域约束集中，如果是，则判断其是否满足消极的区域约束要求:如果不满足，则从候选集中删除这些任务及其对应的后序任务，执行(38)，如果满足或者不在消极的区域约束集中，根据这两个任务的优先操作方位将其分配到相对的两个工位上； (37)根据该任务优先操作方位将其分配到相对应的工位上； (38)判断候选集是否为空，如果是，则执行(39)，否则执行(32)； (39)判断任务序列中的任务是否已经全部分配完，如果是，执行(310)，否则执行(31)； (310)判断是否可以在不扰乱各个约束的情况下，将最后一个成对工位上面的任务分配到一个工位上，如果可以，则调整到满足任务优先操作方位的工位上；最后，进行位置约束检查。
5.根据权利要求1所述的平衡方法，步骤(6)中，所述改进模拟退火算法具体为: (61)输入各个参数，初始温度Ttl、终止温度Tmin、退温系数δ、迭代次数IT、根据每一个温度值的迭代次数而设定的用于保存先前解的列表表长1、初始迭代次数i=0，使得T = Ttl ; (62)将任一个国家作为算法的初始个体Stl； (63)列表中每一个位置上的值，即f(k)，被设定为初始个体Stl的成本值，其中k e [O, 1-1]，令当前成本值最低的个体Bs=Stl和当前个体Sc=Stl ； (64)使用交换变异算子作为领域结构，从当前个体S。的任务序列产生候选个体S*的任务序列，运用二叉树调整算法调整序列使其满足优先顺序关系； (65)运用解码方法分配任务，计算候选个体S*的成本值；(66)设定e=i求余1，如果候选个体S*的成本值低于列表中第ε位置上的值，则Sc=S*,将列表中第ε位置上的值用候选个体S*的成本值取缔；否则，进入(68)； (67)如果候选个体S*的成本值低于当前成本值最低的个体Bs的成本值，则Bs=S%进入(69)； (68)计算成本差值
【文档编号】G06Q10/04GK103714395SQ201310697506
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】李大双, 邵新宇, 张超勇, 唐秋华, 朱海平, 邓明星, 喻道远, 谢展鹏, 张三强, 林文文, 金亮亮 申请人:华中科技大学