分布式多柔性装配作业车间调度问题研究

针对分布式柔性装配作业车间环境,综合考虑了调度过程中的机器选择柔性、工人安排柔性和工序顺序柔性,构建了以最小化最大完工时间和最小化总能耗为优化目标的分布式多柔性装配作业车间调度问题(DMFAJSP)的数学模型。为求解DMFAJSP模型,提出了一种以分布估计算法为全局搜索组件、以邻域搜索算子为局部搜索组件的多维模因算法(MDMA)。最后,将所提出的算法与其他算法进行了对比试验,结果表明MDMA算法在求解DMFAJSP模型方面具有显著优势。

带有动态到达工件的分布式柔性作业车间调度问题研究

分布式柔性作业车间调度是生产调度的1个重要分支,工件的动态到达作为实际生产中的1种常见扰动情况,进一步增加了作业车间调度问题的复杂性和不确定性。针对带有工件动态到达的分布式柔性作业车间调度问题(DA-DFJSP),提出1种分批调度策略,将原本的动态调度问题转化成一系列连续调度区间上的静态调度问题,构建以最大完工时间为优化目标的混合整数规划模型;在此基础上,结合问题特征采用批次、工厂、工序、机器的4层染色体编码及快速贪婪搜索插入的解码方式改进遗传算法,同时引入多种交叉、变异算子来增强染色体的多样性;最后,基于FJSP标准算例构建DA-DFJSP测试算例进行仿真对比实验,验证所提策略和改进算法的求解优势。结果表明:相较于传统的重调度策略和改进前的遗传算法,采用分批调度策略和改进的遗传算法(IGA)所求调度方案具有更短的完工周期、更均匀的工厂加工负荷及更高的设备工作效率,IGA与分批调度策略之间有高度的契合性,能够有效提升生产效率。

考虑序列相关准备时间的分布式柔性作业车间调度研究

针对考虑序列相关准备时间的分布式柔性作业车间调度问题,提出以最小化最大完工时间为优化目标的混合整数线性规划模型,并提出一种改进遗传算法。采用基于负荷均衡的种群初始化方法提高初始种群质量,根据问题特性构造6个局部扰动算子,设计多重局部扰动策略提高算法的局部搜索能力。通过扩展柔性作业车间调度基准生成测试算例,使用正交实验确定算法参数。实验结果表明,所提改进策略能够有效提高算法性能,求解结果优于对比算法,验证了调度模型和所提算法的可行性和有效性。

改进鲸鱼算法求解分布式装配柔性作业车间生产与配送联合调度问题

针对一类先加工后装配的离散生产模式,研究分布式制造环境下的装配柔性作业车间生产与配送两阶段联合调度问题。结合实际的生产情况,考虑供应链下生产与配送过程所产生的库存成本,以最小化生产和配送的总成本为联合调度优化目标,提出一种改进鲸鱼算法。针对联合调度的多阶段调度过程,设计了一种基于工序、产品、工厂、机器和车辆的五层编码策略;根据各阶段的特点提出了相应的混合种群初始化策略,以提高解的质量;以加强种群中领头鲸鱼个体与普通鲸鱼个体的联系为导向,改进了鲸鱼觅食的搜索操作并提出四种邻域结构,以增强算法的全局探索和局部搜索能力。最后,通过仿真实验,对比相关研究领域的多种算法来验证所提算法在收敛速度和求解质量等方面的优势,并且将联合调度与分阶段调度进行实验对比,验证了联合调度的优越性。

考虑双资源约束的分布式柔性作业车间调度

随着全球制造业的发展,分布式柔性作业车间调度问题(distributed flexible job shop scheduling problem, DFJSP)引起了学者们的关注.DFJSP的研究中常常忽略工人资源,作为生产的关键因素,有效利用工人资源可以提高生产率.研究了考虑双资源约束的分布式柔性作业车间调度问题(distributed flexible job shop scheduling problem with dual resource constraints, DFJSP-DRC),建立以最小化最大完工时间和总能耗为目标的数学模型,并提出一种改进的非支配排序遗传算法(improved non-dominated sorting genetic algorithm, INSGA-Ⅱ)去求解.在INSGA-Ⅱ中,通过混合初始化策略生成高质量的初始解,并设计了一种基于加工机器和工人公共空闲时间的主动解码策略来获得调度方案.为增强INSGA-Ⅱ的全局搜索能力,提出了改进的交叉变异策略和自适应交叉变异率.通过在45个算例与三种算法的比较,验证了INSGA-Ⅱ解决DFJSP-DRC的有效性.

