基于Petri网和基因表达式编程的作业车间调度研究

摘要

随着制造业发展,作业车间调度问题的实现过程也变得越来越复杂化。车间调度问题是一类集各约束条件的组合优化问题,对于该问题具有很实际的一个应用背景,因此该领域也一直是研究的热点,自上世纪80年以来,随着各学科领域之间的相互渗透,也出现了许多研究方法,并涌现了大量有价值的文献。可是该问题被证明是一个NP难问题,所以至今没有一个确定可行的解决方案,这也吸引了越来越多的学者对此进行研究,近几年也提出了很多具有重要意义的调度算法,这也激发了学者对调度问题研究的热情。在如此的背景下,车间调度问题的研究就成了更加具有意义的事情。
　　就目前对调度问题的研究已经有十多种,其中对作业车间进行仿真建模有Petri网、控制等方法,本文选用了Petri作为作业车间调度问题研究建模工具,因为Petri网发展至今已有60多年的历史,是一个非常成熟的基于数学化的建模工具,基于Petri网的模型可以对调度系统进行实时的仿真。目前Petri网常对离散的事件进行分析和建模,根据Petri网功能选择可以对系统网集成建模。从此可以看出本文选用Petri网为车间调度的建模设计提供了便利。文中首先根据调度问题的描述利用时延Petri网对简单的车间调度问题进行建模,并随之提出了时间有色Petri网对复杂的调度问题进行了建模分析,通过本文提出的建模方法可以直观的看出复杂调度问题的调度情况,也验证了本文提出的建模理论是可行的。
　　根据Petri建模后对基因表达式编程的编码进行设计,本文提出了不同于传统的基因表达式编程编码,在本文算法中,基因表达式编程根据时延Petri网模型中的变迁序列来确立染色体的尾部,每条染色体尾部可以确立一种车间调度方案。本文选用了基因表达式的选择、交叉、变异三种类型进行遗传操作。其中交叉、变异操作也不同于原型Petri网,本文根据调度问题设计了特定的遗传操作。
　　最后本文根据Petri网对车间调度问题的仿真,通过变迁的时延时间获得每条染色体的相应的时间,结合基因表达式编程具有较好的寻优能力和Petri网对动态的离散事件的过程能进行很好的描述的优点对仿真实例进行实验,最后通过实验数据的比较来验证本文所提出的算法的可行性。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2选题背景及意义

1.3车间调度问题研究现状

1.4本文研究的创新点

1.5本文的组织结构

第二章Petri网理论与技术

2.1 Petri网定义

2.2 Petri网的变迁条件及规则

2.3 Petri网的基本性质

2.4 扩展Petri网

2.5 本章小结

第三章 基因表达式编程概述

3.1 遗传算法与遗传编程

3.2基因表达式编程算法

3.3 基因表达式编程特点

3.4 GEP算法在本文中的设计

3.5本章小结

第四章 作业车间调度建模与算法设计

4.1作业车间调度问题

4.2 Petri网建模

4.3基于Petri网建模的基因表达式编程算法设计

4.4本章小结

第五章 调度问题的测试分析

5.1 典型作业调度仿真实验

5.2复杂作业调度仿真实验结果及分析

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文的主要工作包括：

6.2展望

参考文献

附录A 本文作者攻读硕士学位期间所发表的论文

附录B 本文作者攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