基于CE-PF算法的舰载机离场调度优化问题

甲板作业调度研究是提升航母战斗力的关键技术,而其具有时间、空间与资源受限的复杂约束调度问题已被证实为NP-hard。根据舰载机出动离场调度优化问题的特点,将其抽象为零缓存区混合流水车间调度模型,建立包含飞机避碰等约束的混合整数规划模型。提出一种交叉熵与作业剖面匹配(CE-PF)算法用于问题求解,并给出了算法流程架构。交叉熵算法通过高斯采样完成启发式规则下的工件分组,作业剖面匹配算法完成分组工件的任务排序、作业编排及约束检查等调度设计,Gap逼近算法进行目标值评估、精英种群选择、抽样参数更新及收敛判定。通过算例仿真,验证了CE-PF算法求解离场调度优化问题的有效性;灵敏度分析表明起飞模式和空间约束对出动效能影响较大。      

基于多Agent的航空机群保障仿真评估分析

航空机群保障涉及要素广、策略多、交互性强，仿真分析方法是开展飞机保障决策与评估研究的热点和难点。提出一种机群保障仿真评估方法，建立多智能体(Agent)功能类型与交互关系模型；对多Agent结构进行定义，并建立模型；以五型飞机构成的航空机群为仿真对象，以任务成功率为保障指标进行案例验证与仿真计算分析。结果表明：各型飞机平均故障间隔时间（MTBF）、设备故障平均修复时间（MTTR）对任务成功率的影响总体趋势相似，随着MTBF的增加任务成功率提升，随着MTTR的增加任务成功率降低。所提方法能够为航空机群维修保障智能决策提供一种可行、有效的方法手段，支撑基于模型的智能决策优化实现。     

基于作战单元任务成功性的可修复备件优化

在分析作战单元任务及备件保障流程的基础上,在考虑装备系统冷备份和热备份的情况下,基于METRIC模型原理,建立了两级保障体制下的作战单元任务成功性评估模型.以备件购置费用为优化目标函数,作战单元任务成功概率为约束条件,运用边际方法给出了备件优化模型的求解方法.最后,通过实例对该方法进行了分析,优化结果符合作战单元备件配置实际情况,从而为部队装备保障指挥人员在作战单元执行任务前科学制定保障方案提供决策支持.     

考虑物料配送的飞机移动生产线调度问题优化

以飞机移动生产线为实际背景,将作业装配过程调度抽象为资源受限项目调度问题并进行了扩展,引入物料配送与线边存储决策,以及相关能力约束等实际因素,建立了以装配总工期最小化为目标的数学模型。针对模型,设计了一种以遗传算法为框架的启发式算法,其中结合了解生成算法和局部优化搜索算法。在遗传算法较优的全局搜索能力下,通过SCRDS算法综合作业顺序、资源约束、配送能力、线边空间等因素,联合决策作业开始时间、物料配送时间和物料在线边空间的存储位置,提出了两作业间物料摆放位置调整的局部优化搜索算法,对作业开始时间和物料配送时间进行再优化,进一步缩短了装配总工期。利用标准算例库进行了数值实验,实验结果证明了模型与算法的有效性。     

民机初始备件方案的优化

针对航空公司降低初始备件费用、提高机群出勤率的运营需求,提出了基于最大化边际效应的初始备件方案优化方法.介绍了以单类产品为对象、以保障概率为约束的泊松分布备件计算模型,并使用该模型计算了一个初始备件方案案例.给出了以初始备件项目清单为对象、以备件费用为约束的使用可用度最大的优化模型和实施步骤.利用备件优化软件对初始备件方案案例进行了备件费用相同和使用可用度相同两种情况下的优化,给出了费用-效能曲线图和优化方案数据表,通过曲线图上数据的比较可以看出使用可用度和备件费用分别得到了提高和降低,通过对数据表的分析可以看出各类备件数量变化的趋势符合备件优化模型原理.结果表明优化方法对解决航空公司的初始备件方案优化问题具有良好的适用性.     