考虑工件运输时间的分布式柔性作业车间调度

为求解考虑工件在机器间运输时间的分布式柔性作业车间调度问题(DFJSPTW),提出了一种基于延迟接受爬山算法(LAHC)的改进算法,并建立起以最大完工时间为优化目标的数学模型。针对DFJSPTW的几个耦合性子问题,工序排序和机器选择、工厂分配采用了基于工序、机器、工厂的三层染色体编码方式去解决,而小车分配则提出了一种考虑负载均衡化的调度规则;为提高生成解的质量,初始化染色体时工厂和机器序列分别考虑了负载平衡;局部搜索过程中,算法设计了4种邻域搜索算子并提出了一种符合DFJSPTW的变邻域搜索策略,在变换邻域搜索算子时还引入了化学反应算法中的单分子反应搜索机制,用于加强算法的综合搜索能力。通过数值实验验证了变邻域搜索策略和引入单分子反应搜索机制的有效性,同时通过改进算法与GA_OP、GA_JS算法的对比实验,进一步验证了所提算法求解DFJSPTW问题的优越性。

融入概率学习的混合差分进化算法求解绿色分布式可重入作业车间调度

本文针对绿色分布式可重入作业车间调度问题(GDRJSSP),提出一种融入概率学习的混合差分进化算法(HDE PL),以实现最大完工时间和总能耗最小.根据GDRJSSP的问题特点,设计编码和解码规则,并采用差分进化算法执行全局搜索来发现优质解区域.为能更明确地引导全局搜索方向,设计基于贝叶斯网络结构的多维概率模型合理学习和积累优质解(即当前种群中的较优解)的模式信息.结合问题解的结构特征,提出基于关键路径的4种邻域结构来构造局部搜索,并设计基于非关键路径的节能策略来提升算法获取低能耗非劣解的能力.仿真实验和算法对比验证了HDE PL可有效求解GDRJSSP.

混合麻雀算法求解带准备时间的分布式柔性作业车间调度问题

分布式制造模式因多工厂/车间协同生产而使其制造环境存在多样性和多变性。研究了考虑零件加工前的动态准备时间的分布式柔性作业车间调度问题(Distributed Flexible Job Shop Scheduling Problem, DFJSP)。针对缸体零件加工阶段存在多工位零件装夹定位、拆卸和换刀等动态准备时间的实际生产情况,建立了以完工时间、碳排放和订单拖期为目标的DFJSP模型;提出了一种混合麻雀算法(Hybrid Sparrow Search Algorithm, HSSA)对上述模型进行求解。HSSA算法根据模型特点,采用了三层编码方式和多种群初始化策略,设计了一种三层变邻域搜索结构,引入了POX、PMX交叉算子和高斯变异算子来完成交叉、变异操作,同时设计了一种基于支配关系的精英选择策略。通过仿真及与其他算法的对比分析,验证了HSSA算法的优越性和可靠性。

合作型协同进化遗传算法求解分布式柔性作业车间调度问题

针对以最小化最大完工时间为优化目标的分布式柔性作业车间调度问题,提出一种合作型协同进化遗传算法。采用工厂分配和工序排序解耦编码,基于机器负荷解码并基于工厂负荷初始化种群,使算法在较优的解空间内迭代搜索。利用分而治之的思想,将问题分解为多个子问题,通过随机协同机制促进子种群协同进化并提高全局搜索能力。使用基于关键工厂的多重局部扰动策略,提高算法的局部开发能力。在基准实例上进行实验,并与其他算法进行对比,验证了所提算法的有效性。

考虑模糊质检时间的柔性作业车间动态调度问题

为解决更符合现实情形的模糊质检时间柔性作业车间动态调度问题,以最小化完工时间为目标,立足紧急插单、机器在空载运行时发生故障和机器在加工工件时发生故障的三种故障情形,建立了带模糊质检时间的机器故障、紧急插单重调度模型。设计了基于元胞自动机邻域搜索和随机重启爬坡算法的改进遗传算法求解模型,即针对车间调度问题中存在的订单排序和机器选择双决策问题特征,设计包含工序码和机器码的双层编码方案,并基于遗传算法思想对工序码和机器码设计相应的交叉、变异等遗传操作。同时,将遗传操作应用于基于元胞自动机的邻域搜索算法框架中以增强算法全局搜索能力,整合基于关键工序的随机重启爬坡算法以提高算法局部开发能力。实验选取10个柔性车间调度算例验证了所提算法的有效性,同时,测试1个模糊质检时间柔性车间调度算例验证了模型的有效性。另外,实验也测试了不同故障场景,得出该动态调度方法优于实际场景中常使用的“工件后移”调度策略。

