带多处理器任务的动态混合流水车间调度问题

研究了具有多处理器任务的混合流水车间调度问题,且考虑相邻两阶段之间的运输时间、机器故障和工件动态到达的实际生产特征。由于该问题不但求解非常复杂,对它的不同部分的简化还会使其变成其他不同的典型调度问题,探讨该类问题的近似解法具有挑战性和广义性。据此分别采用结合次梯度算法的拉格朗日松弛算法、结合次梯度和bundle算法的交替算法(交替S&B算法)的拉格朗日松驰算法进行求解。对多达100个工件的问题进行测试,结果表明,所设计的算法能够在合理的CPU时间内产生较好的时间表。

基于生产数据的混合流水车间动态调度方法研究

在智能制造背景下,物联网等信息技术为制造系统积累了大量数据,同时人工智能等先进方法为车间数据分析和实时控制提供了有效手段。因此,针对不相关并行机混合流水车间调度问题,提出了一种基于生产数据的动态调度方法,以实现订单完工时间最小化。首先以高质量调度方案为基础,从中提取生产特征和调度规则完成样本构建。其次使用Relief F算法过滤冗余生产特征,获得用于训练和预测的调度样本。然后采用融合鲸鱼优化算法的概率神经网络作为调度模型,实现基于调度样本的训练和预测过程。最后,实验结果表明,所提方法具有良好的特征选择能力和较高的预测精度,与其他实时调度方法相比具有更加优越的性能,可以有效地根据车间实时状态指导制造执行过程。

基于MOMA的可重入混合流水车间调度问题研究

针对可重入制造系统多具有多品种、大规模、混流生产等特点,构建带批处理机的可重入混合流水车间调度问题(reentrant hybrid flow shop scheduling problem with batch processors,BPRHFSP)模型,提出一种改进的多目标蜉蝣算法(multi-objective mayfly algorithm,MOMA)进行求解。提出了单件加工阶段和批处理阶段的解码规则;设计了基于Logistic混沌映射的反向学习初始化策略、改进的蜉蝣交配和变异策略,提高了算法初始解的质量和局部搜索能力;根据编码规则设计了基于变邻域下降搜索的蜉蝣运动策略,优化了种群方向。通过对不同规模大量测试算例的仿真实验,验证了MOMA相比传统算法求解BP-RHFSP更具有效性和优越性。所提出的模型能够反映生产的基础特征,达到减少最大完工时间、机器负载和碳排放的目的。

具有紧时、高能耗特征的混合流水车间多目标调度优化问题

针对具有紧时、高能耗工序特征的混合流水车间调度问题,以优化产品暴露时间、最大完工时间和能源消耗为目标,建立混合流水车间调度模型,并提出一种改进的多目标粒子群算法进行有效求解。首先构建了基于ISDE指标的档案维护策略及局部邻域搜索策略,辅助算法跃出局部极值及减少生产阻塞。之后,提出一种基于模糊理论的决策分析方法选取最优调度方案。最后,通过仿真实验验证提出的多目标调度模型与算法的可行性和优越性。

考虑运输时间的混合流水车间绿色生产调度

针对运输时间对混合流水车间绿色生产调度的影响这一问题,以最大完工时间、生产能耗及生产成本为优化目标,提出一种改进的多目标麻雀搜索算法(Improved Multi-Objective Sparrow Search Algorithm,IMOSSA)进行求解,参考非支配排序将种群适应度值进行划分、引入正余弦策略提高解集质量、加入多项式变异算子和Levy飞行,提高解集的收敛速度和全局搜索能力,避免陷入局部最优。而后设计16种测试算例,将IMOSSA与其他多目标优化算法进行对比,验证了IMOSSA求解的优越性。最后,以某实际生产车间为例,将其生产调度划分为4种模式,证明算法求解的实用性。