机群环境中基于信度模型的作业调度算法

提出了一种新的机群环境下的作业调度算法,该算法基于信度模型.在信度模型 中,每一个计算节点是一个信度实体,系统根据信度实体的物理能力、当前状态、历史作业完成情况,对节点进行信度评价,赋予其相应的信度值,调度算法根据信度实体信度值为作业分配合适的资源运行作业.同时,调度系统还对机群系统的整体信度进行评价,并根据估计的作业运行时间和完成期限对作业做信度要求折算,调度系统根据机群系统的整体信度情况和作业信度要求来决定是否接受该作业请求.在OpenPBS机群调度系统上实现了该算法,并通过GridSim工具包与先入先出FIFO(First Input First Output) 算法和Libra调度算法进行了模拟对比试验.试验结果表明,该算法是有效的.      

航材保障经费的优化配置研究

航材保障的主要工作包括航材筹措、储备、供应和管理,这些工作均需要经费支撑,数百万项航材占用大量的资金.如何充分利用和优化配置好航材保障经费,对提高航材保障良好率和飞机完好率至关重要.以航材保障经费为资源,以航材系统整体保障效益的提高和飞机维修器材费用的优化配置为目标,建立了航材保障经费优化配置模型,应用边际分析法推导出模型公式,利用数值计算法获得使航材保障效益最佳的经费优化配置方案,使有限的航材保障经费充分利用,发挥其最大的保障效能.     

有限维修能力下舰载机可修复件库存优化模型

舰载机保障受维修渠道约束,维修能力有限.为使Palm定理和Metric理论适用于舰载机可修复件优化配置,基于排队理论,将有限维修渠道的实际维修时间与维修等待时间之和等效为无限维修渠道的平均维修时间,建立专业渠道、通用渠道和混合渠道的维修供应渠道修正模型.根据维修供应渠道修正模型,给出了两层级备件项的供应渠道备件数均值和方差模型.结合实例应用,分析了备件需求率和维修渠道数对维修时间的影响.对比分析了"有限维修渠道模型"和"无限维修渠道模型"库存方案的应用效果,并给出了各自的适用条件,结果表明了修正模型的有效性.      

考虑物料供应干扰的飞机移动生产线动态调度

针对飞机装配过程中出现的物料供应延期干扰问题，对飞机移动生产线装配作业调度进行了研究。通过对物料供应信息的动态分析，将反应调度决策划分为固定决策和不同场景下的预测决策，并建立了物料供应干扰环境下的动态调度框架。在滚动决策点，以最小化与模板装配计划的偏差及工期的加权和期望值为目标函数，建立了二阶段近似优化模型。针对模型的决策逻辑，设计了以两阶段禁忌搜索算法为框架的启发式算法，求解滚动决策点的优化问题。不同规模下的数值实验表明，所提出的动态调度方法能够有效利用不断更新的物料供应信息，获得接近后验精确解的调度结果，且相比于传统的调度方法，所提方法能更有效地应对物料供应干扰。      

基于CCR带并行腔双集束型设备调度方法

为有效解决450mm晶圆制造中带有并行处理腔的集束型设备群调度问题,提出了基于产能约束资源（CCR）的调度方法。首先,综合考虑多品种加工、晶圆驻留和资源约束等特征,以系统总完工时间最小作为目标,建立带并行腔双集束型设备调度数学模型;其次,为优化机械手作业顺序,对CCR实施锁定-收紧-松弛（LTL）策略,构建了一种以CCR为界的分段调度算法;最后,进行了仿真实验分析。结果表明本文提出的算法是有效和有竞争性的。      

基于在线约束限制的飞行器预测校正制导

针对传统预测校正算法在再入过程中弹道性能与约束无法保障等问题,提出了一种基于倾侧角参数化的离线弹道优化与在线预测校正相结合的再入制导方法。基于平衡滑翔条件对过程约束进行分析,并证明了倾侧角剖面对射程的单调性。离线部分通过控制量参数化(CVP)方法构建控制模型,并使用序列二次规划(SQP)方法对弹道进行优化,从而大幅度提高弹道性能。在线部分利用Gauss-Newton法实时对弹道进行迭代求解,得出满足终端约束的倾侧角剖面,引导飞行器平稳、精确地飞向末端能量段并满足射程约束,Gauss-Newton法求解弹道具有收敛速度快、精度高的特点。针对高升阻比飞行器导致平衡滑翔条件难以成立以及飞行过程中的强干扰使约束超出的问题,提出了一种约束限制方法,对再入时的过程约束进行了有效的保障。仿真结果表明,本文方法对投放偏差、飞行器参数与大气模型等不确定因素具有良好的鲁棒性,对弹道性能的保障具有工程应用价值。     

