基于混沌量子进化的自动化制造单元多目标调度理论与方法

作为一类具有物料搬运机器人的先进自动化制造系统，自动化制造单元（Robotic cell）的调度包括工件排序和机器人搬运作业排序。自动化制造单元的多目标调度，比经典的流水车间和单件车间调度要复杂得多，目前还缺乏有效的理论和方法。本项目首先研究和建立各种不同类型的自动化制造单元多目标调度问题数学模型，并从理论上分析模型的结构和解析数学特性。在此基础上，研究基于问题结构特性的混沌量子进化调度算法，包括基于混沌原理的量子染色体编码与解码，基于Pareto排序的适应度评价，自适应量子旋转门，混沌量子交叉和变异，不可行解的修复和惩罚策略等。在理论研究的基础上，以集束型半导体制造系统和印刷电路板自动化电镀生产线为例，对提出的多目标调度理论与方法进行验证、评价和应用。本项目的研究为自动化制造单元多目标调度问题提供了新的解决思路，并在半导体和印刷电路板制造、钢铁冶炼等行业具有重要的应用前景。

自动化制造单元在半导体和印刷电路板制造等行业中有着广泛的应用，其多目标调度问题，比经典的流水车间和单件车间调度问题要复杂得多。本项目研究了无等待/有限等待、单一/多种产品类型、单/多机器人、简单/复杂构造等各种典型的自动化制造单元单/多目标调度问题，建立了其数学模型，并从理论上分析了模型的结构和解析数学特性。在此基础上，根据问题结构特性，为上述各种类型的自动化制造单元单/多目标调度问题提出了分支定界算法、混合整数规划（MIP）法、迭代epsilon-constraint法等精确调度算法以及基于量子进化的调度算法。针对量子进化算法，着重研究了序列染色体和量子染色体相结合的混合编码策略，基于Pareto排序的个体适应度评价方法，序列染色体和量子染色体的交叉和变异策略，量子旋转门，不可行解的修复和惩罚策略等等。在上述理论研究的基础上，以集束型半导体制造系统和印刷电路板自动化电镀生产线为例，对提出的单/多目标调度理论与方法进行了验证和应用。本项目的研究为自动化制造单元多目标调度问题提供了新的解决思路，并在半导体和印刷电路板制造、钢铁冶炼等行业具有重要的应用前景。