护士排班的启发式算法研究与排班管理系统的设计实现
这是一篇关于护士排班,启发式算法,排班规则,智能排班系统,变邻域搜索的论文, 主要内容为护士排班是人员排班中的经典问题,一般属于NP难问题,具有约束性、非线性、大规模性等特点。线性规划、分支定界等传统方法很难有效地解决规模稍大的护士排班问题,因此,通常使用启发式算法在可接受的时间内找出问题的满意解。在实际的护士排班问题实例中,除了考虑人员的个人需求之外,它还有着复杂的工作规则。当前排班系统主要是实现排班信息化,而缺少智能优化的功能。因此,开发支持实际问题优化的排班软件是有必要的。本论文根据实际情况,归纳多种需求,设计了一个智能排班系统,在其中实现排班规则的自主选择,根据不同日期设置所对应的班型,还可以设置多层能级。在算法设计上研究解的初始化过程,变邻域搜索的邻域定义、扰动方法,提出适合研究问题的算法方案,并设计开发了一个护士排班管理系统。主要内容：一、针对护士排班问题,根据实际需求定义多种排班规则,归纳出问题的硬约束条件和软约束条件。因为硬约束条件在任何情况下必须严格满足,而软约束条件不一定全部满足,所以对每个软约束条件定义相应的权重,并给出对应的惩罚值计算公式,将问题转化为目标函数求解。二、探究变邻域搜索算法在排班问题中的应用。在算法的初始化过程中,加入了分块的思想,考虑日期属性、多层能级、个人偏好,使初始解的适应程度增强；其次,优化了算法的邻域结构,在扩大变邻域搜索可搜索到的空间的同时又不大量增加搜索时间。实验表明,算法在55个标准实例上运行的结果有30个实例达到最优解。三、研发了排班管理系统平台,实现排班表的自动生成和展现,并支持手动调整排班表。在系统需求分析阶段,描述了用例分析、系统架构、模块划分：在系统设计阶段,主要对数据库表结构、系统类与功能模块等方面进行设计；在系统开发的阶段,采用了基于MVC模型的Spring MVC和Hibernate开源框架。使用开发的排班系统自动生成的排班表与相同情况下的实际排班表相比较,违反的软约束条件减少,惩罚值降低。
企业车辆调度管理平台及驾驶员推荐算法的研究与实现
这是一篇关于车辆路径规划,启发式算法,驾驶员评分,推荐算法,车辆管理的论文, 主要内容为随着我国制造业的发展以及公路基础设施的逐渐完善,中小型制造业企业纷纷拓展市场,而不再局限于本地市场。因此,对企业极为重要的物流运输,成为生产者和销售者之间的中间桥梁。而伴随着拓展市场而来的,是企业对运输车辆管理难度的直线上升。本研究对企业运输场景下的车辆管理的需求做了调研,发现企业主要面临以下几个问题:一是车辆路径规划问题,客户的需求是不断变化的,企业希望能够根据订单动态调整配送方案,提高车辆利用率;二是驾驶员分配问题。该公司希望选择最佳的驾驶员来分配订单并提高客户满意度。基于以上情况,本文设计并实现了车辆调度管理平台和驾驶员推荐系统,该调度平台实现了混合变邻域生物共栖搜索算法,有效地解决了车辆容量限制且需求不明确的情况下车辆行驶路径等问题;同时,本研究设计了一个关于驾驶员评分公式,用于准确衡量一个驾驶员在配送过程中的表现,并通过结合k NN和决策树算法设计了一个关于驾驶员推荐算法,在该系统中,对驾驶员推荐算法进行了实现;该系统还为客户提供服务功能,例如车队管理,驾驶员和客户管理以及订单下达,这些功能可以满足组织用于管理驾驶员和车辆的各种服务需求。最后,针对文中所提到的算法展开了具体的仿真模拟实验,由具体的仿真模拟结果可知,上述算法都是有效性,且从技术层面上来看,也都是具备有可行性的,并对本研究设计的系统进行了功能和应力测试,证明了系统的可用性、安全性和稳定性。
