基于资源节点特性建模的制造网格复杂调度问题求解

针对制造网格环境下复杂调度对象的复杂调度问题，从复杂网络系统理论的角度出发，将制造网格的多资源动态调度网络抽象为复杂网络，利用资源节点动力学特性对复杂调度对象建模，在此基础上对制造网格的这类多资源动态调度的复杂调度问题求解方法展开研究。具体为：建立复杂调度网络资源节点无尺度模型，利用统计物理学方法分析制造网格复杂调度网络系统特性并获取其动力学参量；通过对各资源节点的网络化描述和表达，分析制造网格复杂调度对象的复杂关联约束；设计以最短加工时间、最少加工成本和最佳加工质量为优化指标的函数表达；寻求兼顾求解规模、求解速度及全局优化性能的复杂调度问题的求解方法。所采用的研究方法和手段为解决制造网格的复杂调度问题提供新的角度和方法，以提高制造网格环境下复杂调度问题的全局优化调度和控制能力，为完整而全面地研究制造网格的应用奠定基础，同时也为复杂网络系统相关理论和方法提供应用范例。

本课题从2012年1月开始执行，到2014年12月结题，主要对以下内容展开研究：.（1）制造网格复杂调度网络特性分析及资源节点建模.针对此部分研究内容，课题从全局的角度出发，将制造网格资源节点作为复杂网络节点，根据每个制造任务的事件数目以及各个具体事件、每个事件所需的资源节点数服从的分布、每个资源节点被选中的概率分布（即每个资源节点的使用频率）的特性，建立能深刻刻画制造网格复杂调度网络的分布式、异构、动态特征等复杂特性的制造网格复杂调度系统资源节点无尺度网络模型。该部分研究内容发表论文2篇，申请国家发明专利1项。.（2）制造网格复杂调度任务关联约束分析及动力学参量获取.针对此部分研究内容，课题从复杂网络系统的角度出发对制造网格环境下复杂调度对象进行网络化描述，依据基于复杂网络理论的视觉建立制造网格系统的复杂网络模型，对制造网格本身的动力学参数，包括资源节点的度及其分布、节点角色、平均最短路径和聚集系数等进行分析；最后以制造任务为例，结合传统的智能选择算法，对制造网格的资源节点进行选择，提高了选择的最佳性能。该部分研究内容发表论文3篇。 .（3）制造网格复杂资源调度优化目标.针对此部分研究内容，课题从制造网格多资源动态复杂调度的实际需求出发，根据制造任务的要求，拟设计3个优化调度的指标：完工时间最短Tmin、加工和物流成本最低Cmin、质量最优Qbes，分析制造网格复杂资源调度优化目标与资源节点动力学参量的映射和关系。该部分研究内容发表论文2篇。.（4）制造网格复杂调度问题全局优化求解方法.课题在制造网格资源调度系统的复杂调度问题相关的全局和局部特征的基础上，提出一种兼顾求解规模、求解速度以及全局优化性能的复杂调度问题的求解方法。考虑到在实际制造网格运行时，制造作业车间资源节点具有重大意义，课题以制造作业车间资源节点为研究对象，建立作业车间设备预防性维护与调度集成优化的数学模型，以减少最大完工时间、总生产成本和平均总维修成本为目标；然后在基于Pareto 机制的基础上，采用DE算法进行求解，并针对多目标优化问题就变异算子以及新种群的产生策略进行调整，设计了相应的编码、解码以及Pareto算法流程，以达到提高设备的可靠性、按期交货和节省成本的目的。该部分研究内容发表论文4篇，出版专著1部。