基于改进灰狼优化算法的柔性作业车间分批调度问题研究

针对以最小化最大完工时间为目标的柔性作业车间分批调度问题(Flexible Job shop Batch Scheduling Problem,FJBSP),提出了一种改进灰狼优化(Improved Grey Wolf Optimization,IGWO)算法,优化对象为工件的分批方案。首次将流体模型应用于FJBSP的求解,提出了一种基于流体模型的解码方法,用于获得更好的子批调度方案;然后改进了狼群的等级制度,避免了算法过早收敛;其次设计了一种全新的适应可变长编码的交叉方法,深入交流2个个体之间的分批信息,增强了算法的搜索能力和稳定性;再次,提出了能够动态更新个体游走率的自适应灰狼游走策略,兼顾了算法的搜索质量和收敛速度;此外,对领头狼使用自适应邻域搜索动态调整每种工件选择各邻域的概率,提高算法的局部搜索能力;最后,设计了9个算例和3组实验,验证了所提出的IGWO算法的有效性和优越性。

超启发式交叉熵算法求解分布式装配柔性作业车间调度问题

本文针对一类新型两阶段分布式装配柔性作业车间调度问题(DAFJSP),建立问题模型,以最小化最大完工时间为优化目标并提出一种超启发式交叉熵算法(HHCEA)进行求解.首先,设计基于工序序列、工厂分配和产品序列的三维向量编码规则和结合贪婪策略的解码规则,同时提出4种启发式方法以提高初始解的质量.然后,设计高低分层结构的HHCEA,高层为提高对搜索方向的引导性,采用交叉熵算法(CEA)学习和积累优质排列的信息,其中各排列由结合问题特点设计的11种启发式操作(即11种有效的邻域操作)构成;低层为增加在解空间中的搜索深度,将高层确定的每个排列中的启发式操作依次重复执行指定次数并在执行过程中加入基于模拟退火的扰动机制,以此作为一种新的启发式方法执行搜索.最后,通过仿真实验与算法对比验证HHCEA可有效求解DAFJSP.

基于改进的NSGA-II纺织生产车间柔性作业车间调度问题算法的研究

在纺织生产线调度领域,传统的人工调度方式已难以满足当前对高效利用机器和提升生产效率的迫切需求。鉴于此,本文建立了以最小化最大完工时间和机器总负载为优化目标的多目标柔性作业车间调度问题(flexible job shop scheduling problem,FJSP)数学模型,并提出了一种改进的NSGA-II算法(INSGA-II)用于求解。本文的主要特点是:(1)该算法采用基于工序和机器的两层编码方法;(2)采用混合种群初始化策略,目的是提高种群的初始质量;(3)设计了一种基于迭代次数的变领域搜索策略,在减少无效搜索的同时提高了局部搜索能力。本文在MK01-MK09和abz05-abz09的测试集上,将所提出的算法与其他算法(MOEA/D、MOEA/DD和NSGA-II)进行对比,并通过对14个标准算例的分析,证明了改进个NSGA-II算法在求解FJSP问题中的有效性。

差分进化算法求解分布式柔性作业车间调度问题

经济全球化使制造业从单工厂模式转变为多工厂协同生产模式,制造资源异地化、客户需求多样化使得多工厂的分布式调度难度急剧增加,为此研究了分布式柔性作业车间调度问题。首先建立了该问题的双目标优化模型,同时优化总成本和提前/延期惩罚。然后提出改进的差分进化算法,设计了两种变异机制以及两种交叉方式,结合模拟退火的鲁棒性进行局部搜索,并结合贪婪和带精英策略的快速非支配排序遗传算法的选择思想设计选择操作,产生下一代继续进行迭代进化。最后,通过综合实验证明了所提模型和算法能够很好地求解此类问题。