通用航空飞行计划评估技术及实现方法研究
这是一篇关于通用航空,飞行计划,计划评估,航迹规划,启发式算法,地理信息系统的论文, 主要内容为伴随着我国低空空域的进一步开放以及通航的飞速发展,如何为通航提供运行支持服务逐渐受到关注,而飞行计划评估就属于运行支持服务的范畴。本文深入研究了通航飞行计划评估技术及实现方法,给出了一套适用于我国通航的二三维一体化飞行计划评估系统的设计和实现方法,从而为通航飞行计划的审批提供技术支撑。首先,本文针对通航飞行计划评估方法展开研究,分析包括垂直航迹剖面、配载平衡、燃油消耗、作业区域气象条件等在内的评估指标,确定各个评估指标的计算方法,构建有效的飞行计划评估指标体系,提出了适用于我国通航飞行计划评估的系统流程。其次,为了能够针对评估后的计划航迹给出优化方案,本文研究了通航飞行计划航迹优化方法,通过构建栅格化规划空间,将通航飞行器的最大爬升/下降角、最小航迹段长度、飞行高度、预设航迹点等多个约束条件导入约束模型,从搜索空间、搜索策略、启发函数上对传统A*算法进行改进,建立适用于我国通航低空飞行特色的垂直剖面航迹代价模型,采用层次分析法确定航迹代价函数各权重系数,最终实现对通航飞行计划航迹的优化。最后,本文给出了通航飞行计划评估系统的设计和实现方法,系统基于U-GIS二三维一体化地理信息平台,应用C/S(客户端/服务器)架构,系统实现采用Microsoft Visual Studio 2010集成开发环境,通过ADO数据访问技术来完成前台与后台的连接与操作,代码主体部分使用C#实现,同时给出了单元测试、集成测试等测试验证的实现方法,系统运行与测试结果表明本系统可以为通航提供有效的飞行计划评估服务。论文中所设计和研制的飞行计划评估系统,已作为国家科技支撑计划重点课题“通用航空综合运行支持系统”所研制系统的重要组成部分,于2015年11月10日通过国家科技部验收,并将在实际应用中不断完善。
遗传算法框架下基于启发式的装配作业车间JIT调度研究
这是一篇关于装配作业车间调度,提前和延迟成本,遗传算法,启发式算法,线性规划的论文, 主要内容为尽管作业车间调度问题(Job-shop Scheduling Problem,JSP)在过去的几十年里已经得到了广泛而深入的研究,但大部分研究都是以正规指标(Regular Measures)最小化为目标。正规指标调度(如Makespan,Flowtime)只需要将工序时间尽量提前即可。作为一种先进的生产方式,准时制生产(Just in Time,JIT)在越来越多的企业中得到了广泛的应用。JIT生产方式力求在规定的时间内交付正确数量的产品,减小提前和延迟成本。不同于正规指标调度,以提前和延迟成本最小化为目标的JIT调度属于非正规指标(Non-regular Measures)调度。对于非正规指标调度,将工序简单地提前并不能解决问题,其调度方法必然更加复杂。本文针对JIT调度这类非正规指标问题,将研究对象从作业车间调度问题(JSP)扩展到了装配作业车间调度问题(Assembly Job-shop Scheduling Problem,AJSP),开展了面向JIT的装配作业车间调度问题研究。论文的主要研究内容和成果如下:(1)通过对现有文献的调研,以提前和延迟成本最小化为目标建立了装配作业车间JIT调度的数学模型。(2)针对问题特性,提出了一种倒排-正排-右移的三阶段调整的启发式算法。为了与以往文献研究中的两阶段算法相比较,以遗传算法为框架进行了对比实验。实验结果表明三阶段启发式算法在总体上表现较好,但在交货期宽松以及问题规模较小时表现稍差。