基于遗传算法的飞行管理系统余度配置优化方法

余度设计是飞行管理系统研制过程中提升其安全性的主要手段之一。针对余度设计受制造预算(经济性)与使用阶段维修保障资源消耗(可靠性)的制约问题,基于飞行管理系统的安全性、基本可靠性及经济性数学模型,利用改进后适用于整数优化的遗传算法,提出了一种以安全性为目标、基本可靠性与经济性为约束的余度配置优化方法,并以实例说明其适用于较为复杂系统的余度配置优化。经过敏感性分析发现,安全性指标最优值随着基本可靠性约束下限的提高而降低,随着经济性约束上限的增加而增加。2种约束条件对优化目标竞争约束,在同一时刻只有1种约束条件起主要约束作用。     

面向飞机装配的生产规划与调度集成优化研究

飞机装配具有环节多、周期长及流程复杂等特点,合理地规划各环节的工作,调度装配过程涉及的资源,对于保证飞机装配的质量和效率具有十分重要的意义。基于飞机装配流程的特点及影响飞机装配效率的主要因素,提出了飞机装配生产规划方法。考虑飞机装配过程中存在的动态问题,基于蚁群算法建立了装配资源的调度集成优化模型,定义了构造图路径与装配作业周期间的映射关系,给出了装配作业周期映射的基本步骤,通过优化人工蚁路径实现了资源调度的优化。      

资源约束突变的航天器观测快速重调度优化算法

针对航天器对地观测调度中资源约束发生突变的情况,提出了一种基于蚁群算法的启发式重调度算法。首先对重调度过程中的资源约束进行分析,给出了资源约束发生变化的重调度模型。然后,结合原调度优化结果,给出重调度任务集合更新方法,对任务集合进行剪裁。最终,基于最大限度利用原调度方案信息的思想,结合任务集合更新及优先级等启发式信息,给出了一种改进的重调度优化算法。数值计算结果表明,所设计的算法可以快速有效的提高重调度过程的收益。     

Mission planning optimization of video satellite for ground multi-object staring imaging

This study investigates the emergency scheduling problem of ground multi-object staring imaging for a single video satellite. In the proposed mission scenario, the ground objects require a specified duration of staring imaging by the video satellite. The planning horizon is not long, i.e., it is usually shorter than one orbit period. A binary decision variable and the imaging order are used as the design variables, and the total observation revenue combined with the influence of the total attitude maneuvering time is regarded as the optimization objective. Based on the constraints of the observation time windows, satellite attitude adjustment time, and satellite maneuverability, a constraint satisfaction mission planning model is established for ground object staring imaging by a single video satellite. Further, a modified ant colony optimization algorithm with tabu lists (Tabu-ACO) is designed to solve this problem. The proposed algorithm can fully exploit the intelligence and local search ability of ACO. Based on full consideration of the mission characteristics, the design of the tabu lists can reduce the search range of ACO and improve the algorithm efficiency significantly. The simulation results show that the proposed algorithm outperforms the conventional algorithm in terms of optimization performance, and it can obtain satisfactory scheduling results for the mission planning problem.     

卫星天线复合材料框架的铺层优化设计

为了改善卫星天线复合材料框架的结构动力学性能,提出了一种针对卫星天线框架复合材料铺层的两阶段优化设计方法。阶段Ⅰ以各铺层的角度为设计变量进行铺层顺序优化,框架基频的最大化为优化目标,铺层数的最大值为约束条件。其中设计变量用一种多进制码来表示,并将多进制码映射为连续变量,应用粒子群优化(PSO)算法对阶段Ⅰ优化模型进行求解。在阶段Ⅰ优化结果的基础上,阶段Ⅱ主要是优化复合材料的层数,以基频最大化与质量最小化为优化目标建立多目标拓扑优化模型,应用第2代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解。为了验证该方法的有效性,对某大型卫星天线复合材料框架进行优化设计,结果表明:该方法能有效地减小天线板复合材料框架的质量,并提高基频。