含不相关机的多目标混合流水车间调度

考虑不相关机和传送等因素的多阶段混合流水车间问题,以最小化最大完工时间和总能耗为优化目标建立整数规划模型。针对该问题,提出一种多目标离散灰狼优化算法来求解。设计基于机器分配码和速度选择码的编码方式和基于最短处理时间原则的解码方案;采用反向学习策略改进初始灰狼种群质量;将基于多点变异的自走模式和基于均匀两点交叉与多点交叉的跟随模式结合构成搜索模式以协调开发和搜索能力;引入精英保留策略确保优良个体不丢失。通过一系列的仿真实验验证了该算法的有效性。

带运输的混合流水车间调度问题的改进遗传算法

为实现分布式制造环境中上下游工序和机器间的协同生产,研究了带有运输的混合流水车间调度问题。以包含加工时间、运输时间和加工等待时间的完工时间最小为目标,建立了带有运输约束的混合流水车间调度模型,基于Q-learning设计了改进的遗传算法(QGA)求解该模型。在该算法中,首先基于工件序号设计编码和遗传算子等遗传操作;然后根据种群适应度函数构建种群的状态集合,以交叉概率和变异概率的取值作为动作,以最佳个体适应度和种群平均适应度作为奖励;最后采用Q-learning对交叉和变异参数进行智能调整,提高算法的收敛速度与全局搜索能力。仿真实验结果表明,与改进的遗传算法(GA-TS)相比,本文QGA的最大完工时间平均减少了2.0%,收敛速度提升了18.1%。

求解复杂混合流水车间调度的改进NSGAII算法

针对砂型铸造车间调度问题中同时存在单机处理、并行处理与批处理的情形,构建复杂混合流水车间调度问题并提出一种改进非支配排序遗传算法求解上述问题。首先,以最小化最大完工时间和总能量消耗为优化目标建立线性规划模型,针对工序特征提出启发式解码规则。其次,提出了基于非支配的交叉对象匹配机制提升可行解的多样性,提出了基于区域中心的贪婪变邻域搜索机制提升可行解质量。最后,对改进算法进行了仿真,证明了算法的有效性。

深度强化学习算法求解动态流水车间实时调度问题

本文针对动态流水车间调度问题(DFSP),以最小化最大完工时间为优化目标,提出一种自适应深度强化学习算法(ADRLA)进行求解.首先,将DFSP的新工件动态到达过程模拟为泊松过程,进而采用马尔科夫决策过程(MDP)对DFSP的求解过程进行描述,将DFSP转化为可由强化学习求解的序贯决策问题.然后,根据DFSP的排序模型特点,设计具有较好状态特征区分度和泛化性的状态特征向量,并依此提出5种特定动作(即调度规则)来选择当前需加工的工件,同时构造基于问题特性的奖励函数以获取动作执行效果的评价值(即奖励值),从而确定ADRLA的3类基本要素.进而,以深度双Q网络(DDQN)作为ADRLA中的智能体,用于进行调度决策.该智能体采用由少量小规模DFSP确定的数据集(即3类基本要素在不同问题上的数据)训练后,可较准确刻画不同规模DFSP的状态特征向量与Q值向量(由各动作的Q值组成)间的非线性关系,从而能对各种规模DFSP进行自适应实时调度.最后,通过在不同测试问题上的仿真实验和与算法比较,验证了所提ADRLA求解DFSP的有效性和实时性.