通过分析,提出价值优先假设对该实验现象进行了解释。(3)依据价值优先假设,分别对三阶段启发式算法的倒排和正排过程进行了改进并加以验证。在倒排阶段,提出基于工序价值优先的倒排策略对算法进行改进。实验显示改进后算法在交货期宽松时的求解效果有了显著改善,证明了这种改进策略的有效性;在正排阶段,也提出了基于工件价值优先的正排策略,但结果表明这种策略的效果有限。这说明在使用价值优先策略时,要在考虑工件价值因素的同时,保留算法自由搜索的能力。(4)针对三阶段启发式算法在交货期紧迫时对小规模问题求解效果较差的问题,在正排阶段,进一步提出了基于局部搜索的改进策略,该策略分别以最小开工时间和最大随机数这两种规则生成排产方案并择优选取。实验证明了局部搜索策略的有效性。(5)为了研究线性规划这类精确算法在此问题中的应用效果,提出了结合遗传算法和线性规划的混合算法(GA/LP)。实验结果显示GA/LP在求解大规模问题时差于本文的三阶段启发式算法。通过将三阶段启发式算法加入GA/LP形成新的混合算法(EGA/LP),提高了新混合算法对机器加工序列的搜索效率,从而改善了其在大规模问题下的求解效果,说明本文的三阶段启发式算法具有一定的通用性。
纺织服装工业互联网平台中订单分配问题研究
这是一篇关于工业互联网,订单分配,启发式算法,多目标优化的论文, 主要内容为随着全球经济的快速发展,纺织服装行业市场的并驱争先日渐激烈,用户对服装需求的日趋多样化使服装订单的生产要求也随之提升。纺织服装工业互联网平台汇聚了供应链上游众多相同或相近生产能力的服装企业,所接服装订单数量庞大。传统的方式是根据经验对订单进行安排,但这种人工分配方法效率低下,且无法保证分配结果是否能最大化平台利益,因此,如何通过科学手段对这些订单进行合理分配是目前平台面临的一大难题和挑战。目前对于该问题的研究尚处于起步阶段,其研究目的是为了实现平台有限资源的优化配置,降低平台的生产成本,从而推进纺织服装行业的转型升级。在此背景下,研究多工厂订单分配对于提高纺织服装工业互联网平台的运作效率、市场口碑以及服务质量都具有重要的意义。首先,对纺织服装工业互联网平台的特点和发展现状进行了归纳,分析平台结构、生产经营模式以及订单分配的关键影响因素等,为平台订单分配优化模型的建立奠定基础。其次,对纺织服装工业互联网平台多源供应面临的问题进行描述、分析与研究,构建了以最小化总成本、不达标服装数量及延迟交货服装数量为三个目标的平台订单分配优化模型。使用模糊数学中的梯形模糊数确定各个目标的权重,将多目标优化的数学模型转化为单目标优化模型。然后,根据平台订单分配优化模型的特点对遗传算法进行设计和改进,对初始种群制定订单分配偏离约束的启发式规则,并引入罚函数对算法收敛性进行改进。使用Python以实际算例进行数值实验,实验结果表明与人工经验分配订单等方法相比,所提算法可以给出较好的优化分配方案,能够满足产品交货期和平台资源约束。最后,基于订单分配优化模型和求解算法,结合平台的实际需求,设计并开发了纺织服装工业互联网平台的订单分配系统。平台管理员可以在系统中对集成的工厂进行统一管理、观察订单月季年度的概览、查看算法的收敛曲线及最终分配结果等。该系统可以为平台提供有效的订单分配决策,实现资源配置的优化,在提升服装质量、保证订单交期的同时减少生产成本,从而最大化平台的整体效益。
通用航空飞行计划评估技术及实现方法研究