柔性作业车间调度的分布式粒子群优化算法

针对柔性作业车间调度问题的特性,提出了一种分布式粒子群优化算法以求解柔性作业车间调度问题,该算法以最小化最大完工时间为目标,为解决传统粒子群算法在遇到突发事件时不能实时进行响应做出合理决策的问题,在算法中设计了两个多Agent粒子群优化模型。最后,使用经典算例对算法进行了验证,实验表明多Agent粒子群优化模型具有合理性,该算法能够有效解决柔性作业车间调度问题。

改进萤火虫算法求解多目标柔性作业车间调度

针对多目标柔性作业车间调度问题,以最小化最大完工时间、最小化机器总负荷、最小化机器最大负荷为目标,提出一种改进邻域结构的离散萤火虫算法。首先,采用多种策略相结合的方式初始化种群,提高算法初始解质量以及种群多样性;其次,通过改进关键路径的邻域结构并设计离散萤火虫算法的位置更新公式,以增强算法全局搜索和局部搜索能力;最后,将该算法应用于标准数据集,并将求解结果与其他算法进行对比,验证了所提算法的有效性。

改进遗传蜂群算法求解分布式柔性作业车间调度问题

针对分布式柔性作业车间调度问题,提出一种改进遗传蜂群算法求解方案。算法采用基于机器编码的编码方案,根据编码特点和分布式柔性作业车间的特点,设计了一种基于编码相似度的交叉操作,可以避免在交叉过程中产生非法解,提高算法的运行效率,并通过在不同的交叉操作后,以不同概率进行两种变异操作的方式改进了雇佣蜂时期的搜索操作,改善了算法的迭代速度;采用排序选择策略替代原来跟随蜂时期的选择策略;改进侦查蜂的蜜源抛弃机制,通过对比已获得的全局最优解,对达到搜索上限的蜜源进行部分抛弃,防止破坏优质解再次陷入随机搜索。最后,通过对比不同算法对实例求解,验证本文算法的有效性。

改进粒子群算法求解分布式柔性车间调度问题

文中提出一种改进粒子群算法来求解复杂的分布式柔性车间调度问题。针对该问题的特点,提出了一种2层粒子的编码与解码方式,使粒子群算法能够有效地解决该离散型优化问题。此外,采用改进的拥挤距离策略从众多非支配解中筛选出高质量的候选解。在迭代过程中,采用任务分配策略来平衡粒子的勘探与开采。最终在2工厂和3工厂生产模式下,通过总计20组分布式柔性车间测试算例验证了所提算法的性能。实验结果表明,该方法能够有效地解决分布式柔性车间调度问题,并可在其中的11组算例中得到较好的调度方案。

基于ATC的智能工厂分布式柔性作业车间动态调度

针对传统多车间生产调度方法不能满足智能生产系统调度优化的问题,结合智能工厂需求,以分布式柔性作业车间为研究对象,提出基于“生产计划-车间调度-物流仓储”的ATC层次模型,该模型是以时间、成本组成的一个多目标优化模型;提出两级效能偏差判别机制,在物联环境下动态识别扰动并根据扰动影响作出实时决策。最后,以3个车间调度问题为例,基于遗传禁忌搜索算法,验证了该模型的有效性。

基于改进MOEA/D的模糊柔性作业车间调度算法

针对实际生产车间中加工时间的不确定性,将加工时间以模糊数的形式表示,建立以最小化模糊最大完工时间和模糊总材料消耗为优化目标的多目标模糊柔性作业车间调度问题数学模型,提出一种改进基于分解的多目标进化算法(IMOEA/D)进行求解。该算法基于机器和工序两层编码并采用混合的初始化策略提高初始种群的质量,利用插入式贪婪解码策略对机器的选择进行解码,缩短总加工时间;采用基于邻域和外部存档的选择操作结合改进的交叉变异算子进行种群更新,提高搜索效率;设置邻域搜索的启动条件,并基于4种邻域动作进行变邻域搜索,提高局部搜索能力;通过田口实验设计方法研究关键参数对算法性能的影响,同时得到算法的最优性能参数。在Xu 1~Xu 2、Lei 1~Lei 4和Remanu 1~Remanu 4测试集上将所提算法与其他算法进行对比,结果表明,IMOEA/D算法的解集数量和目标函数值均较优,在Lei 2算例获得的解集个数为对比算法的2倍以上。