改进Jaya算法求解混合流水车间调度问题

混合流水车间调度问题(HFSP)是广泛存在于流程制造系统中的NP-hard问题。针对最小化完工时间的HFSP,结合Jaya算法和禁忌搜索的优势,提出了一种改进Jaya算法。在该算法迭代更新阶段,根据设计的编码方式提出一种基于路径重连的方法来进行离散更新,以保证种群的多样性,提高全局搜索能力。为提高局部搜索能力,提出融合两种邻域结构的禁忌搜索算法来进一步提高解的质量,并根据问题特性对邻域结构进行适配调整。采用所提算法求解三种基准测试集,在大规模经典测试集中求出新的最优解,在解的质量方面优于当前文献中其他算法,验证了所提算法的有效性和优越性。

求解分布式两阶段混合流水车间调度的反馈人工蜂群算法

针对考虑工厂适用性和附加资源的分布式两阶段混合流水车间调度问题(DTHFSP),本文提出了一种反馈人工蜂群算法(FABC),以最小化最大完成时间和总延迟时间,该算法利用一种新型反馈机制动态调整搜索策略集.为此,本文共设计了5种特点各异的搜索策略,将其用于初始策略集和备选策略集,同时,建立并调整雇佣蜂群和跟随蜂群的共享策略集,雇佣蜂阶段和跟随蜂阶段在种群划分的基础上采用随机选择和自适应选择方式确定搜索策略,在侦查蜂阶段完成后,对搜索策略集进行动态调整.文章进行了大量的计算实验,计算结果表明,FABC策略合理有效,且它对所求解的DTHFSP具有较强的搜索优势.

基于数字孪生仿真的半导体可重入混合流水车间联合调度优化研究

在新一代信息技术与高端制造产业加速融合渗透的背景下,文中针对半导体车间订单动态到达、车间生产信息透明度低的问题,提出了一种基于数字孪生仿真的半导体可重入混合流水车间联合调度方法。首先,设计了一种基于AnyLogic的数字孪生仿真架构,并在此基础上构建了高保真数字孪生仿真模型,对多源异构数据虚实交互、多维多尺度孪生模型运行机理进行了深入探讨;其次,综合考虑最大完工时间、碳排放量和AGV利用率建立联合调度模型,提出了一种结合数字孪生的ENSGA-Ⅱ算法进行求解,并将其嵌入AnyLogic孪生模型实现实时调度;最后,基于差异化场景和半导体车间任务实例,验证了所提方法的有效性。

学习驱动的分布式异构混合流水车间批量流能效调度优化

本文研究了分布式异构混合流水车间批量流能效调度问题,其中每个工厂的加工效率不同,工件可以分割成若干子批进入加工系统.以最大完成时间和总能耗为优化目标,建立了混合整数规划模型.本文提出了一种学习驱动的多目标进化算法,包括学习驱动的全局搜索和局部搜索.引入Q学习作为学习引擎,以种群和非支配解集的评价作为环境反馈信号,通过不断的学习来动态指导搜索操作的选择;基于问题特征,设计了算法的状态集、动作集和奖励机制.Q学习的引入能够及时感知当前搜索的状态,减少搜索操作的盲目性,提高搜索的效率.通过对仿真数据集的测试,表明所提出算法能够有效地求解分布式异构混合流水车间批量流能效调度问题.

改进麻雀搜索算法求解带削峰需求响应的混合流水车间调度问题

电力需求响应是用电高峰时期维护电网供需平衡的重要手段,而削峰是智能电网实现电力需求响应的主要方式。为了使采用混合流水车间生产的企业更好地参与削峰需求响应,优化生产调度,在混合流水车间调度问题中引入了削峰需求响应,建立了新的问题模型,并提出了一种改进麻雀搜索算法用于模型求解。针对标准麻雀搜索算法易陷入局部最优的问题,所提算法通过加入K-均值聚类替换策略改进了标准麻雀搜索算法的局部搜索能力。实验结果表明,所提模型和算法能够提供较好的削峰生产调度方案,满足企业实施削峰需求响应调度的需要。

基于机器故障下板式定制家具混合流水车间动态调度研究

针对板式定制家具混合流水车间在制造过程中出现的机器故障问题,通过分别对三种典型的机器故障场景进行了对比分析,生成三种重调度方案。在此基础上,以最小完工时间为目标,构建了一个考虑故障可恢复性的动态调度模型,并采用一种融合ICA算法和完全重调度策略的方法进行求解。结果表明:提出的模型与方法能够有效降低机器故障对生产的影响,使三种故障场景下的调度效率分别提高了8%,16.3%和14.5%,达到了提高车间调度效率,缩短板件完工时间的目的。研究结果可为优化机器故障下板式定制家具企业生产调度问题提供参考。