这是一篇关于通用航空,飞行计划,计划评估,航迹规划,启发式算法,地理信息系统的论文, 主要内容为伴随着我国低空空域的进一步开放以及通航的飞速发展,如何为通航提供运行支持服务逐渐受到关注,而飞行计划评估就属于运行支持服务的范畴。本文深入研究了通航飞行计划评估技术及实现方法,给出了一套适用于我国通航的二三维一体化飞行计划评估系统的设计和实现方法,从而为通航飞行计划的审批提供技术支撑。首先,本文针对通航飞行计划评估方法展开研究,分析包括垂直航迹剖面、配载平衡、燃油消耗、作业区域气象条件等在内的评估指标,确定各个评估指标的计算方法,构建有效的飞行计划评估指标体系,提出了适用于我国通航飞行计划评估的系统流程。其次,为了能够针对评估后的计划航迹给出优化方案,本文研究了通航飞行计划航迹优化方法,通过构建栅格化规划空间,将通航飞行器的最大爬升/下降角、最小航迹段长度、飞行高度、预设航迹点等多个约束条件导入约束模型,从搜索空间、搜索策略、启发函数上对传统A*算法进行改进,建立适用于我国通航低空飞行特色的垂直剖面航迹代价模型,采用层次分析法确定航迹代价函数各权重系数,最终实现对通航飞行计划航迹的优化。最后,本文给出了通航飞行计划评估系统的设计和实现方法,系统基于U-GIS二三维一体化地理信息平台,应用C/S(客户端/服务器)架构,系统实现采用Microsoft Visual Studio 2010集成开发环境,通过ADO数据访问技术来完成前台与后台的连接与操作,代码主体部分使用C#实现,同时给出了单元测试、集成测试等测试验证的实现方法,系统运行与测试结果表明本系统可以为通航提供有效的飞行计划评估服务。论文中所设计和研制的飞行计划评估系统,已作为国家科技支撑计划重点课题“通用航空综合运行支持系统”所研制系统的重要组成部分,于2015年11月10日通过国家科技部验收,并将在实际应用中不断完善。
面向单件小批量生产的MES中作业车间调度研究
这是一篇关于单件小批量生产,制造执行系统,作业车间调度,启发式算法,甘特图的论文, 主要内容为制造执行系统是处于计划层和现场操作控制层之间的执行层,主要负责企业的生产管理和调度执行。然而国内对MES的认识和研究还处于起步阶段,随着企业信息化进程的不断深入,迫切地需要在理论上和应用上对其进行深入地研究。随着市场竞争的日益剧烈,大多数制造企业的生产方式逐渐向着多品种单件小批量方向发展,因此,面向单件小批量生产方式的MES作业车间调度问题己成为一个具有代表性的生产调度问题。 本文以国家863课题为背景,深入合肥商务车厂和江铃汽车制造厂及其模具厂做了大量的调查研究与分析,并对制造执行系统理论以及调度方法的理论作了大量研究。针对单件小批量生产方式的MES作业车间调度问题,开展了对基于规则的启发式算法的研究,并重点研究解决MES作业车间调度问题的理论与方法,及其在单件小批量生产类型企业的应用。 一直以来,学者对于JSP问题的研究多集中在理论上,而此类研究由于对约束的考虑过于严格,所以在具体企业不能得到有效的应用。文章结合单件小批量生产模式下作业车间调度的特点以及在传统的作业车间调度研究基础上,放宽资源约束条件,提出一种基于组合规则的启发式算法,有效地解决了多道工序竞争一台设备时的工件排序问题和一道工序可在多台设备上加工时的设备选择问题。 最后,利用具体建模工具对系统进行分析和建模,开发了一个计划调度的软件,并将其应用在模具制造等单件小批量生产类型企业,解决了甘特图手工调节过程中工序干涉等技术难点,有效地解决车间作业配置的动态性与车间生产不确定性这一难题。通过本课题的研究,使计划调度的理论研究服务于实际生产,具有一定的理论和应用价值。
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