混合遗传变邻域搜索算法求解柔性车间调度问题

针对考虑生产成本的柔性作业车间调度问题(flow job shop scheduling problem, FJSP),以完工时间与加工成本为优化指标,提出一种求解FJSP的混合遗传变邻域搜索算法。根据个体适应度对种群分割,结合自适应交叉概率改进子代种群产生方式;设计两种邻域结构增强算法的局部搜索能力;提出一种基于动态交叉变异概率的优化算法流程提高求解效率。运用提出的算法求解基准实例与实际问题测试,验证了算法的有效性。

改进迭代贪婪算法求解可重入流水车间调度问题

可重入混合流水车间是在混合流水车间的基础上增加了可重入特性,具有更高的调度复杂性。为了求解可重入混合流水车间调度问题,首先建立了调度优化模型,优化目标为最小化最大完工时间,然后提出一种带精英调整的学习型迭代贪婪算法(LIG-EA)。LIG-EA算法采用基于工件的编码方式,对重组后的染色体进行解码。种群分为精英个体和普通个体两部分,对精英个体进行精英破坏重建和基于关键工件的染色体调整,对普通个体进行学习机制的构建和普通个体的破坏重建。为提高初始种群质量,采用NEH启发式算法进行种群初始化,并针对可重入混合流水车间的重入特性,在重建操作中增加了插入有效性判断,提高了算法的运行速度。通过大量实验表明LIG-EA算法能够有效求解可重入混合流水车间调度问题。

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。

基于改进多种群候鸟迁徙算法的混合流水车间调度

针对带顺序依赖准备时间的混合流水车间调度(HFS-SDST)问题,以最小化总最大作业完成时间为调度目标,提出一种改进多种群候鸟迁徙优化(IMMBO)算法.算法中个体基于工件加工顺序进行编码,用改进的NEH(MNEH)算法产生初始种群,并按照适应度值分配到各子种群.子种群中领飞鸟和跟飞鸟分别利用串行和并行邻域策略产生邻域个体,如果跟飞鸟优于领飞鸟,二者互换,完成种群内部个体的信息交互;在IMMBO算法中嵌入离散鲸鱼优化策略对各子种群的领飞鸟进行优化,实现子种群之间信息交互;为提高算法的局部搜索(LS)能力,对种群中最优个体执行LS,同时,为了避免算法早熟收敛,针对每个种群的领飞鸟设计了种群多样化控制策略.最后,在实验法调整算法参数的基础上,对IMMBO的4个变体进行了仿真实验,通过测试Ta自适应算例验证IMMBO算法各部分的作用;将IMMBO算法与现有3个算法测试Ta自适应算例,进行实验结果比较,证明了IMMBO算法求解混合车间调度问题的有效性.

改进果蝇算法求解混合流水车间调度问题

针对混合流水车间调度问题(HFSP),本文提出了一种新的基于果蝇算法和变邻域搜索的混合优化方法.首先,将关键块内的工序与同阶段其他机器上的工序进行交换,提出了一种基于关键路径的HFSP新邻域结构.其次,针对HFSP的阶段式解码特性,提出了一种邻域解的快速评估方法,并验证了快速评估方法的高效性.然后,基于提出的新邻域结构,并将N7和K-insertion邻域结构引入HFSP,设计了基于上述3种邻域结构的变邻域搜索方法,以此为基础提出了一种针对HFSP的混合优化方法.最后,通过对Carlier和Liao等经典测试集进行测试,验证了所提新邻域结构的可行性和有效性,并将该方法与其他文献的方法进行了对比,验证了所提方法的优越性.